AMPLIFICATEUR POUR ECOUTE AU CASQUE
Amplificateur 2 x 2 W Push-Pull en Classe A à Triodes ECC99

Projet publié dans la revue LED n°184 de juillet 2004 sous le titre "Amplificateur pour écoute au casque"

Ce projet est obsolète et remplacé par le projet suivant : "Amplificateur à tubes 2x3W et écoute au casque"



Cet amplificateur est destiné avant tout à l’écoute au casque. Il développe une puissance nominale de 100 mW sur 8Ω tout en affichant des spécifications dignes des meilleurs produits.
Sa bande passante s’étend de 15Hz à 30kHz, son taux de distorsion est inférieur à 0,1% .
La sortie haut-parleur affiche une puissance nominale de 2 Weff pour un taux de distorsion inférieur à 0,2%.

LE SCHEMA

Le schéma met en œuvre le concept  élémentaire d’un push-pull piloté par un circuit déphaseur cathodyne.

Les tubes choisis

Le choix s’est porté sur deux valves en production courante, mais peu connues dans nos pages: 12DW7 et ECC99. C’est l’occasion d’élargir le champ de travail.
La 12DW7 fabriquée par Elite (EI) Elektronska Industrija est une double triode asymétrique dédicacée au déphaseur cathodyne.
Pour faire simple : la première triode (broches 1-2-3) est équivalente à la ECC82 tout en  pouvant dissiper 3,3 W et la deuxième (broches 6-7-8) est équivalente à une ECC83. La 12DW7 peut être remplacée directement par la ECC832 de JJ Electronic avec comme limitation une dissipation anodique maximale de 2,75 W.
Ce tube permet donc d’associer un bon facteur d’amplification (µ=100) au pilotage à basse impédance d’un étage push-pull sans s’essouffler (Figure 2).
Le broches 4 et 5 permettent l’alimentation en série des 2 filaments (12,6 V / 150 mA).
Des essais ont été réalisés avec des ECC81 sans modification de circuit et donnent de bons résultats. Seule la DHT monte à 0,3% à 100 mW.    
La ECC99 est une double triode symétrique de dissipation anodique de 5 W par élément. Elle est dédicacée au pilotage en courant des étages de puissance (Ik max=60 mA) et est utilisée ici en push-pull. Elle peut délivrer 2 W audio à 1% de DHT.
Les broches 4 et 5 permettent l’alimentation en série des 2 filaments (12,6 V / 400 mA).
C’est une création (photo) de la firme JJ Electronic .
Les caractéristiques à 300 V / 15 mA n’étant pas publiées, elles ont été mesurées sur deux sections de deux tubes. Par curiosité nous avons également vérifié les caractéristiques publiées par JJ à 150 V et 18 mA. Le facteur d’amplification µ=22 est confirmé, la pente s’est révélée un peu plus faible: 8,8 ald 9,5 mA/Vn (Figure 3).


Le circuit amplificateur

Pour des raisons de stabilité, les deux triodes 12DW7 sont couplées par des capacités et polarisées par des tensions fixes issues d’un pont diviseur (R91,R92,R93)  respectivement à +30 et +90 Vdc. Ceci évite les dérives du point de fonctionnement.  C’est impératif pour conserver les spécifications de départ dans le temps.
Le gain de la première triode V1B s’élève à 73.
Nous avons ajouté un potentiomètre dans le circuit cathode de la triode V1A afin d’ajuster l’amplitude du signal de pilotage les deux sections de la ECC99 pour un minimum de distorsion. Si vous ne disposez pas d’un distorsiomètre, remplacez R19 et R20 par une résistance de 33kΩ/1W et placez un pontage à la place du potentiomètre.
Les deux cathodes du  push-pull ECC99 sont reliées par deux résistances de 10Ω / 1% afin de pouvoir équilibrer les courants d’anode.
Cet équilibrage est obtenu par le potentiomètre P3 qui polarise les grilles de V3 à +650 mV en sa position médiane si les deux sections de l’ECC99 sont appairées (on peut encore rêver…).  Une différence de 10 mV entre cathodes correspond à une dé-balance de 1 mA.  
Le courant d’anode s’élève 12 mA, ce qui sous les 300 Vdc de Vak nous donne une  dissipation de 3,6 W par section. L’impédance Zaa du transfo est de 14kΩ pour 8Ω aux broches BD.
Ce transformateur est fabriqué par OEP (N° de stock : R/N35A002F). Si vous éprouvez des difficultés d'approvisionnement pour cet item, n’hésitez pas à nous contacter : This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. .
Le signal prélevé à la broche D du transformateur est réinjecté dans le circuit de cathode de la triode d’entrée par le pont diviseur R13-R7. Le taux de contre-réaction est de 14dB.


Adaptation des impédances

Pour l’écoute au casque, il doit être possible de couper les hauts parleurs.
C’est la fonction de l’inverseur S60 qui commute une résistance de 8,2Ω.
Ceci permet de conserver la valeur Zaa=14kΩ de charge des anodes en l’absence de la charge du haut parleur.
L’impédance des casques n’est pas vraiment normalisée. Nous trouvons sur le marché des casques de 8, 32, 50 et même 600Ω, ce qui nous oblige à avoir à disposition pour une même puissance, des tensions assez différentes: 100 mW dans 8Ω  ne demande que 0,9 Vac alors que 100 mW dans 600Ω exige 7,7 Vac.
L’inverseur S61 permet le choix entre haute ou basse impédance. En basse impédance, le signal maximum est de l’ordre de 1,5 Vac sous 0,5Ω  ce qui convient aux casques de 8 à 32Ω, et en haute impédance nous il s’élève à 5 Vac sous 16Ω pour les casques de plus de 32Ω.
Ces deux commutateurs sont visibles de l’intérieur sur la photo 3. Ils sont accessibles sous le capot inférieur à l‘avant gauche photo 4 et photo 5.


Le circuit alimentation

Le schéma met en œuvre un transformateur torique qui a l’avantage de ne pas prendre trop de place en hauteur (50 mm), de plus son rayonnement magnétique est insignifiant. Il propose au secondaire une tension de 140 Vac pour la HT et de 12 Vac pour le chauffage des filaments. La tension continue est obtenue un redresseur doubleur (D85, D86). Le filtrage est obtenu par la cellule L1-C80. L’ondulation pour un courant de 70 mA est de 10 Vpp avant L1 et 100 mVpp sur C80.
Comme vous le constatez sur la photo, l’inductance ‘’choke’’ utilisée sur le proto n’est autre que le primaire d’un transformateur d’alimentation bon marché de 15 VA. Son inductance fait 4 H pour 200Ω de résistance. Tout autre inductance de 4 H / 70 mA minimum peut faire l’affaire, la seule contrainte est sa hauteur qui ne doit pas dépasser 43 mm. Le modèle 156L: 5H-75mA-135Ω (photo) de Hammond convient exactement.
Le transistor Q80 est monté en source de courant. Le 2N5401 est un PNP qui supporte une tension Vce de 150 Vdc. La diode Zener D82 de 130 V prévient le dépassement. 
La tension stabilisée de 10 Vdc développée aux bornes de R83 (10kΩ-1%) induit un courant stabilisé de 1 mA dans les résistances R81 et R82.
Comme ce courant n’est pas exactement de 1 mA, la résistance R82 est choisie afin d’obtenir les 320 Vdc en sortie. R81,R82 et R83 ont une précision de 1%.
Le filtre R84 – C82 élimine les dernières imperfections. Le bruit résiduel sur la sortie alimentation est de l’ordre de 100 µVpp. Le transistor Q81, un BUZ80, est monté en ‘’source suiveuse’’ et présente impédance interne de sortie de l’ordre de 10Ω.
Les tubes sont tous alimentés en 12 Vac. Pour prévenir les ronflettes dues à l’influence thermoïonique du filament vers cathode de la triode d’entrée V1B, ils sont polarisés à +50 Vdc.
Un mot d’explication : En général les filaments sont fixés au potentiel de la masse.
Or le chauffage du filament émet des électrons qui sont attirés par la cathode si elle est plus positive. (Figure 5)
La solution est soit d’alimenter les filaments en courant continu, soit comme ici de les polariser au dessus de la tension de cathode.
Cette influence reste toutefois minime, parce que la cathode est shuntée à la masse par un condensateur, de plus la contre-réaction écrase cette influence parasite. Mais l’écoute au casque ne pardonne aucun bruit, et si nous voulons au minimum 80dB de rapport S/B avec 1 Vac sur 8Ω, le ronflement résiduel rapporté à l’entrée doit être inférieur à 20 µV !
L’amplificateur est protégé par un fusible lent de 500 mA en entrée secteur, par un fusible rapide de 100 mA sur les tubes de sortie et enfin par un thermique à 70°C qui coupe le tout en cas de surchauffe.


MISE EN ŒUVRE

La mécanique

Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées.
Les photo 7 et photo 8 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Un châssis intermédiaire fixé aux oreilles du boîtier supporte tous les éléments.  
Le boîtier est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 224-004. Les faces font 65x300 mm, la profondeur 280 mm.
Les pieds fournis ne permettent pas une ventilation suffisante pour des appareils à tubes. Nous utilisons dans toutes nos réalisations …des bouchons d’arrêt de porte disponibles dans les rayons bricolage (photo 13). L’appareil est ainsi surélevé de 20 mm.
Il y a quatre pièces distinctes de Tufnol de 4mm. Le Tufnol se vend par plaque de 285 x 590 mm chez Radiospares (N° de stock : 374-418). C’est la matière qui convient le mieux pour cette application.
A noter la découpe dans la plaque de 85 x 95 mm, afin d’accueillir la carte redresseur.  
Une plaque d’aluminium de 2 mm recevra le transformateur torique et le thermique.
Le tout est fixé d’équerre sur deux profilés aluminium de 10x10x1 mm disponibles dans les rayons bricolage.
L’ensemble est fixé aux oreilles du boîtier par trois vis situées de chaque côté du châssis.
Vous trouverez à la figure 15 l’emplacement des composants sur les faces avant et arrière. La photo 11 présente une vue de la face arrière.
Afin d’éviter les déconvenues, nous nous abstenons de donner certaines cotes de perçage. Il est plus sûr d’effectuer le marquage des trous ‘’in situ’’, lorsque tous les éléments sont disponibles et en utilisant les cartes nues.
Il est d‘ailleurs conseillé de vérifier également les cotes qui sont publiées, en effet les composants fournis peuvent être légèrement différents.
La mise en place de la carte de base est plus délicate. En effet, elle est solidaire de la face arrière par le connecteur RCA. La fixation au panneau arrière doit être faite avant de marquer la fixation de la carte sur le châssis intermédiaire. L’idéal est de réaliser cette opération avec la carte nue équipée du seul connecteur RCA.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur les 4 circuits imprimés.


Les circuits imprimés

La carte de base

La photo 9 vous présente la carte de base assemblée dégagée du panneau arrière.
Ne pas oublier de percer les quatre trous de ventilation situés sous les 12DW7, ils sont bien visibles sur la photo 8.
La carte ne doit être assemblée qu’après avoir effectué le marquage et le perçage de fixation au châssis intermédiaire et au panneau arrière, et s’être assuré que tous les sous ensembles trouvent bien leur place.
Vous constaterez que la carte de base du prototype diffère légèrement de la carte définitive: Suppression de R11,C3,R12,C4 qui se sont révélés inutiles. Déplacement de Q81 vers le bord de la carte et suppression de la découpe prévue pour le refroidisseur.


Le transistor ballast Q81

Il est monté de manière à pouvoir être fixé sur une plaque d’aluminium de 2mm de 100 x 60 mm placée contre le panneau arrière. Le trou de fixation doit être à 20mm au dessus de la carte, et le sabot de refroidissement aligné sur le bord de celle-ci.
Une fois la carte en place, marquer et percer avec précision la plaque de refroidissement et le panneau arrière.
Lors de l’assemblage final, ne pas oublier l’isolant mica et la pâte thermo-conductrice de chaque coté de l’isolant.
Le transistor est fixé par une vis M2,5 de 10mm de long et isolé par un canon isolant pour TO220. Ne pas oublier de placer une rondelle de 2,5mm entre l'écrou et le transistor et au panneau arrière (Photo10) et (Photo 10-1)
Notez également sur cette vue que la résistance R80 de 100 kΩ / 2 W est montée ‘’en hauteur’’.
Savez-vous que la tension de claquage de l’isolant mica est de 2 MV par cm ?
Soit 20 kV pour un isolant de 1/10 mm (…nous n’avons pas testé) ! Il n’y a pas de claquage à craindre avec les 400 Vdc présents sur le sabot à la mise sous tension.
Les trois petites cartes ne contiennent que peu de composants. Vous pouvez vous référer directement aux figures.


La carte redresseur

La photo 6 nous montre la carte redresseur qui est placée à plat sur la plaque de 85 x 95 mm en Tufnol.


La carte 12DW7

La carte 12DW7 ne supporte que les deux tubes et les deux résistances R86 et R87 de polarisation du circuit filament.  Souder d’abord 13 fils rigides qui pliés vers le bas seront insérés dans la carte de base.  Les couper ensuite à une longueur de 1 cm.


La carte ECC99

La carte ECC99 reçoit et distribue les 12 Vac vers la carte 12DW7 et le voyant ‘’ON’’, et la HT de 320 Vdc.  Elle est fixée par deux entretoises de 5mm au profilé aluminium. (photo 8)


Les masses

L’ensemble des circuits est flottant. La mise à la masse du châssis se fait en un seul point de la carte de base près du connecteur d’entrée. Une vis autotaraudeuse assure le contact électrique avec chaque oreille du châssis. (Photo 12 et Photo 7)
Le pied des transformateurs audio, est également relié à la masse du circuit.
Comme la peinture du châssis est excellente, il faut gratter à l’aide d’une mèche les deux trous de fixation des capots inférieur et supérieur du côté de la prise de masse et utiliser deux vis M4 à tête conique ainsi que deux rondelles éventail.
Le connecteur pour la fiche stéréo du casque est un modèle à masse isolée.   
A l’aide d’un ohmmètre, s’assurer sur le produit fini que tous les éléments du châssis sont bien en contact électrique.


MISE SOUS TENSION

Première mise sous tension

Les potentiomètres sont positionnés à mi course, l’inverseur S60 sur la charge de 8,2Ω et S61 en basse impédance.
La première mise sous tension se fait sans les tubes de préférence à l’aide d’un autotransformateur.
Vérifier progressivement la montée des tensions jusqu’à obtenir les 12 Vac de chauffage et les 320 Vdc de HT.
Vérifier les tensions de polarisation de 30 et 90 Vdc (R91-R92 et R91-R93) qui seront approximativement de 15% supérieures en l’absence des 12DW7.


Réglage

Couper l’alimentation et laisser décharger la HT. Mettre en place V1,V2 et V3 sans insérer V4, brancher un voltmètre entre les deux cathodes de V3 sur R35-R37 et réalimenter. Ajuster P3 pour une ddp nulle (<10mV), attendre quelques minutes et réajuster. Répéter l’opération avec V4 en ajustant P4.
Le réglage de P1 & P2 nécessite un distortiomètre. Injecter un signal de 1000 Hz pour obtenir une tension de 0,9 Vac à la sortie casque, et ajuster le potentiomètre du canal correspondant pour un minimum de distorsion. Le minimum est très marqué.
Il y a lieu de recommencer les réglages des 4 potentiomètres après quelques heures d’utilisation.


Mesures

Quelques oscillogrammes
Vue 1 : Spectre de distorsion à 100mW - 1kHz           Vue 2 : Temps de montée : 8,33 µSec
Vue 3 : Carré à 1kHz                                                Vue 4 : Carré à 100Hz

Mesures au distorsiomètre
Vue 1 : DHT Casque 100mW – 1kHz : 0,08%             Vue 2 : DHT Casque 10mW – 1kHz : 0,03%
Vue 3 : DHT HP 2W – 1kHz : 0,15%                          Vue 4 : DHT HP 3W – 1kHz : 1%

Spécifications

Caractéristiques techniques relevées sur notre prototype

Liste des composants

Composants de l'amplificateur

 
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Récapitulatif des photos (Haute définition)







Galerie des Tubes

12DW7
12DW7 Electronska Industrija Yugo