Préamplificateur à six voies pour Home Cinema et SACD
Atténuateur logarithmique par plots à 6 voies
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n°300 de décembre 2005 sous le titre: "Préamplificateur à six voies"
Le préamplificateur à six voies que nous vous présentons est destiné à piloter une installation HI-FI à cinq ou six canaux. Il vous permettra d’apprécier toute la quintessence des nouveaux SACD ou plus simplement de donner du tonus à votre ‘’Home Cinema’’. Il trouvera sa place dans votre chaîne si votre lecteur ne possède pas de contrôle de volume. Cette réalisation est la première partie d’un projet comportant un ensemble monobloc de puissance à 5 voies à tubes qui vous sera présenté dans nos éditions suivantes.
LE SCHEMA
Le préamplificateur
Schéma d’un module préamplificateur
Avant d’aborder le schéma, il nous faut attirer votre attention sur la relative haute tension d’alimentation (60 Vdc) pour un circuit à semi-conducteurs. C’est une des conditions qui garantira la linéarité du système. Une autre condition est de faire débiter un courant élevé (15 mAdc) dans le transistor de sortie pour travailler en classe A en proscrivant le circuit push-pull complémentaire utilisé dans les amplificateurs opérationnels. Ce montage permet de sortir un signal de 25 Vpp avec un taux de distorsion inférieur à 1% ou 1 Veff à moins de 80dB (0,01% de DHT) de 20 Hz à 20 kHz !
Chacune des six voies est composée d’un ensemble de 3 transistors à couplage direct. La polarisation de l’ensemble est fixée par le pont diviseur R1-R2 qui polarise à 15 Vdc la gate du FET BF245C. Toutes les autres tensions se calculent par règle de trois comme dans un jeu de dominos. Remarquez la progression des courants dans les trois étages successifs : 0,75 mA – 6,8 mA – 15 mA. Ce dernier courant du transistor de sortie associé à la contre-réaction R15-R4 garantit une impédance de sortie quasi nulle, un gain de l’ordre de +14dB et une bande passante supérieure à 500 kHz. Le transistor de sortie de type 2N3019 ou 2N1711 dissipe 600 mW et doit être refroidi par un radiateur.
Les autres composants rendent notre circuit utilisable pour notre application. Les condensateurs C1 et C5, C6 suppriment la composante continue en limitant le bas de la bande à 7 Hz à –1dB. Les circuits passe-bas R3-C2 et R11-C7 limitent le haut de la bande à 80 kHz à –1dB. L’impédance de sortie, fixée par R11 et R12, fait 600 Ω.
Les diodes D1, D2, D3 et D4 protègent notre circuit des agressions externes.
Un potentiomètre à 6 sections (photo 2) permet le réglage du volume, et une résistance RA placée en tête du potentiomètre adapte notre préamplificateur au signal de sortie de votre lecteur. Nous avons constaté que certains lecteurs de CD sont très généreux, et cette configuration d’entrée nous évite toute saturation.
L’alimentation de chaque voie est isolée par le circuit R14, C8, C10 avec pour résultat une faible diaphonie entre canaux. Le bruit en sortie non chargée est inférieur à 30 µVac.
L’alimentation
Schéma de l’alimentation
L’alimentation utilise le même schéma que celui de nos réalisations à tubes. Il a largement fait ses preuves, pourquoi s’en priver ?
Une tension alternative de 30 Vac, appliquée en doubleur de tension sur C81, C82 nous fournit une tension continue de 83 Vdc.
Le transistor T80 (BC556) est monté en source de courant. La tension de 10 Vdc présente aux bornes de R82 (10 kΩ) induit un courant de 1 mA dans P80 & R81 et développe aux bornes de celle-ci une tension de 64 Vdc environ.
Cette tension est appliquée sur la gate du SIPMOS (BUZ80) au travers d’une cellule de filtrage R83 (220 kΩ) – C85 (33 µF). L’ondulation résiduelle de ce circuit est inférieure à 60 µVac. Aux bornes de C10 sur la carte préamplificateur, l’ondulation ne dépasse pas 10 µVac.
Les SIPMOS de puissance sont assez susceptibles et peuvent se révéler instables. Une des causes principales de cette instabilité, qui se traduit par des oscillations, est le dessin du circuit imprimé, à savoir : la longueur des pistes, l’éloignement des composants de pilotage et d’amortissement, les boucles …
Une autre faiblesse est sa fragilité aux tensions inverses, et bien que protégé en interne entre source et drain (figure 7), notre expérience a prouvé qu’il était impératif de lui adjoindre une protection sur toutes les broches (D82, 83, 84).
Enfin, une capacité C88 de faible valeur (100 pF à 10 nF) élimine les risques d’oscillation même avec des composants d’origine exotique.
Le circuit tel que présenté est exempt d’oscillations, stable et quasiment indestructible. La variation de la tension de sortie après stabilisation n’excède pas 0,5 % pour une variation secteur de +/-5 %.
Un contact de l’interrupteur de mise sous tension est reporté sur la face arrière (REM de l’anglais ‘’Remote’’) afin de piloter via un relais la mise sous tension de l’amplificateur de puissance.
Il est indispensable de réaliser la partie mécanique en premier lieu en se servant des cartes non montées.
Les photo 3, photo 4 et photo 5 vous serviront de guide pour la réalisation.
Le boîtier est disponible chez Radiospares sous la référence 222-036. Le 222-036 étant obsolète il est remplacé par le 754-5951. Il mesure 305 x 65 mm pour 178 mm de profondeur. L’appareil doit être surélevé de 10 mm afin d’assurer une ventilation suffisante.
Deux cornières en aluminium de 10 x 10 x 1 mm de 300 mm de long fixées aux oreilles du boîtier supportent les deux cartes.
Les cotes des divers perçages sont données aux figure 3 et figure 4. Il est toutefois prudent de s’en assurer par une mesure ‘’in situ’’.
Pour réaliser le marquage des trous de la face arrière, procéder comme suit.
Les deux cartes préamplificateur et alimentation sont vissées directement, sans les entretoises, sur les deux profilés, et placés à 1mm de la face arrière en vérifiant que les profilés sont bien positionnés sur les cornières internes du châssis (centrage). Marquer avec précision les 4 trous de fixation des profilés sur les cornières. Percer et fixer l’ensemble, sans entretoises, sur les cornières. Marquer ensuite l’axe vertical des six socles RCA à l’arrière du panneau. Ensuite, démonter le tout, fixer et souder les six socles RCA, replacer la carte (toujours sans les entretoises) et positionner l’ensemble sur les cornières. Marquer avec précision la hauteur des trous de passage et de fixation des socles RCA. Il est préférable de forer les trous en commençant par un petit diamètre (3 mm) et d’y aller progressivement. Cela permet de rattraper des dérives éventuelles. La figure 4 vous permet de contrôler la pertinence de votre marquage. Au montage final, les 2 cartes seront placées sur 4 entretoises de 5 mm et les deux profilés seront fixés au cornières du châssis également par 4 entretoises de 5 mm. Nous avons nommé les différentes entrées et sorties en reprenant les appellations du ‘’Home Cinema’’ à savoir: Front Right, Front Left, Site Right, Site Left, Center et SubWoofer’’.
Les circuits imprimés
Carte Préamplificateur
Le circuit imprimé de dimensions 198 x 145 mm contient tous les composants des six préamplificateurs. Les seules connexions sont l’alimentation et le fil de masse. Le montage de cette carte (photo 6) ne présente pas de difficulté particulière. On commencera par souder les 20 pontages, ensuite les composants de plus en plus volumineux en terminant par les 6 transistors T3 préalablement équipés de leur refroidisseur et enfin le potentiomètre à six voies. Vous trouverez ici le brochage des différents transistors utilisés.
La carte peut-être testée immédiatement. Elle sera fonctionnelle dans une large gamme de tension (12 à 60 Vdc).
Carte Alimentation
Le circuit imprimé de dimensions 129,5 x 66 mm (photo 7) contient tous les éléments de l’alimentation, transformateur compris. Le refroidisseur (figure 8) est fixé à la carte par 2 entretoises de 30 mm et 2 vis M4 en nylon. Le SIPMOS T81 est isolé du refroidisseur par un mica et fixé par une vis M2,5 de 10mm de long et isolés par un canon isolant pour TO220. Il est utile d’appliquer de la pâte thermo-conductrice des 2 côtés du mica. Le transformateur sera installé en dernier lieu. Deux pastilles sont prévues pour relier en série les deux enroulements secondaires.
Ne pas oublier la LED en série avec R80 (18 kΩ / 1 W) qui servira de voyant de mise sous tension.
La carte peut être testée. Après stabilisation, le potentiomètre P80 est ajusté pour obtenir +60 Vdc.
Il reste à intégrer le sous-ensemble dans le boîtier. Cette opération consiste à placer et relier le porte fusible, le socle secteur et le socle jack stéréo (REM) à l’arrière.
A l’avant, marquer et percer avec précision le trou de passage de l’axe d’allonge du potentiomètre. Placer et relier la LED et l’interrupteur de mise sous tension.
Ne pas oublier de raccorder le fil (0,75mm²) de masse au châssis (photos 1 & 3) et d’assurer le contact électrique avec les deux capots.
L’ensemble est directement opérationnel, il n’y a pas de mise au point.
Les mesures de la DHT sont données en figure 9, on constate que la DHT se trouve sous les 80 dB et après vérification, on s’est aperçu qu’il s’agissait de la DHT du générateur (décrit dans votre EP n° 299). Il nous est donc impossible de caractériser la DHT générée par le préamplificateur. C’est pourquoi nous la spécifierons inférieure à 0,01%. La DHT à 1 KHz pour 1 Vac de sortie est de l’ordre de 0,003%.
Le facteur d’ondulation (figure 9) est inférieur à -100 dBV, et le bruit total inférieur à -90 dBV de 20 à 20 kHz. Ceci nous garantit un rapport signal sur bruit supérieur à 90 dB pour 1 Vac de sortie.
Le temps de montée (figure 10) est de 2,6 µSec, soit une bande passante de (0,35/t) 133 kHz à –3 dB.
Caractéristiques techniques du projet
Au test d’écoute, le préamplificateur se révèle absolument transparent, sans ajouter aucune coloration tout en apportant un gain programmable de 10 dB. Après tout, n’est-ce pas le but ultime d’un montage amplificateur que de transférer dans toute son intégrité le signal qu’on lui confie ?
Ce préamplificateur est destiné à piloter un ensemble à 6 voies. Dans le projet suivant, nous étudierons l’amplificateur de puissance. C’est un push-pull ultra linéaire de 6L6GC fonctionnant en classe A jusqu’à 24 Weff et AB1 jusque 32 Weff. Il sera proposé en version stéréo et 5 voies.
Coût de la réalisation
Le coût total s’élève à 150 Euro environ sans les circuits imprimés, le potentiomètre à 6 voies à lui seul atteignant presque la moitié du prix.
Les composants
Composants du préamplificateur
ATTENUATEUR LOGARITHMIQUE PAR PLOTS A 6 VOIES
Le prix du potentiomètre à 6 voies étant rédhibitoire, nous avons développé un atténuateur logarithmique à 12 positions. Cet atténuateur peut être monté ‘’en passif’’ dans un boîtier ou être intégré sur la carte du préamplificateur à 6 voies.
La courbe d’un potentiomètre logarithmique est donnée en ‘’Z’’ sur la figure 15.
La même courbe peut être obtenue à l’aide d’un atténuateur à 12 pas en choisissant judicieusement les différentes résistances dans les séries E24 et E96.
La figure 16 vous montre le calcul, l’écart par rapport à la courbe idéale et le graphe de progression. La tolérance de cet atténuateur est de +/- 1 dB, Il faut savoir que la tolérance sur la progression logarithmique et le tracking des potentiomètres classiques est de l’ordre de 3 dB.
Le schéma se l’atténuateur est donné en figure 17.
Il peut équiper ce préamplificateur à 6 voies sur un circuit imprimé spécifique (figure 18) ou faire l’objet d’une réalisation indépendante, le circuit imprimé intègre les 12 socles RCA d’entrée-sortie et mesure 110 x 154 mm (figure 19).
Nomenclature de l'atténuateur
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
