PREAMPLIFICATEUR RIAA A TUBES POUR CELLULES MC & MM
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n° 311 de décembre 2006 sous le titre: "Préamplificateur RIAA à tubes EF86 ou ECC88"
L'étude complète de la norme RIAA et de sa restitution a été traitée au Projet 06.
Ce projet est obsolète et remplacé par une troisième version publiée au Projet 43.
La publication du préamplificateur RIAA à tubes pour cellules MM et MC paru dans les LED 187 et 188 en janvier 2005 et publié au projet 06 a suscité nombre de réalisations. En prenant en considération les remarques et suggestions issues de l’abondant courrier des lecteurs généré au cours de ces deux années, nous avons remis l'ouvrage sur le métier.
Quelques lecteurs nous ont fait savoir qu’il auraient préféré utiliser une triode en lieu et place de la pentode EF86.
Le match pentode - triode
Cette polémique âprement discutée par des inconditionnels occupe une place importante dans la littérature audiophile. Nous ne prendrons pas parti et proposerons dans cette étude la possibilité de choisir comme étage d’entrée une double triode ECC88 montée en cascode à la place de la EF86. Seule la carte des tubes sera différente. Nous verrons qu’aux instruments les résultats sont identiques avec un léger gain supplémentaire de 1,5 dB pour la ECC88.
Si cette étude est nouvelle pour vous, nous vous renvoyons à l’étude complète de la norme RIAA et de sa restitution publiée dans les LED 187 et 188 ou au projet 06.
LE SCHEMA
Le préamplificateur RIAA
Schéma du préamplificateur
Nous avons revu également le circuit d'entrée afin d'améliorer le facteur de bruit d'un facteur de 10 dB environ. Un transistor à effet de champ est inséré dans le circuit de cathode du tube d'entrée et pilote ce dernier en courant.
Le transistor à effet de champ (FET) choisi est un BF245C. Il est réputé pour son faible souffle et possède une caractéristique qui nous intéresse ici: ce FET s’auto-polarise comme le fait un tube: avec la gate au potentiel zéro, la résistance de source laisse s’établir une tension qui se stabilisera lorsque la caractéristique ID / VGS atteint l’équilibre. Cette tension s’établit entre 3 et 4 Volts pour un courant de 1,34 mA. Il suffit de placer ce FET dans le circuit de cathode de la EF86. Ce courant de 1,34 mA fait circuler dans le circuit d’anode un courant de 1,12 mA et provoque une chute de tension de 180 Vdc dans la charge d’anode (R11+R13//15). Le FET monté en source commune fonctionne en source de courant, et pilote la EF86 en courant. Le gain de l’ensemble s’établit à 48,5 dB à 20 Hz.
La grille G1 reste polarisée à +33 Vdc par le pont R60-R61, mais est court-circuitée à la masse par le condensateur C60. La grille G2 est polarisée à +200 Vdc par le pont diviseur R7-R39. Nous veillerons à utiliser des résistances à technologie ‘’Métal Film’’ ou ‘’Métal Oxyde’’. Comme le BF245C est limité à 30 Vdc pour sa caractéristique VDS, une résistance (R43) de 10 kΩ est insérée dans son drain, et fait chuter la tension VDS à 20 Vdc environ.
La valeur de cette résistance n’est pas critique et n’a aucun effet sur le gain de l’ensemble pour autant que le FET reste alimenté, en effet en source de courant l’impédance de sortie au drain est quasi infinie.
Afin de protéger le FET des surtensions, nous avons placé deux diodes en tête-bêche sur l’entrée MM à haute impédance. Cette précaution n’est pas indispensable en configuration MC.
L’étage d’entrée réalise la mise en œuvre des deux premiers pôles à 3180 µSec et 318 µSec. L’étage suivant (V3) monté en cathode suiveuse réalise le 3ème pôle à 75 µSec.
Vu que le gain de l’étage d’entrée a été doublé, nous avons réduit le gain du 3ème étage V4 à 12 dB en supprimant le condensateur placé dans le circuit de cathode.
Un condensateur C19 de 100 pF compense l’atténuation au-dessus de 15 kHz.
La triode V5 réalise le circuit de sortie à basse impédance. Les condensateurs C23 & C24 (10 µF-450 V) sont de haute qualité. Toutefois le circuit imprimé permet le placement de condensateurs blocs au polypropylène de 4,7 µF - 250 V (figure 10-2 & photo 12) et dans ce cas les condensateurs C21 & C22 ne sont plus nécessaires.
Une triode en entrée
Schéma de l’entrée ECC88
Le circuit imprimé de la carte de base permet la mise en œuvre d’une double triode ECC88 comme étage d’entrée. Seule la carte des tubes change.
La ECC88 est montée en cascode, c’est d’ailleurs pour cet usage qu’elle a été initialement conçue. Nous profitons des polarisations déjà présentes pour la version EF86: la grille de la première triode est polarisée à +33 Vdc, la seconde est ramenée à +115 Vdc en remplaçant R7 par une 470 kΩ. La mise en œuvre du FET est identique: le pilotage en courant traverse les 3 éléments et génère dans la charge d’anode la tension alternative utile. Le gain de l’ensemble s’établit à 50 dB.
Les cellules MC
Les cellules MC équipent le matériel professionnel et haut de gamme. Elles affichent une grande variété d’impédances et de tensions de sortie, dépendant directement du petit nombre de spires (10 à 25 tours !) de la bobine mobile. L’utilisation d’une cellule à bobine, ou cadre mobile implique une sensibilité qui peut descendre à 200 µVac sous une impédance de quelques Ohms. Le moyen incontournable pour les préamplificateurs à tubes est l’ajout d’un transformateur élévateur de tension en entrée. Le transformateur proposé dans cette réalisation est fabriqué par Lundahl et porte la référence LL1678. Le brochage est présenté en figure 4.
Appairage du BF245C
Nous venons de comparer ce FET à un tube, mais hélas à l’inverse des tubes la dispersion des caractéristiques de ‘’pente’’ ID / VGC et de tension ‘’Cut-off VGC’’ est patente. La pente peut en effet varier entre 3 et 6,5 mA/V et la tension de ‘’Cut-off’’ du simple au double. Si nous voulons que nos deux canaux aient le même gain, force nous est d’appairer nos deux FET pour qu’ils fassent chacun circuler un même courant avec une même valeur de résistance R41 & R42. Pour ce faire nous avons utilisé le petit montage de la figure 5. Le courant sera de 1,34 mA pour une EF86 et de 1,12 mA pour une ECC88.
Le test peut être fait très simplement sur une petite plaquette qui prévoit un support pour le transistor. Le potentiomètre est ajusté pour une tension V1 aux bornes de la résistance R43 de 13,4 Vdc ou 11,2 Vdc. Le FET est enlevé et on notera la valeur de la résistance de source R41 associée à ce transistor. Les valeurs s’échelonnent entre 2,8 kΩ et 3,4 kΩ. Nous sélectionnerons deux FET ayant une valeur de résistance R41 identique à 1%. Ces deux FET équiperont les étages d’entrée et nous placerons en R41 & R42 la valeur mesurée la plus proche dans la série E96. L’appairage peut se faire sur une dizaine de BF245C.
Attention de bien se procurer des transistors marqués par le fabricant (Fairchild, Philips ou Siemens …).
Nous avons malheureusement expérimenté des BF245C sans marque de fabrication venus de Chine qui se polarisaient convenablement mais généraient un souffle trois fois supérieur à la norme, probablement un rebut récupéré et remis sur le marché !
Le circuit d’alimentation
Schéma de l’alimentation
Le succès de cette réalisation est directement conditionné par la qualité de son alimentation.
Le transformateur d’alimentation (photo 5) est fabriqué sur spécifications par ACEA. Il porte la référence 7095/C.
Une première tension redressée de 20 Vdc est appliquée à un régulateur 12V. La diode D91 ajoute un offset de 0,6 Vdc, ce qui nous donne les +12,6 Vdc de chauffage des tubes. La mesure du ronflement de cette alimentation est inférieure à 100 µVac, de plus, l’alimentation des filaments est portée à un potentiel de +45 Vdc (R85/R86) afin d’éviter toute influence thermoïonique des filaments vers la cathode des deux tubes d’entrée.
La deuxième tension redressée de +430 Vdc est appliquée à une self de filtrage de 5 H avant notre circuit de stabilisation. Ce circuit a déjà été décrit plusieurs fois dans nos pages. La résistance R84 est portée à 10 MΩ de manière à réaliser avec C82 une constante de temps de 20 secondes. La montée en tension est progressive et se stabilise après 1 minute. A noter que la résistance de gate du SIPMOS est quasiment ‘’infinie’’ (Typ : IG=10nA).
Le niveau de bruit et de ronflement du +360 Vdc est inférieur à 10 µVac, et non mesurable aux bornes de C61 qui alimente les tubes d’entrée.
MISE EN OEUVRE
La mécanique
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées. Les photo 2, photo 3 et la figure 7 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation. Le boîtier est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 224-004. Le 222-004 obsolète à présent est remplacé par le 754-5967.
Les faces font 65x300 mm, la profondeur 280mm. Les pieds fournis ne permettent pas une ventilation suffisante pour des appareils à tubes. Il est recommandé de surélever l’appareil de 20 mm. Les éléments sont maintenus par trois profilés aluminium ‘’U’’ de 10x10x1 mm.
Ces profilés sont fixés sous les cornières latérales du boîtier. Une plaque d’aluminium de 1,5 mm supporte le transformateur. Bien que le transformateur soit à faible rayonnement, nous avons prévu un écran supplémentaire en tôle de 1 mm de fer doux. Le thermique est fixé sur cet écran (photo 5).
Tous ces matériaux sont disponibles dans les rayons de bricolage.
Vous trouverez aux photo 4 et figure 8 l’emplacement des composants sur la face arrière.
La face avant ne reçoit que le switch et voyant de mise en fonction.
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 des cartes est délicate. En effet, elles sont solidaires de la face arrière par le connecteur RCA et les deux régulateurs ballast. L’idéal est de réaliser cette opération avec les cartes nues équipées du connecteur RCA pour la carte de base et des régulateurs ballasts pour l’alimentation.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur les 3 circuits imprimés.
Les circuits imprimés
Cette réalisation comprend 3 circuits imprimés : La carte d’alimentation, la carte de base sur laquelle s’enfiche la carte des tubes.
La carte d’alimentation
Typon à l’échelle 1
Le circuit imprimé de 99x112 mm regroupe tous les composants de la régulation des 12,6 et 360 Vdc (photo 6).
Souder IC90 et Q81 de manière à ce que le sabot des boîtiers soit aligné sur le bord de la carte, et que le trou de fixation se trouve à 20 mm de la surface.
Placer provisoirement une épaisseur de 2 mm sur le panneau arrière, à l’endroit où se fixeront les transistors. La carte d’alimentation équipée des seuls ballasts est placée sur les deux cornières alu en ‘’U’’ contre l’épaisseur de 2 mm et les 4 trous de fixation (M3) sont marqués et percés avec précision dans les 2 profilés. La position latérale de la carte n’est pas critique, il suffit de la centrer.
Fixer la carte d’alimentation avec 4 entretoises (M3) M-F de 5 mm aux deux profilés alu en ‘’U’’. Une cornière alu de 40x20x2 mm de 120 mm de long fait office de refroidisseur.
Elle est placée entre les transistors et la face arrière. Il y a lieu de marquer avec précision son emplacement sur le bord de la face arrière. Après pointage des trous de fixation des transistors, les trous sont percés avec grande précision dans la cornière et la face arrière. Bien ébavurer afin d’éviter les courts-circuits entre le sabot et la cornière.
Ultérieurement, les deux ballasts seront isolés par un mica ou un isolant souple à base de silicone et un canon isolant pour TO220 et fixés par une vis M2,5 (photo 7). L’arrière du panneau a été peint en noir pour mieux évacuer la chaleur (photo 4), mais ce n’est pas indispensable.
Après s’être assuré que les fixations de la carte ne posent plus de problème, nous pouvons procéder au montage des composants.
Points particuliers
La résistance R80 (220 kΩ / 2 W) est montée à +/- 10 mm de la surface (photo 6). La résistance R85 (220 kΩ / 2 W) et la diode D85 sont montées sous la carte.
La carte peut être équipée d’un trimpot de 100 kΩ / 10 tours pour ajuster la haute tension. Mais une résistance (R86) MF à 1% de 0,66 W sera plus fiable. Dans le proto, nous avons utilisé une 56 kΩ. La self de filtrage est fixée par deux vis M4 sur la carte même.
Toutes les connexions se font par cosses et picots de 1,3 mm, la carte est ainsi libre de fils.
Tous les fils de liaison sont torsadés ‘’serré’’ afin de réduire au maximum leur rayonnement.
La carte de base
Typon à l’échelle 1
La carte de base de dimensions 150 x 150 mm est comme la carte d’alimentation, solidaire du panneau arrière par le ou les connecteur(s) RCA et placée sur des entretoises de 5 mm. Avec la carte équipée de ce connecteur, nous marquerons avec précision sur le panneau arrière les trous du connecteur RCA. Après perçage de ceux-ci, marquer et percer le trou de fixation de ce connecteur. Fixer l’ensemble au panneau arrière par ce connecteur, marquer et percer les 3 trous (M3) dans les profilés et l’attache latérale (figure 7).
Les trois fixations se font avec des entretoises de 5 mm isolées et des vis en nylon.
Il faut veiller à ce qu’en aucun endroit, le cuivre des cartes ne soit en contact électrique avec les profilés aluminium.
L’assemblage de la carte de base ne pose pas de problème particulier.
En photo 8 elle est présentée en version entrée directe asymétrique pour cellule à aimant mobile et est équipée d’un socle RCA stéréo en entrée. Mais elle peut être configurée pour une cellule à cadre mobile à entrée asymétrique ou symétrique et recevoir une carte pour tubes EF86 ou ECC88 comme sur la photo 2. Les différentes configurations d’entrée vous sont données en figure 11. Pour le placement des transformateurs MC: il y a lieu d’agrandir les trous recevant les broches au diamètre de 1,5 mm. Les pontages de configuration du transformateur repris à la figure 11 sont placés sous la carte. Il faut veiller à ce que ces pontages ne traversent pas la carte complètement au risque de faire court-circuit avec le fond du transformateur.
Le brochage du socle XLR est standard (figure 14).
L’impédance d’entrée du transformateur dépend du rapport élévateur choisi et de la résistance de charge du secondaire (figure 15).
Les cartes des tubes
Version EF86 Version ECC88
-------------------------------------------
Typon à l’échelle 1-------------------------------------------------------Typon à l’échelle 1
Implantation des composants---------------------------- -----------Implantation des composants
Cette carte de 150 x 40 mm reçoit les 5 tubes. Les supports de V1 et V2 sont ‘’plaqués or’’. C’est une précaution indispensable si on veut éviter les bruits de craquements dus aux micro-variations de contact des broches. Nous procèderons au montage dans l’ordre suivant : Insertion des deux cosses picot de 1,3 mm, placement des pontages et des 6 résistances et ensuite placement des 5 supports noval. Le pontage reliant la broche 1 de V3 à la broche 1 de V5 (+360Vdc) est isolé et placé à l’arrière de la carte (photo 4). Le pontage reliant les broches 5 de V1 et V2 est isolé (photo 9). Cette carte sera enfichée sur la carte de base en fin de montage de cette dernière..
Les masses
C’est un point fondamental dans cette réalisation. Tous les circuits sont isolés électriquement du châssis et reliés en un seul point près de l’entrée (photo 2 et photo 10). La peinture des deux capots aux trous de fixation arrière gauche est enlevée à l’aide d’un foret. Une vis à tête conique et une rondelle ‘’éventail’’ assurent le contact électrique.
Le coté droit du châssis et l’écran en fer doux sont aussi reliés électriquement au point de masse, en effet la peinture étant excellente, il n’y a pas de contact via les vis du châssis intermédiaire. Le pied de la self de filtrage et les deux écrans du transformateur sont reliés au même point de masse.
Il est recommandé de raccorder le châssis de la platine de lecture au châssis du préampli par un fil souple de section 2,5 mm2 et par un soulier ‘’œillet’’ via la vis de masse. Ceci indépendamment du/des blindage(s) des fils de la cellule qui eux arrivent sur la broche 1 du XLR ou sur le point froid du socle RCA d’entrée. C’est indispensable pour la version MC. Il faudra probablement éloigner le préampli de toute source d’induction parasite. Certains transformateurs sont de véritables arrosoirs inductifs (Ex: transfos basse tension pour lampes halogènes, pompes d’aquarium, chargeurs GSM, etc…)
Mise sous tension
Une première mise sous tension est effectuée sans les tubes, de préférence avec un autotransformateur réglable. Vérifier la présence des 12,6 Vdc des filaments (les filaments flottent à +45 Vdc par rapport à la masse), 360 Vdc de HT et 35 Vdc de polarisation à la jonction R60-R61 (il faut +/- 20 secondes pour atteindre les 360 Vdc). Débrancher et laisser les condensateurs se décharger, placer les tubes.
Monitorer la tension d’anode des EF86 / ECC88 (sur R11/R12) et la tension de cathode de V5 (sur C23/C24) et remettre sous tension. La tension d’anode des EF86 doit se stabiliser à 180 Vdc (+/-10 Vdc) et celle des cathodes de V5 à 175 Vdc (+/-10 Vdc).
MESURES
Les techniques de mesure
La mesure de la conformité à la norme RIAA est complexe. En effet, l’amplitude est dépendante de la fréquence, exemple : entre 9,8 kHz et 10,2 kHz il y a 0,4 dB d’écart. Il faut donc mesurer en même temps la fréquence à 0,1% (la période en dessous de 1000 Hz). De plus nos générateurs et millivoltmètres AC n’ont pas une précision absolue suffisante en amplitude, +/-0,05 dB cumulés sont nécessaires.
Afin de réaliser toutes les mesures habituelles dans toutes les configurations, nous avons été amenés à fabriquer deux auxiliaires de test. Pour la mesure sur l’entrée MM directe, le module ‘’Anti RIAA’’ présenté en figure 16 permet d’effectuer des mesures ‘’normalisées’’ comme celles de la figure 18. La conformité à l’inverse de la norme RIAA est parfaite (figure 16-1), l’atténuation est de 44,1 dB à 1 kHz. Inséré entre le générateur et l’entrée il permet de piloter le préamplificateur avec un signal de l’ordre du Volt et linéaire en fréquence. L’écart absolu de la lecture représente l’écart par rapport à la norme.
Pour la mesure en configuration MC, les 15 Ω d’impédance interne du transfo en configuration 1/32 nous imposent de piloter le préampli sous une impédance de 1 Ω. Le module présenté en figure 17 est un atténuateur de 60 dB qui réalise cette impédance.
Il n’est plus possible d’insérer le module anti RIAA car l’atténuation cumulée des deux modules est trop importante. La seule méthode de mesure encore valable est une mesure de substitution à l’aide d’un atténuateur programmable. Cette méthode trop longue à reprendre ici est expliquée en détail dans le LED188 ou au Projet 06.
Les résultats
La réponse aux signaux carrés et la mesure du temps de montée sont réalisés en entrée directe à l’aide du module anti RIAA (figure 18). Le comportement à 10 kHz et le temps de montée de l’ordre de 2 µsec sont excellents.
La figure 19 reprend le diagramme fréquentiel du bruit et de la distorsion. Dans la mesure du bruit, à –40 dbV de référence, on constate un battement à 50 Hz à –90 dBV et à 150 Hz à -100 dBV, soit respectivement 30 et 10 µVac. A noter l’absence totale de 100 Hz du redressement. Les trois autres diagrammes présentent la répartition spectrale des harmoniques pour des fondamentales à 50, 500 et 5000 Hz.
Nous ne montrerons pas ici la courbe de réponse RIAA, car avec son amplitude de 40 dB sur l’axe Y, toutes les courbes de tous les préamplis RIAA sont identiques. Nous avons préféré vous montrer l’écart en pas de 0,1 dB par rapport à la dite norme. Vous constaterez que les mesures ont été effectuées jusqu’à 50 kHz.
Les mesures de réponse en fréquence dans les différentes configurations sont présentées en figure 20-1 pour la version EF86 – Aimant mobile, figure 20-2 pour la version ECC88 – Aimant mobile et figure 20-3 Pour la version ECC88 – Cadre mobile.
Il est évident que l’entrée asymétrique directe donne les meilleurs résultats. Le passage par les transformateurs d’entrée affecte légèrement la conformité au-dessus de 30 kHz. Pour l’entrée MC, La mesure présentée en figure 20 a été faite pour une impédance de 15 Ω (R1=15 kΩ et 1/32 en figure 15). Il faut noter que pour la valeur de R1 = 51 kΩ, la conformité est de +/-0,5 dB de 20 Hz à 30 kHz. L’écart reste bien en dessous de la linéarité propre des meilleures cellules MC (Un coup d’œil sur le site www.ortofon.com est édifiant). Entre 20 Hz et 30 kHz, la conformité à la norme est 10 fois supérieure à la linéarité propre des meilleures cellules.
La figure 21 récapitule les caractéristiques techniques de notre réalisation.
Nomenclature : Liste des composants
Les mesures n’ont pas permis de départager les tubes d’entrée, pas plus que le test à l’écoute. Mais la configuration en cascode de la ECC88, augmente considérablement la résistance interne du tube supérieur avec pour résultat un fonctionnement qui s’apparente à celui d’une pentode.
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des Tubes
ECC81
12AT7 Electro Harmonix
12AT7 Electronska Industrija
12AT7 Mullard
12AT7 Philips
6201 Valvo
CV4024 Mullard
E81CC Amperex
E81CC Siemens
E81CC Siemens
E81CC Siemens
ECC81 Brimar
ECC81 JJ Electronic
ECC81 Mullard
ECC81 Philips
ECC81 RFT
ECC81 Siemens
ECC81 Telefunken
ECC81 Tungsram
ECC801 Telefunken
EF86
6267 Mullard
CV2901 Mullard
EF86 Varia
EF86 Chelmer
EF86 Dario
EF86 Dario
EF86 Elpico
EF86 GEC
EF86 GEC
EF86 Harma
EF86 Lorenz
EF86 Lorenz
EF86 MBLE
EF86 Mullard
EF86 Mullard
EF86 Philips
EF86 RFT
EF86 RFT
EF86 Siemens
EF86 Sovtek
EF86 Sovtek
EF86 Svetlana
EF86 Svetlana
EF86 Telefunken
EF86 Zaerix
EF806 Tesla
ECC88 / 6DJ8 / 6N23P
Les liens suivants sont repris du site allemand: Tubes-Classics
Liens Siemens - Telefunken
Liens Philips
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n° 311 de décembre 2006 sous le titre: "Préamplificateur RIAA à tubes EF86 ou ECC88"
L'étude complète de la norme RIAA et de sa restitution a été traitée au Projet 06.
Ce projet est obsolète et remplacé par une troisième version publiée au Projet 43.
La publication du préamplificateur RIAA à tubes pour cellules MM et MC paru dans les LED 187 et 188 en janvier 2005 et publié au projet 06 a suscité nombre de réalisations. En prenant en considération les remarques et suggestions issues de l’abondant courrier des lecteurs généré au cours de ces deux années, nous avons remis l'ouvrage sur le métier.
Quelques lecteurs nous ont fait savoir qu’il auraient préféré utiliser une triode en lieu et place de la pentode EF86.
Le match pentode - triode
Cette polémique âprement discutée par des inconditionnels occupe une place importante dans la littérature audiophile. Nous ne prendrons pas parti et proposerons dans cette étude la possibilité de choisir comme étage d’entrée une double triode ECC88 montée en cascode à la place de la EF86. Seule la carte des tubes sera différente. Nous verrons qu’aux instruments les résultats sont identiques avec un léger gain supplémentaire de 1,5 dB pour la ECC88.
Si cette étude est nouvelle pour vous, nous vous renvoyons à l’étude complète de la norme RIAA et de sa restitution publiée dans les LED 187 et 188 ou au projet 06.
LE SCHEMA
Le préamplificateur RIAA
Schéma du préamplificateur
Nous avons revu également le circuit d'entrée afin d'améliorer le facteur de bruit d'un facteur de 10 dB environ. Un transistor à effet de champ est inséré dans le circuit de cathode du tube d'entrée et pilote ce dernier en courant.
Le transistor à effet de champ (FET) choisi est un BF245C. Il est réputé pour son faible souffle et possède une caractéristique qui nous intéresse ici: ce FET s’auto-polarise comme le fait un tube: avec la gate au potentiel zéro, la résistance de source laisse s’établir une tension qui se stabilisera lorsque la caractéristique ID / VGS atteint l’équilibre. Cette tension s’établit entre 3 et 4 Volts pour un courant de 1,34 mA. Il suffit de placer ce FET dans le circuit de cathode de la EF86. Ce courant de 1,34 mA fait circuler dans le circuit d’anode un courant de 1,12 mA et provoque une chute de tension de 180 Vdc dans la charge d’anode (R11+R13//15). Le FET monté en source commune fonctionne en source de courant, et pilote la EF86 en courant. Le gain de l’ensemble s’établit à 48,5 dB à 20 Hz.
La grille G1 reste polarisée à +33 Vdc par le pont R60-R61, mais est court-circuitée à la masse par le condensateur C60. La grille G2 est polarisée à +200 Vdc par le pont diviseur R7-R39. Nous veillerons à utiliser des résistances à technologie ‘’Métal Film’’ ou ‘’Métal Oxyde’’. Comme le BF245C est limité à 30 Vdc pour sa caractéristique VDS, une résistance (R43) de 10 kΩ est insérée dans son drain, et fait chuter la tension VDS à 20 Vdc environ.
La valeur de cette résistance n’est pas critique et n’a aucun effet sur le gain de l’ensemble pour autant que le FET reste alimenté, en effet en source de courant l’impédance de sortie au drain est quasi infinie.
Afin de protéger le FET des surtensions, nous avons placé deux diodes en tête-bêche sur l’entrée MM à haute impédance. Cette précaution n’est pas indispensable en configuration MC.
L’étage d’entrée réalise la mise en œuvre des deux premiers pôles à 3180 µSec et 318 µSec. L’étage suivant (V3) monté en cathode suiveuse réalise le 3ème pôle à 75 µSec.
Vu que le gain de l’étage d’entrée a été doublé, nous avons réduit le gain du 3ème étage V4 à 12 dB en supprimant le condensateur placé dans le circuit de cathode.
Un condensateur C19 de 100 pF compense l’atténuation au-dessus de 15 kHz.
La triode V5 réalise le circuit de sortie à basse impédance. Les condensateurs C23 & C24 (10 µF-450 V) sont de haute qualité. Toutefois le circuit imprimé permet le placement de condensateurs blocs au polypropylène de 4,7 µF - 250 V (figure 10-2 & photo 12) et dans ce cas les condensateurs C21 & C22 ne sont plus nécessaires.
Une triode en entrée
Schéma de l’entrée ECC88
Le circuit imprimé de la carte de base permet la mise en œuvre d’une double triode ECC88 comme étage d’entrée. Seule la carte des tubes change.
La ECC88 est montée en cascode, c’est d’ailleurs pour cet usage qu’elle a été initialement conçue. Nous profitons des polarisations déjà présentes pour la version EF86: la grille de la première triode est polarisée à +33 Vdc, la seconde est ramenée à +115 Vdc en remplaçant R7 par une 470 kΩ. La mise en œuvre du FET est identique: le pilotage en courant traverse les 3 éléments et génère dans la charge d’anode la tension alternative utile. Le gain de l’ensemble s’établit à 50 dB.
Les cellules MC
Les cellules MC équipent le matériel professionnel et haut de gamme. Elles affichent une grande variété d’impédances et de tensions de sortie, dépendant directement du petit nombre de spires (10 à 25 tours !) de la bobine mobile. L’utilisation d’une cellule à bobine, ou cadre mobile implique une sensibilité qui peut descendre à 200 µVac sous une impédance de quelques Ohms. Le moyen incontournable pour les préamplificateurs à tubes est l’ajout d’un transformateur élévateur de tension en entrée. Le transformateur proposé dans cette réalisation est fabriqué par Lundahl et porte la référence LL1678. Le brochage est présenté en figure 4.
Appairage du BF245C
Nous venons de comparer ce FET à un tube, mais hélas à l’inverse des tubes la dispersion des caractéristiques de ‘’pente’’ ID / VGC et de tension ‘’Cut-off VGC’’ est patente. La pente peut en effet varier entre 3 et 6,5 mA/V et la tension de ‘’Cut-off’’ du simple au double. Si nous voulons que nos deux canaux aient le même gain, force nous est d’appairer nos deux FET pour qu’ils fassent chacun circuler un même courant avec une même valeur de résistance R41 & R42. Pour ce faire nous avons utilisé le petit montage de la figure 5. Le courant sera de 1,34 mA pour une EF86 et de 1,12 mA pour une ECC88.
Le test peut être fait très simplement sur une petite plaquette qui prévoit un support pour le transistor. Le potentiomètre est ajusté pour une tension V1 aux bornes de la résistance R43 de 13,4 Vdc ou 11,2 Vdc. Le FET est enlevé et on notera la valeur de la résistance de source R41 associée à ce transistor. Les valeurs s’échelonnent entre 2,8 kΩ et 3,4 kΩ. Nous sélectionnerons deux FET ayant une valeur de résistance R41 identique à 1%. Ces deux FET équiperont les étages d’entrée et nous placerons en R41 & R42 la valeur mesurée la plus proche dans la série E96. L’appairage peut se faire sur une dizaine de BF245C.
Attention de bien se procurer des transistors marqués par le fabricant (Fairchild, Philips ou Siemens …).
Nous avons malheureusement expérimenté des BF245C sans marque de fabrication venus de Chine qui se polarisaient convenablement mais généraient un souffle trois fois supérieur à la norme, probablement un rebut récupéré et remis sur le marché !
Le circuit d’alimentation
Schéma de l’alimentation
Le succès de cette réalisation est directement conditionné par la qualité de son alimentation.
Le transformateur d’alimentation (photo 5) est fabriqué sur spécifications par ACEA. Il porte la référence 7095/C.
Une première tension redressée de 20 Vdc est appliquée à un régulateur 12V. La diode D91 ajoute un offset de 0,6 Vdc, ce qui nous donne les +12,6 Vdc de chauffage des tubes. La mesure du ronflement de cette alimentation est inférieure à 100 µVac, de plus, l’alimentation des filaments est portée à un potentiel de +45 Vdc (R85/R86) afin d’éviter toute influence thermoïonique des filaments vers la cathode des deux tubes d’entrée.
La deuxième tension redressée de +430 Vdc est appliquée à une self de filtrage de 5 H avant notre circuit de stabilisation. Ce circuit a déjà été décrit plusieurs fois dans nos pages. La résistance R84 est portée à 10 MΩ de manière à réaliser avec C82 une constante de temps de 20 secondes. La montée en tension est progressive et se stabilise après 1 minute. A noter que la résistance de gate du SIPMOS est quasiment ‘’infinie’’ (Typ : IG=10nA).
Le niveau de bruit et de ronflement du +360 Vdc est inférieur à 10 µVac, et non mesurable aux bornes de C61 qui alimente les tubes d’entrée.
MISE EN OEUVRE
La mécanique
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées. Les photo 2, photo 3 et la figure 7 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation. Le boîtier est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 224-004. Le 222-004 obsolète à présent est remplacé par le 754-5967.
Les faces font 65x300 mm, la profondeur 280mm. Les pieds fournis ne permettent pas une ventilation suffisante pour des appareils à tubes. Il est recommandé de surélever l’appareil de 20 mm. Les éléments sont maintenus par trois profilés aluminium ‘’U’’ de 10x10x1 mm.
Ces profilés sont fixés sous les cornières latérales du boîtier. Une plaque d’aluminium de 1,5 mm supporte le transformateur. Bien que le transformateur soit à faible rayonnement, nous avons prévu un écran supplémentaire en tôle de 1 mm de fer doux. Le thermique est fixé sur cet écran (photo 5).
Tous ces matériaux sont disponibles dans les rayons de bricolage.
Vous trouverez aux photo 4 et figure 8 l’emplacement des composants sur la face arrière.
La face avant ne reçoit que le switch et voyant de mise en fonction.
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 des cartes est délicate. En effet, elles sont solidaires de la face arrière par le connecteur RCA et les deux régulateurs ballast. L’idéal est de réaliser cette opération avec les cartes nues équipées du connecteur RCA pour la carte de base et des régulateurs ballasts pour l’alimentation.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur les 3 circuits imprimés.
Les circuits imprimés
Cette réalisation comprend 3 circuits imprimés : La carte d’alimentation, la carte de base sur laquelle s’enfiche la carte des tubes.
La carte d’alimentation
Typon à l’échelle 1
Le circuit imprimé de 99x112 mm regroupe tous les composants de la régulation des 12,6 et 360 Vdc (photo 6).
Souder IC90 et Q81 de manière à ce que le sabot des boîtiers soit aligné sur le bord de la carte, et que le trou de fixation se trouve à 20 mm de la surface.
Placer provisoirement une épaisseur de 2 mm sur le panneau arrière, à l’endroit où se fixeront les transistors. La carte d’alimentation équipée des seuls ballasts est placée sur les deux cornières alu en ‘’U’’ contre l’épaisseur de 2 mm et les 4 trous de fixation (M3) sont marqués et percés avec précision dans les 2 profilés. La position latérale de la carte n’est pas critique, il suffit de la centrer.
Fixer la carte d’alimentation avec 4 entretoises (M3) M-F de 5 mm aux deux profilés alu en ‘’U’’. Une cornière alu de 40x20x2 mm de 120 mm de long fait office de refroidisseur.
Elle est placée entre les transistors et la face arrière. Il y a lieu de marquer avec précision son emplacement sur le bord de la face arrière. Après pointage des trous de fixation des transistors, les trous sont percés avec grande précision dans la cornière et la face arrière. Bien ébavurer afin d’éviter les courts-circuits entre le sabot et la cornière.
Ultérieurement, les deux ballasts seront isolés par un mica ou un isolant souple à base de silicone et un canon isolant pour TO220 et fixés par une vis M2,5 (photo 7). L’arrière du panneau a été peint en noir pour mieux évacuer la chaleur (photo 4), mais ce n’est pas indispensable.
Après s’être assuré que les fixations de la carte ne posent plus de problème, nous pouvons procéder au montage des composants.
Points particuliers
La résistance R80 (220 kΩ / 2 W) est montée à +/- 10 mm de la surface (photo 6). La résistance R85 (220 kΩ / 2 W) et la diode D85 sont montées sous la carte.
La carte peut être équipée d’un trimpot de 100 kΩ / 10 tours pour ajuster la haute tension. Mais une résistance (R86) MF à 1% de 0,66 W sera plus fiable. Dans le proto, nous avons utilisé une 56 kΩ. La self de filtrage est fixée par deux vis M4 sur la carte même.
Toutes les connexions se font par cosses et picots de 1,3 mm, la carte est ainsi libre de fils.
Tous les fils de liaison sont torsadés ‘’serré’’ afin de réduire au maximum leur rayonnement.
La carte de base
Typon à l’échelle 1
La carte de base de dimensions 150 x 150 mm est comme la carte d’alimentation, solidaire du panneau arrière par le ou les connecteur(s) RCA et placée sur des entretoises de 5 mm. Avec la carte équipée de ce connecteur, nous marquerons avec précision sur le panneau arrière les trous du connecteur RCA. Après perçage de ceux-ci, marquer et percer le trou de fixation de ce connecteur. Fixer l’ensemble au panneau arrière par ce connecteur, marquer et percer les 3 trous (M3) dans les profilés et l’attache latérale (figure 7).
Les trois fixations se font avec des entretoises de 5 mm isolées et des vis en nylon.
Il faut veiller à ce qu’en aucun endroit, le cuivre des cartes ne soit en contact électrique avec les profilés aluminium.
L’assemblage de la carte de base ne pose pas de problème particulier.
En photo 8 elle est présentée en version entrée directe asymétrique pour cellule à aimant mobile et est équipée d’un socle RCA stéréo en entrée. Mais elle peut être configurée pour une cellule à cadre mobile à entrée asymétrique ou symétrique et recevoir une carte pour tubes EF86 ou ECC88 comme sur la photo 2. Les différentes configurations d’entrée vous sont données en figure 11. Pour le placement des transformateurs MC: il y a lieu d’agrandir les trous recevant les broches au diamètre de 1,5 mm. Les pontages de configuration du transformateur repris à la figure 11 sont placés sous la carte. Il faut veiller à ce que ces pontages ne traversent pas la carte complètement au risque de faire court-circuit avec le fond du transformateur.
Le brochage du socle XLR est standard (figure 14).
L’impédance d’entrée du transformateur dépend du rapport élévateur choisi et de la résistance de charge du secondaire (figure 15).
Les cartes des tubes
Version EF86 Version ECC88
-------------------------------------------Typon à l’échelle 1-------------------------------------------------------Typon à l’échelle 1
Implantation des composants---------------------------- -----------Implantation des composants
Cette carte de 150 x 40 mm reçoit les 5 tubes. Les supports de V1 et V2 sont ‘’plaqués or’’. C’est une précaution indispensable si on veut éviter les bruits de craquements dus aux micro-variations de contact des broches. Nous procèderons au montage dans l’ordre suivant : Insertion des deux cosses picot de 1,3 mm, placement des pontages et des 6 résistances et ensuite placement des 5 supports noval. Le pontage reliant la broche 1 de V3 à la broche 1 de V5 (+360Vdc) est isolé et placé à l’arrière de la carte (photo 4). Le pontage reliant les broches 5 de V1 et V2 est isolé (photo 9). Cette carte sera enfichée sur la carte de base en fin de montage de cette dernière..
Les masses
C’est un point fondamental dans cette réalisation. Tous les circuits sont isolés électriquement du châssis et reliés en un seul point près de l’entrée (photo 2 et photo 10). La peinture des deux capots aux trous de fixation arrière gauche est enlevée à l’aide d’un foret. Une vis à tête conique et une rondelle ‘’éventail’’ assurent le contact électrique.
Le coté droit du châssis et l’écran en fer doux sont aussi reliés électriquement au point de masse, en effet la peinture étant excellente, il n’y a pas de contact via les vis du châssis intermédiaire. Le pied de la self de filtrage et les deux écrans du transformateur sont reliés au même point de masse.
Il est recommandé de raccorder le châssis de la platine de lecture au châssis du préampli par un fil souple de section 2,5 mm2 et par un soulier ‘’œillet’’ via la vis de masse. Ceci indépendamment du/des blindage(s) des fils de la cellule qui eux arrivent sur la broche 1 du XLR ou sur le point froid du socle RCA d’entrée. C’est indispensable pour la version MC. Il faudra probablement éloigner le préampli de toute source d’induction parasite. Certains transformateurs sont de véritables arrosoirs inductifs (Ex: transfos basse tension pour lampes halogènes, pompes d’aquarium, chargeurs GSM, etc…)
Mise sous tension
Une première mise sous tension est effectuée sans les tubes, de préférence avec un autotransformateur réglable. Vérifier la présence des 12,6 Vdc des filaments (les filaments flottent à +45 Vdc par rapport à la masse), 360 Vdc de HT et 35 Vdc de polarisation à la jonction R60-R61 (il faut +/- 20 secondes pour atteindre les 360 Vdc). Débrancher et laisser les condensateurs se décharger, placer les tubes.
Monitorer la tension d’anode des EF86 / ECC88 (sur R11/R12) et la tension de cathode de V5 (sur C23/C24) et remettre sous tension. La tension d’anode des EF86 doit se stabiliser à 180 Vdc (+/-10 Vdc) et celle des cathodes de V5 à 175 Vdc (+/-10 Vdc).
MESURES
Les techniques de mesure
La mesure de la conformité à la norme RIAA est complexe. En effet, l’amplitude est dépendante de la fréquence, exemple : entre 9,8 kHz et 10,2 kHz il y a 0,4 dB d’écart. Il faut donc mesurer en même temps la fréquence à 0,1% (la période en dessous de 1000 Hz). De plus nos générateurs et millivoltmètres AC n’ont pas une précision absolue suffisante en amplitude, +/-0,05 dB cumulés sont nécessaires.
Afin de réaliser toutes les mesures habituelles dans toutes les configurations, nous avons été amenés à fabriquer deux auxiliaires de test. Pour la mesure sur l’entrée MM directe, le module ‘’Anti RIAA’’ présenté en figure 16 permet d’effectuer des mesures ‘’normalisées’’ comme celles de la figure 18. La conformité à l’inverse de la norme RIAA est parfaite (figure 16-1), l’atténuation est de 44,1 dB à 1 kHz. Inséré entre le générateur et l’entrée il permet de piloter le préamplificateur avec un signal de l’ordre du Volt et linéaire en fréquence. L’écart absolu de la lecture représente l’écart par rapport à la norme.
Pour la mesure en configuration MC, les 15 Ω d’impédance interne du transfo en configuration 1/32 nous imposent de piloter le préampli sous une impédance de 1 Ω. Le module présenté en figure 17 est un atténuateur de 60 dB qui réalise cette impédance.
Il n’est plus possible d’insérer le module anti RIAA car l’atténuation cumulée des deux modules est trop importante. La seule méthode de mesure encore valable est une mesure de substitution à l’aide d’un atténuateur programmable. Cette méthode trop longue à reprendre ici est expliquée en détail dans le LED188 ou au Projet 06.
Les résultats
La réponse aux signaux carrés et la mesure du temps de montée sont réalisés en entrée directe à l’aide du module anti RIAA (figure 18). Le comportement à 10 kHz et le temps de montée de l’ordre de 2 µsec sont excellents.
La figure 19 reprend le diagramme fréquentiel du bruit et de la distorsion. Dans la mesure du bruit, à –40 dbV de référence, on constate un battement à 50 Hz à –90 dBV et à 150 Hz à -100 dBV, soit respectivement 30 et 10 µVac. A noter l’absence totale de 100 Hz du redressement. Les trois autres diagrammes présentent la répartition spectrale des harmoniques pour des fondamentales à 50, 500 et 5000 Hz.
Nous ne montrerons pas ici la courbe de réponse RIAA, car avec son amplitude de 40 dB sur l’axe Y, toutes les courbes de tous les préamplis RIAA sont identiques. Nous avons préféré vous montrer l’écart en pas de 0,1 dB par rapport à la dite norme. Vous constaterez que les mesures ont été effectuées jusqu’à 50 kHz.
Les mesures de réponse en fréquence dans les différentes configurations sont présentées en figure 20-1 pour la version EF86 – Aimant mobile, figure 20-2 pour la version ECC88 – Aimant mobile et figure 20-3 Pour la version ECC88 – Cadre mobile.
Il est évident que l’entrée asymétrique directe donne les meilleurs résultats. Le passage par les transformateurs d’entrée affecte légèrement la conformité au-dessus de 30 kHz. Pour l’entrée MC, La mesure présentée en figure 20 a été faite pour une impédance de 15 Ω (R1=15 kΩ et 1/32 en figure 15). Il faut noter que pour la valeur de R1 = 51 kΩ, la conformité est de +/-0,5 dB de 20 Hz à 30 kHz. L’écart reste bien en dessous de la linéarité propre des meilleures cellules MC (Un coup d’œil sur le site www.ortofon.com est édifiant). Entre 20 Hz et 30 kHz, la conformité à la norme est 10 fois supérieure à la linéarité propre des meilleures cellules.
La figure 21 récapitule les caractéristiques techniques de notre réalisation.
Nomenclature : Liste des composants
Les mesures n’ont pas permis de départager les tubes d’entrée, pas plus que le test à l’écoute. Mais la configuration en cascode de la ECC88, augmente considérablement la résistance interne du tube supérieur avec pour résultat un fonctionnement qui s’apparente à celui d’une pentode.
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des Tubes
ECC81
12AT7 Electro Harmonix
12AT7 Electronska Industrija
12AT7 Mullard
12AT7 Philips
6201 Valvo
CV4024 Mullard
E81CC Amperex
E81CC Siemens
E81CC Siemens
E81CC Siemens
ECC81 Brimar
ECC81 JJ Electronic
ECC81 Mullard
ECC81 Philips
ECC81 RFT
ECC81 Siemens
ECC81 Telefunken
ECC81 Tungsram
ECC801 Telefunken
EF86
6267 Mullard
CV2901 Mullard
EF86 Varia
EF86 Chelmer
EF86 Dario
EF86 Dario
EF86 Elpico
EF86 GEC
EF86 GEC
EF86 Harma
EF86 Lorenz
EF86 Lorenz
EF86 MBLE
EF86 Mullard
EF86 Mullard
EF86 Philips
EF86 RFT
EF86 RFT
EF86 Siemens
EF86 Sovtek
EF86 Sovtek
EF86 Svetlana
EF86 Svetlana
EF86 Telefunken
EF86 Zaerix
EF806 Tesla
ECC88 / 6DJ8 / 6N23P
Les liens suivants sont repris du site allemand: Tubes-Classics
Liens Siemens - Telefunken
Liens Philips