PREAMPLIFICATEUR RIAA pour cellule MM et MC - Un Préamplificateur économique mais performant.
Projet publié dans la revue Electronique Pratique "Hors Série Audio Led" de novembre 2006 sous le titre "Préamplificateur RIAA en AOP"
Ce projet est obsolète et remplacé par le projet suivant.
Cette réalisation fait directement référence au préamplificateur RIAA paru dans les LED 187 et 188 de janvier et mars 2005. Nous avons voulu pour cette réalisation une approche similaire tout en permettant une économie substantielle due à l’utilisation de circuits intégrés dédicacés. Les spécifications obtenues n’ont que peu à rougir de son grand frère: l’écart par rapport à la norme RIAA ne dépasse pas 0,25 dB et la distorsion harmonique totale est inférieure à 0,1%.
Le circuit imprimé est prévu pour les deux configurations : entrée pour cellule à aimant mobile et cellule à bobine mobile.
LA NORME RIAA
Nous ne reprendrons pas ici l’explication de la norme. Une étude complète de la norme RIAA, sa genèse, la gravure et sa restitution a été publiée dans le LED 187 ou au projet 06.
LE PREAMPLIFICATEUR
Cette étude est basée sur la note d’application n° 346 du LM833 de ‘’National Semiconductor’’.
Si la conformité à la norme RIAA et le taux de distorsion sont les deux critères majeurs pour ce type de réalisation, le rapport signal / bruit représente à lui seul un défi.
Les bruit de fond et ronflements propres du préampli doivent être inférieurs de 60 dB au signal le plus faible: à 20 Hz le signal moyen à l’entrée est de l’ordre du millivolt.
Les bruits reportés à l’entrée seront inférieurs au µV ! En pratique, vu la désaccentuation de 6 dB par octave à partir de 50 Hz, le résiduel de souffle ne pose que peu de problème. Par contre, les bruits de ronflements doivent être particulièrement maîtrisés. Ce bruit est issu principalement du 100 Hz de l’alimentation et de l’environnement à 50 Hz.
Nous soignerons particulièrement le dessin de la carte afin d’éviter le bruit du à l’alimentation et les boucles de retour de masse. Nous équiperons également la carte d’un potentiomètre de réglage de volume bien pratique.
Les transformateurs d’entrée sont fabriqués par la firme suédoise Lundahl.
Le circuit intégré LM833 est dédicacé pour cette application et réputé pour son faible bruit. Les cellules de filtrage sont réalisées avec des composants à 1%.
Toutes les résistances sont à couche métallique.
Schéma bloc
Le schéma bloc
Le premier Amplificateur OPpérationnel (=AOP) IC1A reçoit le signal d’entrée à haute impédance et assure la fonction de transfert des filtres à 3180 µS et 318 µS. Le gain à 1000 Hz est de 24 dB. La sortie à impédance nulle pilote le dernier filtre à 75 µSec. Le signal est ensuite amplifié de 12 dB par l’AOP IC1B et appliqué au potentiomètre P1. Le dernier AOP IC3A est monté en tampon et le signal est envoyé vers la sortie via une résistance de 600 Ω.
Nous avons préféré séparer complètement les filtres 3180-318 µS et 75 µS afin de pouvoir les traiter individuellement et éviter ainsi les interactions de combinaison des filtres, de plus cette configuration nous donne le meilleur rapport signal/bruit.
Circuit Préamplificateur
Schéma du préamplificateur
Le circuit d’entrée
Les trois circuits intégrés utilisés sont des LM833. Chaque LM833 est composé de 2 AOP.
L’impédance du circuit d’entrée est fixée par la combinaison de R1 et Rz en fonction des impédances requises par les différentes configurations. Nous verrons plus loin que le circuit imprimé est prévu par défaut pour une cellule MM à entrée asymétrique directe, mais peut également être équipé d’un transformateur élévateur indispensable pour la lecture d’une cellule MC. De plus, le dessin du circuit imprimé laisse la possibilité au lecteur de choisir comme connecteur d‘entrée un socle RCA stéréo pour une entrée asymétrique, ou une fiche DIN ou encore XLR à 5 broches pour les entrées symétriques. Pour une entrée MM, l’impédance d’entrée est obtenue en fixant une valeur de 91 kΩ pour Rz, ce qui nous donne avec la 100 kΩ (R1) en parallèle une valeur totale de 47 kΩ. Une capacité C1 dont la valeur comprise entre 200 et 400 pF est spécifiée par le fabricant de la cellule est placée en parallèle sur l’entrée.
Pour l’entrée MC, différentes configurations en fonction du rapport élévateur et de l’impédance d’entrée vous sont données au tableau en figure 3.
Pour notre réalisation l’impédance d‘entrée a été fixée à 12 Ω.
Notre cellule MC est une Ortofon MC20 MK-II de 5 Ω d’impédance de sortie pour 125µV/5CM/Sec-1 à 1 kHz. C’est en fait la configuration la plus difficile sous le rapport de l’adaptation de l’impédance et de l’immunité au bruit. En effet, à 20 Hz, il suffit d’un signal de 15 µVac en entrée pour obtenir 300 mVac (Gain = 86 dB !).
Le transformateur d’entrée fabriqué par Lundahl porte la référence LL1678.
La restitution RIAA
L’inflexion de la courbe à 50 Hz est générée par la cellule R9, R13 et C11 situé dans le circuit de contre-réaction de l’AOP IC1A. Pour ce pôle à 50 Hz, (T1=3180 µS), nous fixons arbitrairement C11 = 22 nF une valeur standard à 1%. La valeur de la résistance vaudra (3180 x 10-6) / (22 x 10-9) = 144545 Ω. Cette valeur est réalisée par la mise en parallèle de 2 résistances (R9 et R13) de 324 kΩ et 261 kΩ à 1%.
Nous ne laissons pas notre courbe descendre de 6 dB par octave indéfiniment, car à 500Hz (T2=318 µSec) nous avons un deuxième point d’inflexion qui stabilise l’amplitude sans limite de fréquence. Le calcul de R11+R15 = (R9 x R13) / 9 x (R9 + R13) nous donne 16060 Ω.
Le troisième point d’inflexion à 2122 Hz (T3=75 µSec) qui fera replonger notre courbe de 6dB par octave indéfiniment est généré par la cellule R17, R19 et C13. Comme l’impédance de sortie de l’AOP IC1A est nulle et est assimilée à une source de tension, une simple cellule R-C peut faire l’affaire. Nous fixons arbitrairement C13 = 33 nF, nous calculons pour T3 = 75 µS: une valeur de R17 = 2272,7 Ω. Cette valeur n’existant pas, nous choisissons une valeur de R17 = 2,37 kΩ à 1%, à laquelle vient s’ajouter en parallèle la résistance R19 de 54,9 kΩ.
Le circuit de sortie
Le signal ainsi filtré est amplifié de 12 dB par l’AOP IC1B. Ce gain est fixé par le circuit de contre réaction R25-R23 et peut être modifié à votre convenance. Le gain total est de 66 ou 36 dB à 1 kHz. Une cellule MM spécifiée à 4mV/5CM/ Sec-1 restituera un signal gravé à 1000 Hz à 0 dB de référence de l'ordre de 4 mVac et dans ce cas la tension de sortie sera de l’ordre de 250 mVac avec un maximum de 1 Vac. Après dosage par le potentiomètre P1, le signal est routé vers l’AOP IC3A monté en gain unitaire. Les deux résistances R29 et R31 fixent l’impédance de sortie à 600 Ω. La cellule R29–C19 coupe les fréquences au-dessus de 100 kHz, car le LM833 a une fréquence de coupure qui monte à 15 MHz.
L’alimentation
Schéma de l’alimentation
Comme déjà dit, le succès de cette réalisation est directement conditionné par la qualité de son alimentation. Notre première approche avait équipé le préamplificateur de deux piles de 9 V, mais comme la consommation moyenne d’un LM833 est de 6,5mA, celles ci se vidaient après quelques heures de fonctionnement, rendant rédhibitoire le coût à l’usage du préamplificateur. Nous avons éliminé les batteries rechargeables car peu pratique à l’usage. Restait l’alimentation classique. Le choix du transformateur d’alimentation s’est porté sur un modèle torique de 1,6 VA de puissance. La consommation au secteur est de l’ordre de 1,2 VA pour un courant secondaire de 30 mA. Cette alimentation ne comporte aucun fusible, en effet le courant primaire est de 5 mA et le transformateur supporte son secondaire en court-circuit permanent. La mise sous tension se fait par l ‘enroulement secondaire afin de véhiculer un minimum de tension secteur dans l’appareil. Le transformateur est sous tension dès que le cordon secteur est raccordé. La consommation ‘’hors service’’ est inférieure à 500 µA, soit 0,1 VA.
La régulation utilise deux circuits intégrés 7812 et 7912. Ils ne nécessitent pas de refroidisseur. La tension d’ondulation des + et – 12Vdc est inférieure à 40 µVac.
De plus chaque AOP est isolé du bruit du souffle de l’alimentation par une cellule RC (ex. R33-C21) et quand on sait que le taux de réjection de l’alimentation pour ce type d’AOP est de l’ordre de 100 dB, on a de ce fait éliminé toute source de bruit pouvant venir de l’alimentation.
MISE EN OEUVRE
LA MECANIQUE
Le boîtier mesure 203 x 178 x 65 mm et est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 222-020 (remplacé par le 754-5967).
La carte imprimée est fixée sur deux cornières aluminium de 10x10x1 mm de section.
Le transformateur d’alimentation est un modèle pour circuit imprimé, mais il est muni d’un trou de fixation pour une vis M4. Il est fixé sur un profilé plat en alu de 20x2 mm de section. Les fils sont soudés directement sur les broches et ceux qui véhiculent le secteur sont isolés par de la gaine thermo-rétractable. Les photo 2 et la figure 6 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées.
Les faces avant et arrières n’ont pas fait l’objet de plans cotés. Seuls les perçages des trous du potentiomètre sur la face avant et du - ou des - socle(s) RCA sur la face arrière nécessitent de la précision. Mais ces cotes dépendent de l’emplacement exact de la carte sur les profilés. Elles seront pointées ‘’in-situ’’. Les photo 3 et photo 4 en montrent une disposition.
La photo 5 présente l’agencement général des divers éléments dans le boîtier.
Les masses
On notera le raccordement de masse de la carte à la masse du châssis. Les deux cotés du châssis sont reliés électriquement par vis auto-taraudeuse. De plus il faut gratter la peinture des deux capots aux trous de fixation situés près de l’entrée à l’aide d’un foret et remplacer deux vis fournies par deux vis à tête conique. Le corps du potentiomètre est également raccordé à la masse et l’allonge d’axe doit être isolante afin de ne pas créer de retour de boucle via la face avant.
LE CIRCUIT IMPRIME
Typon à l'échelle 1
Le circuit imprimé unique contient tous les éléments actifs et intègre l’alimentation régulée. Il a été étudié pour accepter différentes configurations, à savoir une entrée directe pour la lecture des cellules MM, la possibilité d’ajouter un transformateur élévateur pour la lecture des cellules MC. Ces deux configurations peuvent être équipées soit d’un socle RCA pour l’entrée asymétrique soit d’un socle XLR ou DIN pour l’entrée MC. Les connexions sont réduites aux 3 fils reliant le transformateur d’alimentation, aux deux fils de la Led ‘’ON’’ et à la connexion de masse. (figure 7 et photo 6)
La figure 8 détaille l’emplacement des composants pour les 5 configurations possibles et la figure 9 le câblage standard du XLR.
Le montage de la carte ne présente pas de difficultés. Les 4 cosses picot de 1,3 mm sont serties en premier lieu, ensuite on place les straps et les composants de l’alimentation. L’alimentation est testée avant de continuer le montage des composants des préamplis.
Si la carte doit recevoir les transformateurs MC, il faut s’assurer que le diamètre des trous dans le PCB fait bien 1,5 mm (photo 6). Le potentiomètre et les socles RCA sont montés en dernier lieu. La carte peut être testée fonctionnellement en dehors du boîtier. Il suffit de l’alimenter. On vérifiera d’abord la tension DC aux broches de sortie des AOP. IC1/1 et IC2/1 doivent être de –1,1 Vdc, les autres : IC1/7, IC2/7, IC3/1, et IC3/7 de 0V +/- 20 mVdc.
Ensuite en appliquant un signal de 4 mVac à 1 kHz sur l’entrée directe, on doit avoir en sortie un signal de 250 à 300 mVac qui varie avec la position du potentiomètre.
Le test s’arrête là, car en dehors du boîtier, le préampli capte trop de ronflement ambiant.
La carte est alors installée dans le boîtier, et après avoir raccordé les masses, vissé le capot du fond, et raccordé les divers éléments aux faces avant et arrière, le préampli est testé fonctionnellement. Pour les tests finaux, il faut encore placer le capot supérieur.
MESURES
La mesure de la conformité à la norme RIAA est complexe. En effet, l’amplitude est dépendante de la fréquence. (ex.: 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.
Autre écueil, la résistance interne du transfo MC en configuration 1/32 vaut 1,1 Ω pour une Zi de 12 Ω. Ce qui nous impose de le piloter avec une impédance de sortie de 1 Ω. La seule méthode de mesure possible est la mesure par substitution.
Afin de réaliser toutes les mesures habituelles dans toutes les configurations, nous avons réutilisé les deux auxiliaires de test : le circuit ‘Anti-RIAA’’ (figure 10 et photo 7) et l’adapteur d’impédance 600 Ω / 1 Ω (figure 11). Ces techniques de mesure ont été décrites en détail dans le Led 188 de mars 2005 ou au projet 06.
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. Le tableau en figure 12 et le graphe en figure 13 montrent l’écart en pas de 0,1 dB par rapport à la dite norme. L’écart plus important pour l’entrée MC peut surprendre, mais n’oublions pas que la linéarité d’une cellule MC est de l’ordre de +/-1 dB entre 20 Hz et 20 kHz, alors que celle d’une cellule MM est rarement inférieure à +/- 2dB.
La figure 14 présente la réponse aux signaux carrés et le temps de montée. La mesure est normalisée en insérant le circuit anti-RIAA entre le générateur et l’entrée. Le temps de montée de 5 µS signifie une bande passante normalisée de 70 kHz à –3 dB.
La figure 15 présente les mesures à l’analyseur de spectre. La référence des mesures est 0 dBV. Le niveau de bruit résiduel ‘’Hum & Noise’’ est conditionné principalement par le ronflement à 50 Hz. La mesure est faite sur le préampli en configuration MC 1/32.
Le taux de distorsion mesuré à 50, 500 et 5 kHz est de l’ordre de –80 dB soit 0,01%. Seule la deuxième harmonique émerge du bruit.
Dans la mesure à 50 Hz seule la composante H2 est à prendre en considération.
Cette mesure met en évidence l’effet pervers des boucles de masse. Les signaux visibles à 150 et 250 Hz ne sont pas issus des composantes harmoniques du signal mesuré, mais bien de l’installation de mesure. Etant assez volumineuse, elle provoque des retours de masse qui induisent un ronflement parasite chargé en harmoniques dans l’entrée. Ces signaux parasites restent présents avec la même amplitude en annulant le signal au générateur.
Les caractéristiques techniques relevées sur notre prototype sont présentées en figure 16.
Liste des composants
Le circuit imprimé est prévu pour les deux configurations : entrée pour cellule à aimant mobile et cellule à bobine mobile.
LA NORME RIAA
Nous ne reprendrons pas ici l’explication de la norme. Une étude complète de la norme RIAA, sa genèse, la gravure et sa restitution a été publiée dans le LED 187 ou au projet 06.
LE PREAMPLIFICATEUR
Cette étude est basée sur la note d’application n° 346 du LM833 de ‘’National Semiconductor’’.
Si la conformité à la norme RIAA et le taux de distorsion sont les deux critères majeurs pour ce type de réalisation, le rapport signal / bruit représente à lui seul un défi.
Les bruit de fond et ronflements propres du préampli doivent être inférieurs de 60 dB au signal le plus faible: à 20 Hz le signal moyen à l’entrée est de l’ordre du millivolt.
Les bruits reportés à l’entrée seront inférieurs au µV ! En pratique, vu la désaccentuation de 6 dB par octave à partir de 50 Hz, le résiduel de souffle ne pose que peu de problème. Par contre, les bruits de ronflements doivent être particulièrement maîtrisés. Ce bruit est issu principalement du 100 Hz de l’alimentation et de l’environnement à 50 Hz.
Nous soignerons particulièrement le dessin de la carte afin d’éviter le bruit du à l’alimentation et les boucles de retour de masse. Nous équiperons également la carte d’un potentiomètre de réglage de volume bien pratique.
Les transformateurs d’entrée sont fabriqués par la firme suédoise Lundahl.
Le circuit intégré LM833 est dédicacé pour cette application et réputé pour son faible bruit. Les cellules de filtrage sont réalisées avec des composants à 1%.
Toutes les résistances sont à couche métallique.
Schéma bloc
Le schéma bloc
Le premier Amplificateur OPpérationnel (=AOP) IC1A reçoit le signal d’entrée à haute impédance et assure la fonction de transfert des filtres à 3180 µS et 318 µS. Le gain à 1000 Hz est de 24 dB. La sortie à impédance nulle pilote le dernier filtre à 75 µSec. Le signal est ensuite amplifié de 12 dB par l’AOP IC1B et appliqué au potentiomètre P1. Le dernier AOP IC3A est monté en tampon et le signal est envoyé vers la sortie via une résistance de 600 Ω.
Nous avons préféré séparer complètement les filtres 3180-318 µS et 75 µS afin de pouvoir les traiter individuellement et éviter ainsi les interactions de combinaison des filtres, de plus cette configuration nous donne le meilleur rapport signal/bruit.
Circuit Préamplificateur
Schéma du préamplificateur
Le circuit d’entrée
Les trois circuits intégrés utilisés sont des LM833. Chaque LM833 est composé de 2 AOP.
L’impédance du circuit d’entrée est fixée par la combinaison de R1 et Rz en fonction des impédances requises par les différentes configurations. Nous verrons plus loin que le circuit imprimé est prévu par défaut pour une cellule MM à entrée asymétrique directe, mais peut également être équipé d’un transformateur élévateur indispensable pour la lecture d’une cellule MC. De plus, le dessin du circuit imprimé laisse la possibilité au lecteur de choisir comme connecteur d‘entrée un socle RCA stéréo pour une entrée asymétrique, ou une fiche DIN ou encore XLR à 5 broches pour les entrées symétriques. Pour une entrée MM, l’impédance d’entrée est obtenue en fixant une valeur de 91 kΩ pour Rz, ce qui nous donne avec la 100 kΩ (R1) en parallèle une valeur totale de 47 kΩ. Une capacité C1 dont la valeur comprise entre 200 et 400 pF est spécifiée par le fabricant de la cellule est placée en parallèle sur l’entrée.
Pour l’entrée MC, différentes configurations en fonction du rapport élévateur et de l’impédance d’entrée vous sont données au tableau en figure 3.
Pour notre réalisation l’impédance d‘entrée a été fixée à 12 Ω.
Notre cellule MC est une Ortofon MC20 MK-II de 5 Ω d’impédance de sortie pour 125µV/5CM/Sec-1 à 1 kHz. C’est en fait la configuration la plus difficile sous le rapport de l’adaptation de l’impédance et de l’immunité au bruit. En effet, à 20 Hz, il suffit d’un signal de 15 µVac en entrée pour obtenir 300 mVac (Gain = 86 dB !).
Le transformateur d’entrée fabriqué par Lundahl porte la référence LL1678.
La restitution RIAA
L’inflexion de la courbe à 50 Hz est générée par la cellule R9, R13 et C11 situé dans le circuit de contre-réaction de l’AOP IC1A. Pour ce pôle à 50 Hz, (T1=3180 µS), nous fixons arbitrairement C11 = 22 nF une valeur standard à 1%. La valeur de la résistance vaudra (3180 x 10-6) / (22 x 10-9) = 144545 Ω. Cette valeur est réalisée par la mise en parallèle de 2 résistances (R9 et R13) de 324 kΩ et 261 kΩ à 1%.
Nous ne laissons pas notre courbe descendre de 6 dB par octave indéfiniment, car à 500Hz (T2=318 µSec) nous avons un deuxième point d’inflexion qui stabilise l’amplitude sans limite de fréquence. Le calcul de R11+R15 = (R9 x R13) / 9 x (R9 + R13) nous donne 16060 Ω.
Le troisième point d’inflexion à 2122 Hz (T3=75 µSec) qui fera replonger notre courbe de 6dB par octave indéfiniment est généré par la cellule R17, R19 et C13. Comme l’impédance de sortie de l’AOP IC1A est nulle et est assimilée à une source de tension, une simple cellule R-C peut faire l’affaire. Nous fixons arbitrairement C13 = 33 nF, nous calculons pour T3 = 75 µS: une valeur de R17 = 2272,7 Ω. Cette valeur n’existant pas, nous choisissons une valeur de R17 = 2,37 kΩ à 1%, à laquelle vient s’ajouter en parallèle la résistance R19 de 54,9 kΩ.
Le circuit de sortie
Le signal ainsi filtré est amplifié de 12 dB par l’AOP IC1B. Ce gain est fixé par le circuit de contre réaction R25-R23 et peut être modifié à votre convenance. Le gain total est de 66 ou 36 dB à 1 kHz. Une cellule MM spécifiée à 4mV/5CM/ Sec-1 restituera un signal gravé à 1000 Hz à 0 dB de référence de l'ordre de 4 mVac et dans ce cas la tension de sortie sera de l’ordre de 250 mVac avec un maximum de 1 Vac. Après dosage par le potentiomètre P1, le signal est routé vers l’AOP IC3A monté en gain unitaire. Les deux résistances R29 et R31 fixent l’impédance de sortie à 600 Ω. La cellule R29–C19 coupe les fréquences au-dessus de 100 kHz, car le LM833 a une fréquence de coupure qui monte à 15 MHz.
L’alimentation
Schéma de l’alimentation
Comme déjà dit, le succès de cette réalisation est directement conditionné par la qualité de son alimentation. Notre première approche avait équipé le préamplificateur de deux piles de 9 V, mais comme la consommation moyenne d’un LM833 est de 6,5mA, celles ci se vidaient après quelques heures de fonctionnement, rendant rédhibitoire le coût à l’usage du préamplificateur. Nous avons éliminé les batteries rechargeables car peu pratique à l’usage. Restait l’alimentation classique. Le choix du transformateur d’alimentation s’est porté sur un modèle torique de 1,6 VA de puissance. La consommation au secteur est de l’ordre de 1,2 VA pour un courant secondaire de 30 mA. Cette alimentation ne comporte aucun fusible, en effet le courant primaire est de 5 mA et le transformateur supporte son secondaire en court-circuit permanent. La mise sous tension se fait par l ‘enroulement secondaire afin de véhiculer un minimum de tension secteur dans l’appareil. Le transformateur est sous tension dès que le cordon secteur est raccordé. La consommation ‘’hors service’’ est inférieure à 500 µA, soit 0,1 VA.
La régulation utilise deux circuits intégrés 7812 et 7912. Ils ne nécessitent pas de refroidisseur. La tension d’ondulation des + et – 12Vdc est inférieure à 40 µVac.
De plus chaque AOP est isolé du bruit du souffle de l’alimentation par une cellule RC (ex. R33-C21) et quand on sait que le taux de réjection de l’alimentation pour ce type d’AOP est de l’ordre de 100 dB, on a de ce fait éliminé toute source de bruit pouvant venir de l’alimentation.
MISE EN OEUVRE
LA MECANIQUE
Le boîtier mesure 203 x 178 x 65 mm et est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 222-020 (remplacé par le 754-5967).
La carte imprimée est fixée sur deux cornières aluminium de 10x10x1 mm de section.
Le transformateur d’alimentation est un modèle pour circuit imprimé, mais il est muni d’un trou de fixation pour une vis M4. Il est fixé sur un profilé plat en alu de 20x2 mm de section. Les fils sont soudés directement sur les broches et ceux qui véhiculent le secteur sont isolés par de la gaine thermo-rétractable. Les photo 2 et la figure 6 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées.
Les faces avant et arrières n’ont pas fait l’objet de plans cotés. Seuls les perçages des trous du potentiomètre sur la face avant et du - ou des - socle(s) RCA sur la face arrière nécessitent de la précision. Mais ces cotes dépendent de l’emplacement exact de la carte sur les profilés. Elles seront pointées ‘’in-situ’’. Les photo 3 et photo 4 en montrent une disposition.
La photo 5 présente l’agencement général des divers éléments dans le boîtier.
Les masses
On notera le raccordement de masse de la carte à la masse du châssis. Les deux cotés du châssis sont reliés électriquement par vis auto-taraudeuse. De plus il faut gratter la peinture des deux capots aux trous de fixation situés près de l’entrée à l’aide d’un foret et remplacer deux vis fournies par deux vis à tête conique. Le corps du potentiomètre est également raccordé à la masse et l’allonge d’axe doit être isolante afin de ne pas créer de retour de boucle via la face avant.
LE CIRCUIT IMPRIME
Typon à l'échelle 1
Le circuit imprimé unique contient tous les éléments actifs et intègre l’alimentation régulée. Il a été étudié pour accepter différentes configurations, à savoir une entrée directe pour la lecture des cellules MM, la possibilité d’ajouter un transformateur élévateur pour la lecture des cellules MC. Ces deux configurations peuvent être équipées soit d’un socle RCA pour l’entrée asymétrique soit d’un socle XLR ou DIN pour l’entrée MC. Les connexions sont réduites aux 3 fils reliant le transformateur d’alimentation, aux deux fils de la Led ‘’ON’’ et à la connexion de masse. (figure 7 et photo 6)
La figure 8 détaille l’emplacement des composants pour les 5 configurations possibles et la figure 9 le câblage standard du XLR.
Le montage de la carte ne présente pas de difficultés. Les 4 cosses picot de 1,3 mm sont serties en premier lieu, ensuite on place les straps et les composants de l’alimentation. L’alimentation est testée avant de continuer le montage des composants des préamplis.
Si la carte doit recevoir les transformateurs MC, il faut s’assurer que le diamètre des trous dans le PCB fait bien 1,5 mm (photo 6). Le potentiomètre et les socles RCA sont montés en dernier lieu. La carte peut être testée fonctionnellement en dehors du boîtier. Il suffit de l’alimenter. On vérifiera d’abord la tension DC aux broches de sortie des AOP. IC1/1 et IC2/1 doivent être de –1,1 Vdc, les autres : IC1/7, IC2/7, IC3/1, et IC3/7 de 0V +/- 20 mVdc.
Ensuite en appliquant un signal de 4 mVac à 1 kHz sur l’entrée directe, on doit avoir en sortie un signal de 250 à 300 mVac qui varie avec la position du potentiomètre.
Le test s’arrête là, car en dehors du boîtier, le préampli capte trop de ronflement ambiant.
La carte est alors installée dans le boîtier, et après avoir raccordé les masses, vissé le capot du fond, et raccordé les divers éléments aux faces avant et arrière, le préampli est testé fonctionnellement. Pour les tests finaux, il faut encore placer le capot supérieur.
MESURES
La mesure de la conformité à la norme RIAA est complexe. En effet, l’amplitude est dépendante de la fréquence. (ex.: 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.
Autre écueil, la résistance interne du transfo MC en configuration 1/32 vaut 1,1 Ω pour une Zi de 12 Ω. Ce qui nous impose de le piloter avec une impédance de sortie de 1 Ω. La seule méthode de mesure possible est la mesure par substitution.
Afin de réaliser toutes les mesures habituelles dans toutes les configurations, nous avons réutilisé les deux auxiliaires de test : le circuit ‘Anti-RIAA’’ (figure 10 et photo 7) et l’adapteur d’impédance 600 Ω / 1 Ω (figure 11). Ces techniques de mesure ont été décrites en détail dans le Led 188 de mars 2005 ou au projet 06.
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. Le tableau en figure 12 et le graphe en figure 13 montrent l’écart en pas de 0,1 dB par rapport à la dite norme. L’écart plus important pour l’entrée MC peut surprendre, mais n’oublions pas que la linéarité d’une cellule MC est de l’ordre de +/-1 dB entre 20 Hz et 20 kHz, alors que celle d’une cellule MM est rarement inférieure à +/- 2dB.
La figure 14 présente la réponse aux signaux carrés et le temps de montée. La mesure est normalisée en insérant le circuit anti-RIAA entre le générateur et l’entrée. Le temps de montée de 5 µS signifie une bande passante normalisée de 70 kHz à –3 dB.
La figure 15 présente les mesures à l’analyseur de spectre. La référence des mesures est 0 dBV. Le niveau de bruit résiduel ‘’Hum & Noise’’ est conditionné principalement par le ronflement à 50 Hz. La mesure est faite sur le préampli en configuration MC 1/32.
Le taux de distorsion mesuré à 50, 500 et 5 kHz est de l’ordre de –80 dB soit 0,01%. Seule la deuxième harmonique émerge du bruit.
Dans la mesure à 50 Hz seule la composante H2 est à prendre en considération.
Cette mesure met en évidence l’effet pervers des boucles de masse. Les signaux visibles à 150 et 250 Hz ne sont pas issus des composantes harmoniques du signal mesuré, mais bien de l’installation de mesure. Etant assez volumineuse, elle provoque des retours de masse qui induisent un ronflement parasite chargé en harmoniques dans l’entrée. Ces signaux parasites restent présents avec la même amplitude en annulant le signal au générateur.
Les caractéristiques techniques relevées sur notre prototype sont présentées en figure 16.
Liste des composants
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
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