Préamplificateur stéréophonique SRPP à 5 Entrées et Amplificateur pour Ecoute au Casque
 
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n°319 de septembre 2007 sous le titre "Préamplificateur stéréo - 5 entrées - sortie casque 8Ω/32Ω" 
 
Ce préamplificateur a été conçu pour piloter tout amplificateur haut de gamme.
Il permet la sélection de 5 sources, possède une sortie enregistrement, une sortie 1 Veff à basse impédance et est équipé d’un amplificateur haute fidélité pour écoute au casque.
Un regard sur les spécifications et mesures en fin d’article, ne vous laissera aucun doute sur les performances professionnelles de ce projet. Sa distorsion propre est inférieure à 0,03% et la bande passante s’étend de 10 Hz à 60 kHz à -1 dB. Il est présenté dans un habillage compact et sa présence discrète étonnera plus d’un audiophile. 
 

 

Le préamplificateur
 
Le préamplificateur (schéma) est composé d’un étage amplificateur de type SRPP faiblement contre-réactionné qui présente un gain de 20 dB.
Le fonctionnement de cet étage a été décrit avec précision dans le projet 25 , nous n’y reviendrons pas.
Le commutateur à galette d’entrée permet la sélection de 5 sources différentes. La sensibilité de chaque entrée est programmable par le choix des résistances R1 à R5.
En l’absence de résistance (R5=0Ω dans le schéma), la sensibilté d’entrée est de 180 mVac pour 1 Vac en sortie. Cette sensibilté descend à 150 mVac en remplaçant R16 par un pontage.
La sortie du premier étage est routée vers un potentiomètre stéréo linéaire P1 monté en opposition entre le canal gauche et droit, il permet un contrôle de la balance. La résistance R15 de 10kΩ shunte le curseur ce qui permet à l’équilibre de ne pas atténuer le signal. Ce dernier ne s’affaiblit que lorsque le curseur est dévié de sa position médiane. Le potentiomètre logarithmique P2 dose le signal envoyé à l’étage suivant.
Cet étage assure la sortie à basse impédance du préamplificateur tout en amplifiant de 10 dB le signal afin de piloter la triode de puissance.
L’impédance de sortie d’une triode montée en cathode suiveuse se calcule comme suit :
Zk =[Rk x (Rp+Ri)/(µ+1)] / [Rk+(Rp+Ri)/(µ+1)]
Pour une ECC88: Ri = 2,7kΩ, µ=33, Rp=33kΩ, Rk=10kΩ : Zk = 950Ω.
La résistance R22 de 1KΩ isole la sortie des circuits et ajoute cette valeur à l’impédance de sortie de la réalisation, cette dernière fait 2KΩ.
Les trois premiers tubes sont des ECC88 / 6922. Nous avons équipé notre réalisation de 6922 de Sovtek. Ces tubes sont d’un prix abordable, et nous n’avons pas détecté de dégradation des spécifications par rapport à d’autres fabricants plus ‘’mythiques’’.

 
L’amplificateur pour casque
 
Le signal repiqué sur l’anode de V3  pilote l’étage de sortie. Le choix du  tube de sortie s’est porté sur une double triode ECC99. Sa dissipation anodique maximale est de 5 watts, si les deux triodes sont sollicitées en puissance, il est recommandé de ne pas dépasser 3 watts par unité. Cet étage fonctionne en classe A.
Le transformateur de sortie est de type torique et ce choix est le résultat de bien des essais qui nous ont finalement conduit à abandonner le transformateur de sortie classique placé dans le circuit de charge d’anode. Il s’agit d’un transformateur d’alimentation de 230V/2 x 6 Vac d’une puissance de 15 VA. Au banc de test, nous avons mis en évidence une bande passante spectaculairement plus large: de quelques Hz à plus de 100 kHz pour un temps de montée de l’ordre de 2 µS. L’inconvénient de ce type de transformateur est qu’il ne peut supporter de courant continu sans être immédiatement saturé.
La charge anodique de la triode de sortie est réalisée par une résistance de 7,5kΩ / 4 W (R26, R27) et le transformateur de sortie. Ce dernier est alimenté en alternatif via les condensateurs C11 et C12. Le gain des triodes de sortie sans contre réaction s’élève à 18, il tombe à 8 avec la contre-réaction issue du secondaire du transformateur et réinjectée dans le circuit de cathode via C8 et C9. Le ratio 230V/6Vac nous donne un rapport de transformation de 38,3 et un rapport d’impédance de 1470, ce qui avec une charge de 8Ω au secondaire nous restitue au primaire une charge de 12kΩ. Nous utiliserons le deuxième secondaire en série avec le premier pour obtenir une impédance de 32Ω. La dissipation anodique du tube de sortie s’élève ici à 2,5 W (18 mA sous 140 Vdc).
Afin d’assurer un point de fonctionnement stable dans le temps pour les triodes V3 et V4, nous évitons la polarisation automatique au profit d’une polarisation ‘’forcée’’ donnée par un pont diviseur.

 
Adaptation des impédances
 
L’impédance des casques n’est pas vraiment normalisée. Nous trouvons sur le marché des casques de 8, 32, 50, 64 et parfois 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. Le circuit imprimé permet le choix entre deux impédances pour le raccordement du socle de sortie du casque.
En basse impédance (marqué ‘’#’’) , le signal maximum est de l’ordre de 1 Vac sous 8Ω  ce qui convient aux casques de 8 à 32Ω, et en haute impédance (marqué ‘’$’’) il s’élève à 2 Vac sous 32Ω pour les casques de plus de 32Ω.
En l’absence de plug, le socle pour jack met en circuit une résistance de 8,2Ω afin de charger le transformateur.

 
Alimentation
 
Schéma
Un transformateur torique fournit le 6,3 Vac de chauffage et le 230 Vac pour la HT. Le redressement restitue aux bornes du condensateur C2 une tension de 330 Vdc. Cette tension est filtrée par la self choke de 5 H et un deuxième condensateur C5 de 330 µF. La HT est affectée d’une ondulation résiduelle inférieure à 1 mVac. La self choisie est disponible chez Hammond et porte la référence 155H. Les filaments sont alimentés en AC mais leur potentiel est porté à +65 Vdc afin d’éliminer toute influence thermoïonique entre cathode et filament. L’ondulation résiduelle après le filtre R28-C60 sur la carte de base est inférieure à 100 µVac. De plus comme les configurations SRPP et cathode suiveuse sont relativement immunisées des bruits d’alimentation, le rapport Signal / Bruit atteint en sortie est supérieur à 86 dB pour 1 Veff en sortie.

 
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 3 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.  Le boîtier est disponible chez Radiospares sous le N° de stock : 222-004. Le 222-004 obsolète à présent est remplacé par le 754-5967. Les faces font 66 x 300 mm, la profondeur 280 mm. Il est évident que tout autre boîtier peut faire l’affaire. Les pieds fournis ne permettent pas une ventilation suffisante pour des appareils à tubes. Il est recommandé de surélever l’appareil de 10 mm. Les cartes préampli et alimentation sont fixées par des entretoises de 5 mm sur deux profilés aluminium ‘’U’’ de 10 x 10 x 1 mm d’une longueur de 296 mm. Ces profilés sont fixés aux cornières du boîtier par des entretoises de 5 mm. Les deux transformateurs de sortie sont fixés dans la cornière gauche à l’aide de deux coupelles. Le transformateur HT est vissé directement sur le capot inférieur par 4 vis M3 et le transformateur de chauffage est maintenu verticalement par un serre-câble (Colson) passé dans deux trous de 6 mm percés dans le capot inférieur.  
La première opération consiste à forer les trous aux extrémités des profilés alu afin de pouvoir les fixer sans les entretoises dans les cornières latérales. La carte de base est positionnée sur les deux cornières afin de pointer et forer les 4 trous de fixation. Le premier trou de référence est situé à 55 mm du trou extrême et marqué d’un astérisque (figure 3).
Nous fixerons la carte de base sans entretoises et contre le panneau arrière. Marquer alors avec précision l’alignement des 7 socles RCA sur l’envers du panneau arrière. Placer ensuite la carte de base contre le panneau avant et faire de même pour les deux potentiomètres. Pour la hauteur des trous, référez-vous aux plans cotés des deux faces (figure 5, figure 6, photo 4 et photo 5). Avant de percer, il est préférable d’installer les socles RCA et de bien vérifier la pertinence des marquages. Au montage final (pour le nouveau boîtier 754-5967), les profilés sont fixés directement sur les cornières latérales et les 2 cartes seront maintenues par des entretoises M-F M3 de 5 mm (figure 4).
Nous avons utilisé des fourreaux de passage et des manchons coupleurs pour maintenir les axes (photo 6).

 
Les masses
 
Le raccordement de masse de l’ensemble est pris sur la carte de base près du commutateur à galette S1. Les deux cotés du châssis sont reliés électriquement par vis auto-taraudeuse (photo 11 et photo 2). 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.

 
Les circuits imprimés
 
Les  circuits imprimés supportent tous les éléments à l’exception des transformateurs. Les interconnexions se font par picots et cosses, de sorte que les cartes sont libres de tout fil.

 
La carte de base 


Typon à l’échelle 1
Dimensions: 160x150 mm 

Le montage de la carte (photo 7 & figure 7) ne présente pas de difficultés. Les 21 picots de 1,3 mm sont sertis en premier lieu, ensuite on soudera les 24 pontages. Le reste sera assemblé par ordre croissant de grandeur en terminant par les deux potentiomètres. Le pontage de masse situé entre C5 et C6 sera de section plus importante (>0,5 mm²).
Les résistances R25, R26, R27 et R28 sont montées à 10 mm de la surface de la carte.
La carte des tubes est insérée dans la carte de base et avant de la fixer définitivement, il y a lieu de fixer le commutateur à galette.

 
La carte des Tubes


Typon à l’échelle 1
Dimensions: 160x38,7 mm
 
La première opération (photo 8, photo 9 & figure 8) consistera à insérer les 21 fils de liaison à la carte de base. Ceux-ci sont pliés à angle droit, ensuite soudés et coupés à une longueur de 5 mm. Les deux picots de 1,3 mm sont insérés, suivis des 9 pontages et des quatre supports noval. Les résistances R9 et R10 sont soudées à l’arrière de la carte.

 
La carte Alimentation


Typon à l’échelle 1
Dimensions: 152,4x53,3 mm
 
La carte alimentation (photo 10 & figure 9) sert de relais pour l’interconnexion des deux transformateurs. Elle est équipée de 14 picots de 1,3 mm. La self choke est directement vissée sur la carte. De dimensions restreintes: 60 x 32 mm elle ne pèse que 150 gr et peut être supportée par le seul CI. Les deux condensateurs de 330 µF ne peuvent dépasser une hauteur de 40 mm.

 
MISE SOUS TENSION
 
Le raccordement des transformateurs de sortie est câblé selon le code couleur des fils (0 = noir, 1 = brun, 2 = rouge, etc…)
La première mise sous tension se fait de préférence à l’aide d’un auto-transformateur.
Vérifier la montée progressive des tensions jusqu’à obtenir les 6,3 Vac de chauffage et les 315 Vdc de HT.
Vérifier les diverses tensions, dont les tensions d’anode de V4, sur les résistances R26 et R27. La haute tension suit directement les aléas de la tension secteur. Celle-ci peut varier entre 225 à 240 Vac sans affecter le fonctionnement du préampli. Les valeurs indiquées au plan sont mesurées pour une tension secteur de 230 Vac.

 
QUELQUES MESURES
  
La réponse aux signaux carrés est mesurée aux deux sorties : préampli (figure 10) et casque (figure 11). Le dépassement est nul et les temps de montée sont respectivement de 3 et 7 µSec. La fréquence de coupure se situe vers 110 kHz à – 3 dB et 50 kHz pour la sortie casque.
 
Le taux de distorsion pour 1 Veff en sortie préampli (figure 12) mesuré au distorsiomètre est de 0,03%. La représentation spectrale montre la seule présence des H2 à - 66 dB et H3 à – 80dB  sous la fondamentale. Le bruit total en sortie est de l’ordre de 50 µV, ce qui nous donne un rapport signal / bruit de 86 dB pour 1 Veff en sortie. La représentation spectrale du bruit en figure 15 analyse le signal entre 0 et 100 Hz. Les battements à 50 et 100 Hz sont à – 92 et – 100 dBV. Le niveau de référence est placé à –40 dBV. A gauche du graphe on distingue bien l’effet de l’alimentation non-stabilisée. Le bruit décroissant de 0 à 10 Hz est celui des instabilités de la tension secteur, mais ce dernier reste sous les – 90 dB au-dessus de 2 Hz. La saturation en sortie apparaît progressivement pour des tensions supérieures à 8 Vac .
Le taux de distorsion en sortie casque (figure 13) est de l’ordre de 1 % pour 30 mW eff et monte à 2% pour 100mW. La distorsion d’intermodulation ne dépasse pas 0,5%.
Mais nous rappelons que la plage de fonctionnement normale d’un casque ne dépasse pas les 10mW, et qu’une puissance de 100 mW est le maximum absolu permis par la législation européenne.
 
Le graphe présenté en figure 14 montre la courbe de réponse du préampli et de la sortie casque. 
 
En figure 15 vous trouverez les caractéristiques techniques relevées sur notre prototype.
 
Liste des composants
 
Conclusion
 
Au test d’écoute, le préamplificateur se révèle absolument transparent, sans ajouter aucune coloration tout en apportant un gain programmable de 20 dB.  L’écoute au casque révèle une excellente dynamique et une définition étonnante tout au long du spectre du plus grave au plus aigu.

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Récapitulatif des photos  (Haute définition)

   
   
 


Galerie des Tubes

ECC99
JJ Electronic

Les liens suivants sont repris du site allemand: www.jogis-roehrenbude.de

ECC88 / 6DJ8 / 6N23P
Telefunken
Valvo
Siemens
Philips-Miniwatt
Amperex Globe
Amperex PQ 
Amperex Bugle Boy
Mullard-Holland
Mullard-GB
HP - Amperex
Ediswan
Brimar
RFT
Tesla
Zaerix
Ultron
Sylvania
Reflector
National
General Electric
Standard Brand
China
 
E88CC / 6922
Telefunken
AEG
Valvo
Siemens
Lorenz
Philips
ECG Philips
Mullard
Amperex
Adzam
HP
Tesla
Tungsram
JJ
JJ Gold
Sylvania
RCA
EH
EH Gold
Sovtek
SB-Elektronik