Les hypothèses

Ce titre fait un peu matheux, mais tant pis. Le matériel utilisé pour les premiers essais présente l'inconvénient de ne pas désymétriser le signal arrivant des micros, ce qui nous empêche de profiter de l'insensibilité aux parasites. D'autre part, l'alimentation des appareils par le secteur rajoute des câbles dont on se passerait bien car ils émettent des parasites (ce sont des câbles secteur). L'idée a donc germée de fabriquer un préampli qui désymétrise le signal et qui soit alimenté par batteries, comme ça, on résoud tous les problèmes à la fois. Petite cerise sur le gateau, un montage à lampes pour le préampli serait le pied.

Les problèmes à résoudre

Désymétriser le signal peut se faire soit par un transfo, soit par un étage différentiel. Les transfos existent mais ne sont pas courants pour ce niveau de qualité et sont trés chers. Un étage différentiel est facile à réaliser avec un circuit intégré.

L'ampli opérationnel fait la différence entre les deux signaux d'entrée. Comme dans notre cas, C2 = -C1, alors,l'ampli voit à son entrée 2 fois C1.

Ce serait la solution idéale si les amplis opérationnels étaient performants en audio, ce qui n'est pas le cas à part certains modèles (parfois chers et difficiles à trouver), et s'il ne fallait pas appliquer une contre réaction (réinjection d'une partie du signal de sortie dans l'entrée), indispensable avec les semi conducteurs, mais dont la mauvaise réputation en audio n'est plus à faire.
Un tel circuit est réalisable avec des lampes triodes puisque cette fonction existait avant l'apparition des semi conducteurs. Le principe de l'amplification différentielle est le suivant:

La somme des courants dans les deux amplificateurs est imposée par le générateur de courant. Lorsqu'un signal positif est appliqué sur l'entrée 1, le courant dans R1 augmente et fait, du coup, diminuer celui dans R2 de la même valeur, d'où un signal S2 opposé à S1. Si on sort de ce circuit par S2, le signal de sortie sera inversé suivant que l'on entre par E1 ou E2. C'est exactement ce que l'on cherche.

Reste à faire celà avec des tubes triodes.

Les triodes remplacent les transistors, les emetteurs communs deviennent les cathodes polarisées ensemble, les grilles remplacent les bases et les anodes prennent la place des collecteurs. Le principe est exactement le même.

On peut améliorer le circuit en peaufinant la polarisation des tubes par un générateur de courant autonome.

On fixe la somme des courants des deux cathodes par un générateur de courant. Le potentiel de la base du transistor est fixé par la diode zéner. Celle de l'émetteur lui est inférieure de 0,6 volts. La tension aux bornes de la résistance d'émetteur est donc constante. Le courant qui la traverse l'est donc aussi quelle que soit la charge du transistor. Il serait possible de remplacer tout ce circuit de courant par une simple résistance, mais il faudrait l'alimenter par une trés forte tension négative pour avoir la stabilité du courant requise. Il faudrait alors une double alimentation haute tension (+ et -), ce qui n'est pas pratique.

On impose donc le courant dans les triodes. Suivant le type de triode et la tension d'alimentation, tel courant d’anode donnera une tension de polarisation des lampes bien précise en accord avec leurs courbes. On peut encore améliorer le générateur de courant si on n'en a pas ras le bol.

On met un transistor à effet de champ dans le circuit de collecteur. De cette façon, on augmente énormément l'impédance de ce générateur qui monte à plusieurs méghoms. Le transistor est un JFET canal N du genre 2N3819.

Voilà pour ce qui est de l'étage d'entrée. Rajoutons simplement que l'entrée sur les grilles doit se faire à travers des capas de liaison à cause de l'alimentation phantom que nécessitent les micros à électret.

Amplifier le signal nécessite un second étage. A ce niveau, on est en asymétrique, donc dans les conditions habituelles de la hi fi. On rajoute un étage SRPP bien connu pour sa simplicité, ses qualités subjectives et sa faible dépendance de la qualité des circuits d'alimentation. Un potentiomètre est intercalé entre les deux étages de manière à régler le gain et éviter la saturation. Les tubes utilisés sont des 12AT7 ou ECC 81.

La tension d'alimentation devra dépasser les 200 volts, ce qui est déjà faible pour cette triode. Avec un courant anodique de 1 mA (qui est également assez faible), celà donne une polarisation d'environ 4 volts.

Lorsqu'on met tout ça bout à bout, on obtient le schéma complet du préampli.

Finalement, il n'est pas si compliqué que ça, il serait même enfantin s'il n'y avait pas le générateur de courant pour l'étage d'entrée. Bien sûr, il faut le doubler pour avoir la stéréo. On pourrait essayer d'appliquer le principe du SRPP à l'étage différentiel d'entrée, ce qui remplacerait les deux résistances d'anodes par des triodes. Je ne l'ai pas essayé et ne l'envisage pas dans cette vie..! Si quelqu'un veut le faire, je suis intéressé par le résultat...

Produire la haute tension est facile... lorsqu'on a le secteur à proximité et qu'on veut bien l'utiliser! Sauf que là, on ne veut pas l'utiliser pour ne pas avoir les parasites qu'il véhicule. Ces parasites sont des fronts trés raides issus des commutations de machines (mises en route et arrêt de moteurs ou transformateurs) et des alimentations à découpage qui se trouvent sur le réseau. Il faut donc éliminer toute méthode qui consisterait à hacher du courant (ou le découper) pour produire cette haute tension, car on aurait les mêmes défauts qu'avec le secteur! Il faut donc s'orienter vers le redressement filtrage d'un courant alternatif sans parasite.Il nous faut donc une bonne vieille sinusoïde. L'idée est de produire une tension sinusoïdale à partir de batteries, de l'amplifier pour attaquer un transformateur qui va élever cette tension jusqu'à la valeur désirée. Puis suivra les redressement filtrage classiques. Pour produire une sinusoïde, on utilise un pont de Wien.

Pour que le pont oscille, il faut que R2 soit supérieur à 2 fois R1. Lorsque ce rapport varie, l'amplitude de la sinusoide varie aussi. On a coutume de remplacer R1 ou R2 par une CTN ou CTP qui sont des résistances variables avec la température. En fonctionnement, leur valeur s'ajuste pour que R2=2xR1. Mais cet ajustement fait que l'amplitude de la tension alternative produite n'est pas parfaitement constante, ce qui est gênant dans notre cas pour faire de la haute tension car la valeur de celle-ci ne sera pas stable.

Comme on utilise un ampli opérationnel classique, la puissance produite est insuffisante. Nous devons l'amplifier.

Un étage de puissance est intercalé à la sortie de l'ampli opérationnel, avant la contre réaction. Il s'agit d'un push pull à deux transistors complémentaires de puissance. Ils sont alimentés par la même source que l'oscillateur. Les transistors utilisés sont des BD137/BD140.

La valeur de la tension d'alimentation est un compromis, un de plus. La tension de déchet de l'ampli op étant à peu prés constante, on a intéret à utiliser une tension d'alimentation maximale pour que le pourcentage de déchet soit le plus faible possible. Elle ne doit cependant pas dépasser la tension maximale admissible par le circuit intégré. Une base de plus ou moins 18 volts nominal est bonne. En passant à 24 volts, on prendrait un risque car la tension aux bornes de batteries en cours de recharge monte à 29 volts (pour 24 nominaux) et dépasse la tension maximale admissible par la majorité des amplis op.

Le schéma complet de l'alimentation montre que la masse du pont de Wien n’est pas celle de tous les circuits audio. Peu importe car l'oscillateur ne débite que sur un transfo. On se fiche donc de savoir où est sa masse. Il délivre environ 12 volts efficaces. Il attaque un des secondaires d'un transfo torique 220 volts - 2 fois 12 volts que l'on utilise à l'envers. Le primaire du transfo fournit la haute tension, environ 240 volts redressés filtrés sous un courant de 8 mA. Le deuxième enroulement de 12 volts sert au chauffage du tube supérieur de l'étage SRPP. Celui-ci doit être indépendant de celui du tube inférieur et doit être polarisé à la demi haute tension augmentée d'une trentaine de volts. Bien que l’utilisation d'un transfo à l'envers en l'attaquant par un de ses enroulements secondaires soit un peu tirée par les cheveux, tout se goupille bien et ce montage fonctionne à merveille. Il faut éviter cependant de démarrer ce circuit en forte charge car le pont de Wien risque de ne pas osciller. A cause de la charge des condensateurs de filtrage, un démarrage en deux temps est indispensable: Mise en route du pont de Wien, puis connexion de la charge. Il permet également de laisser chauffer les filaments avant d'appliquer la haute tension aux lampes.

La réalisation

Toujours comme diraient les matheux, "maintenant, application numérique". Pour les autres, "passons aux actes, au concret, aprés la prise de tête de la théorie".
On réalise le préampli lui-même dans une enceinte métallique close qui constitue une cage de Faraday, c'est à dire, une enceinte hermétique aux champs électriques extérieurs.


Une carcasse d'autoradio fait l'affaire.

Et puisqu'on choisit une boite close pour enfermer le préampli, on va rajouter une couche au risque de passer pour un débile profond. On remplit la boite close avec du sable fin de construction. Eh oui, les lampes triodes sont microphoniques, c'est bien connu. C'est à dire que lorsqu'elles sont soumises à des vibrations, les éléménts qui la composent (grille, filament, etc) vibrent aussi et émettent des bruits, électriques ceux-là. Elles se comportent donc comme des microphones (de mauvaise qualité). Le sable dans lequel elles baignent absorbe les vibrations parasites. Ce principe a été testé avec succés dans le préampli SRPP de l'installation Hi Fi.
Il faut quand même prévoir un futur éventuel remplacement d'une lampe sans avoir à tout démonter. On utilise le trou laissé par la face avant de l'autoradio pour accéder aux lampes. Il suffira de le boucher par un couvercle facilement démontable.


Accés aux lampes avec des doigts longs et fins...

Dans la boite, il y a du monde. Les supports de lampes sont fixés sur une plaque mécaniquement rigide qui supporte l'ensemble. Le cablage est fait à l'ancienne. Les plus gros composants sont les condensateurs de liaison de part et d'autre du premier étage. Un gros fil de cuivre rigide traverse l'ensemble et permet un cablage des masses en étoile. Il sert aussi de support mécanique rigide à certains composants. Tous les câbles qui entrent et sortent de la boite sont blindés et les blindages soudés au chassis (tôle étamée).


Tout ceci va baigner dans le bonheur (comprenez le sable fin).

Pour rendre étanche la boite, une cartouche de mastic silicone fait merveille. Le moindre trou doit être bouché pour éviter de prendre une douche de sable à la moindre manipulation de l'ensemble...! Eh oui, avec les débiles profonds, on doit prendre un minimum de précautions....!
Et pour finir, avant l'internement, précisons que le sable blanc de construction utilisé doit être parfaitement sec. Comme il est humide à l'achat, il faut le sécher... dans le four électrique à la cuisine !!!


La boite étanchée par le mastic silicone. Une prise est prévue pour mettre le couvercle à la masse car il sera collé au mastic, donc isolé électriquement du reste du boitier, et il faut bien assurer la continuité de la cage de Faraday. Trois inserts ont été placés sur une des faces de la boite pour la fixation de celle-ci. Ses faces métalliques dissiperont efficacement la chaleur produite par les lampes qui aura été diffusée par le sable. Eh oui, il fera chaud, dans cette plage de sable fin....!

Autour du circuit préampli lui-même, on doit disposer tous les éléments qui doivent gérer son fonctionnement, générateur de haute tension et les éléments comme les vu-mètres, potentiomètres et autres pour la gestion de la mise en marche de l'ensemble.
Cet ensemble est monté dans une carcasse de lecteur CD.



Tout ce qui concerne l'alimentation est réuni sur un circuit imprimé.



On y trouve le pont de Wien, le redressement filtrage de la haute tension avec sa mise en route étagée dans le temps, le chauffage de l'étage supérieur de sortie (SRPP) et la production de 12 volts régulés pour le fonctionnement de l'enregistreur numérique (Tascam DP 01) sur batteries.

Le redressement filtrage de la haute tension. Le courant produit est inférieur à 10 mA..! Ca devrait être assez dimentionné! On ne voit pas la self du filtrage en Pi sur la photo.

Pas trop vite, ça se monte...