Rénovation d'un poste AMO des années 30 pour la réception de la FM

Circuits audios : préamplificateur correcteur

22. C'est quoi un préampli correcteur ?

Tel quel, l'ampli de puissance ne peut pas être utilisé. Il lui faut déjà un réglage de puissance sonore, histoire d'adapter sa puissance à la sensibilité de l'auditeur ...
Ce n'est pas tout : il est possible que sa sensibilité (1Veff pour 2W) ne soit pas toujours suffisante, suivant le signal fourni par la source (ici le démodu du tuner)
Enfin, l'oreille de l'auditeur n'a pas une sensibilité égale sur tout le spectre audio : avec l'âge, on "perd" les aigües ...

Le préampli correcteur est donc un étage indispensable qui adapte la source à l'ampli de puissance et l'ensemble à l'oreille de l'auditeur.
- préampli d'entrée qui va adapter la source
- réglage de "tonalité" qui va permettre de régler la réponse de l'ensemble en fonction de la fréquence
- réglage de volume sonore

Bien sûr, ce préampli correcteur sera double, puisque le signal est stéréo, en particulier les réglages seront à double action : on règlera à la fois les 2 voies aux mêmes paramètres.
A noter que le réglage de balance (puissance relative des 2 voies) n'est pas indispensable et donc, je ne le prévois pas.
Voilà, c'est parti...



23. Réglage de volume sonore : réflexions

Ce réglage s'installe juste devant l'entrée de notre ampli de puissance. En général, on fait appel à un simple potentiomètre :


à gauche : un potentiomètre classique. A droite : la version à "plots"

Sauf que ce potentiomètre est particulier, il est à loi de variation logarithmique pour compenser le fait que le ressenti sonore n'est absolument pas linéaire avec la puissance (en doublant la puissance, on n'a pas l'impression que ça envoie 2 fois de bois), encore moins avec un réglage sur la tension (puisque la puissance est proportionnelle au carré de la tension !)
Bref, il faut un potentiomètre "loi B". Et là on est bien ennuyé : en effet, ces potentiomètres se trouvent mais pour les montages modernes, c'est-à-dire pour les semi-conducteurs et donc à basse impédance. Nos tubes, eux, travaillent à haute impédance et il leur faut des potards de 470k ou 1Mohm, alors qu'on trouve facilement des 10k, jusqu'à des 100k maxi.
On peut ajouter aussi qu'il faut un potard double, en fait 2 potards identiques couplés mécaniquement. Et pour finir, cet organe doit être de très bonne qualité puisqu'il sera sollicité souvent (qui n'a pas utiliser un appareil dont le potard "crachouille" ?)

Alors voilà ce que j'ai décidé :
- je vais utiliser une ruse pour simuler un potard LOG à l'aide d'un potard LIN (à variation linéaire)
- je vais lier les 2 mécaniquement (à l'aide d'engrenages)
- je vais utiliser des commutateurs, plus fiables, à la place de potards

Regardons le schéma précédent, partie droite : le commutateur à 12 positions est presque équivalent à un potentiomètre qui aurait "12 plots". Suivant la position "c" du curseur, on a une résistance Ra et une résistance Rb, formant pont diviseur. Notez la résistance Ro qui vient en parallèle avec Rb.
Si on choisit Ro "intelligemment", on obtient une variation de l'atténuation Us/Ui plus du tout linéaire, mais presque logarithmique. Voyez le tableau suivant :



J'ai pris comme valeurs de toutes les résistances, 110khom (parce que j'en ai un stock important, mais bien sûr la valeur en soit n'est pas critique du tout, ce qui compte c'est que les 12 résistances soient identiques). La première colonne indique la position du curseur (1=tout en bas, volume nul, 12=tout en haut, volume maximal)
Les 2° et 3° colonnes indiquent les valeurs des résistances Rb et Ra (en kohm)
La 4° colonne, indique la valeur de la résistance R'b, équivalente à la mise en parallèle de Rb et de Ro (qui vaut aussi 110kohm)
La 5° colonne indique la somme de Ra et de R'b, et donc la résistance totale, vue de l'entrée. Remarquez que celle-ci varie de 100k à 1,2Mohm. Ce point est important, c'est le défaut du système, mais on va voir comment s'en prémunir.
Enfin les 6° et 7° colonnes indiquent le rapport entre Us et Ui (noté k) et l'atténuation procurée en dB. Comme on peut voir, on a presque linéarité en dB ...

Notre commutateur se comporte donc presque comme un potard log. Voici donc son schéma avec les valeurs de résistances :


valeurs des résistances du faux potard log

Sur la position 12 (comme représenté), il n'y a aucune atténutation, l'ampli est "à fond", et on a Us=Ui, autrement dit, pour avoir 2W dans le HP, il faut toujours 1Veff en entrée (Ui). Revenons au défaut : La résistance de ce potard varie donc dans un rapport 12 (de 100k à 1,2M). Si on l'utilisait à la suite d'un montage amplificateur à tube, dont l'impédance est de l'ordre de 100kohm environ, on voit que la charge représentée par ce potard ne serait pas constante en fonction du réglage, autrement dit, le gain du montage précédent varierait.
Pour éviter cela, il suffit d'utiliser un montage d'adaptation d'impédance, appelé communément "cathod-follower" (cathode suiveuse) ou, pour les puristes "anode commune".


Adaptateur d'impédance

Le tube V2b est monté en anode commune (reliée directement au +B), la sortie est prélevée sur la cathode (en alternatif car il y a C3 et R3 de polarisation)
Le gain de ce montage est proche de l'unité, autrement dit, Ui=Ue (à peu de chose près), mais surtout, l'impédance de ce montage est très faible (de l'ordre de 1kOhm !) et donc, ce que l'on branche sur sa sortie (le potard) n'a aucune influence sur le niveau de Ui (ou très peu).

Quelles valeurs donner aux composants ?
Voici 2 réseaux de caractéristiques de la ECC83 sur lesquelles j'ai porté 2 droites de charges différentes :



Deux possibilités (parmi de nombreuses !) de droite de charge pour la triode ECC83

Pour un montage à anode commune, la charge, c'est la résistance insérée entre cathode et masse (R32 sur le schéma). Vous voyez que pour 50k de charge, un point de repos à peu près logique donne une polarisation de -1,3V pour un courant anodique de repos de 1,3mA. Je dis "logique" car ce point de repos est à peu près au milieu de la droite de charge (donc on a de la marge de chaque côté). Avanatge aussi : la résistance de polarisation, R3, serait égale à 1k (1,3V/1,3mA).
Autre solution : droite de de 110k. Dans ce cas, le point de repos s'établit à 0,8mA et -1,2V. La résistance de cathode est alors de 1,5k et surtout, le courant anodique est plus faible : inutile de consommer trop. C'est la solution que je retiens.
Voici donc le schéma avec les valeurs :


Adaptateur d'impédance, avec les valeurs des composants



24. Réglage de volume sonore : câblage

Tout d'abord, on va simplifier la liaison entre le réglage et l'entrée de l'ampli. Voici le schéma que l'on pourrait faire :


Le potentiomètre est relié au condo C22 de l'entrée de l'ampli de puissance

On remarque assez vite que le potentiomètre et la résistance R21 retournent à la masse, autrement dit, la composante continue est nulle, donc C22 est inutile.
En conséquence, la résistance R21 est aussi inutile, puisque l'ensemble potentiomètre fera très bien la résistance de grille de V2a; voici donc le schéma simplifié :


Le potentiomètre joue maintenant également le rôle de résistance de grille de V2a

D'autre part, la sortie du montage en anode commune, elle, comporte une composante continue importante, il faut donc un condo de liaison entre cet étage et le potentiomètre :


C31 est indispensable pour bloquer la composante continue

On va donc d'abord câbler le commutateur/potentiomètre, puis l'étage d'adaptation d'impédance :


Les 12 résistances de 110k, dont Ro (entourée)




Les liaisons se font à l'aide de paires torsadées (l'une est repérée d'un point bleu, c'est le point "chaud"
Je verrai lors des essais si les paires blindées ne récupèrent pas trop de parasites (ronflette) ... Il sera toujours temps de mettre des coax plus sérieux.




Les liaisons torsadées câblées au circuit




Détail du câblage, avec les repères des composants
Notez que la résistance R3 est formée de 2 résistances de 3,16k en parallèle (je n'avais pas de résistance de 1k58). Encore une fois, ce n'est pas parce que j'ai utilisé des résistances précises (1%) que c'est indispensable. Les valeurs peuvent tout à fait être prises dans la série E24 à 5% !

Un petit essai, commutateur sur la position maximale (donc à fond), j'injecte un signal sinus de 1kHz et je règle l'amplitude pour obtenir 4Veff sur la charge (2W) :


Essai concluant de l'étage de réglage de volume

Voici donc pour finir cet étage, le schéma de l'ensemble dans son état actuel :



25. Réglage de volume : couplage des 2 commandes

On peut déjà prévoir la double commande pour le réglage de volume des 2 voies en même temps. J'ai donc choisi de réaliser un couplage mécanique des 2 commutateurs à l'aide d'engrenages. J'ai donc imprimé 2 pignons et un support-équerre afin de réalisé un double commutateur à 12 positions :




Commutateur stéréo à couplage mécanique

Un peu "primaire", mais fonctionnel !



26. Réglage de tonalité : réflexions

Le réglage de tonalité le plus efficace et le plus simple est le Baxandall. Il comporte 2 réglages, un pour les graves, un pour les aigües :


Filtre Baxandall théorique

Il fait appel à 2 potentiomètres à variation linéaire (plus faciles à trouver que les log ...) et quelques composants bien calculés de manière à
avoir une réponse en fréquence "plate" lorsque les 2 réglages sont à mi-course
Relever ou abaisser la réponse en fréquence en bas de gamme et en haut de gamme, de manière indépendante
On peut par exemple relever uniquement les graves sans toucher aux aiües, abaisser à la fois les deux etc etc ...

Pour des raisons de simplification, on peut remplacer les potentiomètres par des commutateurs : dans ce cas, on n'a plus une variation continue mais par "bonds". C'est la solution que j'ai choisie, en utilisant 2 commutateurs à 5 positions qui procureront 25 réglages possibles ce qui est déjà pas si mal.
Bien sûr, les commutateurs doivent être doubles pour agir sur les 2 voies en même temps :


Filtre Baxandall simplifié, à commutateurs

Ce filtre s'installe avant la partie déjà réalisée, à la suite du préamplificateur. On notera que ce filtre introduit une atténuation non négligeable, théoriquement de l'ordre de 1/16 (sur la position "plate") puisqu'il est entièrement passif. Il faudra donc un étage de compensation pour conserver la sensibilité désirée.



27. Réglage de tonalité : câblage

Le câblage des composants se fait directement sur les commutateurs; ainsi, il n'y a que les liaisons filaires à faire à la plaquette déjà câblée.
A noter qu'il faut laisser de la place pour les composants de l'autre voie audio que je câblerai plus tard :


Commutateur de tonalité grave




Commutateur de tonalité aigüe



Les 2 commutateurs de tonalité

Voici le schéma avec les valeurs :



28. Réglage de tonalité : essais

Passons aux essais. Les commutateurs sont réglés à la 3° position, celle correcpondant à la réponse "plate" (aucun renforcement ni atténuation). Il faut évidemment "pousser" l'amplitude du générateur :


En haut, signal à l'entrée du filtre, en bas sur la charge

Tiens, tiens, que se passe-t-il ? On dirait bien que l'ampli "accroche". Toujours cette instabilité vers 60 kHz ... Le remède est simple, il suffit d'abrutir l'ampli à partir mettons de quelques kHz, de toute façon, la contre-réaction est là pour égaliser. Un simple condo sur l'anode de V2a suffit à couper correctement le 60kHz et éliminer cette instabilité :


Le condo Cu calme l'ampli en haut de gamme

Avec ce condo, le signal sur la charge est correct :


L'ampli "calmé"

Vérifions l'atténuation du filtre à 800Hz :



Pour 2Veff dans a charge (1W) on doit injecter 7,1Veff en entrée. Autrement dit, pour obtenir 4Veff dans la charge, on doit injecter 2 fois plus : un peu plus de 14Veff.
Cela veut dire que l'atténuation du filtre est de 1/14 (entre Uf et U'e), et donc qu'il faut un étage de compensation de gain 14 (au moins).

J'ai vérifié que les réglages étaient opérants à 100Hz pour les graves et à 4kHz pour les aigües. Je verrai lors des essais avec haut-parleurs s'il faut peaufiner les valeurs des composants ...



29. Amplificateur de compensation : schéma

Pour compenser l'atténuation du Baxandall, il faut un ampli de gain de l'ordre de 15-16. Voici un schéma théorique qui convient :



Les résistances intéressantes sont R52 et R53 : ce sont elles, plus exactement le rapport entre les 2 qui détermine le gain du montage.
R5 et C5 servent à polariser la grille (polar auto), à noter la cellule de découplage de la HT R54 et C53, afin qu'il n'y ait pas réaction par l'alim entre les étages d'entrée et l'ampli de puissance.

Voyons un peu comment déterminer R52 et R53 ... Un peu de théorie :



En pratique, on peut prendre une résistance de cathode 20 fois plus petite que celle d'anode. Par exemple, 150k pour l'anode et 7,5k pour la cathode.
Voici sur le réseau de caractéristiques la droite de charge choisie :



On voit que le point de repos correspond à Vg=-1, Ia=0,6mA et Va=105V pour une HT de +200V.



30. Amplificateur de compensation : premier essai

Une fois le circuit câblé, j'ai injecté 1Veff sur la grille (par C51) et j'ai mesuré en sortie (C52) : 15,5Veff environ, ce qui est correct.
Sauf que lorsque j'ai connecté le Baxandall à la suite, le signal de sortie s'est écroulé à ... 8,8Veff !!

Que se passe-t-il ? L'explication est pourtant simple :
- la résistance de charge de 150k est shuntée par une impédance correspondant au filtre Baxandall.
- Cette impédance doit varier entre 130k et 400k selon la position du commutateur.
- sur la position neutre, elle est de l'ordre de 140k
- la conséquence est que la vraie résistance de charge d'anode est formée de 150k en parallèle avec 140k, soit la moitié, ce qui explique le signal quasiment divisé par 2

Que faire ?
- diminuer la résistance d'anode afin que la variation d'impédance ait une influence plus faible
- faire le calcul de R/Ra en considérant la résistance équivalente, et non pas la résistance d'anode seule



31. Amplificateur de compensation : modification des valeurs, second essai

Voici les nouvelles valeurs :



Pour déterminer R53, j'ai choisi d'abord R52 égale à 56k, ce qui donne une nouvelle droite de charge :



Pour la polarisation, il faut R5=1k. Pour R54, j'ai pris une 39k afin d'obtenir une chute de tension de l'ordre de 40-50V. C53 découple cette résistance.

Essayons ...


à 800Hz, signal d'entrée et signal de sortie de l'ampli de compensation, filtre Baxandall débranché
On a un gain de 19,6 sans la charge représentée par le filtre.



maintenant, le filtre Baxandall est rebranché
On a un gain de 16, tout va bien.


Voici une photo du câblage de cet ampli :


Câblage de l'amplificateur de compensation

Pour finir, voici le schéma de l'ensemble dans l'état actuel :


Schéma en PDF : ICI

Et une mesure afin de déterminer la sensibilité de l'ensemble :


800Hz, signal d'entrée (en haut) pour une puissance dans la charge de 2W


Conclusion, pour :

- une fréquence de 800Hz,
- un réglage de tonalité neutre et
- le réglage de volume au maximum,

- on a une sensibilité de 0,9Veff en entrée pour 2W en sortie.




A suivre .....