Le Forum Indépendant de la Hifi et des Audiophiles

Bonjour,

J'ai lâché la lecture vinyle quand je me suis monté mon premier lecteur réseau. . A l'époque il n'y avait pas de Raspberry ni tablette. J'utilisais une carte CPU industrielle sous Linux, un DAC USB et un PDA pour commander le logiciel MPD. Ca devait être en 2006 et c'était déjà assez bluffant. J'ai donné ma platine vynile à un copain et j'ai rangé mes 33 tours à la cave pour toujours...

L'histoire aurait pu s’arrêter là mais, hier, surprise ! Ma chérie m'offre une platine ! C'est une pro-ject Debut III Esprit DC dans une belle robe rouge brillante avec une cellule Ortophon OM10.

Mais impossible de l'écouter pour l'instant, car étant en full DIY coté préampli et ampli et entièrement tourné vers la démat, ce n'est pas les 4mv de sortie de cette platine qui vont faire bouger mes enceintes avec un ampli circlotron dont le gain est proche de 20

Il me faut donc rapidement un préampli phono, et de préférence de grande qualité, comme-ça, même si je monte en gamme, je ne changerai pas ce préampli.

Alors c'est parti pour mon premier préampli DIY et il faut que je mène ça rapidement car toute la famille attend de voir cette platine sortir des sons. Comme prendre un design "sur étagère" ne me passionne guère, je pars comme d'habitude pour un conception personnelle.

Pour commencer, les caractéristiques de la cellule OM10 :

• Type : MM
  
• Niveau de sortie : 4 mV
  
• Séparation des canaux à 1kz : 22dB
  
• Bande passante à -3dB: 20 Hz/24 KHz
  
• Compliance : 25 Um/Nm
  
• Lisibilité : 70 Um
  
• Diamant : Elliptique
  
• Force d’appui : 1.25g/1.75g
  
• Force d’appui optimum : 1.5 g
  
• Angle d’attaque : 20°
  
• Impédance interne : 1 KOhm
  
• Impédance de charge recommandée : 47 kOhms
  

Je retiens essentiellement le niveau de sortie de 4mV et l'impédance de charge  recommandée pour mon design. Déjà je m'étonne qu'ils n'indiquent pas une capacité de charge aussi.

J'ai commencé à me documenter, et j'ai déjà quelques idées de conception qui sortent des sentiers largement usités :
 - un étage d'entrée sortant en courant (étage à transconductance)
 - un filtre RIAA passif appliqué au courant de sortie du premier étage
 - un étage de sortie de conversion courant/tension (étage transimpédance)
 - du low noise
 - couplage direct (si c'est jouable)

Pour l'alim, je ne sais pas encore. On verra quand un schéma du préampli sera sorti. Peut-être des batteries ?

La suite au prochain épisode.

Je te suis comme d'habitude   toujours, intéressent de savoir ce que tu vas nous sortir.
Et puis il va te falloir un câble

Ah oui, un câble de compète même ! 4mV c'est faible. Je vois pas trop comment éviter le blindage là !

Le cahier des charges et la conception ont démarré...

Premier travail : valider les concepts de base du design

• premier étage à transconductance, un filtrage RIAA passif en mode courant, un étage de conversion courant tension sortant à faible impédance et ne perturbant pas le filtre passif
  
• un fonctionnement global en boucle ouverte
  
• la possibilité de faire le filtrage RIAA en mode courant
  

Pour le premier étage, je le voudrais en boucle ouverte. La difficulté c'est la distorsion qui doit être au top sans recourir à une contre-réaction. Il faut donc concevoir un étage en BO très performant aussi bien en bande passante qu'en distorsion.

Premier essai de schéma, uniquement pour valider le design global :



Quelques explications sur ce schéma : on attaque sur j1 avec un signal de 4mV max. La partie gauche est l'étage d'entrée à transconductance (conversion tension / courant). Il y a théoriquement deux valeurs de sortie : le courant dans R5 et le courant dans R6. Ces valeurs ne sortent pas sur un fil mais l'information est portée par ces deux résistances, on peut donc aller les chercher pour l'étage suivant.
Le courant de sortie est d'environ 1mA ce qui fixe le gm à 1mA/0.004V=0.25A/V.
Pour avoir de bonne perfs, le différentiel d'entrée est fait de sorte que J1 et J2 fonctionnent à courant constant, tension Vds quasi constante (4mV de swing) et dissipation quasi constante pour une distorsion thermique nulle. Comme les courant dans J1/J2 sont constants, les courant variables que l'on souhaite en sortie sont produits par Q5 et Q7, commandées par Q4/Q6 de telle manière que R1 et R2 soient sous courant constant.
C'est le courant dans R6 qui nous intéresse car il est en phase avec l'entrée. Le filtre passif sera mis ici. Ensuite on a un étage différentiel qui vient lire la tension différentielle induite par le courant dans R6 et qui fournit le signal de sortie en tension. Je ne vais pas garder cet étage tel quel car il faut un condensateur en sortie pour  avoir l'offset à zéro et c'est pas dans mon cahier des charges. Ce condensateur va tuer la réponse du filtre RIAA, ou alors il faudra une grosse valeur qui va apporter de la distorsion car on la trouvera qu'en chimique.

Ci-dessous, quelques mesures :



Premier diagramme : tension d'entrée et tension de sortie. Le gain est d'environ 250 !
Deuxième diagramme : les courants complémentaires dans R5 et R6
Troisième diagramme : consommation de l'étage d'entrée, totalement stabilisé par construction à 1uA près. Une charge parfaite pour l'alimentation
Quatrième diagramme : variation de dissipation dans les transistor J1 et J2 inférieure à 100uW.

Et quelques autres résultats de mesure au simu, non montrés par des diagramme :
- Bande passante : > 1 MHz (mais il n'y a pas encore le filtrage RIAA)
- distorsion : <0.002% à 1KHz, pleine échelle.

Pour valider le concept il reste encore a voir comment faire un filtrage RIAA en courant (aucune référence trouvée sur le net, terrain complètement vierge) faire du couplage direct pour dégager le condensateur de sortie.

Hello Jacques et tout le monde,

Ça fait plaisir de lire un de tes nouveaux projets.

Sur ma platine de récup : Sanyo TP 725 UM,
J'ai recablé les sorties en XLR. Et du coup j'attaque mon pré RIAA en différentiel. De tout façon les cellules fonctionne en différentiel non ?

Toi qui aime travaillé en full différentiel, pourquoi ne pas faire la même chose ?

Jean

(12-27-2022, 11:08 PM)jtwildduck a écrit : [ -> ]Hello Jacques et tout le monde,

Ça fait plaisir de lire un de tes nouveaux projets.

Sur ma platine de récup : Sanyo TP 725 UM,
J'ai recablé les sorties en XLR. Et du coup j'attaque mon pré RIAA en différentiel. De tout façon les cellules fonctionne en différentiel non ?

Toi qui aime travaillé en full différentiel, pourquoi ne pas faire la même chose ?

Jean

Bonsoir Jean,
Merci pour tes encouragements. Sur ma platine, les sorties sont en asymétrique (dois-je supposer que c'est en flottant ?). Donc pour l'instant je fais l'étude pour de l'asymétrique. Le différentiel pourra être étudié dans une seconde phase.
A+. Jacques

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La suite des travaux de conception avec la partie filtrage RIAA.

Comme je le disais précédemment, je veux mettre en œuvre un filtre passif fonctionnant en courant. C'est parce que l'étage d'entrée à transconductance sort en courant. Je n'en ai pas encore parlé, mais si je fais ce choix c'est pour une raison précise : il faut un étage d'entrée super low noise. La méthode habituelle est de mettre en parallèle les transistors d'entrée, comme on le voit sur les docs Analog Device ou dans le très réputé préampli phono Pearl de Pass Lab. C'est bien mais c'est efficace uniquement si ce qui suit derrière est aussi à très faible bruit. Et comme je veux une distorsion de compète tout en étant en en restant boucle ouverte, mon étage d'entrée n'est pas simple et je crains fort que cette approche de multiplier juste les FET d'entrée ne se couronne pas de succès au niveau du bruit en sortie. Je vais donc utiliser une méthode bien plus radicale : multiplier les étages d'entrée pour les mettre en parallèle afin d'abaisser le niveau de bruit de l'ensemble, ce qui donne un diminution du bruit de Racine(2) à chaque fois qu'on double le nombre d'étages d'entrée en parallèle. De plus on va aussi diviser la distorsion, on gagne sur les deux tableaux. Mettre en parallèle des étages sortant en tension est toujours un peu compliqué car il faut ajouter un sommateur à la sortie. Par contre, il est très facile de mettre en parallèle des étages sortant en courant : chaque courant s'additionne aux autres naturellement. Relier deux sources de courant en un point réalise l'addition. D'où le choix de sortir en courant pour mon (mes) étages d'entrée.

Il faut donc un filtre passif RIAA qui filtre le courant, et ca ne fonctionne pas du tout comme un filtre qui filtre une tension.

Ici, un filtre passif RIAA très connu qui est attaqué en tension et qui sort une tension :



On voit que la tension est atténuée par le filtre car R1 avec les autres éléments en série forment un pont diviseur de tension. Pour diviser la tension, il faut des éléments en série qui se partagent la tension d'entrée.
Par contre pour diviser un courant, mettre des éléments en série ne sert à rien : il seront tous parcourus par le même courant. Il faut des éléments  en parallèle. Selon ce principe, si on met en parallèle les éléments qui étaient en série on obtient ça :



Il reste à vérifier par simulation que le comportant est bien identique attaqué en tension pour l'un et attaqué en courant pour l'autre :




J'ai juste un peu décalé verticalement les courbes pour mieux les faire apparaître. Le courant filtré pour le filtre en courant est celui parcourant R93. Pour le mesurer rien de plus simple, il suffit de visualiser la tension aux bornes de R93 puisque c'est une résistance. C'est ce que montre les courbes vertes.

On constate que la procédure de conversion marche parfaitement : les deux courbes sont parfaitement homothétiques pour l'atténuation comme pour la phase.
J'ai donc mon filtre RIAA en courant.

Dernière opération : modifier les valeurs pour réduire la valeur de la résistance afin de limiter le bruit de sortie du filtre (qui est globalement le bruit thermique des résistances). Plus elles sont faibles ,meilleur c'est. J'ai divisé les résistances par 75 et multiplier les valeurs des condensateur par 75 pour garder la constante RC identique tout en descendant R à 1K au lieu de 75K. Ca donne ça :




C'est ce filtre qui sera attaqué par le (les) premier étage du préampli phono.

Bonsoir,

La suite avec le schéma retenu pour ce préampli phono.




Beaucoup de changements par rapport au schéma précédent.

Etage d'entrée : C'est le convertisseur tension / courant avec gain. il est modifié pour pouvoir sortir un courant centré autour de zéro. C'est fait en ajoutant en bas un mirroir de courant "à ma façon". L'ampl-op récupère la sommes des courants de repos et fixe la tension au pied du mirroir de courant de manière à avoir des Vce identiques sur Q5 et Q7 (très gros impact sur la distorsion).
Cet étage est délimité par la zone grise sur le schéma. Plusieurs de cet étage seront mis en parallèle, tous connecté aux points A, B,C,D,E et F du schéma. Le but est d'augmenter le rapport signal/bruit et de diminuer les distorsions.

Etage de sortie: c'est le convertisseur courant / tension. L'ampli-op n'est pas sur le chemin du signal. Il permet de fixer de manière précise le potentiel sur lequel seront connectés toutes les sorties des n étages d'entrées en parallèle. Cette référence est fixée de manière automatique par compensation pour avoir le zéro volt en sortie et donc un fonctionnement en couplage direct sans même avoir recours à un servDC pour contrôler l'offset. Le filtre passif RIAA est la charge traversée par la somme des courant fournis par les N étages d'entrées. Le reste de l'électronique fournis le courant demandé par la charge (l'ampli de puissance) tout en maintenant le potentiel d'entrée de cet étage à la valeur fixe voulue. C'est un étage single ended en classe A. Il est prévu un courant de repos d'environ 20mA.

Le schéma en l'état avec un seul étage d'entrée à courant de repos élevé pour avoir 2V crête en sortie (courant trop élevé pour un bruit acceptable) donne une bande passante au MHz sans le filtre et une distorsion inférieure à 0.001% à pleine échelle à 1KHz (au simulateur)

Il reste à faire les mesures avec 1 à N étages d'entrée en parallèle. à suivre...

(12-26-2022, 03:02 AM)Jacques92 a écrit : [ -> ]L'histoire aurait pu s’arrêter là mais, hier, surprise ! Ma chérie m'offre une platine ! C'est une pro-ject Debut III 

Bienvenue au club Jacques, perso j'avais cessé l'achat des Vinyls aux environs de 1986.

Yes ! Ca nous rajeunit pas. La preuve, j'expliquais â mon ainé (qui est ingé) qu'il me fallait un préampli phono pour faire fonctionner la platine car son niveau est 1000 fois plus bas qu'un lecteur CD ou un DAC. Il m'a répondu : "mais le son ne sort pas de la platine ?"

Ce sera pas trop long à lui expliquer il doit avoir les bases