Projet Preampli Buffer

[Jacques92]

Bonjour,

Je démarre tout juste ce projet de préampli qui va intégrer mon système audio-vidéo.
L'objectif est qu'il soit le plus simple possible au niveau de son principe :
 - pas de gain (gain unitaire)
 - Aucun condensateur en série sur le chemin du signal, ni en parallèle
 - Tout en ayant un offset inférieur au mV

L'architecture  de la partie amplification :
 - un buffer
 - un potentiomètre
 - un buffer

Le tout alimenté sur batterie : il  va utiliser le système de gestion de batterie dont le projet a déjà commencé et est présenté dans une autre rubrique DIY.

Avant il y aura une sélection de source sur prise RCA.
Sortie sur prise RCA aussi.

Pour la partie amplification, le principe mis en œuvre va être ultra simple. une premier schéma explicatif ci-dessous (pas le schéma définitif mais l'architecture restera celle-ci) :



Le fonctionnement : 

A gauche il y a un premier buffer constitué de J1 et J2, puis suis le potentiomètre, puis un autre buffer identique basé sur J3 et J4. Chaque buffer est constitué d'une configuration deux FET dites en "polarisation automatique". Cette configuration offre une offset de sortie nul si les deux FET ont exactement la même fonction de transfert. Pas besoin de condensateur en entrée ni en sortie. Pour être plus précis, comment ça marche... La base de J2 est reliée au pieds de la résistance d'émetteur. Donc La tension entre Vg de J2 et le pieds de la résistance R4 est nulle. Comme J1 est parfaitement identique et qu'il partage le même courant que J2, la tension en l'entrée Vg et la sortie out est aussi nulle. C'est un buffer, et l'offset de sortie est nul...si les deux FET sont parfaitement identique...

On choisissant une paire de FET "appairé" on atteint presque un offset nul. On va prendre des JFE2140. Le datasheet indique qu'à même courant, la tension Vgs est identique à 4mV près ce qui est excellent.

Comme ça le schéma est quasi opérationnel, mais 4 mV n'est pas 0mV, et si on tire trop de courant en sortie, la distorsion sera un peu trop élevée. Il faut modifier ce schéma pour régler ces deux problèmes en :
 - ajoutant un peu d'électronique supplémentaire pour régler finement l'offset
 - mettant plus de cellule buffer en parallèle pour pouvoir fournir plus de courant. On va partir sur 4 cellules vant le potentiomètre et 4 cellules après le potentiomètre.

La méthode proposée pour régler l'offset de sortie au poil :



On modifiant légère la tension entre Vg de J2 et le pieds e la résistance R4, on modifie le courant dans J2 et ainsi le tension entre Vg de J1 et la sortie. Le but est pouvoir faire varier l'offset dans une plage de +/-4mV.

Schéma complet à suivre, ainsi que les mesures au simulateur Spice.

[Jacques92]

Le schéma définitif en simulation :



Mesure de bande passante et déphasage avec potentiomètre 50% :



Distorsion avec potentiomètre à 50% sur charge de 10K, entrée Sinus à 10KHz

[Jacques92]

Suite du projet avec une première version  de schéma de la carte préampli complète...
Elle embarque une sélection de source "1 parmi 4", un gestion de Mute, le lien avec le potentiomètre de volume et les deux buffers (un avant le potar et un après).



Concernant la sélection de source : on coupe les deux points (chaud et froid). Ainsi, un seul appareil sera connecté électriquement au préampli à un instant donné (moins de  problème de masse et de parasite).
Le Potentiomètre sera à relais sur 5 bits (32 positions). Il sera sur une seule carte dédiée pour les deux canaux. Cette carte sera prise en sandwich entre une carte préampli canal G et une carte ampli canal D. C'est pourquoi sur la carte, il y a deux connecteurs : un canal sera en dessous et se connectera sur un header de la carte potar qui sera orienté vers le bas. Le second canal sera une carte au dessus et se connectera sur un header de la carte potar orientée vers le haut.


La sélection de volume sera traité par un encodeur rotatif et une électronique associée. Idem pour la gestion de volume.
Le bouton de l'encodeur pour la sélection commandera le mode Marche / arrêt. Le bouton de l'encodeur gérant le volume pilotera la fonction mute.


Les cartes préamplis seront alimentées par deux batteries (alim symétriques +12V, GND-Audio, -12V). Tout le reste sera alimentée par la partie du système de gestion de batterie sur secteur (12V pour le numérique et les relais et la masse numérique). Les tensions des deux batteries sont abaissées à une valeur fixe indépendante de l'état des batterie : +/-10V, c'est le tension de fonctionnement du préampli.

Au final, dans la boite, il y aura :
 - une carte principale de gestion de batterie,
 - deux modules de gestion de batteries
 - 4 batterie AGM 12V 0.8AH
 - 2 cartes preampli
 - une carte potar
 - deux cartes de gestion d'encodeur + bouton
 - un transfo blindé

Faut que tout rentre dans un boîtier 330x230x80 : on superpose un maximum les éléments. Les cartes de gestion de batterie sont toutes désignées pour être superposées, idem pour les cartes préampli et le potentiomètre. Les cartes de gestion d'encodeur seront mise en parallèle de la face avant.

Pas de telco prévue pour ce projet.

Côté visualisation en face avant :
 - 32 LED pour le volume sélectionnée
 - un voyant Mute
 - un voyant m/A
 - 4 Led pour la source sélectionnée.

[KIKIWILLYBEE]

Bonjour Jacques ,

Et Bon Week End ….

Stp,
Je me permets ,
Est tu certains de la Sonorité de ton encodeur de volume résistif ? , n’hésites pas sur la qualité du potar : par exemple un Khozmo ou chez hi-fi collective , .uk il y a un choix de R2R. Hand Made de précision et de qualité , c’est un point sensible sur la qualité sonore finale et un repentir cause des conditions mécaniques est difficile ….

A propos De tes J-Fet ? En connaît tu la sonorité , je crains une certaine mollesse vs des bipôlaires , des bipolaires Nos .?

Et toujours mes félicitations et admiration Professeur :-) ‘!!!!
Pour l’ensemble de vos projets ….
Votre Expertise …’:
Bien Amicalement,
Willy ;-).

[Jacques92]

Bonjour Willy,
Pour ce qui est du potentiomètre, je pense qu'un potentiomètre à relais est ce qu'il se fait de mieux c'est pourquoi je choisis toujours cette solution, surtout avec des résistances Vischay RN55 ou RN60 voir même des SUSUMU RG pour la version CMS. C'est l'équivalent de ce qu'on peut trouver en pure mécanique mais bien moins cher. Il y a un avantage à potentiomètre à relais : il peut être embarqué au plus près du circuit électronique, ce qui n'est pas le cas d'un potard en façade. De plus, on peut facilement le commandé à distance, ce qu'on ne pourra jamais faire avec un Kozmo.

Pour les transistor FET ou BJT, je suis plutôt d'accord avec toi pour l'étage de sortie d'un amplificateur. J'ai une préférence pour le bipolaire. Par contre sur petit signaux, je n'ai pas de préférence. En fonction de chaque projet je prends l'un ou l'autre.
Le problème des petits FET c'est que la capacité en courant est très faible. C'est pourquoi ici j'en mets 4 parallèle. Ce qui me donnera un fonctionnement en pure classe autour de 20mA, largement suffisant pour piloter un potentiomètre de 13K. Par contre, les JFE appairés ont une capacité parasite de 13pF et ça c'est pas génial. avec 4 en parallèle ca me donne 52pF comme capacité d'entrée. Alors entre les plus et les moins, on verra à l'écoute ce que ca donnera !
A+ Jacques

[Jacques92]

Les avancées du projet : le design des PCB...

Pour la partie potentiomètre à relais, les design finaux pour la commande des PCB :

Le Schéma



Le PCB






Pour la partie carte préampli :

Le schéma


Le PCB





Intégration de la carte préampli et de la carte potentiomètre (Les deux canaux partagent la même carte Potar, qui est stéréo, à la l'inverse d'une carte préampli.



Le second canal vient par dessus tout ça et se branche sur le connecteur haut de la carte potentiomètre.

[Jacques92]

Les dernier PCB réalisés...

La carte de gestion pour encodeur rotatif : comprend une électronique (sans processeur) pour décoder les signaux de l'encodeur rotatif, pour gérer 32 positions et pour sortir en numérique. Elle embarque aussi l'électronique pour afficher la position sélectionnée.

La carte porte l'encodeur et est fixée sur la face avant.
L'affichage est réalisé par 32 LED qui débouchent en face avant autour du bouton : un LED est allumée parmi les 32.
Pour la sélection de source c'est une parmi 4







La face avant :



La face arrière :



Il ne reste plus qu'à attendre les PCB (trois semaines).

Pour le boîtier : 230x230x80.

[Vincent.]

Sympa cette carte encodeur.
Ça me fait penser au réglage du volume sur l’Audio Analogue Verdi Cento avec un encodeur une position vers la droite ou la gauche.
Il propose en plus de pouvoir choisir entre 4 courbes de réglage du volume pour s’adapter au type d’enceintes en particulier.

[Jacques92]

(11-17-2024, 09:00 PM)Vincent. a écrit : Sympa cette carte encodeur.
Ça me fait penser au réglage du volume sur l’Audio Analogue Verdi Cento avec un encodeur une position vers la droite ou la gauche.
Il propose en plus de pouvoir choisir entre 4 courbes de réglage du volume pour s’adapter au type d’enceintes en particulier.

Ah oui, c'est la même idée. Je ne connaissais pas cet appareil.
Bien vu Vincent

---

Composants reçus hier, et premier canal aussitôt monté.
Ca donne çà :





J'ai n'ai pas encore envoyé un signal dans la carte, mais ça semble fonctionner nickel. Après mesures :
 - Chaque FET fonctionne sous 4.9mA, c'est la valeur optimale pour le bruit : 0.9nV/Hz auquel il faut ajouter le bruit de deux résistances de 100R qui donne un niveau équivalent. Et comme il y a quatre sections en parallèle, on divise le tout par deux. Au final bruit vraiment très bas.
 - Offset de sortie : réglé à 0mV à au moins 100uV près, bouge pas après plusieurs minutes. Idem pour le buffer avant le potentiomètre.
 - Courant consommé pour un canal : 45mA, on tirera donc 100mA sur les batteries.
 - vérification de l'appairage des Vgs des dual FET : tous inférieur à 4mV, promesse tenue par Texas.

Prochaine étape : le potentiomètre à relais de 10K.

[Jacques92]

La suite avec la carte relais 10K stéréo,  qui vient s'enficher entre les deux cartes préamp. Il ne restera plus qu'à mettre le second canal par dessus.



Prochaine étape : test d'un premier canal avec son potentiomètre, puis si ca marche, on fait le second canal. Viendra ensuite la partie alimentation sur batteries