préampli ligne
avec les petits Mos-Fet.
J'ai ajouté cette page spécifique, simplement parce que des correspondants se sont intéressés à ce montage et m'ont écrit et m'écrivent encore.
Appareils de mesure souhaitables: oscilloscope, générateur BF, contrôleur universel digital.
Vous pouvez aussi faire un préampli ligne avec un amplificateur opérationnel (cliquer ici).
| Sommaire |
| intérêt et inconvénients |
| Les petits MosFet |
| Le montage |
| Un exemple de réalisation (Olivier) |
| Autres réalisations |
| Pour anciens postes à lampes Autres réalisations (2015) datasheet |
Intérêts et inconvénients du montage:
Intérêts
Il s'agit simplement, d'amplifier un signal légèrement insuffisant dans un ordre de 2 à 10 fois, en très haute fidélité, grâce à un montage simple, réduit. consommation de l'ordre de 10 mA en 9 Volts.
Disons que subjectivement un petit MosFet "sonne" comme une triode et favorise les harmoniques paires, donnant au son un relief chaud et rond.
L'impédance d'entrée élevée (1 mégohm) ne crée aucune charge sur la source.
Préampli ligne veut dire petit signal mais non point signal infime comme celui d'un microphone dynamique. (un électret OUI). Disons tout signal compris entre 100 mV et 1 volt.
Ce montage est adaptable à une infinité de situations.
Inconvénients du montage :
Ces MosFet ont une capacité d'entrée élevée, 40 pf en moyenne, ils doivent donc être "attaqués" en basse impédance.
On peut corriger partiellement avec une résistance dans la source.
Les petits MosFet:
Ces transistors MosFet, de petite puissance, sont prévus et utilisés en commutation, pour commander des circuits logiques et des relais divers. En ce domaine leur qualité est leur très faible résistance Drain-source (quelques ohms).
Mais si on les utilise en audio on s'aperçoit qu'ils ont dans ce domaine des qualités réelles excellentes: pas de bruit de fond, faible consommation, haute impédance d'entrée et le son "triode".
J'utilise des VN10KM en audio, parce qu'une généreuse donatrice m'a fourni un petit stock. Les BS170 donneraient des résultats similaires.
Je n'ai jamais été déçu par leur utilisation en audio.
Par rapport à un FET standard ils sont plus énergiques mais leur capacité d'entrée n'est pas négligeable (de l'ordre de 50 pf).
Cette capacité se compense aisément par l'adjonction d'une contre réaction dans la source.
Quelquefois elle est un avantage.
En outre ils sont utilisables en HF.
Utilisation des petits MosFet:
Je les utilise toujours avec une résistance de polarisation ajustable, incluant donc une contreréaction drain-gate. Ainsi ils sont plus souples dans leur réponse audio et je peux régler exactement leur polarisation.
J'insère très souvent une résistance de contreréaction dans le circuit de source. Cette résistance est de l'ordre de 10 ohms jusqu'à 100 ohms. Elle remonte un peu les aigues et linéarise.
Répétition volontaire: Pour éviter toute oscillation parasite j'utilise un plan de masse (voir photo) et quelquefois je place un écran en tôle étamée entre les circuits de gate et ceux du drain.
Le montage:
Il est si simple que je ne n'oserais vous vexer en expliquant.
Le petit MosFet a un gain en tension de plus de 10, sa sonorité est remarquable (comme une triode).
La taille du circuit, gravé à l'anglaise, côté cuivre, avec une fraise boule minuscule, est celle d'un timbre poste.
La tension de drain doit-être soigneusement réglée à 4,5 volts (la moitié de 9 volts) grâce à la résistance ajustable de 100 KOhms, qui fait office également de contreréaction. Une tension de 12 volts convient tout aussi bien. L'alimentation doit être impeccable côté filtration et stabilisation.
Notes techniques:
La tension de drain se règle à la moitié de la tension d'alimentation. (Voir check point sur schéma d'application.)
Donc si alimentation en 9V vous devez obtenir 4,5V, mais si la tension est 12 V vous devez réglé à 6 V.
Si votre tension est 24 V la résistance de drain passe à 4 KOhms environ et la tension de drain est réglée à 12 V
L'impédance de sortie est à peu près égale à la valeur de la résistance de drain.
Vous pouvez donc jouer sur ces paramètres, mais, sans toutefois dépasser la moitié de la puissance du MosFet.
ex: alim. 24 V, résistance de drain 4,3 KOhms, tension de drain 12 V donc puissance dissipée (loi d'ohm) 12/4300=0,028A soit 28 mA x 12 =0,033 W soit 33 milliwatts donc aucun risque pour le transistor qui est prévu pour un max. de 0,4 à 0,8 watt (400 à 800 mW) selon le modèle.
La tension gate-source peut varier de 0,8 à 3 V selon les modèles. En général elle est de 2,5 V. Mais on règle le système en jouant sur le potentiomètre ajustable, par rapport à la tension de drain.
Contrôle: Si vous jouez sur le potentiomètre de gate la tension de drain doit passer de 0 V jusqu'à la valeur de la tension d'alimentation, donc 0-9 V pour une tension de 9 V, 0-24 V pour une tension de 24V. Tout autre comportement signale un défaut du MosFet (grillé ou branché à l'envers).....!.
Le volume de sortie est réglé grâce la résistance ajustable d'entrée du son, pour obtenir un niveau correct.
La ligne positive 9 volts est découplée avec la masse par un condensateur au tantale de 47 µF 16 volts.
Vous voyez ce condensateur sur la photo, il a l'aspect d'une perle jaune.
Considérez ce découplage comme indispensable.
Vous pouvez remplacer ce tantale par (cumulativement) un condensateur chimique et un condensateur plastique en parallèle.
Schéma complet d'application:
Sur la photo ci-dessus vous voyez combien le circuit de gate et très séparé du circuit de drain.
Dans le circuit ci-dessous la pente est de 4 mA/V ce qui est très suffisant.
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Concernant les masses du régulateur et des condensateurs adjacents, il est important d'avoir des masses réunies ensemble (eh oui!) et en outre reliées au pôle négatif de l'alimentation par un conducteur conséquent. Les ennuis avec les masses mal câblées sont fréquents et difficiles à détecter.
Autres consignes de montage: Avec ces transistors une oscillation parasite est possible (elle se détecte à l'oscillo) en ce cas on met un écran en tôle (de boite de conserve étamée) entre la partie gate (hyper sensible) et la partie drain et source (voir ligne en pointillé). Entrée et sortie doivent être à l'opposé sur le montage pour éviter tout accrochage. Les fils doivent être blindés. Le plan de masse doit être soigné. Tout ilot destiné au plan de masse doit être relié par un strap aux autre plans de masse. Les connections sont courtes et ne se croisent pas. On respecte donc les règles de la HF bien que l'on soit en BF.
Un exemple de réalisation :
Bravo Olivier !!!
Cette réalisation, très soignée, de Décembre 2014 est l'œuvre d'Olivier
Variantes de réalisations :
Avec mélangeur. Pour attaquer un ampli mono avec une source stéréo.
Dans cette application il s'agit de mélanger deux signaux stéréo (genre lecteur de compact disque) pour attaquer un ampli BF mono à tubes.
La résistance de drain fixe l'impédance de sortie à 10 KOhms (les tubes aiment les hautes impédances.....).
La résistance de source diminue considérablement le gain qui est encore de l'ordre de 11. En revanche la linéarité est excellente.
Le plan de masse est en gris l'écran en pointillé.
Ce montage est (par exemple) utilisé pour passer des CD stéréo dans la sono mono d'une association d'anciens combattants: Marseillaise, Hymne aux morts, etc.
Cette sono fonctionne en 12 volts car les monuments aux morts ne comportent pas de prise de courant (eh oui!).
Avec mélangeur pour poste radio à tubes.
Voici un autre exemple avec mélangeur des deux canaux stéréo.
Un très bon récepteur mono à tubes reçoit ainsi le son d'un tuner FM stéréo.
adapté pour être alimenté sur la haute tension.
consommation totale 9 mA (donc comme un tube en HT.)
Peut être adapté en préamplificatrice BF après détection.
La capacité d'entrée est de l'ordre de 50 pF, il faut en tenir compte dans le filtre de détection.
Il faut ajuster la résistance chutrice de 25 K pour obtenir juste les 2 mA dans la zener
Je vous promets que cela fonctionne très bien, et depuis plus de 20 années.
Concernant les masses du régulateur et des condensateurs adjacents, il est important d'avoir des masses réunies ensemble (eh oui!) et en outre reliées au pôle négatif de l'alimentation par un conducteur conséquent. Les ennuis avec les masses mal câblées sont fréquents et difficiles à détecter.
Autres consignes de montage: Avec ces transistors une oscillation parasite est possible (elle se détecte à l'oscillo) en ce cas on met un écran en tôle (de boite de conserve étamée) entre la partie gate (hyper sensible) et la partie drain et source (voir ligne en pointillé). Entrée et sortie doivent être à l'opposé sur le montage pour éviter tout accrochage. Les fils doivent être blindés. Le plan de masse doit être soigné. Tout ilot destiné au plan de masse doit être relié par un strap aux autre plans de masse. Les connections sont courtes et ne se croisent pas. On respecte donc les règles de la HF bien que l'on soit en BF.
Un exemple de réalisation :
Bravo Olivier !!!
Cette réalisation, très soignée, de Décembre 2014 est l'œuvre d'Olivier
Variantes de réalisations :
Avec mélangeur. Pour attaquer un ampli mono avec une source stéréo.
Dans cette application il s'agit de mélanger deux signaux stéréo (genre lecteur de compact disque) pour attaquer un ampli BF mono à tubes.
La résistance de drain fixe l'impédance de sortie à 10 KOhms (les tubes aiment les hautes impédances.....).
La résistance de source diminue considérablement le gain qui est encore de l'ordre de 11. En revanche la linéarité est excellente.
Le plan de masse est en gris l'écran en pointillé.
Ce montage est (par exemple) utilisé pour passer des CD stéréo dans la sono mono d'une association d'anciens combattants: Marseillaise, Hymne aux morts, etc.
Cette sono fonctionne en 12 volts car les monuments aux morts ne comportent pas de prise de courant (eh oui!).
Avec mélangeur pour poste radio à tubes.
Voici un autre exemple avec mélangeur des deux canaux stéréo.
Un très bon récepteur mono à tubes reçoit ainsi le son d'un tuner FM stéréo.
adapté pour être alimenté sur la haute tension.
consommation totale 9 mA (donc comme un tube en HT.)
Peut être adapté en préamplificatrice BF après détection.
La capacité d'entrée est de l'ordre de 50 pF, il faut en tenir compte dans le filtre de détection.
Il faut ajuster la résistance chutrice de 25 K pour obtenir juste les 2 mA dans la zener
Je vous promets que cela fonctionne très bien, et depuis plus de 20 années.
Mise au point:
La mise au point répond à des impératifs précis, sachant que ce préampli va être alimenté par la haute tension, qui est en général de l'ordre de 250 à 270 volts. Il faut connaitre la loi d'ohm (facile) et les notion de puissance en VA ou anciennement watts (facile).
D'abord Attention aux chocs électriques,
cela fait mal, très mal, et c'est dangereux.
- Il faut réaliser le préampli et l'alimenter au point 1 en 47 volts avec une alimentation de labo.
- Ensuite régler le potentiomètre P de polarisation pour avoir 25 Volts au drain. La tension de gate est de l'ordre de 2,5 volts (entre 2 et 3 volts selon le MosFet).
- Vérifier amplification et bande passante (toujours en 47 volts d'alimentation).
- Pour les puristes tester à l'oscillo, le gain doit être de l'ordre de 11 et la bande passante impeccable de 50 hertz à 20 KHz.
- Insérer un signal provenant de la source (généralement entre 0,5 et 1 volt) et régler le potentiomètre de volume pour obtenir l'amplitude désirée sur le signal de sortie.
- Alimenter en haute tension à travers une résistance de puissance de l'ordre de 25 kOhms et ajuster celle-ci de façon que le débit dans la zéner (point T) soit de 2 milliampères. Cette résistance chauffera un peu, la placer de façon qu'elle puisse éliminer ses calories. Quelquefois pour avoir la valeur ad 'hoc on assemble plusieurs résistances.
En plus: Ces montages adaptés (par des connaisseurs) HF-VHF peuvent fonctionner jusque vers 100 mégahertz.
Autre réalisation (suite) en sortie de tuner (2015)
La sortie d'un vieux tuner analogique, que je destine à un poste radio à tubes, est de 60 mV ce qui est insuffisant.
Là aussi un préampli avec petit MosFet va faire des merveilles. Son gain est 10, sa bande passante de 30 Hz à plus de 150 KHz. Alimenté en 12V (comme le tuner FM) sa sortie sera 600 mV ce qui suffit. La consommation est de 5 mA.
Voici le schéma :
La résistance de 470 ohms en entrée du 12V qui devient 10V environ crée un filtrage séparatif et supplémentaire des autres étages ou composants.
Vous remarquerez un détail la prise du diviseur de polarisation est, cette fois, branchée directement sur la tension continue 10-12V et non pas sur le drain ? En fait quand la polarisation est branchée sur le drain elle introduit une infime contre réaction, ce qui n'est pas gênant et pourrait même être bénéfique pour la bande passante. Mais la fidélité (ou le rendu son) de ces petits MosFet permet aussi de se passer de cette astuce et de prendre la polarisation directement sur le courant continu. Ce n'est donc pas important. En théorie on pourrait même penser qu'ainsi sans cette contre réaction le MosFet "sonne" encore mieux comme une triode ? (hypothèse gratuite).
Une fois la polarisation déterminée (entre 1,5 et 3 volts) rien n'empêcherait de supprimer la résistance ajustable et de la remplacer par des résistances fixes équivalentes, calculées pour donner la même valeur, à la condition que ce préampli fonctionne toujours dans les mêmes conditions de voltage, c'est à dire soit toujours alimenté par la même tension.
Datasheet
Cliquer pour agrandir
Variante ampli-op :
Rien n'empêche d'utiliser un ampli-op.
Le montage de Stéphane AUBERT (cliquer ici) est adaptable comme ampli ligne :
En ce cas vous enlevez le microphone et sa résistance d'alimentation de 10K et placez une prise d'entrée à la place.
Dernière mise à jour 24 Mars 2015
FIN. MAJ 27 Juin 2015 (Mobile Friendly)