La qualité d'un montage électronique ne sera jamais supérieure à celle de son alimentation, dit-on.
Nous avons choisi de revoir l'alimentation de ce magnifique amplificateur, sa modification l'ayant rendu plus sensible aux fluctuations et bruits de l'alimentation par une diminution de son taux de réjection.
Après de nombreux essais, mesures et écoutes des différents types d'alimentation stabilisées ou régulées, nous avons opté pour une alimentation simple, stabilisée, sans contre réaction. La régulation est suffisante, le ripple réduit, et les fluctuations dues aux forts appels de courant tout à fait acceptables, contrairement à l'alimentation d'origine. Cela se traduit par d'évidentes amélioration de la qualité d'écoute.
Profitons-en, pour signaler que ce type de stabilisation, simple, est souvent plus musical que les régulations utilisant des contre-réactions. En effet, sur ces dernières, on constate souvent des effets indésirables et nuisibles à l'écoute, over-shoots ou oscillations sur les appels de courant à haute fréquence. Sur ce type de schéma, outre sa simplicité, on a une belle stabilité, et une diminution de l'impédance avec la fréquence, pour autant que les transistors utilisés soient assez rapides.

Plus dynamique, plus souple, les basses sont plus rapides, les aiguës moins agressifs et plus détaillés, il semble que le jeu en vaille largement la chandelle, et d'autant que notre modification en contre réaction de courant aura réduit le taux de réjection de l'amplificateur, le rendant plus sensible à la qualité de son alimentation.

Le schéma est tout simple, et n'utilise que deux transistors de puissance par canal, montés en parallèle, sur radiateur. Nous préférons pour notre part, une seule alimentation pour les deux canaux, cela procurant à notre avis une meilleure localisation spatiale, les deux canaux subissant les mêmes fluctuations en même temps. Vous pourrez, bien sur, choisir de doubler l'alimentation si vous préférez des alimentation séparées par canal.
Notons un détail important. Plutôt que d'utiliser un seul gros condensateur électrochimique, nous préférons en utiliser plusieurs de faible valeur, cela divisant leurs résistance série et self série par leur nombre, donnant une impédance plus faible, ce qui est le but.:
Il est évident qu'une amélioration est encore possible en ajoutant une régulation du même type pour alimenter les étages de pré amplification des blocs de puissance séparément. On pourra s'inspirer de celle-ci, en ne mettant qu'un seul transistor de sortie de faible puissance cette fois-ci. On pourra diminuer encore plus son bruit, en utilisant pour ces étages une régulation du type shunt, au prix d'une complexification qui nous a semblé inutile ici.

J'insiste sur un point, il est préférable de ne pas doubler les condensateurs chimiques par des condensateurs films plastique, comme on le voit si souvent. Cela ne sert à rien ici, qu'à créer des résonances avec les selfs internes des condensateurs et à augmenter l'impédance entre 20 000Hz et 5MHz au lieu de la réduire. Les gains obtenus au dessus étant, de toutes façons, réduits à néant par l'impédance des selfs induites dans les fils de liaison des rails d'alim vers les amplis. Bon montage.

Vous vous souvenez surement de ce merveilleux amplificateur, publié en Kit par l'excellent magazine Elektor, et qui fait mon bonheur depuis des années ? Il était temps de lui offrir des condo neufs, j'en ai profité pour passer son moteur au tuning, façon formule 1.

Cet amplificateur de 2X 140 watts fonctionne suivant le principe d'une contre réaction de tension. Je suis partisan, depuis des années de la contre réaction de courant, laquelle permet des slew-rates fantastiques et une réduction des déjà quasi inexistantes distorsions d'intermodulation transitoires, disparition qui conduit à une transparence accrue. Je suis tombé, sur le forum DiyAudio, sur un schéma d'amplificateur symétrique à contre réaction de courant, publié par un brillant électronicien nommé Andrej Lackner qui poste sous le pseudo de "Lazy Cat". Schéma d'une grande élégance, dont l’architecture de la contre réaction, scindée symétriquement en deux parties pouvait s'adapter à merveille à tout ampli existant, y compris au Crescendo. Idée lumineuse de simplicité qui ne m'avait pas sautée aux yeux dans un schéma du célèbre Nelson Pass, publié depuis quelque temps. Rendons hommage aussi à Mark Alexander et Scott Wurser, de chez Analog Device, Ainsi qu'à Jean Hirraga, qui ont fait beaucoup pour promouvoir ce mode de contre réaction et les avantages que procure, en termes de musicalité, la vitesse qu'elle permet.
Je me suis donc livré à quelques essais, pour valider le concept, les résultats sont époustouflants et font une belle démonstration des bienfaits de la contre réaction de courant. Sur le même ampli, avec le même matériel, et... pour le même prix.

Voici le détail de cette amélioration qui consiste principalement en... la suppression de deux transistors. Et la modification de quelques valeurs de résistance, pour peaufiner les courants ici et là, afin d'augmenter la bande passante et d'optimiser le gain en boucle ouverte aux hautes fréquences.

. Cliquez sur l' image pour la voir en grand

En rose, les éléments qu'on retirera sans regret. En marron, l'ancien circuit de contre réaction qu'on supprimera aussi.
Il sera remplacé par deux parties symétriques, CR1+CR3 & CR2+CR4.
Le courant issu de ce nouveau pont sera désormais injecté directement dans l'étage d'entrée constitué de Q1 et Q6, sans traverser aucun étage actif. Chaque transistor d'entrée fonctionnant alors en émetteur commun pour le signal et en base commune pour la contre réaction. Subtil et élégant, non ?
Les valeurs de courant ont, bien sur été optimisées pour le meilleur rendu possible en fréquence. On comprend que le potentiel de sortie, théoriquement de 0V, était incompatible avec la tension ( + et - 0.7 V) où se trouvent ces émetteurs. Scinder la contre réaction en deux parties égales permet d'auto compenser ces écarts, et aucun courant continu ne circule entre les points communs de CR1/CR2 et la sortie et l'offset est intact.
Le signal de contre réaction n'aura plus à traverser une paire de transistors à lui dédié,qui compensaient cet écart de tension et ajoutaient un pôle, avec sa distorsion propre et son inertie. Le signal de contre réaction se soustrayant directement dans l'étage d'entrée, on peut augurer une amélioration sensible du slewrate et des distortions: nous verrons plus loin qu'elle dépasse ce que vous imaginez à cet instant.

Il faut cependant noter un petit inconvénient à cette simplification. Les deux transistors de contre réaction, désormais dans la poubelle, créaient une réjection du ripple de l'alimentation, puisqu'ils subissaient en miroir et en sens inverse les mêmes déviations générées par les fluctuations de l'alimentation que l'étage d'entrée du signal.
Qu'à cela ne tienne. Nous allons rajouter les diodes D2 et D5 suivies des résistances R17 et R18 et des condensateurs C2 & C3, pour isoler les étages d'amplification des perturbations de l'alimentation produite par les étages de puissance, et pour filtrer un peu plus ses riples et bruits éventuels. Avec l'ajout d'une stabilisation (émetteur suiveur, multiplicateur de capacité) sur l'alimentation elle-même, nous aurons encore progressé sur ce point, ainsi que sur les capacités en courant.

Petit détail concernant la contre réaction: Nous allons, ainsi que sur le schéma d'origine, réduire le Rock'nroll d'offset de cet ampli, en utilisant un condensateur électrochimique en série avec la masse de la contre réaction, ici de 2200µF, (que vous pouvez réduire à 1000) pour ramener le gain des tensions continues à 1. Chacun des rails des émetteurs se trouvant polarisés à + et - 0.7v, vous n’aurez plus besoin de monter deux électrochimiques tête bêche, et ils fonctionneront dans des conditions optimales. Leur valeur a été choisie pour conserver une courbe de phase plate à 0° de 20Hz à 100Khz, tout en minimisant les inutiles déplacement de la membrane des hauts parleurs en dessous.

Pour les maniaques, notons l'ajout optionnel d'un ajustable muti tours R34 de 100 Ohms, permettant d'ajuster l'Offset de l’amplificateur à son minimum. Á régler une fois l'ampli en température, bien sur. Il ne vous restera qu'à modifier quelques valeurs de résistance pour optimiser encore plus l'amplificateur. Enfin, comme il est toujours conseillé, si vous aviez monté des résistance bobinées d'équilibrage des FETS de sortie de 0.22 Ohms 5W, bobinées donc selfiques, prenez soin les remplacer par des résistances non selfiques de puissance, de préférence métallique, difficilement accessibles à l'époque. Cela est indispensable aux fréquences que nous allons atteindre pour la stabilité.

Pour vous aider, une petite image des modifications physiques à effectuer sur votre circuit imprimé. Deux pistes à couper, du côté de l'alimentation, toutes les valeurs des résistances à changer ont été indiquées. En rouge, les éléments à supprimer. Je vous conseille de monter les éléments situés sur l'image à l'extérieur du circuit en dessous,en prenant soin que le condensateur de 1000µF 100V ne soit pas en contact avec celui-ci, la petite feuille isolante qui les protège est fragile et fine.

Modif circuit

Que peut-on espérer de cette modification, vous demandez-vous maintenant que vous avez tout vérifié et que votre ampli a été mis en chauffe, et son courant de repos réglé à 300ma ? Et bien un petit coup de mesures vaut mieux qu'un long discours, en rouge, l'ampli d'origine, en vert, l'ampli modifié:


Cliquez sur l'image pour la voir en grand)

Impressionnant, le gain en bande passante, n'est-ce pas ? Et les signaux carrés, hein ? Ça donne quoi ?

Et oui, ce sont des signaux carrés à 500 KHz ! Ça monte vite. La preuve ?:




NON, vous ne rêvez pas, le slewrate d'origine, déjà fort respectable, puisque de 222V/µs passe désormais à... 1200V/µs !!!!

Voila comment nous avons tout accéléré SIX fois. Bande passante et slewrate. Signalons que le signal entrant dans l'ampli a été filtré à 6db/octave aux alentours de 3MHz, pour éviter toute mauvaise surprise du genre distorsion d'intermodulation transitoire, vous pouvez augmenter sans risques la valeur du condensateur de 22pF qui se charge de cette tache. Jusqu'à 110pF, ce qui coupera doucement les signaux au dessus de 500Khz tout en vous gardant une courbe de phase plate jusqu'à 20 000hz. Le délai de groupe, c'est important, la protection contre les pollutions haute fréquences aussi, c'est affaire de compromis.

Bien on a gagné en vitesse, on a gagné en bande passante, on a un ampli capable de suivre les signaux les plus rapides et violents en sifflotant, presqu'aussi bien que Chuck Norris, mais qu'en est-il de la distorsion ? Hein ? La distorsion harmonique !
Elle était déjà réduite à son minimum, sur l'ampli d'origine, puisque la simulation la donnait à 0.0023% à -3dB de sa puissance max.
NOUS l'AVONS DIVISÉE PAR 10 !!!!



Une belle courbe décroissante, qui ne génère presqu'aucune harmonique d'ordre élevé, oui, mon cher, à ce niveau, elle est noyée dans le bruit de fond, inexistante. Pour la forme, nous allons rajouter une courbe de distorsion par intermodulation, mais le jeu est fait, on sait à quoi s'attendre:


Et, qu'en est-il de l'écoute, me demanderez-vous ? Et bien, nous étions déjà à un très haut niveau, nous gagnons sur tous les tableaux. Disparition totale de toute distorsion perceptible, déjà à des niveaux négligeables, cela s'entend. L'écoute est plus dynamique, tout en étant plus fluide, des basses plus fermes, une transparence et une aisance rarement atteinte, de l'espace entre les instruments, une localisation parfaitement stable dans l'espace, une écoute reposante souple, aérée et impressionnante à la fois quand les percussions claquent ou que les cuivres se déchainent, tous les détails y sont, sans surlignage, sans duretés. Avec une couleur qui change du tout au tout selon les enregistrements, gage de neutralité, nous tenons là, sans doute aucun, un des meilleurs amplis au monde. Qui se fait totalement oublier. C'était le but.

Vous restera à modifier l'alimentation, vous êtes déjà fatigué et trop heureux d'écouter votre ampli, ce sera l'objet d'un autre article.
En attendant, pour ceux qui voudraient aller plus loin, ou, incrédules jouer avec les simulations et imprimer le schéma complet:
Télécharger
Enfin, je ne voudrais pas terminer cet article sans remercier, comme je l'ai fait silencieusement depuis 20ans, l'auteur de ce bijou, Gerard Nachbar qui n'a même pas signé son chef d’œuvre.

Miniscrescendo

Nous avons aussi revisité le mini-crescendo. Quoique moins stable aux simulations, les améliorations sont du même ordre. Les simulations:
Courbes
le schéma (notez que les résistances R27 et R2 et leurs condensateurs associés sont optionnelles, et ne sont là que pour corriger une tension d'offset éventuelle. Vous en mettrez une seul, du côté où il faut agir pour diminuer l'offset:
Schéma

Un Schéma valant mieux qu'un long discours, voici celui de ma protection universelle d'amplificateurs et des précieux hauts parleurs qui sont branchés dessus.
Elle protège contre tout, court-circuits des sorties, tension continue dans les sorties, oscillations générées par l'ampli et même saturations du signal de sortie.
Ce circuit offrira simultanément et au choix les fonctions suivantes, Mise en marche télécommandée de l'amplificateur, charge douce des condensateurs d'alimentation, mise en service des hauts parleurs retardée dans le temps, coupure instantanée de ceux-ci en cas de coupure secteur ou d'action sur le bouton marche/arrêt.
La caractéristique de cette protection est un temps de réaction quasi instantané, de l'ordre du millième de seconde, seulement limitée par la vitesse du relais de sortie.

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L'idée de départ est lumineuse de simplicité et je suis aussi fier aujourd'hui qu'il y a trente ans quand je l'ai eue: Un ampli parfait produit un signal en tous points identique à celui de l'entrée, à l'échèle de son gain près. La vieille idée "un fil droit avec du gain". Toute différence dans la forme du signal indique un problème ou un danger éventuel pour vos enceintes ou vos transistors de puissance.
C'est valable toute oscillation, offset excessif, court circuit du signal de sortie qui, ô combien, affectera son excursion, vu les courants générés et la résistance interne de la source, voire même d'excessifs écrêtages à l'écoute du dernier David Guetta ou du premier Led Zep.
Tout cela sera détecté en temps réel et la sortie de l'amplificateur déconnectée, permettant à la fois à votre transistors ou FETS de puissance et à vos hauts parleurs d'être mis à l'abri de la destruction en chaine (hifi) avant même qu'ils en aient conscience.

Indiquons que, cette comparaison se faisant entre entrée et sortie, sans aucune intervention dans l'amplificateur lui-même, notre principe pourra être mis en service dans tout amplificateur existant, sans modification de celui-ci, et que toute les précaution ont été prises pour que cette protection ne vienne pas détériorer la qualité et les performances de l'ampli qu'il protège, ce serait un comble !

Ainsi, pendant que les protections habituelles intègrent le signal de sortie, pour en évaluer la composante continue, avec le délai que cela implique, alors qu'elles ajoutent souvent des composants dans l'ampli ou l'alimentation afin de détecter ici ou là des courants excessifs ou des tensions inadaptées (avec les détériorations de performance que provoquent les capacités parasites ou les charges non linéaires de ces étages ajoutés), notre circuit fait plus que tout cela, de l’extérieur, tranquillement, en un seul process mais à la vitesse de l'éclair. "Simple is beautiful" dit-on. Mais, trêve d'autosatisfaction passons au schéma.

La partie protection est la partie supérieure du plan. Après avoir remis les signaux de sortie au même niveau que ceux d'entrée, par le pont constitué des résistances 25k (ou 5k, en rouge)et la résistance ajustable multi-tours de 5K, qu'on ajustera finement, on ne retrouvera en sortie de U1 & U2 que leurs différences, qu'on amplifiera cinq fois, pour lui redonner une amplitude de bon aloi tout en évitant des saturations qui réduiraient notre marge ultérieure de réglage de la sensibilité.

L'étage suivant a une triple fonction. Redresser ces signaux d'erreur grâce au pont de diodes Schottky, dont la tension d'offset est annulée par la contre réaction, mélanger les signaux des deux canaux, donner un gain réglable par la résistance ajustable de 1Mohms, laquelle vous permettra d'adapter la sensibilité de jeune fille de cette protection à votre situation.

L'étage final a lui encore deux emplois, pas de chômage chez les amplis OP: comparer le signal d'erreur avec une référence issue du pont des deux 10k, et apporter un délai de maintien de six secondes après la suppression de l'erreur quand la protection se déclenche, grâce au condensateur de 0.22µF en parallèle avec la résistance de 750K qui ont avec la diode Do l'effet de lisser le signal, offrir un temps de montée très rapide,inversement proportionnel à l'amplitude de l’erreur avec un temps de décharge très long. Si la protection se déclenche (le signal sur l'entrée - dépasse le potentiel de l'entrée +, l'ampli appliquera une tension de -10V à la base des transistors Q1 et Q2, qui cesseront de conduire, donc d'alimenter les relais permettant au signaux de sortie d'être connectés aux hauts parleurs.

Notons deux choses ici. On a utilisé deux contacts d'un relais mécanique par canal pour minimiser la résistance série de ces contacts ainsi que les problèmes occasionnés par leur éventuelle oxydation. Cela semblerait suffisant ? Pas pour tous. Nous avons doublé ce dispositif par un switch électronique à Mosfet de 14 milliohms en parallèle pour réduire ces nuisances à néant. Le relais annule le risque de distorsions qui pourrait être provoqués par la non linéarité thermique de ceux-ci. Suivant vos préférences et vos moyens, vous pouvez choisir le meilleur des deux mondes ou cumuler les deux. il suffit de ne pas implanter celui que vous ne voulez pas.

Le relais de 40 ampères 100V (75 ohms sous 12v pour sa bobine) court quelques risques en cas de court circuits de la sortie de l'ampli à cause des courants énormes qu'il aurait à couper dans ce cas. C'est là qu'intervient une seconde idée, aussi simple que la première (modestie quand tu nous tient). Il suffit de supprimer tout signal à l'entrée pour qu'il n'y en ait plus à la sortie. Et le courant qu'ils ont à shunter est, ici, dérisoire. C'est le rôle des deux switchs, à Mosfets eux aussi, notés "SSR" qui, le destin fait bien les choses, sont plus rapide à cause de leur petite taille et leur faible courant. Ils shuntent le signal d'entrée en quelques microsecondes avant que les relais de sortie aient eu même le temps de penser à bouger.

Enfin, dernière subtilité, le condensateur en série de 470µF à l'entrée. Si votre amplificateur est à couplage direct en entrée, une tension continue produite par le préamplificateur serait amplifiée par l'ampli et risquerait d'être dangereuse pour les hauts parleurs. En comparant les signaux entrée et sortie, on ne détecterait aucune différence, l'ampli faisant bien son travail. C'est le rôle de ce simple condensateur, qui, supprimant toute composante continue avant comparaison des signaux, mettra en évidence celle présente alors dans le signal de sortie. On détectera donc aussi l'éventuelle présence d'un offset à l'entrée, issu du préamplificateur. Sauf si l'ampli est lui-même protégé par un condensateur en entrée, auquel cas, nul risque encouru par vos enceintes.

La partie basse du schéma montre un choix entre un bouton de marche arrêt (le éléments notés A1 devront être soudés) et une tension externe de 12v 20mA pour télécommander la mise sous tension, utile si votre circuit est implanté dans une enceinte active (seul le strap A2 devra figurer sur le circuit). Suit un petit transformateur de 2 X1 2v, destiné à procurer une alimentation indépendante à toute cette circuiterie, le seul à être mis sous tension par le bouton, qui permet d'autres fonctions que nous allons étudier maintenant.

Le premier étage utilise un comparateur pour mettre les haut parleurs en protection dès l'apparition d'une coupure secteur, qu'elle soit volontaire ou non, et éviter ainsi les risques et bruits occasionnés par la décharge lente et asymétrique des condensateurs de l'ampli. Le principe en est simple. On prend la tension alternative redressée avant filtrage (grâce à la diode 'Doff') qu'on écrête à 3V au moyen d'une LED tout en linéarisant son enveloppe grâce au condensateur de 0.1µF. celui-ci pourra se décharge rapidement dans la résistance de 1K, l’ensemble présentant une pente à peine plus inclinée que celle du secteur. Toute baisse du niveau sur l'entrée + du comparateur à un niveau inférieur à celui de l'entrée moins, déclenchera la protection. la sortie du comparateur passe à -12v, donc la base des transistors Q1 et Q2 à travers la diode D, coupant ceux-ci.

L'étage suivant offre la fonction de démarrage doux et de limitation du courant dans les condensateurs d'alimentation de l'amplificateur. Ils sont couteux, autant qu'ils durent longtemps, et que votre femme ne puisse pas savoir que vous venez de mettre en marche votre gros amplificateur en voyant baisser la lumière de votre salon. Cette alimentation, que j'espère puissante et surdimensionnée chez vous, comme il se doit, est connectée au secteur via le premier Commutateur "solide state", relais économique à triac. Mais son courant est limité au démarrage par la résistance R19, qu'on choisira de forte puissance, parce qu'elle va chauffer dur pendant quelques secondes au démarrage. Jusqu'à ce que le temporisateur de 5 secondes, construit autour du second comparateur K1 la court-circuite, donnant à l'alimentation des amplis leurs pleins pouvoirs. Le passage au + de ce comparateur déclenchera le troisième étage K2, lequel se chargeait jusque là de maintenir vos hauts parleurs à l'abri de tout bruit pendant cette phase de démarrage. Le temps qu'il compte pendant 6 autres secondes, et il libérera les chevaux, en désactivant la protection et en connectant les hauts parleurs, si tout est normal à cet instant dans les comparateurs du dessus. On notera les trois LEDS de couleur qui indiquent l'état de cette protection, et s'allument dans cet ordre au démarrage: la mise sous tension de l'ampli, la mise en puissance de son alimentation, la connexion des hauts parleurs. Tout ceci se passant dans un silence feutré.

Voila, c'est ultra simple. La mise en service est aisée, mais nécessite deux réglages pour s'adapter à votre amplificateur une fois pour toutes. On alimentera l'ampli avec un signal sinusoïdal de la plus forte puissance possible avant écrêtage (prenez de la marge) si possible amplificateur chargé. On règlera les ajustables de 5K pour minimiser le signal de sortie des circuits U1 et U2. Une fois ceci fait, on enverra de la musique à fort niveau (mais sans écrêter non plus)pour ajuster la résistance variable de 1M de façon être à l'abri des mises en protection lors des coups de grosse caisse, qui prouvent bien que votre ampli préféré est loin d'être parfait sous des signaux transitoires et sur charge complexe, selfique et avec le courant que génère le mauvais suivi des hauts parleurs. Il est d'ailleurs intéressant (et déprimant) de regarder à la sortie de U1 ou U2, ce qui se passe en temps réèl, c'est un bon indicateur du niveau des distorsions réelles.

En espérant vous avoir intéressé, et à titre de conclusion, sachez que cette protection, capable de protéger vos hauts parleurs en une ou deux millisecondes sous des erreurs aussi petites que 100mv en sortie, sera encore plus rapide (quelques micro secondes) si l'un de vos transistors de sortie venait à se mettre en court circuit, envoyant dans vos enceintes la totalité de l'alimentation en continu. Rapidité qu'aucun circuit classique de protection n'est capable d'atteindre.
Il a fait son office sans broncher pendant plus de 30 ans dans mon amplificateur, malgré les centaines de démonstrations de court circuits que j'aie pu faire, pendant ces années qui ont séparées ma première réalisation de cette idée de la présente remise au goût du jour. Et pendant 30 ans, m'a protégé de tous bruits parasites et "clok" inconfortables.

Pour conclure, si, à la première lecture, ce circuit vous parait complexe, il n'en est rien. C'est que nous l'avons enrichi de tous les accessoires pour votre plus grand confort. Et même ainsi,il n'utilise qu'un quadruple amplificateur opérationnel, un quadruple comparateur, deux transistors, quelques relais plus une poignée de résistances, diodes et condensateurs. Le circuit final sera tout petit.
L'alimentation +-12V indépendante qu'il utilise pourra vous être fort utile pour d'autres étages amplificateurs, à moins qu'elle n'existe déjà dans votre amplificateur ou vos enceintes actives ?