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christophe Esperado : 13-10-2011
 

Un ampli à contre réaction de courant !

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 plus que convaincants 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.


 
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