Un préamplificateur Hi-Fi avec contrôle de tonalité

Vous êtes en train de réaliser l’amplificateur de votre chaîne Hi-Fi et vous n’avez pas encore trouvé l’étage d’entrée ? Voici un excellent préamplificateur stéréo capable de gérer vos signaux ! Complet, facile à réaliser, il utilise des potentiomètres simples agissant pourtant sur les deux canaux grâce à la présence d’étages de contrôle à VCA (amplificateurs contrôlés en tension).



Caractéristiques techniques
- Tension d’alimentation : 16 à 25 VCC
- Consommation : 50 mA
- Réponse en fréquence : 10 à 50 000 Hz (+ ou –1 dB)
- Distorsion harmonique : 0,1 % (1 kHz, Vout=1 V)
- Rapport signal / bruit : >80 dB à 0 dB
- Séparation canaux : 60 dB
- Sensibilité d’entrée maximale : 300 mVeff
- Signal de sortie maximal : 3 Veff
- Impédance d’entrée : >10 kilohms
- Impédance de sortie : <300 ohms
- Réglage de tonalité aigus : + ou –15 dB (+ ou –3 dB, 16 kHz)
- Réglage de tonalité graves : –19 à +17 dB (+ ou –3 dB, 40 Hz)

La diaphonie (séparation entre les voies D et G) est référée à l’excursion du gain du préamplificateur comprise entre –20 et +21,5 dB. Le rapport S / B est calculé avec une amplification nulle (0 dB), c’est-à-dire quand les signaux d’entrée et de sortie ont la même amplitude.

Il s’agit d’un préamplificateur stéréophonique haute fidélité doté de contrôles de volume, balance, tonalité (graves et aiguës) et d’un filtre “loudness”. Mais tout cela n’implique pas un schéma électrique compliqué…grâce à l’utilisation d’un circuit intégré Philips TDA 1524 exécutant toutes ces fonctions : il contient en effet deux amplificateurs en tension indépendants avec, en cascade, deux filtres électroniques à atténuation variable ayant en commun un potentiel de contrôle.
On y trouve également un atténuateur utilisé pour la balance (il est aussi à commande électronique) et un réseau constituant le “loudness” : cette dernière fonction permet de renforcer les basses et les hautes fréquences quand on écoute la musique à un volume inférieur à la moitié. On la trouve toujours dans les amplificateurs Hi-Fi car les enceintes acoustiques (surtout si les haut-parleurs sont à suspension pneumatique) ont un rendement limité dans les graves à faible puissance : ce sont alors les mediums qui dominent, ce qui oblige à renforcer les basses et un peu les aiguës pour améliorer la platitude de la courbe de réponse. Les amplificateurs, les filtres et l’atténuateur de balance sont contrôlés chacun par une tension continue obtenue avec de simples potentiomètres alimentés par une tension de référence produite à l’intérieur du circuit intégré. Ce qui est fort commode car chaque réglage est fait sur les deux canaux avec un seul potentiomètre : cette solution diminue le risque de capter et d’introduire dans la chaîne audio des interférences gênantes.

Le schéma électrique
Le schéma électrique de la figure 1 montre que le circuit est constitué uniquement du TDA1524, monté conformément à la note d’application Philips et des quelques composants que réclament les entrées, sorties et commandes (en plus de l’alimentation, bien sûr). Le signal audio stéréo d’entrée est appliqué aux bornes négatives des électrolytiques C5 et C6 qui permettent le découplage du continu des amplificateurs des étages de sortie des sources BF connectées (tuner, lecteur CD, etc.). Les entrées sont toutes de type asymétrique, c’est-à-dire référencées à la masse (voir les RCA “cinch” figure 2a). Des broches 15 et 4 (entrées audio respectivement gauche et droite) la composante audiofréquence atteint les préamplificateurs à gain variable, lesquels peuvent en élever le niveau de plus de 11 fois selon la position du curseur du potentiomètre P1, soit en fonction du potentiel de contrôle appliqué à la broche 1 (VOL). Cette dernière est l’entrée pour la commande des amplificateurs de tension internes et elle reçoit un unique potentiel pour les deux canaux en agissant sur deux VCA (“Voltage Controlled Amplifier”) auxquels est confié le rôle de régler le gain, soit l’amplification des signaux audio. La plage prévue est plus que suffisante pour un préamplificateur BF, lequel normalement doit amplifier en tension de 8 à 10 fois, étant donné que la sensibilité moyenne des entrées est de 150 mVeff et celle d’un final entre 600 et 1 200 mVeff.
Comme les amplificateurs d’entrée ont un gain variable de +21,5 à –80 dB, la composante BF pourra sortir des étages d’entrée amplifiée ou fortement atténuée. Ici en effet on joue sur le gain, qui peut devenir négatif ou positif selon que l’on veut diminuer ou augmenter le niveau d’écoute.
Le contrôle de volume est directement lié à celui de la balance : les potentiomètres sont polarisés par rapport à la masse par la tension continue, produite à l’intérieur du circuit intégré, au moyen d’un régulateur interne à transistors lequel, alimenté directement par la Vcc appliquée à la broche 3, se sert de l’électrolytique C17 pour un filtrage supplémentaire, ce qui procure un potentiel commun à la ligne des potentiomètres de +3,8 V, disponible sur la broche 17 (CONT).
Mais revenons au signal audio : les deux canaux stéréo peuvent être amplifiés ou atténués de la même façon ou de manière différentielle. Pour cela on dispose de la commande de la balance P2 : son curseur donne son potentiel de référence à un bloc lequel, en fonction de la valeur lue, paramètre l’amplification des deux VCA. Si le potentiel est égal à la moitié de celui fourni par la broche 17, les deux amplificateurs d’entrée ont le même gain. Au fur et à mesure que la valeur descend au dessous de ce seuil, un des deux canaux réduit son amplification et s’atténue jusqu’au maximum prévu (soit –40 dB). Inversement, quand on dépasse la moitié jusqu’à la limite (soit 3,8 V), c’est l’autre canal qui domine tandis que le premier est de plus en plus atténué. Bref, la fonction de balance est obtenue en jouant sur les tensions de commande des deux VCA d’entrée utilisés pour le réglage de volume, contrôlés par les sorties des deux amplificateurs différentiels, chacun desquels ayant comme référence le potentiel appliqué par P2 à la broche 16 (BAL) du circuit intégré, à part que l’un le reçoit sur l’entrée inverseuse et l’autre sur l’entrée non inverseuse. L’étage est donc structuré de façon à fournir deux tensions opposées et qui ne coïncident que lorsque la référence prélevée est égale à 1,9 V.
Le fonctionnement de la balance étant compris, continuons avec l’amplification effectuée par les étages d’entrée : les signaux stéréo passent dans les filtres qui opèrent une correction de tonalité.
Chacun de ces filtres a une fréquence de centre de bande définie par C9, C10, C11 et C18. Exactement, C9 et C11 déterminent respectivement la gamme de fréquence des basses et des aiguës pour le canal droit, C10 et C18 pour le gauche. Les filtres actifs sont commandés par P3 pour les basses et P4 pour les aiguës. La méthode de gestion est analogue à celle vue pour le volume : chaque potentiomètre, alimenté par la broche 17, fournit par son curseur un potentiel variable de 0 à 3,8 V, avec lequel on intervient sur un convertisseur tension / fréquence et sur les filtres correspondants des deux canaux. Plus le potentiel diminue, plus importante est l’atténuation et, s’il augmente, la tonalité correspondante sera amplifiée.
Le TDA1524, pour le contrôle des basses, permet une atténuation typique de 19 dB (–19 dB), à la fréquence de référence de 40 Hz, avec une tolérance de ±3 dB, tandis que l’amplification atteint 17 dB (+17 dB). Pour les aiguës à 16 kHz, avec une tolérance de ±3 dB, l’atténuation et l’accentuation sont de –15 et +15 dB.
Quand les filtres actifs sont franchis (tonalité corrigée), le signal atteint les broches de sortie à travers deux “buffers” (tampons) à symétrie complémentaire, utilisés pour diminuer l’impédance de sortie et éviter de surcharger les filtres.
La broche 11 achemine la composante du canal gauche et la 8 celle du canal droit. Comme le montre le schéma électrique, en série avec cette broche se trouve un électrolytique ayant pour rôle de bloquer les composantes continues de polarisation, tout en laissant transiter le seul signal musical. Une résistance de faible valeur complète le tout : elle évite la surcharge du “buffer” (tampon) dans le cas où un court-circuit se produirait en sortie (LEFT OUT / RIGHT OUT).
Comme tous les amplificateurs HI-FI qui se respectent, le TDA1524 est doté d’une fonction “loudness”, activable par mise à la masse de la sortie du régulateur de tension de référence des potentiomètres (broche 17) à travers une résistance. Cette étrange méthode est utilisée pour limiter le nombre de broches du circuit intégré (il y en a 18, toutes utilisées) et donc l’encombrement! Quand le “loudness” est réclamé, le circuit intégré le “sent” par détection de la variation de consommation sur ce même régulateur.
En condition normale (broche 17 reliée aux seuls potentiomètres), le courant n’atteint pas le mA, alors qu’il monte à environ 2 mA lorsque la résistance de 2,2 k est reliée à la masse : voici comment, avec un simple réseau de transistors et de résistances le régulateur peut détecter la variation (très nette d’ailleurs) et intervenir sur le bloc contrôlant le “loudness”. Le circuit intégré est dimensionné de telle façon que, quand on ferme SW2, les contrôles de volume, de tonalité et de balance ne sont pas affectés par cet appel de courant (pourvu qu’il ne dépasse pas 10 mA, dixit la note d’application Philips).
Les fonctions du préamplificateur étant analysées, disons quelques mots de l’alimentation générale : elle est confiée à un régulateur intégré hyper-classique U1 7812 (en boîtier TO220) fournissant le 12 V au circuit à partir de la tension d’entrée (+ et –PWR) de 16 à 25 VCC (consommation 60 mA). L’interrupteur SW1, permet d’allumer ou d’éteindre l’appareil, D1 le protège contre toute inversion de polarité, C1 / C2 filtrent la tension d’entrée et C3 / C4 filtrent, quant à eux, la tension stabilisée à la sortie du régulateur. LD1 indique que le préamplificateur est alimenté ou non.

Figure 1 : Schéma électrique du préamplificateur Hi-Fi.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants du préamplificateur Hi-Fi.

Figure 2b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du préamplificateur Hi-Fi.

Figure 3 : Photo d’un des prototypes de la platine du préamplificateur Hi-Fi.

Liste des composants
R1 ...... 4,7 kΩ
R2 ...... 220 Ω
R3 ...... 220 Ω
R4 ...... 4,7 kΩ
R5 ...... 4,7 kΩ
R6 ...... 220 Ω
C1 ...... 100 nF multicouche
C2 ...... 1000 μF 25 V électrolytique
C3 ...... 100 nF multicouche
C4 ...... 470 μF 25 V électrolytique
C5 ...... 10 μF 63 V électrolytique
C6 ...... 10 μF 63 V électrolytique
C7 ...... 10 μF 63 V électrolytique
C8 ...... 10 μF 63 V électrolytique
C9 ...... 56 nF 100 V polyester
C10 ..... 56 nF 100 V polyester
C11 ..... 15 nF 100 V polyester
C12 ..... 100 nF multicouche
C13 ..... 100 nF multicouche
C14 ..... 100 nF multicouche
C15 ..... 100 nF multicouche
C16 ..... 220 nF 63 V polyester
C17 ..... 100 μF 25 V électrolytique
C18 ..... 15 nF 100 V polyester
D1 ...... 1N4007
U1 ...... 7812
U2 ...... TDA1524
LD1 ..... LED 5 mm verte
P1 ...... potentiomètre lin. 47 k
P2 ...... potentiomètre lin. 47 k
P3 ...... potentiomètre lin. 47 k
P4 ...... potentiomètre lin. 47 k
SW1 ..... commutateur à glissière pour ci
SW2 ..... commutateur à glissière pour ci

Divers :
1 support 2 x 9
4 connecteurs RCA femelles pour ci
1 prise d’alimentation
1 boulon 10 mm 3 MA
4 boutons pour potentiomètres
Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


La réalisation pratique
La réalisation pratique de ce préamplificateur Hi-Fi est des plus simples ! En effet le circuit imprimé est un simple face : la figure 2b en donne le dessin à l’échelle 1. Quand vous l’avez devant vous, montez tous les composants en commençant par le support du circuit intégré et sans oublier les deux “straps” filaires (traits noirs sur la figure 2a). La découpe des quatre angles du circuit imprimé (voir figure 2b) permet d’installer la platine dans un boîtier plastique de dimensions standard. Mais vous pouvez aussi bien projeter de l’insérer dans un amplificateur Hi-Fi existant, en utilisant alors l’alimentation locale. Dans tous les cas, veillez à ce que le fil de masse de l’alimentation (–PWR) ne soit relié qu’à un seul point de masse de l’appareil (les parties cylindriques des RCA “cinch” devront donc sortir du panneau arrière de manière à rester isolées de la masse générale de l’appareil) : vous éviterez ainsi les ronflements et autres perturbations fort désagréables.
Bien sûr, les sorties du préamplificateur doivent ensuite être reliées à l’amplificateur (le troisième et dernier maillon étant les enceintes) : vous aurez ainsi réalisé un amplificateur Hi-Fi complet. Il ne vous restera qu’à relier une source stéréo sur les deux entrées (D et G), par exemple les deux RCA “cinch” mâles de sortie du tuner FM ou du lecteur de CD, etc.
Entre plusieurs sources à (pré)amplifier et les RCA d’entrée du préamplificateur vous pouvez monter un commutateur rotatif ou autre afin de pouvoir laisser les différentes sources branchées en permanence. Enfin, si vous voulez relier un “tourne-disque” analogique (une platine de lecture de disques “vinyles”) à votre chaîne, il faudra monter entre celle-ci et le préamplificateur un préamplificateur RIAA (on en trouve à tous les prix, tout montés ou en kit, chez nos annonceurs).

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