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Preampli casque Classe A MOSFET D.I.Y.

Publié : 10 sept. 2010, 15:22
par Alexis
Bonjour !
Je suis en train de fabriquer un preampli casque, en classe A (un seul transistor ... qui chauffe un peu même en l'absence de signal), j'ai fait un prototype mono qui me donne de bonnes espérances, et pour un cout relativement... modique !

Je vous donne le lien vers la source d'inspiration, dont j'ai retouché le schema pour un poil plus de performances, le but étant de faire au plus simple, et au meilleur rapport qualité prix ;)

J'entame la version finale, stéréo comme il se doit, j'enverrai schema et photos, et éventuellement quelques mesures, des que cela sera un peu plus avancé.

http://gilmore2.chem.northwestern.edu/p ... e1_prj.htm

On sait jamais, ça peut intéresser les bricoleurs du dimanche, amateurs de montages haute fidélité, perso ça remplacera avantageusement l'ampli très moyen intégré à ma carte audio (moins de souffle, bonne bande passante, et un peu plus de puissance et moins de distorsion harmonique, pour une dynamique mieux retranscrite, et bouton de volume de meilleur qualité)

A bientôt !

RE: Preampli casque Classe A MOSFET D.I.Y.

Publié : 10 sept. 2010, 23:48
par Alexandre_O
Bonsoir Alexis!

Intéressant ton ampli casque!

Pour ma part, il y a quelques mois, j'avais fabriqué un ampli casque "Cmoy" (http://www.homecinema-fr.com/forum/view ... t=29820025) et je trouvais qu'il fonctionnait plutôt bien.

Le avantages que tu as cité sont les différences entre nos deux montages?

Sinon le petit truc qui me manquait était un témoin d'usure de la pile (par exemple, une petite LED qui s'allume quand la tension passe en dessous d'un certain niveau).

J'attends la suite avec beaucoup d'impatience ;)

Alexandre

Re: RE: Preampli casque Classe A MOSFET D.I.Y.

Publié : 11 sept. 2010, 01:00
par Alexis
Bonsoir !
Ha ... content que cela intéresse au moins une personne ! Je sais que nous ne somme pas dans un forum d'électronique, mais je me dit qu'il est toujours intéressant, quand on bosse dans le son, de savoir ce qu'il se passe sous la boite noire, et comprendre un peu pourquoi ça ne sonne ou ne fonctionne pas parreil ... le montage classe A est un bon exemple... si vous êtes curieux, car pas des plus compliqué à comprendre, et encore plus en montage FET ou mosfet, qui ressemble très pour très (montage et qualité sonore) aux triodes, tubes ou lampes selon la prononciation ;)

Allez, je viens de finir les premiers essais, je livre les premières impressions sur ce montage relativement simple (9 composants par voie dans la version simplifiée ..).

Déjà, ça chauffe ... j'ai mis un dissipateur thermique sur le transistor, et il est tiede, je n'avais pas de résistance 20ohms alors j'ai placé deux 10 ohms en série, et ça chauffe pas mal !! on peut mettre les doigts dessus mais il ne faudrait pas que ça chauffe plus..
Donc, déjà, pour l'usage sur pile je pense qu'il faut oublier, le montage classe A a vraiment un rendement nul, c'est à dire qu'il consomme beaucoup et tout le temps (même sans signal).
Sur mon montage, avec les deux voie gauche et droite ça consomme 320mA sur 9 Volts.

Impossible donc de le faire tourner sur pile 9Volt, j'ai essayé ça fonctionne mais la tension d'alimentation chute rapidement et du coup la distortion va augmenter avec l'usure de la pile, qui de toute façon ne durera pas longtemps (une ou deux heures tout au plus). Même sur accus, ce genre de montage n'est pas fait pour cela.

Avec cette tension, le taux de distorsion (THD) est de 0,13% et jusqu'à 0,5% si vraiment on monte le son à s'en faire péter les tympans (donc lors des attaques courtes et forte, dans le cas d'écoute à grande dynamique, typiquement en écoute de prise de son brute non compressé / non limité).
ça peut parraitre beaucoup, mais ce sont des harmoniques paires ! et donc "musicale", ça ne sonne pas duuu tout comme sur un ampli à transistor mais plustot comme un ampli à tube .. donc c'est pas vilain, mais pas pro pour autant. Disons que ça ajoute le charme des amplis à tube à 1000€ pour seulement quelques euros !

C'est donc clairement un preamp d'interieur, pour se faire plaisir à l'écoute, et si certains trouvent que la distortion est trop élevée, on peut se rassurer en se disant que l'oreille ne remarque la distortion harmonique qu'à partir de 1% de THD.

Le lien que tu m'a donné renvoie vers un montage très simple à réaliser également, mais avec un condensateur de liaison d'entrée un peu trop faible pour respecter toute la bande passante, au lieux d'un super condo de 0,22µF je préfère autant mettre un chimique de 22µF avec un 100nF non polarisé en parallèle, un pour laisser passer le grave et l'autre pour respecter l'aigu et les attaques.

BRef, sur le montage que j'ai fait ... je n'ai pas mis les diodes de protection, ça fait une source de bruit en moins ;) Exemple pas forcément à ne pas suivre, car elle servent de protection et de limiteur (un peu drastique par contre... pas joli du tout)
Le condensateur de liaison C1 a été remplacé par un 22µF bipolaire, avec un 100nF en parallèle.
J'ai remplacé les résistances R2 et R3 du schéma cité au plus haut par une résistance ajustable de précision (multitour à vis) de 500kOhms, elle joue le role de diviseur de tension afin d'ajuster le "bias" ou la tension de gate (G) du transistor mosfet, ce qui permet en gros de déterminer la tension continue de sortie du transistor, sur le "S" (source), et accessoirement ... la tension vue aux bornes de R4 la résistance "chauffante" ! C'est en quelques sortes le point milieux de fonctionnement (entre le + et le 0v ... pour que le signal puisse avoir ses deux alternance), c'est d'ailleurs pour cela qu'il y a le condensateur C2 qui élimine la composante continue, R5 sert uniquement à charger le condensateur pour éviter un "plop" lors du branchement d'un casque.
J'ai donc remplacé C2 par un 1000µF (470µ auraient suffit) avec un 470nF en parallèle, afin de laisser passer l'extrême grave.

Résultat des courses... un ampli très musicale, pas vraiment neutre au niveau THD, avec une belle bande passante (ça "tient" dans moins de 0,3dB de 20Hz à 22kHz), et un
bruit de fond très faible (je n'ai pas pu le mesurer avec ma carte audio, c'est elle qui générait du souffle !). Je n'ai pas mesuré la puissance, mais il y a de quoi se décoller le tympan sans problème avec un HD-25, ce qui devrait suffire amplement.
A l'écoute, j'ai vraiment été surpris par le grave percutant, et le rendu de l'extrême grave dans le HD-25 ... ça change des petits preamplis sous dimensionnés avec des condensateurs de liaison sous-dimensionnés qui ont tendance à filtrer l'extrême grave.

Bref, il est un peu tard pour envoyer des photos et le schéma .. mais c'est pour bientôt ! Il ne me reste plus qu'à faire une alim convenable (jusqu'ici ça tourne sur alim de labo) et mettre le tout dans un petit boitier. J'aimerais bien également augmenter la tension d'alim afin de diminuer la distorsion, mais pour cela il faudra que je change mes résistances, et les placer sur dissipateur thermique.

RE: Re: RE: Preampli casque Classe A MOSFET D.I.Y.

Publié : 11 sept. 2010, 10:12
par Alexandre_O
Héhé quelle précision Alexis :)

Tout à fait d'accord sur le fait d'être curieux de savoir ce qui se passe dans les boîtes. Je suis loin d'avoir un bon niveau en électronique, mais j'ai quelques bases qui me permettent de comprendre et de bricoler des trucs, et pour moi c'est très constructif.

Petite parenthèse sur l'ampli casque je j'avais réalisé, effectivement, j'avais suivi les recommandations du blogueur de homecinema.fr qui avait remplacé les condensateurs d'entrées 0.22µF par des chimiques 470µF. Par contre je n'ai pas ajouté le 100nF non polarisé en parallèle (car je ne connaissais pas l'existence de leur utilisation)

Bon effectivement, l'ampli en classe A consomme beaucoup, donc ce n'est pas prévu pour une utilisation nomade, mais cela me va!

Deuxième parenthèse... A propos de l'alimentation: il m'est souvent arrivé (lors des petits montages audio que j'ai pu réalisé, ou bien, par exemple, en alimentant simplement des pédales de guitare par le secteur) de récupérer le buzz du 50Hz, et je n'ai jamais vraiment réussi à trouver LE filtre post-alim qui pourrait me l'éradiquer... Fin de parenthèse.

Du coup que vas tu utiliser comme alimentation pour l'ampli casque? Au final, quel courant veux tu qu'elle délivre?

Pour la résistance qui chauffe, il y a un moyen pour que ça chauffe moins? (Mettre une résistance qui absorbe plus de puissance?)

Je suis bien tenté d'en réaliser un aussi ;) Concrètement, je pense m'en servir sur des sorties audio d'ordinateur (fixe ou portable). J'obtiendrais certes bien plus de puissance, mais qu'en est-il de la bande passante de ces sorties?

Merci Alexis, à très vite!

Re: RE: Re: RE: Preampli casque Classe A MOSFET D.I.Y.

Publié : 11 sept. 2010, 11:14
par Alexis
Pour tes capas d'entrée, 470µF c'est presque trop en fait ! sur des niveau ligne ou il n'y a pas de consommation de courant, on trouve couramment des valeurs de 2,2µF à 4,7, voir 22 ou 47µF mais rarement plus (même sur les appareils "pro"), lorsque l'impédance est haute on trouve même 1µF ou 740nF !
Cette valeur est beaucoup plus critique pour la sortie (dans le cas du classe A) car l'impédance est basse et il y a un peu de courant qui passe.

Pour la parenthèse alim, ce n'est pas forcément une question de filtrage, ça peut également être une question de montage, il faut dans le meilleur des cas distinguer la masse audio, le blindage du boitier, et la terre, et ne les faire se relier qu'en un seul point, car tout comme pour le câblage des appareils il faut éviter les bouclage de masse.

Sinon, pour le filtrage, généralement un pont de diode, un gros condensateur suivit d'un régulateur de tension (78xx par exemple ou xx représente la tension de sortie) suffisent.
Le 78xx permet de débiter de 1 à 1,5A maximum selon le modèle, avec 400mA de consommation maximum je pense utiliser un 7809 pour mon alim, c'est simple et pas chère !
Pour soulager le régulateur et éviter qu'il ne "bruite" la sortie il est recommandé de placer un condensateur de 100nF entre + et 0V à sa sortie, on peut également ajouter un condensateur de 22 à 470µF en sortie pour le soulager lors des appels de courant (la grosse pêche de la grosse caisse par exemple !).

Pour la résistance qui chauffe, elle ne peut pas chauffer moins puisque son rôle est justement de transformer du courant en chaleur pour créer une chute de tension, par contre on peut la sur-dimentionner, c'est à dire prendre un modèle 20Watts au lieux de 5Watts par exemple, elle sera plus encombrante, mais moins chaude, puisque la chaleur sera répartie sur une plus grande surface... Dans mon cas, je ne connais pas la valeur de ma résistance pour ce qui est des watts, je ne pense pas que ce soit une 5Watts, elle doit plutot faire 1 ou 2 watts, et j'en ai mis deux en série (10ohms + 10 ohms .. = 20ohms). C'est pour ça que ça chauffe pas mal vu la petite surface de dissipation.

J'ai fait un test avec une alimentation de 15Volts au lieux de 9V ... et y'a pas photo, ça chauffe beaucoup plus (je n'ai monté la tension que le temps du test, les résistances n'apprécieraient pas) mais la distortion diminue de moitié ! elle passe de 0.1% à 0.05%

Pour ce qui est de la bande passante, un petit problème de soft ne m'a pas permis de tester au delà de 20kHz .. mais c'est très linéaire !

Toutes les courbes et mesures sont ici : http://alexis.sounddesigners.org/mosfet ... arison.htm

Publié : 11 sept. 2010, 12:35
par Alexis
Voilà, comme promis, la photo du circuit (les connecteurs, le potentiometre de volume, et les connecteurs ne sont pas représentés) et le schéma fait a la main, ne représentant pas forcément "ce qu'il faut faire" ... mais ce que j'ai fait avec les composants que j'avais sous la main.
le transistor est donc un IRFZ44N, et l'alim doit être stabilisé et correctement filtré (non représenté sur le schéma).
Les points IN et OUT représentent les points chaud, ils sont bien entendu référencés à la masse ( = 0V de l'alim)

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Publié : 11 sept. 2010, 13:58
par Philw
bonjour Alexis !

bravo, très intéressant, ça file envie...

J'adore le schéma !!!... roots !!

amitiés
Phil

Publié : 12 sept. 2010, 04:14
par Alexis
Merci!
Pour ceux que le mosfet intéresse, car ce n'est pas un transistor comme les autres, voici une page qui explique tout cela, en décrivant la commutation, ça aide à comprendre le fonctionnement :
http://kudelsko.free.fr/articles/mosfet2.htm

Je continuent un peu le descriptif du fonctionnement pour ceux que ça intéresse, ou qui suivent encore! :

Dans le lien que j'ai donné plus haut, la page décrit le fonctionnement d'un MOSFET en commutation,
dans notre cas (schéma du preamp classe A) la tension de pincement de la grille (Gate.. G) est réglé via le potentiomètre de 500k, de sorte qu'elle soit entre la conduction Drain-Source nul et maximale,

On alimente donc le mosfet qui conduit plus ou moins (D S) et la résistance de chauffe en série, on obtient un diviseur de tension,

et pour la tension de Grille, en plus de la tension continue générée par le potentiomètre de 500k (en diviseur de tension) on ajoute, via le condensateur de liaison, la tension alternative de l'onde audio !
Du coup, on peut récupérer notre signal audio aux bornes de la résistance de chauffe ! bien sur il reste une composante continue que l'on retire via le condensateur de sortie.



Voici le schema en version.. plus "clean" ! et avec un schema d'alim en + ... il manque juste le transfo 9 Volts 1Ampere alternatif, et le 7809 (régulateur de tension) qui devra recevoir un radiateur, tout comme les mosfet, pour dissiper la chaleur. Une seul alim devrait suffire pour les deux canaux, on peut quand même se permettre de mettre deux régulateurs de tension ..

Image

Publié : 13 sept. 2010, 12:30
par Alexis
Résultat des courses... ça fonctionne ! j'ai utilisé deux régulateurs LM317 reglés pour 9volts7 (un peu plus de marges, sans chauffer trop), que je réajusterais quand j'aurais trouvé des résistances plus conséquentes, et voici les températures de fonctionnement :

60°C pour les résistances, les mosfet sont à 40°, et les régulateurs à 46° pour une tension l'alimentation de 15Volts (ils "mangent" donc environ 5 volts).

Les photos du boitier finis bientot.. !

Publié : 13 sept. 2010, 14:55
par 2at8
Alexis
Bravo pour ce super travail. Question "grelue" Est-il possible d'alimenter non pas un casque mais des mini HP, si oui, quelle puissance et caractéristiques :?: