préamplificateur MC à bruit ultra-faible

18 Elektor 7-8/98
Le présent préamplificateur a
été conçu à l’intention de
sources de signal à faible impé-
dance telles que cellules MC
(Moving Coil) utilisées sur les
tables de lecture haut de gamme
(hé oui elles exitent encore).
L’impédance d’entrée réelle du
préamplificateur est de 100 Ω.
Nous avons pris, en vue de
réduire le plus possible le bruit
d’entrée, 3 transistors doubles
des types SSM2220ou MAT03
en parallèle, ces composants
constituant un amplificateur dif-
férentiel discret. La prise de cet
amplificateur en amont d’un
amplificateur opérationnel, un
OP27, rend quasiment immaté-
riel le bruit d’entrée propre de
l’amplificateur opérationnel. Les
connexions de base de l’ampli-
ficateur discret font office d’en-
trées d’un super-opamp au
niveau de bruit d’entrée extrê-
mement faible. L’un des avan-
tages que présentent les transis-
tors p-n-p utilisés ici par rapport
à leur homologues n-p-n, est
leur niveau de bruit aux basses-
fréquences sensiblement
moindre. Le revers de la
médaille est un courant de pola-
risation relativement important
de l’ordre de 5,5 µA créé à l’en-
trée. C’est là le résultat du cou-
rant de 2 mA défini pour chaque
transistor en combinaison avec
le gain relativement faible des
composants p-n-p.
L’ajustable P1 et les résistances
R7 et R8 permettent d’éliminer
toute tolérance que pourraient
présenter les résistances R4 et
R5 prises à la sortie de l’ampli-
ficateur différentiel. Le transis-
tor T4 et la LED D1 garantissent
une définition de courant stable
pour le dit amplificateur. D1
sera une LED rouge plate acco-
lée au côté plat du transistor T4
en vue d’assurer un couplage
thermique. Le niveau de bruit
d’entrée étant de 0,4 nV/ Hz
(valeur théorique dans le cas
d’une résistance de 10 Ω), il est
important de veiller à ce que la
réinjection ait une contribution
aussi faible que possible au fac-
teur de bruit total. Il faut, par-
tant, que l’impédance du circuit
de réinjection soit notablement
inférieure à 10 Ω. Vu, d’autre
part, que l’OP27 exige une
impédance de charge minimum,
de sorte que l’impédance de
réinjection ne devra pas être
inférieure à 600 Ω. Il a fallu,
pour pouvoir donner à R9 une
valeur de résistance faible, trou-
ver un compromis entre le gain
maximum (de l’ordre de 24 dB
ou 15,7x dans le cas présent)
d’une part, et la valeur de R9 de
l’autre. La prise d’une résistance
additionnelle, R11, en amont de
la réinjection proprement dite,
évite une charge excessive de
l’amplificateur opérationnel, la
résistance R9 n’ajoutant « que »
préamplificateur MC
à bruit ultra-faible
003
K2
K1
R1
100Ω
R13
100k
R3
82Ω
R2
15k
R4
1k50
R7
39Ω
R5
1k50
R8
39Ω
R9
5Ω62
R11
511Ω
R6
150Ω
R10
82Ω5
R12
100Ω
C1
10n
C2
10µ
50Ω
P1
C3
220µ
25V
C5
220µ
25V
C7
220µ
25V
C4
100n
C6
100n
IC1
OP27
2
3
6
7
4
1
8
T4
BC560C
D1
T3b
8
7
6T2a
1
2
3T1b
8
7
6T1a
1
2
3T2b
8
7
6T3a
1
2
3
T1, T2, T3 = SSM2220
15V
15V
984086 - 11
Liste des composants
Résistances :
R1,R12 = 100 Ω
R2 = 15 kΩ
R3 = 82 Ω
R4,R5 = 1kΩ50
R6 = 150 Ω
R7,R8 = 39 Ω
R9 = 5Ω62
R10 = 82Ω5
R11 = 511 Ω
R13 = 100 kΩ
P1 = ajustable 50 Ω
horizontal
Condensateurs :
C1 = 10 nF
C2 = 10 µF MKT (Siemens)
au pas de 22,5 ou 27,5 mm
C3,C5,C7 = 220 µF/25 V
radial
C4,C6 = 100 nF
Semi-conducteurs :
D1 = LED rouge plate
T1 à T3 = SSM2220 ou
MAT03 (Analog Devices)
T4 = BC560C
IC1 = OP27GP (Analog
Devices)
Divers :
K1,K2 = embase phono
(Ligne) encartable plaquée
or telle que, par exemple,
T-709G (Monacor)
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Elektor 7-8/98
0,3 nV/√Hz au niveau du bruit
d’entrée, qui, à la suite de
mesure, atteint 0,52 nV/ Hz. Si
l’on a besoin d’un gain plus
élevé, on peut espérer un facteur
de bruit de l’ordre de
0,4 nV/ Hz en donnant à la
résistance R9 une valeur plus
faible. Le revers de la médaille
de l’adjonction de R11 est un
gain interne plus important, ce
qui se traduit par une bande
passante plus faible et une
marge d’excursion plus étroite.
Heureusement, ces facteurs
n’ont que peu d’importance dans
le cas de cellules MC.
Il existe 2 techniques de régler
l’ajustable P1. La première
consiste à régler à 0 la tension
de sortie (mesurée à la broche 6
de IC1). La seconde option est
de mesurer l’offset d’entrée,
0,55 mV sur 100 Ωpar
exemple. Si l’on suppose que
l’offset induit par T1 à T3 est
négligeable, la tension de sortie
devrait alors être, pour une
symétrie parfaite, de
15,68 x 0,55 mV; on devrait, en
d’autres termes, mesurer au
point nodal R10/R11/R12 une
tension de 8,62 mV par rapport
au potentiel de la masse.
Ceux d’entre nos lecteurs qui
aiment procéder à leurs propres
expériences pourront essayer de
découvrir le résultat d’une
réduction de 3 à 1 seulement,
du nombre de transistors d’en-
trée. On pourrait y penser, par
exemple, en vue de diminuer le
courant de polarisation d’entrée
(bias). La valeur de la résistance
R3 devra alors passer à 249 Ω.
Il faudra se rappeler cependant
que dans ce cas-là le niveau du
bruit d’entrée augmente de
2.5 dB !
La sortie comporte un conden-
sateur costaud de 10 µF MKT
(métal théraphtelate, demandez
votre distributeur Siemens local)
destiné à éviter l’application
d’une tension d’offset impor-
tante à l’entrée d’un amplifica-
teur magnétodynamique (MD).
L’alimentation du préamplifica-
teur se fait par le biais d’une ali-
mentation symétrique régulée
de 15 V, chaque ligne (rail, posi-
tive et négative) drainant de
l’ordre de 16 mA. 984086-1
Voici, en guise de conclusion,
les valeurs les plus intéressantes
mesurées sur nos prototypes :
984086-1
(C) ELEKTOR
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
D1
H1
H2
H3
H4
IC1
K1 K2
OUT
P1
R1
R2
R3
R4 R5 R6
R7
R8
R9
R10
R11 R12
R13
T1
T2
T3
T4
0
- +
984086-1
984086-1
(C) ELEKTOR
Configuration : 3 x SSM2220/MAT03
signal : 0,5 mV/25 Ωentrée court-circuitée
Rapport S/B
(BP = 22 kHz) 71, 2 dB 74 dB
74 dBA 76,2 dBA
Configuration : 1 x MAT03 (R3 = 249 Ω)
Rapport S/B
(BP = 22 kHz) 69,52 dB 71 dB
72,3 dBA 73,7 dBA
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