préamplificateur MC à bruit ultra-faible
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003 Table des matières préamplificateur MC à bruit ultra-faible Liste des composants au pas de 22,5 ou 27,5 mm C3,C5,C7 = 220 µF/25 V radial C4,C6 = 100 nF 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 Semi-conducteurs : D1 = LED rouge plate T1 à T3 = SSM2220 ou MAT03 (Analog Devices) T4 = BC560C IC1 = OP27GP (Analog Devices) Condensateurs : C1 = 10 nF C2 = 10 µF MKT (Siemens) Le présent préamplificateur a été conçu à l’intention de sources de signal à faible impédance 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 différentiel discret. La prise de cet amplificateur en amont d’un amplificateur opérationnel, un 15V R3 D1 82Ω C3 OP27, rend quasiment immatériel le bruit d’entrée propre de l’amplificateur opérationnel. Les connexions de base de l’amplificateur discret font office d’entrées d’un super-opamp au niveau de bruit d’entrée extrêmement faible. L’un des avantages que présentent les transistors p-n-p utilisés ici par rapport à leur homologues n-p-n, est leur niveau de bruit aux bassesfréquences sensiblement moindre. Le revers de la 220µ 25V C4 C5 100n 220µ 25V T4 R2 15k BC560C T1, T2, T3 = SSM2220 T3b T2a 6 T1b 3 6 T1a 3 T2b 6 3 T3a K1 7 2 7 2 7 R10 2 K2 C2 R12 82Ω5 100Ω 10µ 8 1 R9 C1 R6 150Ω R11 10n 1 3 R13 100k 1 511Ω 8 5Ω62 1 7 8 IC1 6 2 1k50 R5 1k50 R4 4 OP27 P1 39Ω R7 50Ω R8 39Ω 8 100Ω R1 C6 C7 100n 220µ 25V 15V 984086 - 11 18 Elektor Divers : K1,K2 = embase phono (Ligne) encartable plaquée or telle que, par exemple, T-709G (Monacor) médaille est un courant de polarisation relativement important de l’ordre de 5,5 µA créé à l’entrée. C’est là le résultat du courant 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’amplificateur différentiel. Le transistor T4 et la LED D1 garantissent une définition de courant stable pour le dit amplificateur. D1 sera une LED rouge plate accolée 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 facteur de bruit total. Il faut, partant, 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, trouver 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 » 7-8/98 Table des matières R2 + IC1 D1 T3 - 0 H2 C4 R11 R12 H1 T4 C3 R3 R9 R10 C5 K1 C7 K2 P1 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 Elektor OUT H4 R8 R7 (C) ELEKTOR C1 984086-1 H3 R13 T1 984086-1 R5 R4 R6 C2 1-680489 R1 ROTKELE )C( C6 T2 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 7-8/98 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 Ω par 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’entrée. 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 condensateur costaud de 10 µF MKT (métal théraphtelate, demandez votre distributeur Siemens local) destiné à éviter l’application d’une tension d’offset importante à l’entrée d’un amplificateur magnétodynamique (MD). L’alimentation du préamplificateur se fait par le biais d’une alimentation symétrique régulée de 15 V, chaque ligne (rail, positive 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 : Configuration : 3 x SSM2220/MAT03 signal : 0,5 mV/25 Ω Rapport S/B (BP = 22 kHz) 71, 2 dB 74 dBA entrée court-circuitée 74 dB 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 19
