Electronique > Réalisations > Preamplificateurs > Préampli guitare 003
Dernière mise à jour : 07/04/2024Présentation
Contrairement au deux premiers préamplis présentés sur ce site, ce montage ne fait appel à aucun circuit intégré. Un seul transistor de type FET assure une haute impédance d'entrée et une (toute) petite amplification de quelques 6 db (x2).
A gauche : version 003 de 2010 ; à droite, version 003b de 2024
Disons qu'il s'agit davantage d'un "Clean Booster" que d'un véritable préampli. Je n'ai pas conçu ce montage, il s'agit d'une configuration que l'on rencontre dans bien des réalisations existantes et pour laquelle vous pourrez trouver un article (en anglais) de Don Tillman, à l'adresse http://www.till.com/articles/GuitarPreamp/index.html. L'auteur de ce montage a tenté de reproduire avec un circuit transistorisé, la sonorité bien particulière procurée par un préampli équipé d'un tube 12AX7. Ce circuit peut être réalisé sous forme de pédale, il permettra de résoudre le problème de perte de signal et d'aigus causé par l'utilisation d'un long câble entre la guitare et l'entrée de l'ampli. Bien que ce montage fonctionne normalement tel quel, je vais apporter quelques explications et quelques pistes qui devraient vous permettre d'adapter le montage le cas échéant.
Schéma
L'entrée se fait sur le jack J1 In, et attaque directement la porte (Gate) du transistor FET J201 (transistor qui éventuellement pourra être remplacé par un autre modèle, voir plus loin), dont l'impédance d'entrée est très élevée.
La sortie sous basse impédance est disponible sur le Drain du transistor FET Q1, mais passe par le condensateur C1 (explication un peu plus loin).
R1, la résistance placée entre la masse et la Gate du FET, permet de fixer la valeur de l'impédance d'entrée. Elle a une valeur élevée, de 3 Mohms, mais vous pouvez descendre à 1 MOhms sans aucun problème. La monter à 10 MOhms, comme je l'ai vu sur certains schémas, ne présente à mon sens pas très grand interêt. Prenez donc une valeur comprise entre 1M et 3M et tout devrait bien aller. Il faut noter que cette résistance permet de référencer correctement la Gate du FET par rapport à la masse, ce qui est nécessaire si vous utilisez un microphone de type piezoelectrique ou si vous couplez capacitivement l'entrée (par ajout d'un condensateur en série).
R2 permet de polariser le FET de sorte qu'un courant de l'ordre de 0,5 mA circule entre Drain et Source. Une valeur de 1,8 K ou de 2,0 K conviennent aussi, mais ne descendez pas beaucoup plus bas. Si le courant dans le FET venait à augmenter légèrement, la tension aux bornes de R2 augmenterait, ce qui porterait la Gate à un potentiel plus négatif par rapport à la Source, et contribuerait à réduire le courant dans le FET. Un auto-équilibrage, en quelque sorte. Si vous souhaitez rendre ajustable le gain de ce préampli, vous pouvez ajouter en parallèle sur cette résistance R2, un potentiomètre de 4K7 placé en série avec un condensateur de 10 uF ou 22 uF (pôle moins du condensateur côté masse).
J'ai testé et obtenu un gain d'un peu plus de 12 dB (fois quatre) avec un 10 uF, et en conservant les valeurs de résistance du schéma. Vous pouvez aussi ajouter le potentiomètre et son condensateur, et en même temps modifier la valeur de la résistance R2 pour jouer sur la plage de gain. Avec R2 de 2K2, le gain peut être ajusté de 7 dB à 14 dB environ, et avec une résistance R2 de 10K, le gain peut être ajusté entre 1 dB et 10 dB environ.
R3, résistance de Drain, constitue la charge principale du FET. La valeur de 6,8 K a été choisie de telle sorte que la tension de Drain soit d'environ 6V par rapport à la masse. La valeur de cette résistance pourra éventuellement être augmentée, mais évitez de dépasser 10 K, pour conserver une distorsion la plus symétrique possible sur des signaux forts en entrée (plus de 2 volts). L'idéal est d'obtenir une tension comprise entre 5V et 7V sur le Drain. Notez que cette résistance détermine par la même occasion l'impédance de sortie du préampli...
C1 s'oppose au passage de la tension continue présente sur le Drain du FET, et ne laisse donc passer que le signal noble vers la sortie finale.
R4 permet de référencer la sortie à la masse, évitant ainsi de laisser la sortie du FET dans une situation flottante quand la sortie n'est pas raccordée. Pour un montage en format pédale, vous pouvez remplacer cette résistance R4 par un potentiomètre de 47K monté en série avec une résistance de 4K7.
C2 constitue un découplage de l'alimentation. Sa présence pourrait paraître superflue pour une alimentation à pile. Pourtant, sa présence augmentera les performances de façon audible, sur des transitions importantes du signal audio, notemment quand la pile commence à faiblir et que sa résistance interne augmente. Une petite expérience : otez ce condensateur, et faites des essais avec des piles de nature différentes : zinc, salines, alcalines...
Q1, le transistor FET, est ici un modèle J201. D'autres types de FET peuvent convenir, tel les J310 (également testé, fonctionne très bien aussi), BF245, les BS170, les 2N5457, mais ces derniers sont un peu moins performant en terme de bruit. Notez que la valeur des résistances R2 et R3 doit être revue car un remplacement direct du J201 (ou J310) par un BF245 ou BS170 sans autre forme de procès risque fort de vous décevoir (vauvais centrage du point de polarisation en tension continue, pouvant provoquer une distorsion importante même pour des niveaux d'amplitude moyenne). Il est un point important qui n'est pas toujours mentionné dans les descriptifs de schéma : les transistors FET peuvent présenter de larges dispersions de caractéristiques (notement VGS et IDS), même pour un modèle identique. Le fonctionnement de deux réalisations basées sur le même schéma peut donc différer d'un coup sur l'autre.
D1 (led) et R5 résistance de limitation de courant, sont facultatives. Selon la led employée, vous pouvez augmenter ou diminuer la valeur de R5. Je vous conseille l'utilisation d'une led haute luminosité, qui s'éclaire bien même avec un courant très faible (1 mA), ce qui ne peut qu'être bon pour la durée de vie de la pile. Plus de détails à la page Alimentation d'une led.
Prototype
Réalisé sur plaque d'expérimentation sans soudure, bien pratique pour tester différentes valeurs de résistances ou ajouter un condensateur ici ou là.
Si vous regardez bien, j'ai placé deux potentiomètres ajustables en lieu et place des résistances R2 et R3, pour procéder à quelques "fines adaptations". J'ai essayé en effet différentes valeurs pour ces deux résistances afin de rendre la distorsion la plus symétrique possible, tout en conservant le petit gain de quelques dB que je souhaitais avoir. Pour l'alimentation, j'ai effectué des tests sous 9V (une pile neuve) et sous 7V (pile qui commence à s'user). Sous alim 9V, la tension de sortie peut atteindre une amplitude de 5 volts crête à crête avec un gain de 6 dB, ce qui correspond à une amplitude maximale d'entrée de 2,5 Vcac. Pour obtenir cette excursion de sortie, il faut ajuster R2 et R3 afin d'obtenir une tension continue de 5,9V ou 6,0V sur le Drain du transistor. Sous alim 7V, la tension de sortie peut atteindre une amplitude de 3 volts crête à crête toujours avec un gain de 6 dB, ce qui correspond à une amplitude maximale d'entrée de 1,5 Vcac. Pour obtenir cette excursion de sortie, il faut ajuster R2 et R3 afin d'obtenir une tension continue de 5,0V ou 5,1V sur le Drain du transistor. Ces valeurs "idéales" sont celles relevées sur mon proto, elles peuvent légèrement différer sur votre circuit. Si vous aussi vous souhaitez obtenir la plus grande excursion possible en sortie, vous savez ce qui vous reste à faire. Notez cependant que ces ajustements fins ne sont nullement indispensables pour la grande majorité des cas, où l'amplitude du signal d'entrée reste inférieure au seuil de distorsion. Sauf peut-être avec des microphones et un jeu très énergique, et quand la pile n'est plus au mieux de sa forme ;-)
Remarque : quelques soient les valeurs de R2 et R3 (autour des valeurs préconisées) et de la tension d'alim, j'ai observé un écrêtage très brutal (très "carré") sur les alternances positives du signal audio d'entrée, et un écrêtage plus progressif (plus "arrondi sur les bords", voir photo oscilloscope ci-avant) sur les alternances négatives, même quand la distorsion survient d'abord côté négatif.
Circuit imprimé (PCB)
Voici un exemple de circuit imprimé valable pour le schéma de basse 003. Le nombre de composants étant relativement réduit, on aurait presque pû souder les composants entre eux (montage en l'air) mais je sais que certains ne sont pas à l'aise avec cette méthode, qui en outre se révèle particulièrement casse-pieds si on se trompe et qu'on doit refaire le câblage. Les dimensions du premier PCB dessiné en 2010 sont de 34x16 mm (le dessin ci-dessous est agrandi dans un rapport de 2), celles du deuxième PCB dessiné en 2024 sont globalement les mêmes (38x16 mm). J'aurais pû réduire davantage les dimensions en montant les résistances debout ou en utilisant des CMS, mais bon...
A gauche, version 003 de 2010 (34 mm x 16 mm). A droite, version 003b de 2024 (38 mm x 16 mm)
Le premier PCB (2010) était en simple face et sans plan de masse. Le second PCB (2024) est en double face avec plan de masse. A noter sur le PCB le plus récent, la présence de trois emplacements avec ordre des broches différent pour le transistor à effet de champ Q1, ce qui facilite son assemblage quel que soit son type (à ce sujet, le côté plat du transistor ne sera pas forcément celui indiqué sur le PCB). En outre, ce second PCB permet d'implanter le potentiomètre ajustable RV1 et le condensateur C3 de la version 003b, si besoin.
PCB au format PDF
Dépannage
En cas de mauvais fonctionnement, vérifier les tensions suivantes :- sur la source (S) du transistor FET : vous devez avoir entre 0,6 et 1,0 V
- sur le drain (D) du transistor FET : vous devez avoir entre 5,0 V et 7,0 V.
- sur la porte(Gate, G) du transistor FET : vous devez avoir 0,0 V.
N'oubliez pas qu'il existe des différences de brochage entre les FET, même entre des références identiques de fabricants différents !
Brochage du J201 (et J310)
J'ai trouvé
deux
brochages différents pour le J201 (et J310), je vous conseille
de
consulter le datasheet du fabricant pour connaitre le brochage du votre.
Dans les typons mis en ligne avant le 02/02/2007, les broches G et D étaient inversées par rapport au brochage adopté sur le typon mis en ligne à partir du 02/02/2007. J'ai finalement opté pour le brochage qui semble le plus couramment utilisé, à savoir celui de Vishay, Fairchild et Siliconix. Voir la page brochage des transitors pour plus de détails.
Commutateur On / Off (bypass)
Il existe plusieurs façons de réaliser un bypass, mettant à l'arrêt le préampli et autorisant le passage direct de l'entrée vers la sortie, évitant ainsi le décablage des cordons BF quand on ne veut pas utiliser l'appareil. Les différentes méthodes sont décrites à la page Bypass des effets (considérez que ce préampli est un effet).
Bruit parasite lors de la mise sous tension ?
Le petit claquement produit par le préampli lors de sa mise en route vous gêne ou même vous crispe ? Voici deux solutions pour éviter ce désagrément susceptible de gâcher votre journée :- remplacement de R4 par un potentiomètre de volume avec interrupteur;
- mise sous tension progressive.
Remplacement de R4 par un potentiomètre de volume avec interrupteur
L'idée est d'utiliser un potentiomètre dont l'interrupteur intégré sert à la mise en / hors fonction du préampli. Le schéma qui suit montre que l'interrupteur SW1 est couplé mécaniquement au potentiomètre RV1 qui permet d'ajuster le niveau de sortie.
Comme il faut passer par la position extrême minimale du potentiomètre pour allumer le préampli, le niveau de sortie monte progressivement, camouflant le plop... à condition de ne pas tourner le potentiomètre à fond en 10 ms.
Mise sous tension progressive
L'idée est ici différente et consiste à appliquer la tension d'alimentation au préampli de façon progressive. En procédant de la sorte, le condensateur de sortie C1 ne transmet plus une brusque impulsion (montée rapide suivie d'une descente rapide, cause du fameux ploc) mais transmet une variation de tension bien plus lente et d'amplitude moindre, qui s'étale sur plusieurs centaines de ms. Ce qui normalement est nettement moins désagréable pour les oreilles et pour l'ampli de puissance qui fait suite. Point besoin donc de manoeuvrer un élement mécanique pour mettre en route l'engin.
Le principe est fort simple, le transistor Q2 ajouté au schéma d'origine est monté en suiveur de tension. La tension appliquée à son "entrée" (sur sa base) se retrouve sur sa sortie (son émetteur), à quelques centaines de mV près. La tension appliquée sur la base croit de façon progressive grâce à la valeur élevée du condensateur C3, qui se charge via la résistance R6, et il en va de même de la tension de sortie qui monte en même temps. Le seul inconvénient que l'on peut voir dans ce circuit est la chute de tension de quelque 0,6 V à 0,8 V entre collecteur et émetteur de Q2, qui fait que la pile sera vue comme usée un petit peu plus tôt. Mais ce n'est pas si catastrophique que ça, et si la pile est de bonne qualité elle vous offira tout de même quelques bonnes heures de plaisir soutenu !
Remarque : vue la faible consommation du préampli, il est certainement possible d'utiliser pour Q2 un transistor FET ou MOSFET, qui présenterait sans doute une tension de déchet plus faible (de l'ordre de 0,2 V) entre connections Drain (D) et Source (S). Je n'ai pas essayé mais voici comment je tenterais la chose :
Là, la tension qui monte progressivement grâce au condensateur C3 est appliquée sur la grille du FET (G = Gate).
Mise en boîtier
Pas de contrainte particulière ici. Cependant, si vous avez la possibilité d'installer l'ensemble des composants et la pile 9 V dans le corps de la guitare, ce sera mieux. En procédant ainsi, le cable qui reliera la guitare à l'ampli véhiculera des signaux sous une plus faible impédance et avec une amplitude plus importante, ce qui réduira fortement le risque de ronflette (buzz) et la sensibilité aux parasites divers qui nous entourent.Historique
07/04/2024
- Nouveau dessin de circuit imprimé (PCB) pour la version 003b (avec réglage du gain), 100% compatible avec le schéma de
base 003.
28/03/2010
- Première mise à disposition.