Electronique - Realisations - Preampli micro 027

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Dernière mise à jour : 25/02/2024

Présentation

Préampli monophonique pour microphone dynamique à faible niveau de sortie, sortie symétrique et alimentation par 48 V Phantom.

La première version de ce préampli (027) a été conçue à la demande d'un ami preneur de son, pour insertion entre un microphone dynamique "faible niveau de sortie" et une mixette. Le cahier des charges était simple : apporter un gain fixe compris entre +20 dB et +30 dB, et être alimenté par le 48 V phantom délivré par la mixette. Ce préampli connecté au plus près du micro devait être assez petit et évidement le moins "bruyant" possible.

Entre 2015 et ce jour, le circuit a été développé sous différentes formes :

Schéma 027 (2015) - version initiale, avec transformateur audio, composants traversants et connecteurs XLR déportés
Schéma 027b (2018) - version moins volumineuse, avec transformateur, composants traversants et CMS, connecteurs XLR déportés
Schéma 027c (2022) - version identique à la 027b, avec transformateur et connecteurs XLR montés sur le circuit imprimé
Schéma 027d (2022) - version sans transformateur (uniquement transistors FET), à la manière des FetHead première génération (2018)
Schéma 027e (2022) - version sans transformateur (uniquement transistors FET), à la manière des FetHead plus récents (2020)
Schéma 027ea (2024) - idem version 027e, avec connecteur d'entrée XLR-F plus discret
Schéma 027ec (2024) - idem version 027e, avec autres transistors FET

Remarque : à l'époque de la demande initiale (2015, 1er prototype réalisé en 2016), on ne trouvait pas encore à bas prix des systèmes similaires désormais proposés parTritonAudio, KlarkTeknik, Cloud ou Thomann (FetHead, FetAmp et autres MicBooster, systèmes n'utilisant que des transistors et aucun transformateur). Il fallait bien que moi aussi j'explore ces techniques plus modernes, d'où la naissance des versions 027d, 027e, 027ea, 027eb, 027ec et 027ed, etc ;)

Schémas 027, 027b, 027c

Un transformateur d'entrée BF pour microphone, 3 transistors FET, 2 transistors bipolaires, et l'affaire est jouée.

Pro - Schéma volontairement embrouillé, électronique version 027/027b/027c

Il est certain que ce montage est plus complet et de meilleure qualité que le préampli micro 001 qui ne comporte que cinq composants ;-)

Remarque : au départ, je comptais utiliser des transistors FET de type 2SK170 (réputés pour leur faible bruit de fond) pour l'étage d'entrée. Malheureusement, ces transistors obsolètes sont difficiles à trouver à un prix raisonnable, il faut en effet compter environ 30 € pour 8 pièces. Quant aux 2SK170 de contrefaçon qu'on trouve à quelques euros le paquet de 10, ce n'est même pas la peine d'essayer ! En conséquence, je n'avais pas beaucoup d'autres choix que me rabattre sur des transistors FET plus faciles à trouver et à un prix correct. Ce qui ne m'a pas empêché d'essayer quelques vieux FET retrouvés dans un carton rongé par des loirs.

Caractéristiques principales

Gain : +26 dB (fixe)
Bande passante (-3 dB) : 20 Hz à 25 kHz
Distorsion : H2 = 0,1% à 1% et H3 = 0,01% (pour un niveau d'entrée de 0 dBu)
Niveau d'entrée maximal (à 30 Hz) : 0 dBu / 0,775 Vrms
CMRR (Rejection de mode commun) à 50 Hz : 100 dB
Mode d'alimentation : phantom P48
Consommation : 3 mA
Poids : entre 40 g et 50 g (avec ou sans connecteurs XLR, transformateur audio compris)
Dimensions (version 027 avec composants traversants) : L = 85 mm, l = 30 mm, h = 22 mm
Dimensions (version 027b avec composants CMS) : L = 64 mm, l = 27 mm, h = 22 mm
Dimensions (version 027c avec composants CMS et connecteurs XLR) : L = 92 mm, l = 27 mm, h = 22 mm

Schéma 027d

Le schéma 027d qui suit ressemble furieusement à des schémas ultra-simplifiés qu'on trouve sur le NET. Le circuit ne comporte que 2 transistors et 4 résistances. Dans ma version, j'ai utilisé un double-FET 2N3958 intégrant deux transistors appairés dans un seul et même boîtier TO-71 à six broches. Ce double transistor est difficile à trouver de nos jours et coûte cher (environ 20 €), je n'aurais probablement pas réalisé ce montage si je n'avais eu la chance d'en trouver un exemplaire dans mes caisses. Ce circuit 027d a également été testé avec deux transistors FET séparés. Dans les deux cas (transitors couplés ou séparés), je n'ai pas été très satisfait des résultats sonores.

Schémas 027e, 027ea, 027ec et 027ed - Pro

Le schéma 027e qui suit est un peu plus complexe, ou pour être plus précis il réclame un nombre plus élevé de composants : il faut ici 4 transistors FET et une poignée d'autres composants passifs traditionnels (résistances, condensateurs et diodes).

Schéma volontairement embrouillé

Pour le meilleur fonctionnement possible, les 4 transistors FET du montage 027e doivent être appairés. Pour cette étape, qui consiste à mesurer le courant Idss à Vgs=0V, on peut utiliser le circuit de test suivant (il existe des circuits de test plus évolués, mais je m'en fiche).

Le but de l'opération est de sélectionner parmi plusieurs FET (même fabricant, même référence, même lot) ceux qui ont un courant Idss voisin (écart max de 1%). Eh oui, les dispersions de caractéristiques des FET font qu'il est bon d'en commander plus qu'il n'en faut... pour n'en utiliser que quelques-uns dans une même réalisation. Dit en passant : l'exercice d'appairage doit se faire vite et sans tenir les FET entre les doigts pour ne pas les chauffer (ces petits cocos sont sensibles à la chaleur). Pour ma part, j'en ai commandé 25 simples et 15 doubles, alors qu'il m'en fallait 4. Heureusement que ces transistors-là ne coûtent pas 20 € pièce !

Le schéma 027ea est identique au schéma 027e, seule la partie connectique a évoluée : entrée XLR-F moins encombrante et surtout plus besoin d'un court câble BF pour le raccord au microphone !

Les versions 027ec et 027ed quant à elles ont été plus largement modifiées au niveau du circuit imprimé, car j'ai adopté de nouveaux transistors FET qui intègrent déjà les diodes et sont câblés différement.

Prototype(s)

Prototypes 027 / 027b / 027c

2016 - Avant de m'attaquer à la version 027b ou 027c en CMS, j'ai peuplé le circuit imprimé de la version 027 qui ne met en oeuvre que des composants traversants, le remplacement éventuel d'un composant étant bien sûr grandement facilité.

Pour le premier prototype 027, j'ai soudé des supports à l'emplacement des 5 transistors pour me permettre d'en essayer de différents types, aussi bien pour les effet de champ (FET) que bipolaires (BJT). Il va de soi que ces supports n'existent pas sur les versions finales ;)

Une "erreur" s'est glissée dans la dernière photo. La trouverez-vous ?

Comme pour mes tests je n'avais pas en main le microphone préféré de mon ami preneur de son, j'ai sorti mon SM7B de Shure, qui avec son faible niveau de sortie m'a semblé être un bon candidat pour la validation du système. Les résultats sonores sont pleinement conformes aux attentes. Le gain apporté par ce préampli permet de régler la sensibilité d'entrée du préampli suivant à "9h" alors qu'avant il fallait plutôt le mettre sur "15h" (quelle belle preuve de professionnalisme que de décrire des paramètres techniques avec les aiguilles d'une horloge).

Aucune perte audible de qualité, le transfo passe vraiment très bien les graves (heureusement, vu son prix...). Le rapport signal/bruit global a été nettement amélioré, celui du préampli micro 027 étant plus élevé que celui du préampli qui fait suite (dans une chaîne audiofréquence, c'est toujours le premier étage d'amplification qui est déterminant dans le rapport S/B global).

Le poinds total du préampli est de 58 g, transformateur d'entrée et connecteurs XLR inclus.

En bref et en toute modestie, voilà un préamplificateur autonome de belle qualité qui a réussi à me surprendre très agréablement !

Vit ensuite le jour la version 027c équipée de composants CMS, avec le même (excellent) transformateur audio.

Version avec composants CMS et connecteurs XLR sur PCB

Le connecteur XLR femelle que j'ai utilisé ne permet pas un branchement direct sur le microphone. Un câble de quelques cm est requis, ce point n'est pas critique pour ce qu'on appelle un prototype. Tout comme la version 027 (première en date), celle-ci fonctionne très bien ! Sans trop de surprise, puisque les seuls changements ont porté sur les composants passifs qui sont passés de traversants à CMS.

Prototypes 027d / 027e / 027ea / 027eb / 027ec / 027ed

Les deux préamplis 027d et 027e ont été réalisés sur un même PCB. Deux prototypes "027d/e" ont vu le jour.

Pour le préampli 027d et comme je l'ai déjà dit, j'ai la chance d'avoir pu mettre la main sur un vieux transistor FET double 2N3958. J'ai également fait des essais avec deux transistors FET séparés, des BF256 (prototype 002, photo de droite ci-après).

Pour le préampli 027e, l'affaire était plus drôle : il m'a fallut trouver 4 FET "identiques" parmi les 25 que je possédais, avant de les souder. Sur les 25 (testés un par un), les courants Idss allaient de 4,05 mA à 4,30 mA. J'ai opté pour 4 FET dont le courant Idss était de 4,12 mA.

La section 027e comporte des empreintes pour des transistors FET simples (sur la face cuivre supérieure) ou doubles (face cuivre inférieure). Sur le premier prototype (001x), j'ai soudé les transistors FET simples sur la face supérieure (top), alors que sur le second prototype (002x, photo de droite ci-devant), j'ai soudé les transistors FET doubles sur la face inférieure (bottom). Merci de ne répéter à personne que j'ai branché à l'envers une des deux diodes sur le second prototype...

24/02/2024 : version 027eb et 027ec testées avec succès sur un micro à ruban d'entrée de gamme T.Bone RB100 :

Préampli 027eb

Préampli 027ec

Deux autres versions qui ne diffèrent des précédentes que par la connectique sont en cours de prototypage (027ea et 027ed) :

Version 027ea et 027ed, avec connectique traditionnelle ou "réduite"

Résultat des courses : le préampli 027e avec ses 4 FET simples ou 2 FET doubles (circuit qu'on pourrait qualifier de "clone" de FetHead) apporte un joli gain et le rendu sonore est impeccable. Les préamplis 027eb et 027ec offrent eux aussi un très bon rendu sonore, sans égaler le 027c. Le préampli 027d quant à lui ne répond que partiellement à ce que j'attendais. Mais peut-être l'ai-je trop vite comparé aux préamplis 027 et 027b/c qui sonnent vraiment bien ! Les grands gagnants sont donc les 027c et 027e.

Circuits imprimés

Circuit double face pour toutes les versions, avec composants traversants ou CMS.

PCB 027 - composants traversants uniquement

PCB 027b - composants traversants et CMS

PCB 027c - composants traversants et CMS, connecteurs XLR

PCB 027d - composants traversants uniquement, sans transfo

PCB 027e - composants CMS uniquement, sans transfo

PCB 027ea - composants CMS uniquement, sans transfo

PCB 027eb - composants CMS uniquement, sans transfo

PCB 027ec - composants CMS uniquement, sans transfo

PCB 027ed - composants CMS uniquement, sans transfo

Historique

25/02/2024
- Ajout photos prototype 027eb.
- Ajout photos prototype 027ec.

04/02/2024
- Ajout dessin PCB version 027ea (circuit électronique identique à la version 027e, seul change le connecteur d'entrée).
- Ajout dessin PCB version 027eb (circuit électronique identique à la version 027e, seuls changent les connecteurs d'entrée/sortie).
- Ajout dessin PCB version 027ec (nouveau circuit électronique, avec nouveaux FET)
- Ajout dessin PCB version 027ed (circuit électronique identique à la version 027ec, seuls changent les connecteurs d'entrée/sortie).

20/11/2022
- Ajout photos du second prototype 027d (fonctionne assez bien).
- Ajout photos du second prototype 027e (fonctionne très bien).

13/11/2022
- Ajout commentaires et photos du prototype 027c (fonctionne très très bien).
- Ajout commentaires et photos du prototype 027d (fonctionne assez bien).
- Ajout commentaires et photos du prototype 027e (fonctionne très bien).

23/10/2022
- Ajout version 027c. Circuit équivalent à 027b, mais avec connecteurs XLR sur circuit imprimé.
- Ajout version 027d. Sans transformateur d'entrée, à la manière des premiers FetHead (2018). Dans cette version, j'ai utilisé un double FET (deux transistors appairés dans le même boîtier à 6 broches TO71-6).
- Ajout version 027e. Sans transformateur d'entrée, à la manière des FetHead plus récents (2020). Dans cette version, j'ai choisi des transistors FET simples et doubles en boîtier CMS plus faciles à trouver (et beaucoup moins chers) que les 2SK170/2SK117, Idss compris entre 2,6 mA et 6,5 mA.

05/04/2021
- Finalisation circuit imprimé 027b (version avec composants CMS).

11/02/2018
- Finalisation circuit imprimé 027 (version avec composants traversants uniquement).

07/08/2016
- Première mise à disposition.