Cet article s’inscrit au sein du projet d’amplificateur de guitare hybride numérique/analogique appelé Astrolabe. Je pars sur un ampli SHARP SM – 3000H de 1972 et d’origine. D’autres me diront que c’est un sacrifice de violer l’intégrité d’une pièce rare comme celle là, je répondrais que j’en ai besoin pour une application particulière et que je travaille toujours à moindre coût. 

D’autres inspirants audiophiles diront que ce n’est pas possible, que ça créé de la distorsion ou que ça casse l’ampli, je répond que je suis un meilleur ingénieur électronicien que vous ne le serez jamais.

Pour l’instant seule la partie étude théorique est en ligne, le reste suivra.

Analyse de l'architecture

Il va falloir analyser la topologie des étages d’alimentation et d’amplification de puissance pour nous assurer que la modification est bien possible. Les schémas internes des amplificateurs modernes sont trouvables dans le manuel de service. Voici le schéma de mon SM – 3000H :

C’est un amplificateur analogique en classe B à base d’un circuit de préamplification assez vieux : le HA1452. Il contient un equalizer Baxandall, un préamplificateur phono et de nombreux réglages et protections. C’est une machine très solide, c’était une autre époque.

Une fois le capot ouvert : 

Ce qui saute aux yeux lors de l’ouverture, c’est le niveau de finition. C’est du bon travail, avec comme dans l’aéronautique des cartes placées sur des connecteurs solidaires du châssis et connectés ensembles par des strips.

Les transistors de puissances sont montés sur les côtés le l’appareil, sur des radiateurs. Il semblerait que la maintenance ai été pensée dès l’étape de conception, c’est bien.

Zoomons sur ce qui est en relation avec l’amplification de puissance, donc les gros courants.

Topologie du circuit de puissance

Ci dessous le pont de diode après transfo symétrique, découplé par des condensateurs. C’est l’alimentation symétrique du push/pull de l’étage de puissance.

Juste après on trouve câblés les deux condensateurs d’amortissement, de 10mF sous 50v. C’est de la marque, on pourrait passer à 22mF ou 33mF pour augmenter les limites d’appels de courants rapides. La qualité de la restitution des basses fréquences lors des opérations à puissance élevée sera augmentée. Attention alors à remplacer les diodes de redressement par des modèles supportant un courant maximum crête plus élevé. 

Ci dessous le push/pull de l’amplificateur de puissance, on peut d’ailleurs voir que c’est une amplification de classe B et qu’une protection thermique à base de deux diodes est présente directement sur le radiateur, directement en relation avec le circuit de réglage du point de polarisation. Ici il suffit de changer les transistors de puissance en boitier TO-3 par des modèles pouvant passer plus de courant, et globalement avec des caractéristiques supérieures.

Il est aussi possible de changer les résistances d’émetteurs par des modèles avec une résistivité plus faible, attention alors à prendre des transistors pouvant encaisser les grands appels de courant. Ici, je vais changer les deux résistances de 0.47 Ohms en parallèle soit 0.22 Ohms à peu près. Je ne fais en effet pas confiance à ces vielles résistances céramiques des années 70. Plutôt que des modèles de 5W, je vais passer à 10W par résistance, plus de courant va en effet de circuler par là.

Il faudra ensuite régler les courants de polarisations et différentiels, au repos. Deux potentiomètres sont présents sur la carte pour effectuer manuellement le réglage. Voici une vue d’un canal de l’amplificateur de puissance : 

On trouve dans la suite de la chaîne d’amplification une cellule de blocage des grandes fréquences :

Ces composants sont généralement assez largement surdimensionnés, il est néanmoins possible de changer les résistances de puissance par des modèles pouvant dissiper plus d’énergie si les températures venaient à passer au dessus de 85°C. 

Une part important du travail consistera à charger l’ampli de plus en plus en surveillant à l’aide d’un thermomètre IR les températures des composants critiques. Ce que nous faisons va bien au delà des limites du cahier des charges du fabricant, il faut rester vigilant.

On trouve ensuite un circuit de gestion des relais :

Il est en effet courant sur ce genre d’amplificateur analogique de déconnecter les enceintes lors de la mise sous tension : l’onde de courant initiale est violente à cause du chargement des condensateurs et de la connexion directe des enroulements du transformateur au secteur. Il est courant de trouver un circuit de temporisation qui ne connecte les hauts parleurs qu’une fois le système stabilisé en tension d’alimentation. 

Les connecteurs des enceintes ne seront pas changés, au pire des cas ils prendront quelques degrés. Il faudrait vraiment passer plusieurs dizaines d’ampères de manière continue ou à très haute fréquence pour faire fondre le plastique autours des bornes.

Équivalence de composants
Transistors du push/pull de puissance

D’origine on trouve une paire de 2SA757 (PNP) et 2SC897 (NPN) Japonais, de chez Hitachi. C’est un très bon couple, bien adapté à l’utilisation nominale de cet amplificateur, d’autant que ces versions originales japonaises sont rares.

Voici leurs spécifications :

2SA757
2SC897

Ce sont donc de classiques transistors de puissance bipolaires en boîtier TO-3, c’est donc assez vieux. Les choix modernes sont restreints, il n’y a vraiment que la série MJ21xx de chez On Semiconductors qui tiennent la route à moindre frais. Et justement, il existe une référence très intéressante spécialisée dans l’audio : le couple MJ21193/MJ21194 :

On pourra donc passer deux fois plus de courant RMS dans les enceintes, trois fois plus en crête,, supporter des surtensions deux fois plus grandes et dissiper beaucoup plus d’énergie dans le radiateur. La température maximale opérationnelle passe de 150°C à 200°C. L’élévation de température sera toute fois limitée par le circuit de polarisation du courant de repos, régulé en température.

Le taux de distorsion est mesuré, c’est assez rare pour être relevé. Il est plutôt bon :

Je vais également remplacer les transistors qui forment le driver du push/pull : ils sont vieux et vont devoir passer un peu plus de courant pour polariser le circuit de puissance. Le gain de ce dernier a été considérablement augmenté avec le passage au couple MJ21193/MJ21194 donc je pourrais sans doute les laisser en place, mais c’est une modification qui vaut le coup sur le long terme car en général quand un circuit de driving explose, les transistors de puissance explosent aussi.

Actuellement le push/pull de driving du circuit de puissance est assuré par un couple 2SC1212A/2SA743AB:

Les caractéristiques sont les suivantes :

Un couple de NTE373/NTE374 en boîtiers TO-126 seront tout à fait adaptés. Mine de rien les anciens transistors drivers étaient assez performants même pour l’époque, cette référence équivalente coûte près de 2€/pièce :

Réglage de la polarisation
Équilibrage différentiel

Cette opération est réalisé à l’aide d’un voltmètre précis au millivolt en mode DC, et de la même manière pour les deux canaux stéréo. La borne COM va à la masse de l’appareil (souvent le châssis), la borne Tension sur le point chaud du canal.

Il faut vérifier que des résistances variables sont positionnées sur les canaux de l’amplificateur de puissance :

Repérez sur le schéma le réglage du courant différentiel au sein de l’entrée symétrique :

Ajustez ce potentiomètre de manière à équilibrer le décalage de la tension de sortie, le plus près possible de 0V. Au repos, la membrane du haut parleur ne devrait en effet être soumise à aucun déplacement.

Courant de repos

Nous sommes en classe B, les transistors doivent donc être aux limites de saturation. Il faut donc régler le courant de repos pour minimiser les pertes quand aucun signal n’est amplifié mais ne pas risquer de déformer le signal de sortie par des seuils de conduction trop bas et donc créer de la distorsion.

Le réglage se fait canal par canal. Un seuil de 5mV pour chaque branche du push/pull est idéal, mais d’autres étages de puissance pourraient nécessiter plus.

Il faut repérer les résistances liées à l’émetteur, des modèles de puissance capables de supporter quelques watts :   

On repère ensuite le réglage du courant de repos, à côté du circuit de gestion de surcharge en température et lié aux drivers du push/pull :

Il faut ensuite régler ce potentiomètre de manière à mesurer 10mV environ aux bornes des deux résistances de puissance précédentes. 

Une fois cette étape achevée, vous avez terminé de régler la polarisation. Il ne reste plus qu’à recommencer avec l’autre canal ! 


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