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Les amplificateurs intégrés ( pré-ampli + ampli de puissance dans 1 seul appareil )

Hommage aux Denon Sensitive 1

Message » 20 Nov 2006 2:20

Cette filière se veut une forme d’hommage au préamplificateur Denon PRA-S1 et à l’amplificateur monaural Denon POA-S1. J’ai voulu écrire cet article pour partager mon intérêt et mon admiration pour ces appareils. Cet un intérêt tout intellectuel, je l’admets. Je n'ai en effet jamais eu l’opportunité d’écouter une chaîne dans laquelle s’insèrent ces engins. Mais je pense vous faire comprendre avec ces quelques lignes que l’intérêt que l’on peut prendre pour un artefact de la main de l’homme dépasse largement l’appréciation du simple usage de cet artefact.

Que peuvent donc bien avoir de spécial ces appareils qui, après tout, ne sont que des Denon ?

C’est la question que je me posais deux ans plus tôt, lorsque je consultais les brochures de présentation de l’amplificateur intégré Denon PMA-S10II. Un Denon de ce type, le forumeur aurel tentait difficilement d'en vendre un et je finis par le lui acheter. De S10 à S1, il n’y a qu’un pas qu’Internet permet allégrement de franchir. De fil en aiguille, je découvris donc l’existence de ces deux monstres que sont le PRA-S1 et le POA-S1. Monstres ils sont, puisque le premier cumule plus de 40 kilogrammes, et le second près de 80 kg et est spécifiés pour débiter jusqu’à 1400 watts sur 1 ohm ! Mais ce n’est pas cet étalage quantitatif qui a attiré mon attention.

Non ! Dans les brochures de Denon apparaissaient des mots tel que UHC MOS-FET, cascode bootstrap, single push-pull, toutes choses qui renvoyaient à des concepts inconnus de moi, ou qui étaient au contraire très en vue. S'ils étaient inconnus, c’est qu’ils devaient être peu courants. S’ils étaient dans le vent, c’est que les amplificateurs Gamut, qui affichaient de fortes puissances de sortie avec le minimum de transistors de puissance, étaient à la mode.

Comme je commencais à développer un intérêt (tout intellectuel aussi celui-là) pour les montages électroniques, j’acquis tous les schémas des amplificateurs des série S1 et S10 que je pus trouver pour les étudier.

Après beaucoup, beaucoup de lectures, j’en suis arrivé à un point de compréhension suffisant. Effectivement, il y a de l’inattendu dans ces Denon ! A tel point que ces appareils pas comme les autres demeurent à bien des égards les seuls de leur espèce.

Et puis, vint l’envie de partager cette connaissance toute neuve. Mais aussi de diffuser la somme de bien des lectures intéressantes et dont l’apport dépasse le simple cadre de la description d’un appareil. En effet, à regarder de près et à comprendre comment sont conçus des appareils sans concession, on apprend à mieux regarder les points qui sont objectivement importants pour juger de la qualité des produits plus courants. Aussi, derrière l’hommage, je vais essayer, avec mes modestes moyens, de faire œuvre de pédagogie. Je ne crains pas de me tromper, car il y suffisamment d’esprits intelligents sur HC-FR pour reprendre mes erreurs ou mes imprécisions, ou encore apporter des compléments.


Le préamplificateur Denon PRA-S1

Du point de vue chronologique, le préamplificateur Denon PRA-S1 est apparu postérieurement à l’amplificateur POA-S1, en 1994.

Le PRA-S1 a la particularité d’être un appareil dual. Les circuits de préamplification sont logés dans un boîtier et l’alimentation dans un autre boîtier de finition identique.


1. L’unité de contrôle :

Facilités :

Le PRA-S1 comporte deux entrées lignes symétriques sur prises XLR et quatre entrées lignes asymétriques sur prises RCA, ainsi qu’une entrée phono pour aimant mobile sur prises RCA. Une borne à serrage permet de mettre une platine tourne-disque à la masse du préamplificateur. Les sorties sont au nombre de cinq : deux sorties asymétriques pour appareils d’enregistrement et deux sorties amplifiées asymétriques, l’une inversant la phase absolue par rapport à l’autre, toutes sur prises RCA. S'y ajoute une sortie amplifiée symétrique sur prises XLR. Le panneau arrière comporte également deux embases mâles pour prises multibroches destinées aux câbles qui relient l’unité de contrôle au boîtier d’alimentation. Les prises RCA sont des modèles moulés et plaqués or, avec couronne de masse large et proéminente, d’apparence superbe.


Electronique :

Le PRA-S1 est un appareil double mono à tous les étages. Cela signifie que chacun des deux canaux dispose de ses propres alimentations et plans de masse. Physiquement, les circuits des canaux de gauche et de droite sont séparés et montés sur leurs propres circuits imprimés. La description des différents étages du préamplificateur s’applique donc à chacune des deux voies séparément, mais de façon identique.

La sélection entre les entrées est effectuée grâce à des relais scellés sous gaz inerte et commandés par une logique de contrôle actionnée par un sélecteur rotatif situé en façade.

Le préamplificateur phono est la seule partie du circuit qui est asymétrique. Cela signifie que le point chaud du signal est référencé par rapport à la masse électrique. Ce préamplificateur phono apporte un gain de 35,5 dB. L’égalisation RIAA est effectuée de façon active, grâce à un réseau de correction implanté dans la boucle de contre-réaction globale du préamplificateur phono.

Le préamplificateur phono a un étage d’entrée différentiel comportant deux paires de transistors à effet de champ (FET) à bas niveau de bruit Toshiba 2SK369C. Chaque paire est reliée en parallèle pour améliorer son rapport signal sur bruit, et est montée en cascode avec un transistor bipolaire à jonction Toshiba 2SC2705. Le courant qui traverse cet étage d’entrée est réglé par une source de courant constant active stabilisée par diode Zener du côté du point commun du différentiel. La diode Zener servant de référence de tension à cette première source de courant est elle-même alimentée par une source de courant à FET afin de réduire la sensibilité de la diode aux fluctuations de l’alimentation. Une troisième source de courant active polarise les bases des transistors de la cascode. Une seule des deux sorties de l’amplificateur différentiel d’entrée est utilisée pour attaquer les étages de gain suivants, constitués d’une succession de deux transistors bipolaires. Le préamplificateur sort sur un push-pull* formé par deux transistors bipolaires polarisés par une source de courant active. Le préamplificateur phono est couplé à l’étage suivant par une liaison capacitive formée de deux condensateurs chimiques Elna Silmic montés tête-bêche et en parallèle avec un condensateur à film polystyrène.

Un filtre subsonique passif, utile par exemple dans le cas de la lecture de disques vinyles fortement voilés, peut être mis en ligne grâce à la commutation de relais actionnés par une touche située en façade.

Contrairement aux étages phono, les étages de niveau ligne sont de type symétrique. Cela signifie que le signal est véhiculé et traité en un point chaud et un point froid, en opposition de phase l’un par rapport à l’autre, sans référence à la masse (Voir figure n°1). Ce type de circuit présente un certain nombre d’avantages. Les signaux audio ne sont pas affectés directement par les courants qui circulent dans la masse électrique, qui peuvent générer, à travers des éléments résistifs comme les câbles, des tensions parasites qui décalent la référence théorique à 0 V. Les circuits symétriques sont aussi moins sensibles aux parasites externes et offrent une meilleure réjection des signaux parasites véhiculés par les alimentations.

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Une structure symétrique pose cependant un certain nombre de nouveaux problèmes de conception. Entre autres, l’usage d’un appareil symétrique avec des appareils asymétriques impose une conversion du signal d’un mode à l’autre. Bien que le PRA-S1 a été conçu dans l’optique d’une utilisation avec en amont le convertisseur numérique/analogique Denon DA-S1 à sorties symétriques, et en aval avec deux blocs monauraux POA-S1, eux-mêmes symétriques, il n’échappe pas au problème de la conversion, ne serait-ce que pour adapter la sortie de ses étages phono internes au reste du circuit. Sur la quasi-totalité des appareils du marché, le passage du mode symétrique au mode asymétrique, et inversement, est réalisé grâce à un transformateur de liaison (solution la plus ancienne) ou grâce à un circuit actif dédié (souvent, si pas systématiquement, des amplificateurs opérationnels intégrés).

Pour éviter l’insertion d’un élément actif ou passif supplémentaire pour passer du mode symétrique au mode asymétrique, les ingénieurs de Denon ont préféré avoir recours à un circuit électronique capable de fonctionner indifféremment dans l’un ou l’autre mode. Denon appelle ce circuit «New Inverted Sigma Balance». Ce circuit est tout simplement basé sur les propriétés d’un amplificateur de type différentiel. Un amplificateur différentiel présente deux entrées, une inverseuse et une non-inverseuse, et deux sorties, également inverseuse et non-inverseuse (Voir fig. 2). En mode symétrique, le point chaud et le point froid du signal attaquent respectivement l’entrée inverseuse et l’entrée non-inverseuse d’un étage d’entrée de type différentiel. Point chaud et point froid sont ensuite traités en mode différentiel dans le reste du circuit. En mode asymétrique, l’entrée inverseuse est mise à la masse. En revanche, les deux sorties sont toutes deux exploitées, de sorte que le signal asymétrique à l’entrée, se trouve symétrisé à la sortie de l’étage d’entrée différentiel. Pour comprendre pourquoi, il suffit de savoir que par principe, un amplificateur différentiel délivre sur ses sorties un signal qui résulte de la différence entre la tension sur l’une des entrées et la tension sur l’autre de ses entrées. Comme en mode asymétrique, l’entrée inverseuse est à 0 V, la différence de tension entre les entrées est égale au signal sur l’entrée non-inverseuse. Et comme les sorties de l’amplificateur différentielles sont inversées, on obtient, de façon imagée, deux signaux qui sont en symétrie orthogonale.

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Il n’y a donc aucun mystère dans ce circuit «New Inverted Sigma Balance». Son fonctionnement en mode asymétrique n’est autre qu’un des principes de conversion usuel de l’asymétrique vers le symétrique. S'il porte une appellation qui se réclame d'une nouveauté, c'est par référence à un précédent circuit «Inverted Balanced» apparu en 1990 avec le préamplificateur Denon PRA-2000RG. Ce qui est en revanche peu courant, c’est que ce principe de passage de l’asymétrique au symétrique n’est pas limité à un étage dont le rôle est uniquement d’effectuer une conversion entre les deux modes, mais que c'est un fonctionnement intrinsèque à tout un étage du préamplificateur, qui est différentiel par nature. Cet étage a par ailleurs une fonction capitale, dont l'importance est dictée par la nature du circuit en aval. Mais n'anticipons point, et voyons comment il est réalisé.

Fondamentalement, l'étage d'entrée du PRA-S1 est composé d'une succession de deux amplificateurs différentiels et de deux étages de sortie push-pull symétriques. Concrètement, la réalisation n'a rien de trivial.

L’entrée de cet étage ressemble à un Darlinton* différentiel, mais avec des paires Darlington composites formées de deux transistors FET Toshiba 2SK373, qui attaquent les bases de deux transistors bipolaires Sanyo 2SC3067. Les 2SC3067 forment en fait un double transistor dans un boîtier commun. Cette technologie présente les avantages substantiels de présenter par construction un excellent appairage des caractéristiques électriques et un couplage thermique des deux composants. Le courant à travers ce différentiel est fixé par une source de courant active de type miroir de courant ; le réglage de ce miroir est équilibré grâce à une résistance ajustable. Un autre miroir de courant, formé autour d’un double transistor bipolaire Sanyo 2SA1240, charge les bipolaires du différentiel. Quant au drain des 2SK373, ils sont reliés à une source de courant à FET du second étage. Ce second étage est un autre amplificateur différentiel à base de deux transistors bipolaires Toshiba 2SA1145 montés en cascode avec des transistors bipolaires 2SC2705. Le courant dans la base des transistors du différentiel et de la cascode est stabilisé par des FET montés en source de courant. Le différentiel est chargé par des sources de courant constant formées autour d’un double transistor 2SC3067. La présence de ces diverses sources de courant manifestent le soin apporté pour stabiliser les conditions de fonctionnement du circuit et l’immuniser du mieux possible des influences de l’alimentation. La sortie de l’étage d’entrée est formée de deux push-pull symétriques à base de MOS-FET (Metal Oxide Semi-conductor FET) de puissance Hitachi 2SK215 et 2SJ78. Leur rôle est d’offrir une sortie à très basse impédance pour l’attaque du circuit de réglage du volume.

L’étage d’entrée est un système asservi, mais il n’y a pas de contre-réaction classique. A la place, on trouve deux circuits de correction actifs (un pour le point chaud et un pour le point froid). Ces circuits comparent les signaux d’attaque de l’étage d’entrée à leurs signaux de sortie et injectent des signaux de correction au niveau des circuits de polarisation des push-pull (Voir fig. 3). Le schéma de ces circuits actifs de correction consiste en un étage d’entrée différentiel à FET 2SK369C montés en cascode avec des transistors bipolaires Toshiba 2SC1815. Le second étage est un autre amplificateur différentiel à transistors 2SA1145. Le transistor qui reçoit le signal du premier étage est monté en cascode avec un autre 2SA1145. Un miroir de courant à un transistor forme un push-pull avec le second transistor du différentiel, qu'il charge.

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Le passage des étages d’entrées du mode symétrique au mode asymétrique est effectué au moyen de circuits passifs commutés par des relais.

Physiquement, les étages phono et les étages d’entrée sont implantés sur deux circuits imprimés distincts pour le canal de gauche et le canal de droite. Sur ces circuits sont soudés de nombreuses languettes de cuivre, soit comme rails d’alimentation, soit comme éléments de masse. Ce procédé permet d’un côté de limiter au minimum les pertes sur les lignes d’alimentation en abaissant leur impédance, et de l’autre de rendre les plans de masse plus silencieux. En effet, en limitant la résistance des plans de masse, on limite du même coup le développement de tensions parasites lorsqu’y circule un courant (puisque, d’après la loi d’Ohm, U=RI). Ces circuits imprimés portent également les régulateurs d’alimentation de ces étages, ainsi que ceux des autres circuits audio.

Les tensions d’alimentation de l’étage d’entrée sont fournies par deux régulateurs symétriques réalisés en composants discrets et dont les transistors ballasts sont montés sur dissipateurs thermiques. Ces régulateurs alimentent conjointement le préamplificateur phono et l’étage d’entrée ligne. Le préampli phono peut être désactivé en appuyant sur une touche «Eq power» située en façade. Le préamplificateur phono est alors mis hors ligne, de même que ses lignes d’alimentations, par une série de relais.

Que ce soit en mode symétrique ou en mode asymétrique, les étages d’entrée délivrent un signal symétrique à l’étage de contrôle du volume. Et là survient un autre des problèmes de conception propre aux amplificateurs symétriques. Un amplificateur symétrique consiste schématiquement en deux amplificateurs identiques, mais travaillant en opposition de phase. Pour que l’amplificateur fonctionne idéalement, les deux circuits doivent être identiques. Mais qui dit deux circuits d’amplification dit deux contrôles de volume, un sur le point chaud et l’autre sur le point froid. Or, les réalités physiques rendent très difficiles la fabrication de potentiomètres, et même de résistances parfaitement identiques, permettant de réaliser deux contrôles de volume parfaitement synchrones (c’est d’ailleurs l’une des raisons qui rendent une balance utile sur un appareil stéréophonique, pour équilibrer les niveaux de sorties sur les deux canaux ; le PRA-S1 ne fait d’ailleurs pas l’économie d’une balance, réalisée avec des réseaux de résistances commutées).

Les ingénieurs de Denon ont cependant trouvé un moyen de contourner l’épineux problème du réglage de volume symétrique en adoptant une solution qui semble être restée inédite. Plutôt que de régler le volume (c’est-à-dire en fait le niveau d’atténuation du signal) au moyen de deux éléments résistifs insérés respectivement sur le point chaud et le point froid, ils ont inséré une seule résistance variable entre le point chaud et le point froid. Ainsi, les signaux d’égales amplitudes mais en opposition de phase s’annulent suivant la valeur de la résistance, qui court-circuite progressivement les deux branches du circuit (Voir fig. 4). Cette solution présente l’inconvénient de charger la source avec une impédance variable. C’est pour limiter les effets de cette impédance variable que les étages d’entrée sont conçus pour avoir une très basse impédance de sortie.

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La résistance variable insérée entre point chaud et point froid n’est pas un potentiomètre. En effet, le bruit thermique de ce type de composant n’est pas linéaire suivant le réglage du curseur (1). Il a donc été préféré un réseau de résistances commutées, qui présente l’avantage d’avoir un bruit de fond linéaire en fonction de la valeur d’atténuation (Voir fig. 5). Ainsi, le rapport signal sur bruit est-il amélioré lorsque la valeur d’atténuation est importante, c’est-à-dire lorsque l’on écoute la chaîne à un niveau normal. Les ingénieurs de Denon ont conçu leur propre réseau de résistances commutées, constituées de deux voies (une pour chaque canal) de 37 résistances de haute qualité (Voir plus bas au chapitre «composants»), calibrées et appairées. Ces résistances sont soudées sur un sélecteur rotatif. Les deux voies sont placées en tandem et sont séparées par un écran de blindage. L’axe de ce sélecteur est solidaire du bouton de volume, usiné en métal massif et gradué en décibel.

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Les étages d’entrées ligne apportent un gain de 6,5 dB au signal. Le reste du gain délivré par le PRA-S1 est apporté par les circuits préamplificateurs de sortie (+10 dB). Si les étages d’entrées sont de type différentiel, les étages de sortie sont purement symétriques. On a donc, sur chaque canal, deux circuits identiques travaillant en opposition de phase l’un par rapport à l’autre.

Chacun de ces circuits est constitué ainsi. A l’entrée, le signal est couplé en alternatif par deux condensateurs chimiques Elna Silmic de 470 µF montés tête-bêche et avec en parallèle un petit condensateur styroflex. On trouve en entrée un amplificateur différentiel. Sur chaque branche du différentiel, deux FET 2SK369C sont montés en parallèle. Ces paires de FET sont montées en cascode avec des transistors bipolaires 2SC2705. Le courant à travers le différentiel est fixé par une source de courant active stabilisée par diode Zener. Les deux sorties de ce premier étage différentiel attaquent un second amplificateur différentiel à transistors bipolaires 2SA1145 chargé par un un miroir de courant à un transistor. Ce différentiel et le miroir de courant forme ensemble un amplificateur push-pull pour attaquer l’étage de sortie : un push-pull de transistors MOS-FET complémentaires 2SK215/2SJ78 polarisés par un réseau de diodes. Ce dernier push-pull permet d’obtenir une sortie à basse impédance pour piloter un amplificateur de puissance dans les meilleures conditions. Une contre-réaction globale boucle le système.

Deux amplificateurs opérationnels NJM07, de marque JRC, ajustent, pour chaque polarité, le courant de polarisation des étages d’entrée différentiels pour éviter que n’apparaisse un résidu de tension continue sur les sorties du préamplificateur.

Les choses auraient pu s’arrêter là, mais Denon a adjoint à ces étages de gain un circuit de correction d’erreur actif. Ce système de correction présente cependant une petite particularité. En effet, il n’y a qu’un amplificateur d’erreur commun au point chaud et au point froid, et son rôle est de réduire les parasites et distorsion de mode commun. Les signaux de mode commun sont des signaux identiques sur le point chaud et le point froid. Ils sont donc nécessairement étrangers aux signaux audio, normalement en opposition de phase (Voir fig. 6).

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Ces modes communs sont détectés par l’amplificateur d’erreur, dont le schéma est identique à celui des étages de gain, excepté qu’il n’y a que deux FET dans le différentiel d’entrée. Le signal de correction, équilibré par une résistance ajustable située en sortie, est injecté sur chacune des sorties des étages de gain (Voir fig. 7). D’après Denon, ce circuit permettrait d’améliorer de 70 dB la réjection des modes communs.

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Les sorties asymétriques sont prises indifféremment de l’un ou l’autre circuit de gain. Leur niveau est donc réduit de moitié par rapport aux sorties symétriques. L’une des deux sorties inverse en conséquence la phase (on peut y relier un amplificateur de puissance qui inverse lui-même la phase, ce qui évite d’avoir à inverser les branchements au niveau des câbles).

L’ensemble formé par les étages de gain et l’amplificateur de correction est alimenté, sur chaque canal, par deux régulateurs de tension symétriques. Deux autres régulateurs symétriques alimentent les NJM07. Tous ces régulateurs sont réalisés en composants discrets et leurs transistors-ballasts sont montés sur des dissipateurs thermiques.

Au tableau de ces circuits audio s’ajoute un circuit de protection qui détecte les dysfonctionnements des circuits amplificateurs (court-circuit sur les sorties, dérive en courant continu, …) et la logique de contrôle des relais. Il n’y a pas de télécommande. Ces circuits auxiliaires sont alimentés séparément à partir de trois circuits intégrés de régulations.


Fabrication :

Denon affirme avoir adopté un mode de fabrication destiné à réduire l’influence des vibrations et des champs magnétiques externes sur les circuits audio. Il contribue surtout à une somptueuse finition.

Le châssis en aluminium de l’appareil est moulé d’une seule pièce. Ce châssis comporte quatre vasques qui accueillent les quatre pieds en cuivre massif, couplés au châssis par d’épais disques en alliage de métaux frittés (2). Deux découpes aménagées sous les circuits audio sont fermées par des plaques perforées d’ouïes de ventilation. La face avant, la plaque arrière et les flancs du boîtiers sont constitués d’épaisses plaques alternativement en aluminium et en acier vissées sur une ossature en cuivre solidarisée au châssis. La face arrière en acier est intérieurement doublée de cuivre. Enfin, trois plaques d’aluminium, dont une perforée d’ouïes de ventilation, forment couvercle.

A l’intérieur du boîtier, les circuits audio sont répartis par canaux en deux moitiés sur plusieurs couches superposées, vissées à des colonnettes faisant partie intégrante du châssis. Au fond, prennent place les circuits imprimés portant les étages phono, les étages d’entrée et les régulateurs de tension des alimentations des circuits audio. Au dessus d’eux, fixées à des entretoises, sont disposées des plaques de blindage sur lesquelles sont vissées des plaques en cuivre servant d’amortisseurs et qui font aussi office de masses électriques. Au-dessus de cet assemblage sont disposés les circuits imprimés portant les étages de gain, fixés à des entretoises. Enfin, les relais de commutation des entrées sont placés sur de petites cartes en mezzanine fixées à des entretoises au-dessus des circuits imprimés des étages de gain. Les circuits imprimés des relais sont placés très près des connecteurs situés sur la partie arrière du boîtier. Ils y sont câblés par des liaisons bifilaires blindées avec fil de masse commun. Le câblage de signal entre les circuits imprimés, et entre ces derniers et les commutateurs de résistances servant au contrôle de la balance et du volume, situés près de la face avant, sont réalisés avec ces mêmes liaisons blindées.

Les circuits de protection et leurs alimentations sont disposés verticalement, le long d’un flanc du boîtier, derrière une plaque de blindage.

Ce mode de fabrication est sensé éviter toute influence néfaste provenant de l’extérieur du boîtier. La réjection de tous signaux ou effets indésirables provenant du secteur est le rôle de l’alimentation séparée du PRA-S1.


L’alimentation :

L’alimentation séparée du PRA-S1 est un véritable générateur de tension qui fait tampon entre le secteur et les circuits d’amplification. Son rôle est double : éviter l’injection de parasites provenant du secteur dans les circuits amplificateurs, et offrir une tension fondamentalement stable pour stabiliser les points de fonctionnement en continu de ces mêmes circuits.

Le concept à la base de cette alimentation est très simple : un signal sinusoïdal, le plus pur possible, de fréquence et d’amplitude données, est amplifié par un amplificateur symétrique. Le courant alternatif ainsi créé, indépendant du secteur et de la masse électrique, est ensuite utilisé comme entrée par des alimentations linéaires classiques distinctes pour le canal de gauche et le canal de droite.


Electronique :

Le boîtier d’alimentation comporte tout d’abord plusieurs alimentations linéaires classiques destinées au fonctionnement des circuits générateurs de la tension d’alimentation. Ces alimentations comportent un gros transformateur à noyau EI, copieusement tôlé et imprégné de résine, avec deux secondaires à point milieu. L’un des secondaires est relié à une première alimentation avec redressement par pont de diodes, filtrage par condensateurs, puis régulation de tension par deux régulateurs symétriques intégrés JRC NJM78M15FA et NJM79M15FA. Cette alimentation est destinée au circuit générateur de la fréquence sinusoïdale. L’autre secondaire du transformateur est relié à une seconde alimentation linéaire avec redressement par pont de diodes intégré et filtrage par condensateurs pour alimenter les circuits qui vont amplifier la fréquence sinusoïdale. De cette alimentation est dérivée une régulation symétrique, réalisée en composants discrets, pour alimenter les étages préamplificateurs de ces circuits.

La fréquence sinusoïdale de base est générée par un montage oscillant actif à base de quatre amplificateurs opérationnels JRC NJM4580DD. Ce circuit n’oscille pas à la fréquence de 50 Hz du secteur, mais à une fréquence supérieure parmi cinq, qui est sélectionnée au moyen d’un sélecteur à tête de vis sur la face arrière du boîtier. Les fréquences disponibles sont : 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz, 250 Hz et 300 Hz. Pourquoi une fréquence supérieure à celle du secteur et pourquoi un tel choix de fréquences ? Pour comprendre, il faut se remémorer comment fonctionne une alimentation linéaire.

Une alimentation linéaire transforme un courant alternatif en un courant continu, utilisable par un circuit électronique. Une telle alimentation comporte au moins un transformateur pour abaisser la tension secteur (230 V alternatifs en Europe) à une tension alternative plus basse, un dispositif de redressement qui transforme la tension bidirectionnelle du secteur en tension unidirectionnelle, et un dispositif de lissage pour éliminer l’ondulation issue de la tension sinusoïdale du secteur (Voir fig. 8).

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En pratique, en audio le dispositif de redressement est quasiment toujours un pont de diodes au silicium à double alternance, et le filtrage un banc de condensateurs. Les diodes ont un angle de conduction très court : elles délivrent du courant aux condensateurs par succession d’impulsions à chaque demi-alternance de la sinusoïde du secteur. En redressement double alternance, la fréquence du cycle de recharge des condensateurs est du double de la fréquence du secteur, soit 100 Hz. Comme les condensateurs ne peuvent retenir indéfiniment leurs charges entre deux cycles de recharges par le pont de diodes, la tension va légèrement chuter à leur borne. Cette petite chute de tension génère une ondulation résiduelle, qui se superpose à la tension continue en sortie d’alimentation. En augmentant la fréquence du courant alternatif, on augmente la fréquence du cycle de recharge des condensateurs de filtrage. L’ondulation en sortie d’alimentation est donc réduite (Voir fig. 9). Par exemple, avec une fréquence de base de 150 Hz, après redressement double alternance, les condensateurs des alimentations de sortie sont rechargés à la fréquence de 300 Hz. Cela correspondant à 300 charges par seconde, contre au plus 100 charges par seconde à partir d’une tension secteur monophasée. Par aileurs, une fréquence d’entrée supérieure permet avantageusement de faire travailler les composants (transformateurs, condensateurs) à un rendement plus élevé et de ralentir leur vieillissement.

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Concrètement, le signal sinusoïdal généré par le circuit oscillant est envoyé à un circuit amplificateur à haute fidélité. Les étages préamplificateurs comportent un étage tampon d’entrée à amplificateur opérationnel intégré Mitsubishi M5219. Puis, la sinusoïde est répartie entre les deux voies symétriques d'amplification, au sein desquelles un premier gain est appliqué au signal par d’autres amplificateurs opérationnels M5219. Les étages de sorties sont chacun constitués d’un push-pull de transistors complémentaires MOS-FET appelés UHC-MOS (Ultra High Current MOS) par Denon (Voir plus bas au chapitre du POA-S1 pour plus de détails sur ce type de composants). Il s’agit de transistors Hitachi 2SK1303 et 2SJ216. Ce sont les mêmes transistors que l’on trouve dans les étages de puissance de tous les amplificateurs haute fidélité Denon de la série S1 (à l’exception du POA-S1) et des séries S10 (Voir plus bas au chapitre «descendance» à leur sujet). Le circuit de polarisation de ces transistors comporte deux sources de courant constant symétriques et un transistor pour stabiliser le courant de repos. Ces amplificateurs sont bouclés par des contre-réaction négatives globales à très fort taux pour obtenir une reproduction très fidèle de la tension sinusoïdale de base.

Le signal ainsi symétrisé et amplifié est dirigé sur chaque canal vers un transformateur à deux enroulements secondaires à point milieu. Ces transformateurs à noyau EI permettent d’isoler les amplificateurs des alimentations linéaires. Sur chaque canal, il y a deux alimentations identiques, chacune reliée à un secondaire du transformateur. La première est reliée aux étages d’entrées du préamplificateur, la seconde aux étages de gain. Elles sont chacune constituées d’un pont de diodes, suivi d’un filtrage par 2 condensateurs de 4700 µF en parallèle avec 2 condensateurs de 100 µF (Voir plus bas au chapitre «composants» à leur sujet). Ces condensateurs sont collés sur leur circuit imprimé à l'aide d'une pâte adhésive pour les empêcher de vibrer.

L’appareil est protégé contre tout type de fautes par un circuit de protection qui dispose de ses propres alimentations. En-dehors du modèle européen et du modèle américain, l'alimentation du PRA-S1 dispose d’un transformateur d’alimentation à multiples enroulements primaires commutables pour s’adapter aux tensions secteurs locales.


Fabrication :

Le standard de fabrication est rigoureusement le même que celui du boîtier du préamplificateur.

Le châssis en aluminium intègre le dissipateur thermique des étages de sortie des amplificateurs de puissance, qui partage le volume interne en deux. D’un côté, on y trouve les trois transformateurs, montés sur un contrechâssis en cuivre perforés d’ouïes de ventilation, ainsi que le circuit oscillant et le circuit de protection, montés verticalement le long de la façade, et abrités derrière une plaque de blindage. Le reste des circuits prend place de l'autre côté du dissipateur, notamment les circuits reliés au secteur, qui sont placé le long d'un flanc du boîtier, derrière une autre plaque de blindage.


L’amplificateur monaural Denon POA-S1

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Le Denon POA-S1 est apparu en 1993. Il manifeste une mutation technologique dans le très haut de gamme de Denon en introduisant l’usage, présenté comme inédit, de transistors de puissance MOS-FET d’un type particulier, appelé UHC-MOS par Denon. Cependant, les éléments les plus novateurs, en tout cas sur une réalisation commercialisée, me semble plutôt se nicher au cœur des circuits.

A en croire Denon, les circuits du POA-S1 ont été choisis au terme de «millions» de tests d’écoute étalés sur plusieurs années et portant sur diverses topologies de circuits, toutes soigneusement optimisées. La philosophie affichée sous-tendant le circuit retenu est d’utiliser le moins de composants actifs possibles dans les circuits amplificateurs pour réduire au maximum l’influence néfaste des dispersions de caractéristiques des transistors. Cette démarche a débouché sur un appareil capable de débiter près de 2000 W efficaces (Voir plus bas le chapitre «tests») à partir d’un circuit symétrique avec en sortie d'uniques paires de transistors !


Facilités :

La façade se contente d’un bouton poussoir pour la mise sous tension de l’appareil. Le câble secteur pénètre dans l'appareil par le fond du boîtier, juste sous cet interrupteur, afin de réduire le cablâge secteur interne au minimum. Sur la partie arrière, on trouve une entrée symétrique sur prise XLR et une asymétrique au standard RCA. Un commutateur rotatif a trois positions qui actionne des relais placés à l’intérieur de l’appareil permet de sélectionner l’entrée ou de mettre l’amplificateur en sourdine.

En option, le POA-S1 pouvait également être livré avec des atténuateurs permettant de régler le niveau d’entrée, tant sur l’entrée symétrique qu’asymétrique.


Electronique :

Comme le préamplificateur qui l’accompagne, le POA-S1 est un amplificateur entièrement symétrique. Mais alors que le PRA-S1 est l’application d’une démarche jusqu’au-boutiste ayant débouché sur des circuits complexes, le POA-S1 présente des schémas d’une grande simplicité, voire d’une grande concision.

Les entrées XLR sont donc reliées directement au circuit d’amplification. Celui-ci comporte deux circuits identiques travaillant en opposition de phase. Chacun de ces circuits se présente de la façon suivante.

Les étages de gain en tension sont d’un grand classicisme. Il s’agit d’une application du schéma Hitachi pour MOS-FET, bien connu. Ce schéma se présente dans les grandes lignes comme un étage d'entrée différentiel, suivi d'un étage de gain en tension également de type différentiel et qui forme push-pull avec le miroir de courant à un transistor qui le charge. Si vous avez bien tout suivi, vous avez remarqué que cette structure de base se retrouve souvent dans le PRA-S1.

Dans le POA-S1, le circuit Hitachi comporte quelques aménagements. L’étage d’entrée différentiel est à FET Toshiba 2SK389 ; ce sont des FET doubles appairés dans un boîtier commun. Ils sont montés en cascode avec des transistors bipolaires 2SC1815. Une source de courant active fixe le courant dans la queue du différentiel. Le second étage différentiel comporte des transistors bipolaires 2SA1145 chargés par le miroir de courant, et le premier transistor du différentiel est monté en cascode avec un 2SA1145.

L'étage de gain en courant est une originalité, non seulement en raison du type de composants retenus, mais surtout en raison de son schéma. Il s’agit en effet d’un montage de type cascode, ce qui est rarissime à cet endroit d’un amplificateur de puissance.

Bien que peu de documentation circule sur ce type d’étage de sortie, on peut se référer à un bref historique pour en comprendre le but et l’intérêt. Le montage cascode* est ancien, puisqu’il date du temps des amplificateurs à tube. C’est le célèbre concepteur américain Nelson Pass qui a le premier revendiqué l’idée d’appliquer ce montage à un étage de sortie d’amplificateur de puissance à transistors. Cette idée a été suivie de plusieurs réalisations concrètes sous la marque Threshold (modèles CAS-1, CAS-2). D’après N. Pass, la distorsion de linéarité d’un montage à transistors est essentiellement imputable aux variations du gain des composants actifs. Ces variations de gain surviendraient lorsque les conditions de tension et d’intensité d’un transistor sont modifiées. Pour réduire la distorsion d’un amplificateur à transistor, il est donc utile de rendre les points de fonctionnement de ces transistors aussi stables que possible. C’est l’un des intérêts du fonctionnement en pure classe A, dans lequel les transistors sont traversés par un courant constant. N. Pass a donc proposé, en alternative à la classe A, un étage de sortie en cascodeafin de maintenir les transistors de sortie non pas sous un courant constant, mais une tension constante. Dans le montage de N. Pass, une source de tension flottant sur la tension de sortie commande le transistor de la cascode (Voir fig. 10). Ce transistor maintient le transistor de sortie sous une tension à peu près constante. Le transistor de la cascode a un gain en courant unitaire ; il doit donc être capable de faire passer le courant drainé par le transistor de sortie.

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Le montage cascode est souvent utilisé pour l’amplification des petits signaux (Cf. la description des circuits du PRA-S1, où on trouve un grand nombre de cascodes), car il permet notamment d’y employer des transistors dont la tension de claquage est inférieure à la tension d’alimentation nominale. Pour la même raison, on peut aussi l’employer dans un étage de sortie. Un autre célèbre concepteur américain, Marshall Leach, a ainsi proposé un montage amplificateur dont l’étage de sortie fait appel à la cascode pour pouvoir augmenter la tension d’alimentation de sortie, et donc la puissance, avec un type donné de transistors. Ce projet est d’ailleurs une bonne illustration du fonctionnement de la cascode. Un diviseur de tension est inséré entre le rail d’alimentation et la sortie (Voir fig. 11). Ce montage divise par une constante la différence de tension entre le rail d’alimentation et la tension de sortie. Ainsi, le potentiel au collecteur du transistor de sortie est-elle maintenu constante relativement à la sortie par le transistor de la cascode.

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Outre l’idée de N. Pass et le schéma de M. Leach offert gracieusement aux amateurs de «DIY» (Do It Yourself : Faites-le vous-même !), il n’y a à ma connaissance guère que Sony a avoir mis en œuvre un montage cascode dans l’étage de sortie d’au moins un de ces amplificateurs, le TAN-7, un représentant de ces fameux amplificateurs japonais utilisant des V-FET (Vertical-FET) dans les années 80.

La conception générale du circuit retenu par Denon semble être dérivée d’une évolution du montage cascode proposée dans un brevet déposé sous l’auspice de la firme Hitachi. D’après les auteurs du brevet, si le montage cascode bien connu, tel que proposé par M. Leach, appliqué aux MOS-FET permet d’obtenir une tension de claquage apparente supérieure à un montage à un seul MOS-FET, la linéarité du circuit est en fait dégradé toujours par rapport à un MOS-FET employé seul. Pour y remédier, ils proposent plusieurs montages différents de deux ou plusieurs MOS-FET successifs en cascode, et dans lesquels la tension de commande des cascodes ne dépend plus de la tension de sortie. C’est une idée similaire qui est appliquée par Denon, mais dans une forme singulière et avec un montage qui associe transistors bipolaires et MOS-FET.

Dans le POA-S1, les transistors de sortie sont des MOS-FET complémentaires Hitachi : le 2SK1297 (60 V, 40 A continu, 160 A crête, 100 W) et le 2SJ217 (-60 V, -45 A continu, -180 A crête, 150 W). Si chacun de ces composants est capable de contrôler des courants très importants, leur puissance de dissipation est modeste. Mais le montage cascode permet justement de répartir la charge entre ces transistors de sortie et ceux des cascodes. La tension drain-source des MOS-FET est maintenue à une valeur très faible par la cascode. Les MOS-FET fonctionnent ainsi dans la zone d’opération où ils peuvent être traversés par les courants nominaux maximaux.

Concrètement, chaque UHC-MOS est montés en cascode avec dix transistors de puissance bipolaires : des Wing Shing 2SC3281 (canal N) ou des 2SA1302 (canal P), de 200 V, 15 A continu, 150 W. Ces cascodes sont commandées par des transistors 2SK215 ou 2SJ78, suivis de transistors bipolaires de puissance NEC 2SA1232 ou 2SC3012 montés en Darlington avec l'ensemble des transistors de la cascode (Voir fig. 12). L’étage de polarisation des transistors de sortie, stabilisé par un transistor monté sur le dissipateur thermique, est attaqué via des LED montées en série pour garantir une chute de tension constante à l’entrée de cet étage. D’après Denon, la stabilité intrinsèque du montage est excellente. L’étage de sortie est relié directement aux sorties haut-parleur, sans l’habituelle self en série destinée à réduire la bande passante dans les fréquences très aiguës.

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Un grand soin a été porté à l’implantation physique des circuits. Un unique dissipateur thermique occupe pratiquement la moitié du volume du boîtier du POA-S1. Ce dissipateur, réalisé en aluminium extrudé et anodisé noir, présente deux faces planes opposées liées par leurs ailettes. Les circuits d’amplification du point chaud et du point froid du signal sont implantés respectivement sur chaque face du dissipateur. Les transistors bipolaires des cascodes sont alignés en quinconce, par polarité, sur les bords supérieurs et inférieurs de chaque face, tandis que chaque paire de UHC-MOS est implantée au centre de chacune des deux faces. Ces transistors de puissance ne sont pas vissés directement sur le dissipateur, mais sur de vastes plaques en cuivre couvrant toute la surface de chaque face du dissipateur, afin de bien répartir la chaleur dégagée par les composants de puissance. Les plaques de cuivres tiennent au dissipateur grâce aux vis de fixation des boîtiers des transistors de puissance. Une couche de pâte thermique permet d’assurer un couplage optimal entre les radiateurs de cuivre et les surfaces du dissipateur. Les transistors drivers de chaque cascode sont également montés sur ces radiateurs, via d’épaisses semelles en cuivre dont les deux faces sont enduites de pâte thermique. Le fait de monter les transistors de puissance des deux circuits d’amplification sur le même dissipateur permet d’assurer leur couplage thermique.

Des circuits imprimés implantés parallèlement à chaque face supportent les circuits de gain en tension. Certaines liaisons du circuit ne sont pas réalisées par des pistes imprimées, mais avec des câbles, dont certains sont de forte section. Les cascodes sont implantées sur des circuits disposés perpendiculairement aux semelles du dissipateur, près des transistors bipolaires de puissance. Ces derniers circuits imprimés sont fixés à des supports en cuivre.

Compte tenu des courants importants qui peuvent transiter par les étages de sortie, ces derniers sont câblés en l’air. Les pattes des collecteurs des transistors des cascodes sont soudées directement à des languettes en cuivre munies de picots dans lesquels sont ménagés des encoches pour les connexions. Ces languettes forment rail d’alimentation. Les pattes des condensateurs de découplage d’alimentation y sont également soudées, et leurs secondes pattes sont soudées à d’autres languettes formant masses. Les pattes des émetteurs des transistors sont directement soudées aux pattes de leurs résistances d’émetteur, elles-même reliées à d’autres languettes pour former la sortie de la cascode. Ces dernières languettes sont reliées aux circuits d’amplification par du câble de forte section. Les drains des MOS-FET de sortie sont soudés directement sur des pièces en cuivre rapportées et soudées sur les circuits imprimés. Les câbles de liaisons avec les sorties des cascodes, sertis en leurs extrémités à des cosses, sont vissés sur ces pièces en cuivre. Les sources de chaque MOS-FET sont soudées sur une pièce en cuivre commune qui forme la sortie de l’étage de puissance.

Les bornes haut-parleurs, qui sont toutes deux «actives» en raison de la nature symétrique de l’amplificateur, sont protégées par des relais. Les liaisons entre les étages de sortie et les bornes haut-parleurs sont réalisées par des câbles de forte section. En raison de l’importance des courants que peuvent débiter les étages de sortie, le câblage est adapté en conséquence. Il y a en fait deux chemins de câbles. Sur le premier, des relais sont implantés sur chaque circuit imprimés parrallèles aux faces planes du dissipateur. Ce sont des relais doubles dont les contacts sont mis en parallèle pour réduire leurs résistances de contact. Les bornes de ces relais sont câblées aux pièces en cuivre sur lesquelles sont soudées les sources des MOSFET de puissance, et à d'autres pièces formant une sortie. Des câbles sertis par des cosses sont vissés sur ces dernières pièces pour les relier au circuit imprimé des sorties haut-parleurs. Ce circuit porte deux autres relais qui sont câblés directement à la pièce en cuivre commune aux drains de chaque paire de MOS-FET. Les deux chemins de câblage sont ensuite reliés ensemble à leur borne haut-parleur. Ces bornes haut-parleurs, entièrement isolées, ressemblent à des WBT. Elles acceptent le câble nu, les fourches et les fiches banannes.

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En addition, le POA-S1 dispose d’un circuit d’entrée de type «New Inverted Sigma Balance» qui permet d’utiliser l’appareil avec un préamplificateur à sortie asymétrique. Ce circuit est assez proche de celui des étages d’entrée du PRA-S1. On trouve un étage d’entrée évoquant un Darlington différentiel, avec des FET 2SK373Y attaquant les bases de transistors bipolaires 2SC1815 montés en cascode avec des 2SA1145, une source de courant active qui prend sa référene au miroir de courant du second étage pour fixer le courant au point commun du différentiel, et une autre source de courant constituée de deux FET 2SK373Y en parallèle, commune aux deux FET d’entrée et à l’amplificateur différentiel formant second étage. Second étage constitué de deux transistors bipolaires 2SA1145 montés en différentiel et chargés par un miroir de courant. Enfin, chaque sortie de l’amplificateur différentiel du second étage attaque un push-pull de sortie formé par une paire de MOS-FET complémentaires 2SK215/2SJ78.

Ce circuit d’entrée est bouclé sur chaque branche du différentiel par un amplificateur d’erreur. Ces amplificateurs comparent le signal d’entrée aux signaux de sortie et injectent la correction au niveau des étages de polarisation des push-pull de sortie. Chaque amplificateur d’erreur est constitué d’un étage différentiel à FET 2SK369 montés en cascode avec des transistors bipolaires 2SC1815, avec une source de courant active pour fixer le courant dans la «queue» du différentiel. Le courant entre les deux branches du différentiel est équilibré grâce à une résistance ajustable. Le second étage est un amplificateur différentiel à transistors 2SA1145 chargé par un miroir de courant à un transistor.

Le circuit d’entrée asymétrique est implanté sur un circuit imprimé fixé verticalement, derrière la partie arrière du boîtier, et abrité sous un capot cuivré de blindage. Ce circuit imprimé porte plusieurs languettes en cuivre pour doubler les plans de masse. Certaines liaisons du circuit ne sont pas réalisées par des pistes imprimées, mais avec du câble coaxial.

La modulation audio à bas niveau est transportée entre les différents circuits imprimés par des câbles blindés bifilaires.

Un circuit de protection complète ce tableau. Il déclenche les relais de sortie en cas d’accident, tel qu’un court-circuit sur les bornes haut-parleurs, une surcharge de courant à travers les étages de puissance, une température trop élevée sur le dissipateur, ou encore une tension continue excessive en sortie.

Les alimentations du POA-S1 occupent la seconde moitié du volume du boîtier.

On trouve d’abord un gros transformateur à noyau EI caréné, avec de multiples secondaires. Ce transformateur est relié aux alimentations des circuits d’entrée, des étages de gains en tension et, par des secondaires indépendants, aux circuits de protection, qui disposent de leurs propres alimentations régulées.

L’alimentation des circuits d’entrée est implantée sur le même circuit imprimé que ces derniers. Elle comporte un filtrage par condensateurs et deux régulateurs symétriques réalisés en composants discrets, et dont les transistors-ballasts sont montés sur des dissipateurs thermiques.

L’alimentation des circuits de gain en tension des amplificateurs de puissance est constituée d’un redressement par un pont de diodes commun à l’alimentation des étages d’entrée, un filtrage par condensateurs, et deux régulateurs symétriques. Ces régulateurs, réalisés en composants discrets, sont plus sophistiqués que pour les étages d’entrée. L’alimentation positive comporte une boucle de régulation dont le réglage est affinée par une résistance ajustable. Le régulateur de la branche négative est ensuite rendu esclave du rail positif pour que l’écart de tension entre les deux rails soit toujours constant. Les transistors-ballast de cette alimentation sont montés sur des dissipateurs thermiques.

L’alimentation des étages de sortie est une autre des originalités du POA-S1. Comme vu plus haut, dans une alimentation linéaire classique, les diodes en montage à redressement double alternance rechargent les condensateurs de filtrage 100 fois par seconde. Dans le cas d’une alimentation de forte puissance, de très forts pics de courant traversent les condensateurs vers la masse électrique à chaque cycle de recharge. Ces pics de courant d’intensité très élevée créent des parasites à l’intérieur de l’amplificateur. Ils sont d’autant plus élevés que la capacité de filtrage qui suit le pont de diode est importante. En effet, l’angle de conduction des diodes diminue avec l’augmentation de la capacité des condensateurs qui les suivent. Des pics de courant plus élevés durant un laps de temps plus court créent des parasites d’un niveau plus élevé. C’est l’un des problèmes posés par le surdimensionnement des condensateurs de filtrage.

Pour réduire les effets de ces pics d’intensité, Denon a utilisé un redresseur qui ne fait pas appel à des diodes, mais à quatre transistors MOS-FET de puissance, en l’occurrence des Toshiba 2SK1382. Ces MOS-FET sont commandés à partir d’enroulements secondaires dédiés du transformateur EI (Voir fig. 13). L’utilisation de MOS-FET permet d’obtenir des caractéristiques de commutation plus douces qu’avec des diodes, ce qui réduit les pics d’intensité lors des cycles de recharges des condensateurs de filtrage.

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L’alimentation de puissance est formée par deux transformateurs à noyau torique dont les enroulements secondaires à point milieu sont reliés en parallèle afin de diminuer leur impédance de sortie, une précaution nécessaire compte tenu des courants que nécessitent les circuits d’amplification. Pour réduire les vibrations de ces transformateurs, ces derniers sont vissés dans des vasques en alliage de métaux frittés qui sont ensuite remplies de résine. Vient ensuite le pont de redressement à MOS-FET, chacun d’entre eux étant inséré entre un dissipateur thermique à ailettes et un grand radiateur en cuivre. Le filtrage comporte deux gros condensateurs chimiques de 30000µF/63 volts en parallèle avec deux condensateurs de 2000 µF (Voir plus bas au chapitre «composants») (3). Ces quatre condensateurs sont fixés au châssis du boîtier par des colliers en métal cuivré.

Cette alimentation est câblée en l’air. Une longue pièce en cuivre relie la masse les condensateurs de filtrage. Les rails positifs et négatifs de l’alimentation sont câblés sur des pièces en cuivre qui relient entre elles les électrodes actives de chaque couple de condensateurs.

Il est à noter qu’en dehors du modèle destiné à l’Europe, le POA-S1 dispose de transformateurs d’alimentation à multiples enroulements primaires qui permettent de l’adapter à différentes tensions secteur. L’opération nécessite à la fois la commutation d’un sélecteur en face arrière (pour le petit transformateur EI), et la modification du câblage des transformateurs toriques, ainsi que le changement des fusibles à l’intérieur de l’appareil.


Fabrication :

La principale originalité de l’appareil est un châssis suspendu aux quatre pieds. Ces pieds sont fixés directement sur les éléments les plus vibrants que sont les transformateurs d’alimentation et le dissipateur thermique de l’étage de sortie. Denon nomme ce concept «direct mechanical ground». Il permettrait d’offrir aux vibrations un chemin d’écoulement direct vers le sol afin d’éviter qu’elles ne se propagent à l’intérieur de l’appareil.

Les axes des deux transformateurs d’alimentation toroïdaux logés dans leurs vasques sont directement vissés sur deux hauts piliers massifs en alliage de métaux frittés. Deux autres piliers moins haut sont vissés sur des ailettes renforcées du dissipateur thermique. Ces piliers sont chaussés à leurs bases par des pieds massifs en cuivre.

Les vasques accueillant les transformateurs toroïdaux et le dissipateur sont vissés sur un châssis en aluminium moulé d’une seule pièce. Sur les flancs du châssis sont vissées des pièces d’armature en acier qui reçoivent les multiples plaques alternativement en aluminium et en acier qui forment les côtés du boîtier de l’amplificateur. Des bandes de caoutchouc sont coincées entre les armatures et les plaques de métal pour absorber les vibrations. Une pièce en forme de «U» cloisonne le compartiment des alimentations. Sur cet ensemble, une armature en acier accueille les quatre pièces en aluminium qui ferment le boîtier par le haut. (4) De massives plaques d’aluminium forment la face avant et la partie arrière du boîtier. L’épaisseur des plaques de métal du boîtier se mesure en centimètres… La finition est assurée par des angles doux fixés au niveau des arrêtes et par les joues qui flanquent la façade. Une plaque perforée d’ouïes de ventilation forme le fond du boîtier.


* Les circuits présentés sous ces liens sont des illustrations générales auxquelles il est renvoyé pour information ; ils ne correspondent pas exactement aux circuits des appareils présentés dans cette filière.


Notes :

(1) Ce problème est assez bien documenté au Japon, où, pour le contourner, certains constructeurs utilisaient un double potentiomètre dont une piste était placée à l’entrée du préamplificateur, et l’autre chargeait la sortie du préampli. Cette configuration permet de réduire le bruit de fond introduit par le réglage du volume. A titre d’exemple, Yamaha a mis en oeuvre cette technique dans son préamplificateur C-1.

(2) La technique du frittage consiste à amalgamer une poudre de métaux à basse température. D’après Denon, le produit de cette opération est un matériau présentant une capacité intéressante à retarder la conversion des vibrations en chaleur.

(3) L’examen des schémas du POA-S1, qui portent la trace de corrections effectuées à la main, permet de faire une constatation intéressante et d’ouvrir une petite parenthèse. A l’origine, de petits condensateurs à film montés en parallèle des gros chimiques étaient prévus. Cette pratique est très prisée en DIY, y compris pour «l’amélioration» des alimentations d’appareils du commerce, qui en sont souvent dépourvus. Ces condensateurs sont destinés à compenser l’inductance parasite des gros chimiques dans les hautes fréquences. Pourtant, dans le POA-S1, ces condensateurs ont été supprimés. Peut-être a-t-il été constaté ce qui peut arriver lorsqu’un gros chimique est mis en parallèle de manière rapprochée avec un petit condensateur : la formation d’un circuit résonnant qui peut rendre l’alimentation instable. Ce problème semble très peu documenté dans les écrits destinés au DIY.

(4) Il existe un modèle rare sur lequel une plaque en plexiglas surplombe le compartiment des transformateurs (Voir la première photo ci-dessus). Le modèle testé par la Nouvelle Revue du Son avait au-dessus du compartiment de l'alimentation des plaques gravées pour figurer la position des transformateurs et des condensateurs de filtrage.
Fichiers joints
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Message par Google » 20 Nov 2006 2:20

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Message » 20 Nov 2006 2:23

Et bein.... j'ai rien compris mais chapeau pour totu ce travail


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Message » 20 Nov 2006 2:30

Composants électroniques :

Comme il est de coutume sur les appareils hi-fi japonais à partir d’une certaine classe, les composants passifs sont pour la plupart choisis parmi les produits «pour audio» que tout grand fabriquant japonais de composants qui se respecte entretient à son catalogue. Les composants que Denon a placé dans les circuits audio, et même non audio, des PRA-S1 et POA-S1 sont pris dans le haut du pavé des catalogues de ces fabricants.

Les résistances sont pratiquement toutes des fameuses Riken RMG, très prisées des «tubistes». Il s’agit de résistances à film carbone de fabrication non inductive avec sorties sur fils de cuivre ultra-pur plaqués or. Ces résistances sont généreusement utilisées dans les circuits du préamplificateur et de l’amplificateur de puissance. Elles sont notamment utilisées comme éléments résistifs dans le commutateur de réglage de niveau et la balance du préamplificateur.

Des résistances-fusibles «spécial audio» série RFA de la firme Riken, extérieurement très semblables aux RMG mais de couleur marron, sont aussi abondamment utilisées.

Les condensateurs de faibles valeurs sont notamment des modèles à film polypropylène, des condensateurs à film métallisé avec sorties sur fils plaqués or fabriqués par la discrète firme Annaka, et des condensateurs à film polystyrène (aussi appelé styroflex) corsetés par des bandes de matériau amortissant.

Les condensateurs chimiques sont essentiellement fournis par Elna. On trouve des Elna Silmic en grande quantité. Un grand nombre de ces condensateurs sont fabriqués spécialement dans des valeurs de capacités et de tensions de service que l’on ne trouve pas dans le catalogue d’Elna. Rappelons brièvement que les Silmic sont présentés par Elna comme des condensateurs pour audio à très basse distorsion, dont le diélectrique est formé à base de fibres de soie et les pattes en cuivre OFC.

A côté des Elna Silmic, bien connus, on trouve plusieurs variantes spéciales de ces condensateurs :
- des Silmic Super Gold, version dont les pattes sont plaquées or.
- des Silmic Alpha. J’ignore tout de ces condensateurs, si ce n’est qu’ils ont la particularité remarquable d’être extrêmement volumineux. A titre d’exemple, les Alpha de 100 µF/50 V ont les mêmes dimensions que les Silmic classiques de 4700 µF/50 V avec lesquels ils sont montés en parallèle pour le filtrage des alimentations de sortie du générateur de tension du PRA-S1.
- des Silmic Alpha Super Gold : sans doute les mêmes que précédemment, mais avec des fils plaqués or.
Ces Silmic spéciaux semblent bien fabriqués uniquement pour Denon (Sauf si vous en trouvez ailleurs, ce que je n’ai pas réussi à faire). Ils sont non seulement utilisés dans les appareils de la série S1, mais aussi à dose homéopathique dans des appareils de la série S10, dans le PMA-2000R et le lecteur de CD DCD-1880AR. La récente série de très haut de gamme SA1 de Denon a poursuivi la tradition de ces composants spéciaux, puisqu’on y observe maintenant des Silmic II modifiés.

On trouve également des Elna Duorex II, condensateurs à basse distorsion avec des pattes en cuivre OFC.

Les condensateurs de filtrage de l’alimentation de puissance du POA-S1 sont des Elna de la série LPO, conçue pour un tel usage dans les appareils audio. Comme la valeur de 30000 µF/63 V ne se trouvait pas dans le catalogue d’Elna, ces composants étaient donc nécessairement fabriqués sur mesure pour le POA-S1. Tel était aussi certainement le cas des condensateurs de 2000µF/50 V montés en parallèle avec les LPO, et qui ont le même aspect que ces derniers. Ces condensateurs de 2000 µF sont gigantesques : ils ont la même taille que ceux de 30000 µF ! Il existe certainement entre ces deux types de composants la même différence qu’entre les Silmic et les Silmic Alpha. D’après Johannes Maier, journaliste au magazine allemand Stereoplay, ces condensateurs de 2000 µF seraient optimisés pour répondre à des impulsions extrêmement rapides.

Enfin, on trouve également des condensateurs chimiques de grade audiophile de marque Nippon Chemicon : des condensateurs série ASF avec pattes en cuivre, et des composants de série AWF (dont certains en version bipolaire), dont le corps est entièrement enrobé par du caoutchouc afin de l'amortir.

Les relais de petits signaux sont des modèles étanches de haute qualité de la firme Takamisawa, avec des contacts argent-palladium dorés.

Quant aux composants actifs, ce sont pour la plupart des semi-conducteurs destinés à un usage audio, dont de très réputés, comme les doubles FET Toshiba 2SK389.

L’examen des nomenclatures des composants actifs dans les manuels de maintenance du PRA-S1 et du POA-S1 révèle que les séries et les classes de gain des composants actifs sont soigneusement sélectionnés. La désignation de certains composants évoque un appairage d’usine. Il n’est pas impossible, compte tenu de la gamme de ces appareils, qu’un tri plus poussé, non seulement des composants actifs, mais aussi des composants passifs, ait été effectué.



Spécifications du constructeur

Dans ce chapitre, je me contente de reproduire les spécifications données par Denon.

PRA-S1 :

Unité de contrôle :

Niveau de sortie :
- asymétrique, normal comme inversé : 1 V (0 dBV)
- symétrique : 2 V
Sensibilité d’entrée :
- phono : 2,5 mV/47 kohms (-52 dBV)
- CD, Tuner, Tape-1, Tape-2 : 150 mV/47 kohms (-16,5 dBV)
- Balanced-1, Balanced-2 : 150 mV/100 kohms (-16,5 dBV)
Déviation de la courbe RIAA (entrée phono) : +/- 0,3 dB de 20 Hz à 20 kHz
Distorsion harmonique totale : 0,005% ou moins
Rapport signal sur bruit (réseau IHF A, entrées court-circuitées) :
- phono : 91 dB (niveau d'entrée 0.5 mV)
- CD, Tuner, Tape-1, Tape-2 : 108 dB
Dimensions (toutes excroissances comprises) : 434 mm (largeur) x 145 mm (hauteur) x 443 mm (longueur)
Masse : 17,4 kg

Alimentation :

Secteur :
- Japon : 100 V alternatifs/50/60Hz
- Etats-Unis : 120 V alternatifs/60 Hz
- Asie : 220 V alternatifs/50/60 Hz
- Europe : 230 V alternatifs/50 Hz
Consommation :
- Etats-Unis : 120 W
- Asie et Europe : 110 W
Dimensions (toutes excroissances comprises) : 434 mm (largeur) x 145 mm (hauteur) x 426 mm (longueur)
Masse : 24,8 kg
Longueur du câble secteur : 2 m
Longueur de chaque câble d'alimentation continue : 1 m


POA-S1 :

Puissance continue sur 8 ohms, de 20 Hz à 20 kHz avec pas plus de 0.05% de distorsion harmonique totale : 250 W minimum
Puissance DIN mesurée à 1 kHz avec 0.5% de distorsion harmonique totale :
- 4 ohms : 500 W
- 2 ohms : 1000 W
- 1 ohm : 1400 W
Distorsion harmonique totale de 20 Hz à 20 kHz à -3 dB sur 8 ohms : 0.008%
Distorsion par intermodulation pour une combinaison de fréquences (60Hz/7000 Hz) dans un rapport de 4 à 1, à -3 dB sur 8 ohms : 0.003% ou moins
Réponse en puissance à -3 dB sur 8 ohms avec 0.05% de distorsion harmonique totale : 5 Hz à 50 kHz
Réponse en fréquence à 1 W sur 8 ohms : 1 Hz à 300 kHz
Sensibilité d'entrée :
- asymétrique : 1 V/47 kohms
- symétrique : 1 V/47 kohms
Impédance de sortie à 1 kHz : 0.05 ohm
Rapport signal sur bruit (pondéré A) :
- asymétrique : 110 dB
- symétrique : 120 dB
Impédance nominale de charge : 1 à 16 ohms
Alimentation (Japon) :
- 100 V alternatifs/50/60Hz
- consommation : 1100 W
Dimensions (toutes excroissances comprises) : 434 mm (largeur) x 273,5 mm (hauteur) x 638,5 mm (longueur)
Masse : 79 kg


Tests :

Pour donner un peu de substance aux performances de ces appareils, je reproduis ici les mesures effectuées par quelques revues.

* Prestige Audio Vidéo, N°2, avril 1995, p. 44

PRA-S1 :

Sensibilité sur entrée CD sur un signal de 1 kHz :
- entrée asymétrique : 150 mV pour 1 V en sortie
- entrée symétrique : 150 mV pour 2 V en sortie
Niveau de sortie maximum : 12,8 V pour 2 V en entrée
Sensibilité de l’entrée phono à 1 kHz : 165 mV
Rapport signal sur bruit (pondéré A), entrées court-circuitées :
- entrée haut niveau : 110 dB (très peu de différence entre les modes symétrique et asymétrique)
- entrée phono : 90 dB
Déviation de la courbe RIAA sur l’entrée phono : +/- 0,3 dB de 20 Hz à 20 kHz
Distorsion non mesurable


* La Nouvelle Revue du Son, N°178, mai 1994, p. 76

POA-S1 :

Puissance pour 0.3% de distorsion harmonique à la limite de l'écrêtage à 1 kHz ; tension d'alimentation nominale 220 V :
- 8 ohms : 270 W
- 4 ohms : 520 W
- 2 ohms : 1000 W
Distorsion par harmoniques à 1 kHz à 100 W : 0.003%
Taux de distorsion en fonction de la fréquence, de 0,5 W à la limite de l'écrêtage sur 8 ohms : 0.003% ou moins
Distorsion par intermodulation pour une combinaison de fréquences (60Hz/7000 Hz) dans un rapport de 4 à 1 :
- à 100 W : 0.002%
- à 1 W : 0.001%
Rapport signal sur bruit non pondéré à la puissance nominale :
- asymétrique : 110 dB
- symétrique : 120 dB
Temps de montée sur signal carré à 10 kHz : 1.5 µs
Sensibilité d'entrée :
- asymétrique : 1V/47 kohms
- symétrique : 1V/47 kohms


* Stereoplay (Allemagne), N°7, juillet 1994, p. 6

POA-S1 :

Puissance continue mesurée à 1 kHz et 0.7% de distorsion, tenue pendant au moins 10 mn sur charge résistive de 4 ohms (norme DIN) : 630 W
Profil de puissance, mesuré sur charges résistives et entre parenthèses sur charges inductives (déphasage +60°) avec un signal de 60 Hz d'amplitude variable, alternativement croissante puis décroissante, dans un rapport cyclique de 30 % :
- sur 16 ohms : 170 W (170 VA)
- sur 8 ohms : 330 W (330 VA)
- sur 4 ohms : 630 W (630 VA)
- sur 2 ohms : 1050 W (1050 VA)
- sur 1 ohm : 1800 W
Facteur d'amortissement :
- grave (100 Hz) : 360
- aigu (10 kHz) : 65
Spectre de distorsion harmonique sur 1 kHz à 25 W/4 ohms dans la bande 0 Hz - 20 kHz :
- harmonique 2 : -100 dB (0,001%)
- harmonique 3 : -102,5 dB
- harmonique 5 : -114 dB
- pas d'autres harmoniques
Réponse impulsionnelle sur charge complexe, avec un signal carré filtré de 25 kHz et de 25 V d'amplitude : recouvrement quasi-parfait du signal d'entrée par le signal de sortie ; aucune oscillation
Temps de montée :
- sur 8 ohms : 1,4 µs
- sur 2 ohms : 2,6 µs
Rapport signal sur bruit mesuré avec 10 V en sortie :
- en tenant compte des bruits du secteur (50 Hz) : 104 dB
- en pondération A : 107 dB
Impédance d'entrée sur la fiche Cinch : 25 kohms/500 pF


La descendance des amplificateurs Sensitive 1 :

Manifestement conçus comme des vitrines, à la fois de la technologie et des valeurs esthétiques de la marque, le préamplificateur PRA-S1 et l’amplificateur POA-S1 étaient et demeurent des appareils rares et de toute manière inaccessibles au commun des mortels. Le préamplificateur étant dépourvu de tout dispositif de correction, cet ensemble est réservé à n’être utilisé que dans le cadre d’une chaîne dont les enceintes de très haute qualité sont couplées à un local d’écoute offrant une acoustique optimale permettant d’obtenir une restitution parfaitement équilibrée.

Cependant, Denon a tiré de ses «locomotives» des appareils aux ambitions plus modestes, mais aussi plus en rapport avec une utilisation dans un cadre domestique plus commun. La principale caractéristique distinctive du POA-S1, son étage de sortie cascode mettant en œuvre des transistors de type UHC-MOS, a été déclinée sur un ensemble d’amplificateurs dont la descendance se perpétue encore aujourd’hui. En revanche, le PRA-S1, beaucoup plus spécifique, n’a pas vraiment eu de successeur et reste unique sur ses aspects les plus singuliers.

Dans la série Sensitive 1 a existé un amplificateur intégré de puissance modeste : le PMA-S1 (1993). Cet appareil entièrement symétrique utilisait un circuit dérivé du «New Inverted Sigma Balance» associé à un étage de sortie cascode spécifique à ce modèle, le tout dans un boîtier construit de façon comparable à l’alimentation du PRA-S1, avec un dissipateur thermique moulé d’une seule pièce avec le châssis en aluminium. Comme cet appareil entre dans le sujet de la filière, je serais peut-être amené à le décrire en détail.

Une série Sensitive 10, plus conventionnelle et plus abordable, a également été dérivée. Elle a peu à peu pris le statut de sommet de la gamme des amplificateurs Denon, même si on ne peut pas vraiment la comparer à la série Sensitive 1.

Le premier appareil de cette série a été l’amplificateur intégré PMA-S10, qui n’est pas symétrique, mais reprend le schéma des étages de sortie du PMA-S1 sous une forme légèrement adaptée. Le boîtier est de fabrication beaucoup plus classique, mais extrêmement soignée.

Vinrent ensuite le préamplificateur PRA-S10 et les blocs de puissance monauraux POA-S10. De la série S1, le PRA-S10 reprend un étage de gain dans le style du circuit «New Inverted Sigma Balance» qui n’accepte cependant que des signaux asymétriques en entrée, tandis que le POA-S10 met en oeuvre un étage de sortie cascode.

Par la suite, Denon a abandonné le créneau des éléments amplificateurs séparés et on ne trouve plus qu’une série d’amplificateurs intégrés, qui s’amalgament avec les autres amplificateurs de Denon, notamment en ce qui concerne la conception du boîtier (issu du tout premier PMA-2000R), du préamplificateur phono, et des circuits correcteurs de tonalité. Le premier appareil de cette série a été le PMA-S10II, qui n’a pratiquement rien en commun avec son prédécesseur. Il met en œuvre un schéma épuré avec une nouvelle évolution de l’étage de sortie cascode. Cet appareil a été la base d’une série d’évolutions mineures : PMA-S10III, PMA-S10III-L (Pour «Limited», version construite à l’occasion du 90ème anniversaire de la marque), et enfin l’actuel PMA-SA11. A partir du PMA-S10III, les appareils de la série Sensitive 10 n’ont plus fait d’apparitions en-dehors du Japon et de quelques rares autres pays d’Asie.

C’est avec le PMA-SA11 que fut lancée la nouvelle série «Sensitive and Advanced». Cette série sert apparemment de moteur à la ligne «Advanced Evolution» dans la gamme inférieure de Denon, ligne qui, d’après la presse spécialisée contemporaine, marque le retour de Denon dans l’audio de haut de gamme. Cependant, la distribution du PMA-SA11 reste toujours aussi réduite. Ce n’est vraiment qu’avec le récent PMA-SA1 qu’un appareil héritier de la série Sensitive 1 a retrouvé une distribution mondiale. Le PMA-SA1 reprend (apparemment quasiment à l’identique) les schémas du PMA-S1, mais dans un boîtier de conception à peu près similaire aux amplificateurs intégrés Denon contemporains, et avec des composants actifs et passifs actualisés.

Les amplificateurs de Denon situés immédiatement dans la gamme au-dessous de la série S10, puis SA11, bien qu’ils revendiquent une filiation avec elles en arborant en façade la mention «UHC-MOS Single push-pull circuit», n’ont en réalité rien d’essentiellement commun avec leurs aînés.


Mes plus vifs remerciements au responsable du site http://www.HigherFi.com pour son aimable autorisation de reproduire ses photographies du POA-S1.
Dernière édition par Scytales le 29 Sep 2007 12:26, édité 8 fois.
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Message » 20 Nov 2006 10:09

J'ai qu'un mot à dire : Wahouuuu !
Quel monumental boulot ! Bravo et merci de nous faire partager ton savoir, j'ai cherché pendant assez longtemps un ensemble PRA + POA S10 :cry: ...
De bien belles machines, probablement desservies et méconnues à cause du nom de leur fabricant, de façon injuste ...
cyril65
 
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Message » 20 Nov 2006 10:48

qui a dit que je faisais long :lol:

Bravo Scytales :wink:


Alain :wink:
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Message » 20 Nov 2006 12:22

Bravo!!!!!!!!
dub, angus, ... et haskil, va falloir un peu étayer les CR :lol: :wink:
expertdoc
 
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Message » 20 Nov 2006 13:34

Je viens de tout lire : chapeau ! Le nombre d'heures de travail que cela représente est difficile à établir.


Si seulement, les revues de hifi pouvait en faire autant. On serait instruit !

Alain :wink:
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Message » 20 Nov 2006 15:23

:o :o :o :o :o :o :o :o :o :o :o :o :o :o :o
Je n'aurai qu'un mot, non d'ailleurs je ne trouve pas de mots. :wink:
angus2
 
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Message » 20 Nov 2006 15:34

expertdoc a écrit:Bravo!!!!!!!!
dub, angus, ... et haskil, va falloir un peu étayer les CR :lol: :wink:
Et mettre des photos et des schémas ? :o
Eh, Oh, ça va pas la tête, y a pas marqué Scytales !!!! :mdr:
angus2
 
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Message » 20 Nov 2006 17:01

Bravo Scytales pour ce CR plus quexhaustif.

A noter que ces développements se retrouvent en partie dans les intégrés PMA2000AE et PMA1500AE qui semblent faire l'hunanimité auprès des revues

A+

Jérôme
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Message » 20 Nov 2006 17:57

Bravo Scytales,

C'est un travail de grande qualité. J'ai presque tout lu (j'ai lu quelques passages en travers tant ils me dépassent) mais bon comme c'est dit, si la presse t'avais...

Bon si tu ne sais pas quoi faire pendant ton temps libre j'ai 400 produit sur le site...
:P

Un grand respect en tous cas et à bientôt

Ronan
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Message » 21 Nov 2006 23:34

Merci pour les compliments :oops:

Ca fait un peu "fétichiste" tout ça. Mais bon! Dorénavant, quand quelqu'un quelque part dans le monde fera une recherche sur ces appareils, il tombera peut-être sur HC-FR... :P

C'est vrai que les descriptions de circuits sont à la fois trop et pas assez détaillées, selon le point de vue. Il ne m'était de toute façon pas possible de rentrer dans un détail qui m'échappe sans doute autant qu'à Ronan. Alors, j'en suis resté au niveau descriptif que l'on recontre précisément dans une revue comme la NRDS, tout en essayant d'apporter une petite plus-value en expliquant certaines choses pas trop incompréhensibles!

Juste un truc à propos du PMA-2000AE. J'ai aussi en ma possession les schémas du tout premier PMA-2000R, et, comme je l'ai laissé entendre dans ma conclusion, il ne tient pour ainsi dire rien des amplis la série S1. Ce qui ne veut pas dire qu'il soit mauvais, bien sûr! Peut-être le PMA-2000AE a-t-il quelques caractéristiques que je ne connais pas et qui le rapproche de cet ancien haut de gamme Denon, ou de l'actuel.
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Message » 22 Nov 2006 0:46

79 kilos :o comme dirait l'autre Mazzzzzzzète

Sinon très instructif chapeau... 8)
C0nst@ntine
 
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Message » 22 Nov 2006 10:38

Scytales, voici quelques éléments complémentaires si ça peut aider.

PRA-S1 sur le site Denon Museum Japon :
http://denon.jp/museum/products/pras1.html

POA-S1 sur le site Denon Museum Japon :
http://denon.jp/museum/products/poas1.html

Extrait du catalogue Denon 1993/1994 :

[images modérées par talenko : image extraite d'un catalogue protégé]
Fichiers joints
Denon_S1_1993-1994.jpg
Extrait catalogue Denon 1993/1994
(487.23 Kio) Téléchargé 187 fois
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Message » 22 Nov 2006 11:46

La preuve qu'un simple push pull de transistors bien mis en oeuvre ça marche :wink:


Bravo pour ce travail remarquable, même si a la lecture de la description je suis souvent largué :-?


Laurent :wink:
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