Ampli Schaller GS1000 : schéma

Voici le schéma de l'ampli de puissance de 100 Watts efficaces issu de l'ampli Schaller GS1000. Ce schéma est reconstitué et pourra servir pour détailler le fonctionnement d'un étage de sortie quasi complémentaire basé sur des transistors de puissance NPN (RCA40411, remplaçables par des 2N3055 à défaut d'autre chose) exclusivement, structure typique des années 1970 où les transistors de puissance PNP n'étaient pas encore présents sur le marché.

Le schéma de l'ampli Schaller GS1000 figure ci-dessous. La tension d'alimentation 70 Volts est une tension simple positive par rapport à la masse audio de tout l'ampli : préampli et châssis.

La particularité de cet ampli de puissance réside dans l'unique transistor (T1) qui fonctionne à la fois comme amplificateur de tension et comme étage d'entrée. Il n'y a pas la classique paire différentielle.

Ci dessous figure le schéma de l'ampli Schaller GS1000, sans sa partie protection :

Schéma : Ampli Schaller GS1000 (sans la partie protection)

La protection de cet ampli est classique et repose sur des transistors qui court-circuitent les bases des transistors drivers lorsque la tension aux bornes des résistances d'émetteur (0,24 Ohm) atteignent une valeur donnée. Il s'agit d'une limitation en courant simple et non de la structure plus élaborée ("VI limiter") qui tient compte à la fois de la tension aux bornes du transistor et du courant.

Fonctionnement de l'ampli Schaller GS1000

Voici quelques explications sur le fonctionnement de l'amplificateur de puissance Schaller GS1000 qui présente une simplicité surprenante pour un amplificateur de 100 Watts.

Etage d'entrée et amplificateur en tension de l'ampli Schaller : un RCA40408

Cet étage d'entrée de l'ampli joue un double rôle.

Le signal d'entrée audio arrive via le condensateur C0 qui bloque la composante continue (qui sert à polariser T1, un RCA40408). Ce condensateur a été ajouté sur le schéma pour rendre l'amplificateur utilisable si vous souhaitez le réaliser. Il n'est pas physiquement sur le circuit imprimé et se trouve à la sortie du préamplificateur.

Il est probable qu'un BD139 peut remplacer le RCA40408 en réajustant la tension de sortie.

Transistor RCA40408 comme amplificateur en tension dans le GS1000

La borne positive de C0 se trouve du côté du transistor T1 et non du côté de l'entrée audio.

Le transistor T1 sert d'amplificateur en tension avec la source de courant basée sur l'ensemble R3, R4 et C1 (condensateur de bootstrap).

R6 et C3 stabilisent le point de fonctionnement statique de T1.

Ajustement de la tension de sortie à Vcc/2

La tension de sortie doit être égale à la moitié de la tension d'alimentation au repos.

La base de T1 est polarisée par le pont diviseur de tension R1 et R2. R1 est un potentiomètre dont la valeur est ajustée à 10,5 kOhms environ pour établir la tension de sortie à la moitié de l'alimentation (ici 35 Volts pour une alimentation de 70 Volts).

R2 est une résistance fixe de 100 kOhms qui sert, avec R1, à fixer la tension de sortie mais aussi à faire la contre réaction de l'ampli. Elle a donc un double rôle et c'est là que se tient la simplicité de ce schéma.

C2 limite la bande passante de l'amplificateur et améliore la stabilité (la classique capa Miller). Augmenter sa valeur permet d'augmenter la stabilité mais réduit la bande passante. Il s'agit d'un compromis.

Basse impédance d'entrée de l'amplificateur : 5 kOhms

Contrairement aux amplis avec étage d'entrée différentiel et amplificateur en tension séparés, cet ampli présente une impédance d'entrée faible. L'impédance d'entrée est d'environ 5 kOhms. Elle est surtout liée à la résistance dynamique de la jonction base-émetteur de T1 (h11) et au condensateur de découplage C3 qui fixe l'émetteur à la masse en régime dynamique.

Ajustement du courant de repos

L'ajustement du courant de repos se fait par un simple potentiomètre. Ici, ce potentiomètre est une résistance fixe de 82 Ohms. Dans l'ampli Schaller, R5 était un potentiomètre de 100 Ohms réglé entre 85 et 90 Ohms.

Les diodes D1 et D2 (1N3754 de RCA) sont montées sur le radiateur des transistors de puissance RCA40411 et sont ainsi en bon couplage thermique avec ces transistors.

Diode 1N3754 de RCA

La faiblesse du montage avec le potentiomètre tient à la fiabilité de la continuité qu'offre le potentiomètre. Si un faux contact a lieu entre le curseur et la piste résistive (et cela peut arriver après 50 ans, l'âge de l'ampli !), le courant de repos va monter à des valeurs incontrôlées et détruire quasi instantanément les transistors de puissance. Il est prudent de remplacer le potentiomètre par une résistance fixe de valeur très légèrement inférieure. Ici, R5 est fixée à 82 Ohms.

On aurait pu ajouter un condensateur en parallèle avec l'ensemble R5, D1 et D2 comme cela existe sur d'autres amplificateurs.

Etage de sortie : quasi complémentaire

L'étage de sortie est quasi complémentaire, basé sur une paire de drivers NPN (BD139) et PNP (BD140). Les transistors de sortie sont des RCA 40411 aujourd'hui obsolètes. Les transistors équivalents au RCA 40411 étaient les MJ802, eux aussi obsolètes. On peut les remplacer par les classiques (mais moins performants) 2N3055 à défaut d'autre chose.

Les caractéristiques principales des transistors RCA 40411 sont :

Vce : 90 Volts

Ic : 30 Ampères

Puissance totale : 150 Watts

Transistors RCA 40411 de l'ampli Schaller

Le courant collecteur 30 Ampères est une valeur généreuse et avec deux paires en parallèle, le courant de sortie que peuvent fournir les transistors pourrait même atteindre 60 Ampères !

La résistance R9 est une particularité de ce montage quasi complémentaire. Grâce à elle, le courant de repos peut être ajusté plus finement. R7 et R8 garantissent un blocage fiable des transistors de puissance T4 à T7.

Les résistances d'émetteur sont des 0,24 Ohm. Sur la partie du "bas", ces résistances sont en série avec les collecteurs. Elles ne servent donc pas à équilibrer les courants entre T6 et T7. Leur rôle consiste seulement à faire une symétrie vis à vis de la partie du "haut" (T4 et T5).

L'équilibrage des courants entre T6 et T7 ne se fait qu'avec les résistances en série avec les bases (R16 et R17) ainsi que le bon couplage thermique entre ces deux transistors.

Point de fonctionnement statique de l'ampli

Les mesures ont été faites au voltmètre en position "DC" avec une alimentation de 70 V. La tension de sortie a été ajustée à 35 V. Les points de fonctionnements statiques ont été mesurés et facilitent la compréhension de l'ampli :

Tensions statiques dans l'ampli au repos

R1 et R2 fixent la tension de sortie à 35 V. Une petite tension (0,09 V) existe aux bornes de R9. Le courant qui traverse R9 est en effet égal à celui traversant R8. Le courant de base des transistors de puissance est nul : l'ampli fonctionne en classe B, et non AB. L'étage driver fonctionne en classe AB, mais l'étage de puissance fonctionne en classe B.

Le potentiomètre (ici R5) est traversé par le courant qui fixe la polarisation des bases des transistors drivers T2 et T3.

La même étude (schéma, et fonctionnement statique) a été faite sur un ampli hifi vintage Cabasse Polaris utilisant des transistors au germanium AD149 :

Ampli hifi Cabasse Polaris : mesures, schéma, réparation

Protection de l'ampli

La protection de l'ampli repose sur une limitation en courant basée sur la tension qui apparaît aux bornes des résistances de 0,24 Ohm (R10 et R12 ou R11 et R13). Elle n'est pas représentée sur le schéma mais sa conception est classique.

Condensateur de liaison

Comme l'ampli est alimenté par une tension simple, un condensateur de liaison est nécessaire pour brancher le haut-parleur. Sa valeur est de 5000 uF 70 V. Malgré son grand âge (il est cinquantenaire...), sa valeur est de 5820 uF environ (mesurée au multimètre fonction capacité).

Par prudence, on le remplacera tout de même. La valeur minimum doit être de 2200 uF pour limiter l'atténuation aux plus basses fréquences (20 Hz). Avec cette valeur en effet, la fréquence de coupure fc avec un haut-parleur de 4 Ohms vaut 18 Hz environ :

fc = 1 / (2.pi.R.C) = 1 / (2 x pi x 4 x 0,0022) = 18 Hz

Plus le condensateur de liaison est gros, plus le "ploc" lors de la mise sous tension est important puisqu'il se charge à travers le haut-parleur.

Transformateur de sortie de l'ampli

Un transformateur de sortie est utilisé pour bénéficier de toute la puissance si on utilise un haut-parleur de 8 et 16 Ohms. La tension de sortie est ainsi élevée par ce transformateur dans un rapport 1,41 pour le haut-parleur de 8 Ohms et dans un rapport de 2 pour la sortie 16 Ohms.

La tension de sortie du transformateur sur les sorties 8 Ohms et 16 Ohms est plus élevée. Les rapports de transformation sont donc, pour les sorties 4, 8 et 16 Ohms égaux à 1 : 1,41 : 2.

Ce transformateur est un autotransformateur. Contrairement aux amplis à lampes, il ne possède pas d'enroulement haute impédance (celui qui est connecté aux lampes). On ne peut donc pas l'utiliser pour l'adapter à un ampli à lampes.

Son poids est de 2,3 kg environ, ce qui lui confère une puissance de 100 à 150 VA.

Transformateur de sortie de l'ampli Schaller GS1000 (démonté pour la photo !)

La tension maximale à 50 Hz que le transformateur peut supporter est d'environ 50 Volts efficaces avant la saturation. A 20 Hz, la tension maximale est d'environ 20 Volts, ce qui correspond à 100 Watts efficaces à 4 Ohms.

Ampli de guitare Schaller GS1000 à réparer

Ce schéma d'ampli a été reconstitué à partir d'un ancien ampli de guitare Schaller GS1000 à réparer. L'ensemble de l'ampli de puissance a été démonté :

Ampli de puissance (issu de l'ampli Schaller GS1000)

Il s'agit de cet ampli :

Ampli de guitare Schaller GS1000 : réparation

Le circuit imprimé de l'ampli est fixé au radiateur et connecté aux transistors de puissance par un connecteur :

Circuit imprimé de l'ampli Schaller

Vu de dessous :

Circuit imprimé de l'ampli : les notations "B", "C" et "E" indiquent les connexions des transistors de sortie

"D" indique la connexion vers les diodes qui fixent la polarisation (D1 et D2).

Connexion de l'ampli de puissance

L'ampli de puissance se démonte facilement par un connecteur qui le relie au reste de l'ampli. Ce connecteur possède un détrompeur et contient 4 bornes : entrée audio, masse, alimentation, sortie haut-parleur (avant condensateur de liaison). Le connecteur ressemble à ceci :

Connexion de l'ampli de puissance dans l'ampli Schaller GS1000

Le détail du connecteur : un circuit imprimé :

Détail du connecteur de l'ampli de puissance

Lors du remontage, les fils du connecteur sont soudés directement et le connecteur n'est plus utilisé : une source de faux contacts en moins !

Restauration de l'amplificateur de puissance

Les condensateurs ont été remplacés.

Les transistors de puissance sont démontés pour nettoyer l'ancienne pâte thermoconductrice et la remplacer par de la nouvelle :

Transistors de puissance RCA 40411

On remplace deux résistances 0,24 Ohm qui présentent des fissures ainsi qu'une petite résistance de 22 Ohms :

La résistance qui présente la fissure :

Exemple de résistance 0,24 Ohm à remplacer

Mot de la fin

Cet amplificateur de puissance Schaller présente une simplicité liée à l'étage d'entrée qui est en même temps l'étage amplificateur en tension. De nombreux composants ont été remplacés pour une réparation et le schéma a été reconstitué par la même occasion.

Ampli Schaller GS1000 après restauration