Electronique > Bases > Construire son amplificateur audio

Dernière mise à jour : 15/01/2017

Présentation

Vous êtes nombreux à vouloir construire un amplificateur audio de vos propres mains. Un petit amplificateur d'appoint pour une sirène trop silencieuse, un ampli portable pour jouer dans la rue, ou encore un ampli pour guitare ou de type hifi pour le salon. Très bonne idée ! Mais par où commencer ? Amplificateur à tubes électroniques (lampes) ou à transistors ? La question est récurente, j'ai donc décidé d'écrire quelques lignes à ce sujet.

Avertissements

Je ne suis pas un spécialiste de la hifi, contrairement à ce qu'on essaie parfois de me faire croire. Je ne suis d'ailleurs spécialiste en rien, ce qui est en accord avec ce que j'essaye de me faire croire. Je suis simplement bricoleur et me suis forgé quelques idées au fil des ans. Ne prenez pas pour argent comptant tout ce que je dit sur ce site, et continuez de chercher, naviguez, comparez, bref, soyez vous-même.

Amplificateur à tubes (lampes) ou à transistors ?

Voilà une des questions qui revient le plus souvent chez le débutant, qui souhaiterait en même temps et si possible, commencer avec un circuit "simple". La notion de simplicité est difficile à quantifier. Du seul point de vue "nombre de composants", certains amplis à tube sont plus simples que certains amplis à transistors. En revanche, un ampli à tube pose des contraintes que l'ampli transistorisé n'a pas.
Ceci étant posé, commençons.

Amplificateur standard - Par quoi commencer ?

Vous êtes vraiment nombreux à vouloir foncer tête baissée dans la réalisation d'un ampli à lampe pour guitare, ou dans celle d'un ampli transistorisé pour le salon (parfois c'est l'inverse, nul n'est parfait). Cela m'impressionne. Je me rappelle de mon premier ampli de puissance comme si c'était hier. Un ampli "booster" pour autoradio à base de TDA2002, qui n'avait rien à voir avec l'année en cours. Il tenait dans un petit coffret plat Teko en aluminium, composé de deux demi-coquilles assemblées par quatre vis. Le boîtier faisait office de radiateur, c'était drôlement pratique !

Ampli BF 002 Typon Ampli 4 x TDA200x
Ampli BF 002

Le plus drôle est que ma première version d'ampli (deux TDA2002 par voie, typon ressemblant à celui montré ci-avant) sortait du son avec un "truc" en plus. Mais un truc audible, pas agréable du tout. Pour sûr, le montage oscillait (je ne savais pas d'où cela venait) et le son, qui était bel et bien amplifié, était complètement "écrasé". Je parlerai de ce genre de truc dans quelques lignes, si mes souvenirs sont bons. Dans le cas présent, le problème était lié au fait que la masse des quatre TDA2002 était reliée sur la piste de masse du circuit imprimé, et en même temps au boîtier en alu, à travers la semelle des amplis intégrés. Une fois retirée cette jolie boucle de masse et raccourci les fils volants, tout fonctionnait correctement. Tout ceci pour dire que je suis parti sur un ampli 2 x [plein de watts] sans peur du qu'en dira-t-on. Alors pourquoi pas vous ? Mais si vous avez envie de vous faire les dents sur un ampli plus modeste avec un seul TDA2002 ou même un petit LM386, je n'ai rien contre.

Ampli BF a LM386 theremax_boitier_montage_002f
Ampli BF 003

Lors d'un échange de courrier avec un internaute, je me suis rappelé que j'avais en stock une certaine quantité de TAA611 (avec ses broches disposées "en quinconce" pour faire du slalom) et de TBA820, qui à une certaine époque étaient souvent utilisés. Je crois qu'ils ont fait partie des premiers circuits intégrés amplificateur de puissance qui étaient vraiment à la porté de tous. Chose curieuse, je n'ai pas accroché plus que ça avec ces circuits et en suis resté avec mes TDA20xx et LM386. La vie est parfois curieuse, peut-être ma peur était-elle proportionnelle au nombre de broches des circuits en question. Si aujourd'hui on me demande conseil sur le "meilleur ampli à faire soi même", je suis bien incapable de répondre. Tout au plus pourrais-je suggérer que les TDA7293 ou TDA7294 sont de bonnes bêtes : ils équipent bon nombre d'amplificateurs du commerce, ce qui est rassurant quelque part. Le LM3886 est pas mal aussi dans sa catégorie.

tda7293 ampli_bf_010_pcb_3d_a
Ampli BF 010

Ces circuits conviennent pour quelques dizaines de watts, les TDA2030 et TDA2040 (certes un peu moins performants) sont également bien placés pour des puissances modestes (jusqu'à 10 W ou 15 W).

Ampli BF 008
Ampli BF 008

Vous aurez remarqué que je n'ai parlé que d'amplificateurs intégrés, alors que tout le monde sait (sauf ceux qui ne savent pas) qu'on peut aussi faire un ampli de puissance tout transistorisé, sans aucun circuit intégré et avec des tas de réglages qui mal ajustés provoquent la fusion de composants autres que les fusibles. Si on doit parler de ces amplis, disons rapidement qu'il en existe deux sortes : les faciles robustes (avec protection) pour sono et les difficiles fragiles (sans protection) pour haute fidélité. Bien sûr on trouve des choses étranges entre les deux, ce qui rend caduque ce que je viens de dire. 

Amplificateur "miniature"

Vous êtes tout aussi nombreux à vouloir réaliser un amplificateur miniature et autonome, avec alimentation sur pile ou accu, dans un boîtier à part ou carrément intégré dans un instrument de musique. Pour jouer dans la rue (ampli avec HP) ou dans le train (ampli avec casque). Les principales contraintes posées par un amplificateur portable (sans prise secteur) sont la taille, le poids et l'autonomie de la source d'alimentation (pile ou accumulateur).

Amplificateur pour casque
Pour un tel amplificateur, on peut assez facilement faire quelque chose de très petit et disposer d'une bonne autonomie, car la puissance demandée est faible et la consommation de courant réduite (quelques dizaines de mW suffisent). Une alimentation avec une petite pile 9 V (la fameuse rectangulaire 6F22) est envisageable, mais pour un usage régulier il est tout de même préférable d'opter pour un accumulateur. Il existe plusieurs types d'amplificateurs pour casque, qu'on peut classer en trois grandes familles :
- amplificateurs intégrés de type AOP standard, capables de délivrer une puissance modeste;
- amplificateurs intégrés "de puissance" spécialement conçus pour cet usage;
- amplificateurs tout transistors.
Je me suis essayé à ces trois types de circuit. Montage à AOP LM741 ou NE5532 à mes débuts quand j'étais pauvre (exemple1 ou exemple 2), tout transistors quand j'étais aisé et circuits intégrés spécialisés (style TDA2822) une fois atteint le statut de millionnaire (exemple). L'avantage premier d'être millionnaire est qu'on peut sous-traiter la réalisation de ses circuits imprimés. C'est cool. Depuis pas mal de temps maintenant, il existe des amplificateurs audio intégrés "dédiés casque" qui fonctionnent en classe D (numérique), G ou H, et dont le rendement est excellent (cela permet une plus grande autonomie). Quelques exemples entre autre : TPA6139 (25 mW), LM4908 (120 mW), LM4980 (42 mW), MAX4410 (65 mW), MAX97200 (45 mW) et MAX9723 (60 mW). Certains, tel le LM4980, fonctionnent en basse tension (par exemple 3 V) et sont vraiment idéaux pour les applications portables. Et comme leur cible est justement les appareils portables, ils existent en version miniature - ce qui gêne certains et ravit d'autres.

Amplificateur pour casque avec sortie ligne ?
Si en plus de la sortie casque vous voulez disposer d'une sortie ligne pour brancher l'engin sur un amplificateur externe plus puissant, sachez que là encore, c'est possible. Deux solutions au moins :
L'usage d'un connecteur jack stéréo est possible en tant que sortie, même si l'ampli est mono. Il suffit en effet de relier ensemble les deux broches du jack qui correspondent aux sorties gauche et droite (par contre, ne faites jamais cela sur un jack d'entrée qui recevrait une source stéréo : cela provoquerait un court-circuit déplaisant entre les sorties G et D de la source).

Amplificateur pour HP
Pour une amplification plus conséquente destinée à alimenter un HP, l'autonomie va dépendre de la capacité des piles ou de la batterie, ainsi que de la puissance accoustique demandée. Pour cette dernière, mieux vaut avoir un HP qui présente un très bon rendement, pour "entendre fort sans pousser les watts électriques". En effet avec un HP dont le rendement est mauvais et pour obtenir une même puissance acoustique, il faut fournir plus de puissance électrique, donc plus de courant consommé et autonomie réduite. Pour une même puissance accoustique donnée, il est préférable d'utiliser un HP de 5 W qui a un rendement de 100 dB/W/m plutôt qu'un HP de 10 W qui a un rendement de 97 dB/W/m. Ah, ces watts qui nous sont si chers... Si les besoins sont modestes, on peut très bien se contenter d'un amplificateur de quelques centaines de mW, qui avec son HP de 0,5 W et sa pile de 9 V peut tenir dans un paquet de cigarettes. Connecteur jack 6,35 mm compris. Pour jouer dans la rue, ce n'est pas l'idéal il faut le reconnaitre, et là il faut pousser un peu plus, d'où la nécessité (souvent) d'utiliser une batterie si on veut disposer d'une autonomie confortable (batterie au plomb en général car bon rapport capacité / poids / prix). Cela surprend toujours quand on dit qu'un ampli de quelque 10 à 20 W peut suffire pour jouer devant quelques personnes. S'il s'agit d'un bon ampli avec un bon HP, c'est pourtant tout-à-fait possible.

Classe d'amplification
Vous avez très certainement déjà entendu parler de ces fameuses classes d'amplification qu'on désigne avec une lettre de l'alphabet : classe A, classe AB ou encore classe D. Dans le cas d'une application portable, on peut faire confiance aux petits amplificateurs qui travaillent en classe D, lesquels sont de type numérique. Quand je parle d'amplificateur audio numérique, je ne fais pas allusion aux amplificateurs analogiques dotés d'un convertisseur numérique/analogique, je parle bien d'amplification de puissance en "tout ou rien". La classe D offre un rendement énergétique excellent (supérieur à 90%) et permet de miniaturiser les amplis de façon considérable car l'échauffement est faible et on peut se passer de dissipateur thermique (pour les puissances très élevées, un tel dissipateur est encore requis). Bref, avec un ampli numérique (qui travaille en classe D), vous avez de la puissance pour une plus faible consommation (et donc plus grande autonomie) et un poids/encombrement moindre qu'avec un ampli de puissance équivalent en classe AB. Il est vrai que certains amplis numériques qu'on trouve à bas coût offrent parfois une sonorité curieuse (si peu qu'on ait des HP suffisament bons pour en juger). Je crois qu'on trouvera toujours du bon et du moins bon en analogique, de même qu'en numérique. Mais nous débatterons de cela une autre fois, car il est l'heure de sortir votre fer à souder !

Alimentation

Quelque soit le type d'amplificateur que vous décidez de réaliser (transistors ou circuits intégrés, classe A, AB ou D), l'alimentation a une grande importance. De sa qualité dépend directement la qualité de restitution audio. Une mauvaise alimentation sur un très bon ampli donne des résultats désastreux. Un amplificateur travaille la plupart du temps sur une puissance moyenne assez faible si on la compare aux crêtes de puissance qu'imposent de vigoureux coups de basses ou grosses caisses (le plus gros de l'énergie sonore se situe dans le bas du spectre, tout du moins pour une musique normalement constituée, car avec des synthés on peut trouver de tout). L'alimentation doit être capable de fournir un courant élevé à tout instant, et elle doit correctement réagir aussi bien aux fréquences élevées qu'aux fréquences basses. Oui, je sais, c'est une alimentation continue. Mais la tension continue doit justement être continue et le rester le plus possible. Et avec une alimentation mal conçue ou inadaptée, la tension de sortie risque de faire de jolis yoyos (baisses de tension et/ou suroscillations) dès qu'on la sollicite un peu plus que la moyenne.

Filtrage principal
Généralement, une bonne alimentation se reconnait à sa qualité (désolé, je n'ai pas pu résister). Les condensateurs de filtrage (juste après le pont de diodes) ont souvent une valeur assez élevée (plusieurs milliers de uF au moins, pas rare de voir plusieurs dizaines de milliers de uF) et on les trouve parfois par "paquets" pour des questions purement mécaniques (encombrement) ou électriques (abaissement de la résistance série interne parasite - ESR).

Découplage, régulation des étages préampli
La section amplification demande parfois de forts courants et cela n'est pas sans répercussion sur les lignes d'alimentation, qui présente une résistance ohmique parasite, certes faible mais bien présente. Des variations de tension peuvent ainsi être observées en divers points de "puissance", et il ne faut surtout pas que ces variations soient vues par les étages préamplificateurs, sous peines de jolies "rebouclages" et oscillations parasite à plus ou moins basse fréquence. Pour éviter ce phénomène, on prend toujours soin de bien "découpler" les étages sensibles, en leur ajoutant un circuit de filtrage ou un régulateur de tension supplémentaire (détails supplémentaires).

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Exemple avec préampli et ampli sous alimentation simple

Une information comme ça, mais ne le répétez surtout pas : certains audiophiles alimentent leur préampli et/ou ampli de salon hifi avec des batteries de voiture au plomb...

Générateur d'ultrasons

Hors sujet ? Hum... pas si sûr. Savez-vous qu'un amplificateur peut se conduire de façon étrange et délivrer un signal qu'on n'entend pas car bien au-delà de la limite supérieure de la bande audio (qui est de 20 kHz quand on est jeune) ? Oui, un amplificateur taillé pour reproduire des sons dans la bande audible peut aussi délivrer à notre insu un signal parasite inaudible, qui ne sera pas vraiment reproduit mécaniquement par le transducteur (HP) qui y est raccordé (sauf éventuellement un tweeter) mais qui pourtant pourra faire chauffer votre appareil de façon exagérée et/ou déteriorer considérablement la qualité du signal audio utile. Pourquoi aborder ce sujet ? Parce que vous êtes maintenant en âge de comprendre. Quand ce phénomène se produit-il ? Eh bien par exemple quand on expérimente un nouveau tracé de circuit imprimé, ou quand on assemble les composants sur une plaque d'expérimentation, avec des fils de grande longueur. Oh, je ne dis pas que vous serez systématiquement confronté à ce type de problème. Mais comme la loi de Murphy n'épargne aucun coin de la planète, cela risque de vous arriver au moins une fois dans votre vie. Alors autant que vous soyez averti au plus tôt. Existe-t-il un moyen de se rendre compte d'un tel phénomène non désiré ? Oui : consommation anormale de l'ampli sans modulation (source audio) à l'entrée, échauffement rapide, distorsion très nette du signal utile même à bas volume. Le moyen le plus sûr de constater/confirmer le problème est de visualiser avec un oscilloscope ce qui se passe en sortie de l'ampli. Un signal de forte amplitude à une fréquence supérieure à 20 kHz alors qu'aucun signal n'est appliqué à l'entrée, montre qu'une oscillation parasite a pris sa place. La supprimer n'est pas toujours évident, ce n'est pas en ajoutant un condensateur de 1000 uF aux bornes d'alimentation que tout ira forcément mieux (je vous dis ça car il fut une époque où j'en étais persuadé). Cela fait partie du jeu. Certains amplis, surtout ceux à base de circuits intégrés, sont très chatouilleux, et le tracé des pistes (largeur, longueur, position) est très important. Dans la mesure du possible, appuyez-vous sur des dessins de CI qui existent déjà.

Historique

15/01/2017
- Suite de la suite.
01/03/2015
- Suite (puisque cela vient après) de la première mise à disposition.
07/04/2013
- Première mise à disposition.