Dernière mise à jour :
22/02/2015
Caractéristiques principales
Puissance :
10 W à 20 W
Tension :
simple +24 V
à +32 V, ou double +/-12 V à +/-16 V
Technologie :
Circuit
intégré TDA2006, TDA2030 ou TDA2040 (TDA2050, LM383, UCP1238, OPA544)
Présentation
Les amplificateurs intégrés de la famille TDA20xx
(TDA2002, TDA2003, TDA2006, TDA2030, TDA2040, etc) sont des
composants qui
ont maintes fois été utilisés pour la
réalisation de petits amplificateurs où une puissance de
quelques watts ou quelques dizaines de watts suffisait (voir en exemple
le schéma de la page
Ampli BF
001qui
fait appel à des TDA2002 ou TDA2003). Certaines
réalisations utilisant ces circuits
intégrés sont
conçues pour être alimentées sous une tension
simple
(unique), d'autres sont
conçues pour être alimentées sous une alimentation
symétrique (double), il
suffit de se baser sur les exemples fournis par le constructeur dans
ses datasheets. En règle générale, on fait appel
à une configuration "alimentation simple" pour un usage en
voiture (12V batterie), et à une configuration "alimentation
double" pour un usage à la maison (Hifi), mais il n'y a rien
d'obligatoire dans ce choix. Le schéma
présenté ici fait appel à un TDA2006 (10W),
à un TDA2030 (14W) ou à un TDA2040 (20W) et vous laisse
toute lattitude quand au
choix de l'alimentation : simple ou double, à vous de choisir !
Le circuit imprimé a été réalisé en
vue de permettre les deux options d'alimentation, il suffit de
suivre les indications données au paragraphe "Circuit
imprimé" pour chaque mode d'alimentation. Pour un amplificateur
stéréo, il faut réaliser ce montage en double
exemplaire et prévoir l'alimentation en conséquence
(courant nécessaire doublé).
Schéma
Le schéma suivant est une "concaténation" des
schémas fournis dans les notes
d'application du fabricant
SGS-Thomson. Il peut sembler un peu plus compliqué que les
schémas d'origine, mais c'est normal, puisque j'y ai
intégré des "données" supplémentaires
permettant de différencier le mode "Alim simple" du mode "Alim
double" (à la manière de ce que j'ai déjà
fait pour mon
distributeur
audio 001).
Sur le schéma qui précède, vous noterez la
présence d'un petit tableau qui indique la valeur à
donner à certains composants selon le circuit
intégré utilisé, et selon le type d'alimentation
souhaité. Vous y noterez également que certains
composants sont présents en mode alim simple et non requis en
mode alim double. Les TDA2006, TDA2030 et TDA2040 sont
encapsulés dans un boitier
identique et sont compatibles broche à broche. Tout ce qui dans
le texte qui suit fait référence au "TDA20xx" sera
également valable pour les TDA2006, TDA2030 et TDA2040, sauf
indication
contraire.
Gain
Le gain est déterminé par le rapport des valeurs
des
résistances R1 et R2. Ces dernières permettent de
prélever une fraction du signal de sortie
amplifié,
pour le réinjecter à l'entrée
inverseuse (borne
2). Dans le cas présent, le rapport est de l'ordre de 30 (150K /
4K7 ou 22K / 680),
le
gain en tension est quasiment identique à cette valeur. Un
signal BF dont l'amplitude est de l'ordre de 200 mV est donc
suffisant pour faire sortir à l'ampli sa puissance nominale. Il
est important de noter que le gain en boucle fermée du TDA2040
ne doit pas descendre en dessous de 24 dB, et il est donc
préférable, en vue d'éviter le mieux que possible
d'éventuelles instabilités, d'ajouter un
potentiomètre
monté en atténuateur en entrée pour
travailler avec des signaux d'amplitude plus élevée.
Méthode qu'il est conseillée de suivre d'ailleurs
même si vous utilisez un TDA2006 ou TDA2030.
Cellule R3/C3
La cellule RC R3/C3 est destinée
à augmenter la stabilité de l'amplificateur dans
les
hautes fréquences. Cette cellule n'est pas indispensable,
elle
dépend en fait un peu de la façon dont vous allez
cabler
les composants, et de la longueur des cables (surtout ceux de la sortie
de puissance). Je vous conseille de mettre cette cellule, car elle ne
peut pas faire de mal (sauf si vous vous trompez dans la valeur du
condensateur
C3). Si vous souhaitez vraiment économiser sur ces
composants,
prévoyez leur tout de même une petite place sur
votre CI,
et implantez-les dans le cas où cela s'avère
nécessaire. La bande passante de l'ampli est en partie
déterminée par la valeur du condensateur C3 : plus sa
valeur est faible, et plus la bande passante est élargie dans le
haut du spectre, mais plus on risque l'instabilité (accrochage)
de l'ampli intégré. Avec une valeur de condensateur plus
élevée, le risque d'instabilité est
moindre mais la bande passante est un peu plus
rabbotée dans sa partie haute (donc moins d'aigus). Les valeurs
préconisées ici sont calculées en fonction de R1
et R2, et devraient convenir pour la
majorité des cas. Vous pouvez très bien ne
pas mettre de condensateur à cet endroit (ou essayer d'autres
valeurs) et voir ce que
ça donne chez vous.
Sortie
La sortie s'effectue sur la borne 4 du TDA20xx, le raccord au
haut-parleur passe par un condensateur chimique de forte valeur (ici
C5) si
l'alimentation est de type simple. Ce condensateur
évite d'appliquer au HP la tension
continue
présente en sortie du CI (environ moitié de la
tension
d'alim), qui limiterait sérieusement la durée de vie
du HP. Sa
valeur n'est
pas très critique, vous pouvez éventuellement
utiliser un
1000uF ou un 4700uF (avec 1000uF, vous aurez un peu moins de grave,
puisque la fréquence de coupure basse est plus
élevée). Avec une alimentation symétrique, ce
condensateur
de liaison
n'est
pas nécessaire et peut être remplacé par un
court-circuit, car la tension au repos en sortie du TDA20xx est voisin
de 0V. Le réseau R4/C4 permet de garantir une
charge minimale au TDA20xx pour les fréquences les plus
élevées. En effet, un HP présente la
particularité de voir son impédance grimper aux
fréquences haute du spectre sonore. Ce réseau est
donc
une sorte de compensation permettant au TDA20xx de voir moins de
variation d'impédance sur sa sortie, qui permet aussi une
protection du circuit intégré en cas de charge fortement
inductive. Si vous ne le mettez
pas en
place, vous vous exposez à de possibles suroscillations
et/ou
à de la distorsion. Les diodes D1 et D2 sont destinées
à protéger l'étage de sortie du TDA20xx contre des
crêtes de tension importantes, qui peuvent notement se produire
là aussi quand la charge (HP avec ou sans filtre) est fortement
inductive. Ces diodes, qui n'ont quasiment aucune influence sur la
qualité du son en temps normal (elles sont montées en
inverse et ne conduisent pas quand tout va bien) ne sont pas
obligatoires, mais tout de même très fortement
conseillées. Mieux vaut dépenser 0,30 euros pour ces deux
diodes et mieux protéger un circuit coutant 7 ou 8 euros, non ?
Alimentation
L'alimentation du TDA20xx s'effectue via les pattes 3 et 5. En
mode alim simple, la patte 3 est reliée à la masse, alors
qu'en mode alim double, la patte 3 est reliée à la borne
négative d'alimentation. Dans les deux modes d'alim, la patte 5
est reliée au pôle positif de l'alimentation. La semelle
métallique du CI est reliée
à la patte 3, ce qui impose d'isoler le radiateur de la
masse quand l'alimentation du circuit est de type
symétrique. L'isolation entre boitier du CI et radiateur n'est
pas nécessaire dans le cas où l'on utilise une
alimentation de type simple (c'est même mieux ainsi). Les
découplages
d'alimentation assurés par les couples C6/C7 pour le
côté positif et C8/C9 si usage d'une alim double,
sont
impératifs ! Ces condensateurs sont absolument
indispensables, et
devront dans la mesure du possible être placés au plus
près
du TDA20xx, ou être reliés avec un fil ou piste de
CI de
forte section. Le TDA20xx est en effet capable de délivrer
un
courant de pointe de plusieurs ampères en sortie (3A pour le
TDA2006, 3,5A
pour le TDA2030 et 4A pour le TDA2040), ce qui est loin
d'être
négligeable. Les tensions d'alimentation maximales (à ne
surtout pas dépasser) sont les suivantes :
|
Alim simple Max |
Alim simple conseillée |
Alim double Max |
Alim double Conseillé |
TDA2006 |
+30V |
+24V |
+/-15V |
+/-12V |
TDA2030 |
+36V |
+28V |
+/-18V |
+/-14V |
TDA2040 |
+40V |
+32V |
+/-20V |
+/-16V |
Consommation et
dimensionnement de
l'alimentation
L'alimentation doit être capable de délivrer suffisement
de courant pour une reproduction la plus fidèle possible des
transitoires. Comme pour tout amplificateur BF, il y a d'une part la
notion de consommation "moyenne", et la notion de consommation
"crête", qui intervient lors de l'apparation de brusques
montées du signal audio (notemment dans les basses
fréquences, mais il n'y a pas que là). La consommation
moyenne "dégrossie" déjà le type de composants
à mettre en oeuvre. Comme dans le montage décrit ici on
peut utiliser aussi bien un TDA2006 qu'un TDA2040, et que ces deux
composants n'ont pas les mêmes besoins, vous devez choisir les
capacités de l'alimentation en fonction du circuit amplificateur
choisi.
|
Consommation avec HP
4 ou 8 ohms |
Alimentation
conseillée |
TDA2006 |
+24V / 500mA pour
8W sous 8 ohms
+24V / 850mA pour 12W sous 4 ohms
Crêtes max 3,0A |
+24V (ou +/-12V) /
1,5A
Capas filtrage principale ** min 2 x 2200uF (alim double)
+ Capas découplage 2 x [100uF + 100nF] près du CI |
TDA2030 |
+28V / 500mA pour
9W sous 8 ohms
+28V / 900mA pour 14W sous 4 ohms
Crêtes max 3,5A |
+28V (ou +/-14V) /
2,0A
Capas filtrage principale ** min 2 x 3300uF (alim double)
+ Capas découplage 2 x [100uF + 100nF] près du CI |
TDA2040 |
+32V / 850mA pour
12W sous 8
ohms *
+32V / 1500mA pour 20W sous 4 ohms *
Crêtes max 4,0A |
+32V (ou +/-16V) /
3,0A
Capas filtrage principale ** min 2 x 4700uF (alim double)
+ Capas découplage 2 x [220uF + 100nF] près du CI |
* Non spécifiée dans le datasheet constructeur, valeurs
estimées
** Les capas
de filtrage
principales sont nécessaires pour une alimentation secteur
avec pont de diode et filtrage. Pas besoin de régulation ici, la
réjection de l'ondulation résiduelle assurée par
l'ampli intégré est suffisante, vous ne risquez pas trop
d'entendre de la ronflette si les capas de filtrage ont pour valeurs
minimales celles préconisées, et si le circuit et le
cablage sont bien réalisé.
Exemple d'alimentation possible (schéma extrait de la page
Alimentations -
Bases)
:
Pont de diode : Le choix se portera de préférence sur un
pont de diodes 3A si TDA2006, ou pont de diodes 5A si TDA2030
ou
TDA2040. Bien entendu, vous pouvez utiliser aussi bien un pont
moulé que quatre diodes distinctes.
Impédance du
HP et puissance de
sortie
Vous pouvez utiliser un HP ou une
association de
HP
dont
la valeur est comprise entre 4 et 8 ohms. S'il est possible d'utiliser
des HP de 2 ohms avec les TDA2002 ou TDA2003, cel
n'est pas
conseillé ici. Les puissances de sortie
annoncées ci-dessous sont valables pour un taux de distorsion de
0,5%. Sans trop de surprise, la puissance que peut délivrer
l'amplificateur
intégré est plus importante avec un HP d'impédance
plus faible.
|
HP 4 ohms |
HP 8 ohms |
TDA2006 |
10W avec alim 24V |
6W avec alim 24V |
TDA2030 |
14W avec alim 28V |
9W avec alim 28V |
TDA2040 |
20W avec alim 32V |
12W avec alim 32V |
On peut
gagner quelques watts
supplémentaire en acceptant
quelques 10% de distorsion (par exemple obtenir 12W avec le TDA2006),
mais le jeu n'en vaut vraiment pas la
chandelle. Si vraiment vous voulez plus de puissance, il vaut mieux
choisir un autre schéma que celui-ci (deux TDA2030 ou TDA2040
montés
en pont par exemple, ou mieux encore utiliser un TDA7293 - successeur
du
TDA7294 - capable à lui seul de délivrer une centaine de
watts RMS).
Choix du radiateur
La présence d'un radiateur sur le TDA20xx est indispensable. Il
devra s'agir d'un modèle 2,5°C/W si la puissance
demandée est de 20W, d'un modèle 4°C/W si la
puissance
demandée est de 12W ou 14W, un modèle 8°C/W suffira
si la puissance max demandée n'est que de 6W. La taille d'un
radiateur de 2,5°C/W est assez imposante, surtout en regard de la
place occupée par les composants électroniques
eux-mêmes. Mais il faut bien ça, la puissance
dissipée par le TDA2040 pouvant tout de même atteindre la
coquette valeur de 25W. Si vous décidez d'utiliser un radiateur
plus petit, vous ne risquez pas pour autant de griller le composant en
cas de surchauffe, car ce dernier est doté d'une protection
thermique robuste, qui limite le courant (et donc la puissance) quand
la température de jonction dépasse un certain seuil
(150°C). Cependant, vous risquez plus facilement de vous retrouver
avec un fonctionnement dégradé ou des coupures audio si
l'ensemble n'est pas bien aéré. Voir aussi
Radiateur :
Calcul.
Première mise en route et vérifications
Avant de mettre sous
tension, effectuer une vérification rigoureuse du câblage. On ne se
lasse pas de le répéter, cette étape est importante, le stress associé
à la mise sous tension un circuit de puissance est bien suffisant
comme ça. Sans source BF à l'entrée, mettre l'ampli sous tension
pendant
deux secondes seulement
puis couper l'alim. Toucher du bout du doigt et avec précaution l'ampli
intégré (pour l'instant, ce dernier ne doit pas être doté de son
dissipateur thermique). S'il est très chaud, il y a un problème
d'oscillation parasite ou une erreur de câblage. Si vous n'avez
pas placé les composants
R4/C4 et R3/C3, c'est le moment de le faire. Si le CI ne chauffe pas,
remettez l'ampli sous tension pendant 5 secondes. Après l'avoir éteint,
vérifier la température de l'ampli intégré. S'il ne chauffe pas, tout
semble OK. Répéter l'opération pendant une minute, l'ampli intégré ne
doit toujours pas chauffer. Vérifiez si vous le pouvez, le courant
consommé
au repos
(donc toujours sans BF à l'entrée). Il doit
être
compris entre 40 mA et 100 mA au grand maximum. L'idéal est de posséder
une alimentation de laboratoire dotée d'une limitation de courant
(réglée ici à 200 mA). Si votre alimentation peut délivrer son maximum
de courant sans limitation, vous mettez en danger le circuit intégré en
cas d'anomalie. Une astuce consiste à placer une ampoule à filament en
série avec la ou les lignes d'alimentation. Si au moment de la
mise sous tension le courant est trop "élevé", le filament de l'ampoule
chauffe et sa résistance augmente, ce qui a pour conséquence de
diminuer l'intensité du courant qui va à l'ampli. C'est une protection
sommaire mais qui laisse le temps de tout éteindre si quelque chose
cloche (une ampoule qui s'éclaire alors qu'elle ne le devrait pas, ça
se remarque vite).
Descriptif TDA2006 / TDA2030, TDA2040
Les TDA2006, TDA2030 et TDA2040 se
présentent sous la forme d'un boitier TO220 doté de
cinq
pattes : une rangée de deux pattes + une rangée
de 3
pattes. Ce type de boitier est
appelé "Pentawatt5" (Pentawatt modèle 5 pattes).
Il
existe deux sortes de TDA20xx : le modèle horizontal
(TDA20xxH)
et le modèle vertical (TDA20xxV), voir photos ci-dessous (les
photos représentent des TDA2003, mais c'est la même chose
pour les autres TDA20xx dont il est question ici).
Ils
sont identiques électriquement et fonctionnellement,
choisissez
simplement celui qui vous convient le mieux en fonction de la
disposition des composants et du radiateur. Pensez donc à
vérifier l'orientation du circuit lors de l'achat... Plier
les
pattes après coup est possible, mais si on peut
l'éviter,
cela vaut mieux.
Vue de dessus
Numéro
broche
|
Appellation
|
Fonction
|
Remarque
|
1
|
Non Inverting Input |
Entrée
non inverseuse |
- |
2
|
Inverting Input |
Entrée
inverseuse |
-
|
3
|
Ground |
Masse |
Masse
reliée à la
semelle métallique du boitier |
4
|
Output |
Sortie
|
Sortie BF
amplifiée |
5
|
Supply Voltage |
Alimentation |
Voir tableau
ci-après
|
|
TDA2006 |
TDA2030
|
TDA2040 |
Alimentation
max
|
+30 V ou +/-15 V |
+36 V ou +/-18 V
|
+40 V ou +/-20 V |
Courant
max en
sortie
|
3,0 A |
3,5 A
|
4,0 A |
Puissance
max
dissipable
|
20 W |
20 W
|
25 W |
Puissance
de sortie max
|
12 W / 4 ohms / 24 V (+/-12 V)
8 W / 8 ohms / 24 V (+/-12 V) |
14W / 4 ohms / 28 V (+/-14 V)
9W / 8 ohms / 28 V (+/-14 V)
|
22W / 4 ohms / 32 V (+/-16 V)
12W / 8 ohms / 32 V (+/-16 V) |
Impédance
de charge
minimale
|
4 ohms |
4 ohms |
4 ohms |
Autres références d'amplis TO220 à 5 broches ?
Vous vous
demandez peut-être si le TDA2050 ou TDA2051 peut remplacer le
TDA2040... Ou encore si d'autres références, qui ne commencent pas
par TDAxxxx (telles que LM383, UPC1238, LM1875) peuvent également
convenir. Vous avez poussé tellement loin vos recherches que vous êtes
même tombé sur les LM675 et OPA544 qui sont désignés comme "ampli op de puissance".
- Le LM383 (7 W) est un circuit similaire au TDA2002 / TDA2003. Alim simple +5 V à +20 V.
- Le
TDA2050 peut remplacer le TDA2030/TDA2040. Si l'alimentation reste de
même amplitude, aucun gain en puissance ne peut être espéré. Pour
profiter du TDA2050, il faut pousser un peu la tension d'alim jusqu'à
+/-18V..+/-22V (+/-25 V au grand maxi, je ne recommande pas). Le
TDA2050 peut débiter 5 A en sortie, à comparer aux 3,5 A du TDA2030 et
4,0 A du TDA2040.
- Le UPC1238 (10 W) est un candidat possible. Alim +/-13 V.
- LM1875 (20 W), alimentation +16 V (+/-8 V) à +60 V (+/-30 V).
- Les
LM675 et OPA544 peuvent être utilisés comme amplis BF de puissance, le
LM675 présente d'ailleurs des caractéristiques très proches de
celles du LM1875.
- OPA544 (2 A max en sortie), alimentation +10 V (+/-5 V) à +70 V (+/-35 V).
Tous
ces composants ont le même brochage, mais attention tout de même quand
vous envisagez un remplacement "broche à broche". Ces
amplificateurs intégrés peuvent se
révéler assez instables si les "conditions extérieures" ne s'y prêtent
pas. On peut observer une entrée en oscillation de l'ampli
"de remplacement" alors que tout allait bien avec le circuit
d'origine, simplement à cause de valeurs de condensateurs inadaptées
(pensez compensation de fréquence) ou
d'un routage de circuit imprimé moins bien toléré (piste pas assez
larges ou trop longues). Attention donc lors de la
(re)mise sous tension aprsè un échange.
Circuit imprimé (pour TDA2006, TDA2030 ou TDA2040)
Le circuit imprimé est compatible Alim simple / Alim
double, vous devrez juste placer ou ne pas placer le strap J2, en
fonction
de la configuration choisie. Si alim simple, mettre le strap en place
sur J2. Si alim double, ne pas le mettre, sinon vous court-circuitez le
pôle négatif de l'alim avec la masse, ce qui n'a pas
d'incidence sur l'ampli, mais peut en avoir sur l'alim si elle n'est
pas protégée. Ne vous trompez donc surtout pas. Le
circuit
imprimé s'arrête au bord des TDA20xx (partie
supérieure du dessin ci-dessous) pour vous permettre
d'utiliser des CI verticaux ou horizontaux. A vous de voir si vous
préférez disposer les radiateurs sur un circuit
imprimé plus grand ou non.
Typon
aux formats
PDF et BMP
Très important : les pistes larges d'alimentation et de sortie
HP (celles reliées aux connecteurs 0V, +V, -V, HP et celles
reliées aux pattes 3, 4 et 5 du TDA20xx) doivent être
recouverte d'une bonne couche de soudure, afin de réduire la
résistance électrique des pistes. Vous pouvez aussi
plaquer et souder contre ces pistes, un fil rigide (monobrin) de 1 mm2,
pour diminuer encore plus la résistance ohmique. Les courants
circulant
dans ces pistes peuvent "passer" sans soudure additionnelle, mais vous
obtiendrez de meilleurs caractéristiques sonores en
procédant ainsi. Notez que cette "astuce" ne servira pas
à grand chose si vous utilisez du fil minuscule pour relier le
circuit au HP et à la source d'alimentation...
Deux amplis à base de
TDA2030
(1987)
Corrections et remarques
22/02/2015
- Ajout infos pour première mise sous tension (précautions et vérifications).
- Ajout infos concernant d'autres références d'amplis intégrés pouvant remplacer le TDA2030 ou TDA2040.
18/07/2010
-
Erreur de spécification de câblage selon type alim (simple ou double)
sur le schéma électronique. Il était indiqué que les condensateurs C8
et C9 devaient être retirés en cas d'usage d'alim double. Ces
composants doivent au contraire être mis en place si alim double et
retirés si alim simple.
02/01/2009
- Correction schéma : le connecteur J2 est bien un modèle
deux broches et non trois broches comme dans le schéma
précédent. Le circuit imprimé est juste.