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Electronique > Réalisations > Amplificateurs > Ampli BF 010

Dernière mise à jour : 21/07/2024

Caractéristiques principales

Puissance : 50 W
Tension : +/-40 V (ou +/-30 V)
Technologie : Circuit intégré TDA7293 (ou TDA7294)

   

Présentation

Ce module amplificateur, capable de délivrer plusieurs dizaines de watts à un HP d'impédance 4 ou 8 ohms, est de type monophonique et doit être réalisé en deux exemplaires pour une application stéréo.

   

   

Il met en oeuvre un circuit intégré TDA7293 (ou TDA7294), rendu célèbre par ses nombreux utilisateurs aussi bien amateurs que professionnels. La puissance maximale qu'il peut délivrer dépend de la tension d'alimentation appliquée au circuit intégré, elle peut dépasser les 100 W si on accepte une distorsion de 10%. Ici, le choix de limiter la puissance de sortie à 50 W (sous 8 ohms) est délibéré, je préfère dire que l'ampli est "moins costaud" mais qu'il fonctionne bien et avec une distorsion très faible. Ce n'est pas ce qu'on appelle un ampli très haut de gamme (on peut faire mieux), mais ses performances sont vraiment très honorables.

   

Avertissements

Au départ, je n'avais pas l'intention de réaliser cet ampli, car on trouve déjà sur le net moult projets basés sur le TDA7293. Si cet article a vu le jour, c'est pour une simple raison : je reçois plusieurs fois par an des demandes d'assistances ou de conseils pour la réalisation d'un ampli de quelques dizaines de watts et de bonne qualité, et ceux que j'avais décrits auparavant sur mon site ne répondent pas à cette demande. Jusqu'alors, j'orientais les demandeurs vers le TDA7293 en leur disant qu'ils trouveraient plein de choses intéressantes à ce sujet sur le Net, mais force est de constater que certains détails manquent quand on est néophite et qu'on ne connaît pas l'anglais. 

J'avais donc décidé de rédiger quelques lignes en l'honneur de ce fameux circuit intégré, en "traduisant" quelques lignes du datasheet (manuel technique du fabricant) et en prenant en compte quelques remarques glannées ici et là sur la toile. Voyez donc ce qui suit comme un petit "résumé d'expériences"... en français. Je précise que le schéma que je propose n'est pas une bête copie d'un schéma pris au hasard, mais que j'ai essayé de le comprendre et que j'y ai apporté ma petite touche personnelle, comme si j'avais en tête l'idée de le réaliser un jour. Ce qui a fini par arriver. Après tout, j'avais déjà une grande partie des composants...

Les deux circuits que j'ai réalisés ne fonctionnenent pas (cause probable : les TDA7293 de provenance douteuse). Détail dans le texte.

   

Schéma

Voici à quoi ressemble la bête, alimentation secteur comprise.
   

   

Comme la section alimentation est dans la partie supérieure du schéma, on en parlera en dernier.

   

Alimentation

L'alimentation de cet ampli doit être au minimum de +/-12 V et au maximum de +/-45 V. Certes, la notice constructeur du TDA7293 indique une valeur "nominale" de +/-40 V et un maximum absolu de +/-50 V (et même +/-60 V sans modulation à l'entrée). Mais avez-vous déjà essayé de vous approcher de très près des valeurs maximales recommandées ? Un peu angoissant, non ? 

Ici, pas de risque de surcharge, le transformateur abaisseur de tension délivre sur son secondaire, deux tensions de 24 V qui après redressement et filtrage donnent une tension voisine de +/-30 V. Une telle tension permet en théorie de pousser l'ampli à 100 W sous 4 ohms ou à 50 W sous 8 ohms. Aucun régulateur de tension n'a été prévu, c'est inutile et tant mieux, car il faudrait de robustes composants pour supporter les courants demandés. Le transformateur est un modèle 75 VA ou plus, cette valeur permet de garantir la puissance annoncée de 50 W. Si vraiment c'est trop gros pour vous, vous pouvez descendre à 50 VA. Mais vous n'aurez pas le même rendu sonore à forte puissance, vous voilà prévenu. Pour information et dans l'hypothèse où vous souhaiteriez disposer des 100 W en sortie de l'ampli, le transfo d'alim devra être un modèle 150 VA. 

Les quatre diodes du pont sont des diodes à recouvrement rapide individuelles, il est aussi possible d'utiliser un gros pont de diodes moulé avec ses quatre broches de type cosses faston (si vous en voulez, j'en ai en rab). Les grosses résistances de 0,1 ohm jouent deux rôles : d'une part elles limitent le courant dans les diodes de redressement au moment de la mise sous tension (les gros condensateurs de filtrage, quand il sont déchargés, se comportent comme de superbes court-circuits) et d'autre part elles améliorent le filtrage de l'ondulation résiduelle. Elles sont facultatives mais il serait vraiment dommage de s'en priver. Je n'ai pas prévu de LED témoin de mise sous tension, mais vous pouvez bien entendu en ajouter une avec une résistance série dont la valeur dépendra de la tension d'alimentation que vous aurez au final décidé d'adopter. Pour une alimentation de 30 Vdc (valeur choisie ici), vous devrez opter pour une résistance de 1,5 kO / 1 W, ou deux résistances en série de chacune 820 ohms / 0,5 W. Vous pouvez aussi utiliser une diode zener en série pour limiter la chute de tension dans la résistance série de la LED, par exemple zener de 15 V avec résistance de 820 ohms (brancher la zener dans le bon sens).

   

Amplificateur

Nous y voici donc, et comme promis en avant-première. Tout le gros du boulot est assuré par le TDA7293 qui comporte tout le nécessaire pour nous simplifier la vie. Les quelques composants externes permettent d'avoir un minimum de contrôle sur le circuit, ce n'est pas comme certains amplificateurs intégrés d'une certaine époque où on n'avait juste à ajouter les condensateurs de liaison en entrée et en sortie (je repense au circuit hybride HY100). L'entrée BF se fait sur le potentiomètre RV1 via le condensateur de liaison C1 qui doit être de type non polarisé, même s'il fait 4,7 uF pour bien descendre dans les graves (je sais, c'est gros). Le curseur de RV1 prélève une fraction plus ou moins grande du signal d'entrée et l'injecte dans le circuit amplificateur via sa broche 3 (entrée non inverseuse, comme sur un LM741, c'est drôle). Le gain de l'ensemble est fixé par les composants de contre-réaction R5, R2 et C2, on travaille avec un gain fixe. On aurait pu aussi utiliser un potentiomètre pour ajuster la valeur du gain, choix retenu par certains (dans ce cas, jouer sur R2 et/ou R5). Pour ma part, je préfère disposer d'un gain fixe et ajouter en amont un potentiomètre de volume qui atténue plus ou moins le niveau du signal audio.

Le réseau RC série R1/C10 câblé en parallèle sur la sortie HP assure une meilleure stabilité de l'amplificateur sur des signaux de forte amplitude dans les fréquences élevées, là où l'impédance du HP tend à remonter. C'est une cellule que l'on rencontre souvent en sortie des amplis intégrés. Les condensateurs de découplages C6 à C9 doivent être montés au plus près du circuit intégrés, ils s'ajoutent aux gros condensateurs de filtrage déjà présents dans la section alimentation. Mais comme ils sont gros et qu'il faut aussi caser les autres composants, on fait comme on peut. La valeur de C6 et C8 (1000 uF) peut sembler élevée pour des composants "locaux", mais il ne faut pas oublier que le courant drainé par le TDA7293 peut atteindre 10 A - la moitié dans notre cas, puisque la puissance de sortie a été "bridée" à la moitié de sa valeur nominale.

 

Mute et Standby

Le TDA7293 possède deux entrées de "mise en veille" et de "mise en silence", broches 9 (standby) et 10 (mute). Dans le schéma proposé ici, ces broches sont activées après une légère temporisation à la mise sous tension, mais il est possible de télécommander ces fonctions par une tension externe venant d'un circuit de contrôle de votre choix (par exemple 0V ou +5V). La tension maximale pour activer ces fonctions (et donc rendre le système silencieux) est de 1,5 V (typiquement on met à la masse) et la tension minimale pour les désactiver (et permettre au son de sortir) est de 3,5 V (typiquement on les relie au +V via une résistance, ce qui est fait ici en dur) avec un maximum de 120V.

Le circuit Standby/Mute proposé ici fonctionne de la façon suivante :

• Activation de l'ampli (Mute/Standby désactivés) - La tension appliquée à l'entrée Standby monte progressivement, grâce à la cellule R4/C4 (20k + 10u). La tension appliquée à l'entrée Mute monte elle aussi progressivement, mais deux fois plus lentement, grâce à la cellule R3/R3'/C3 (10k + 30k + 10u). La diode D3 ne joue aucun rôle durant cette étape, car elle est câblée en inverse (tension sur sa cathode supérieure à tension sur son anode). On a donc désactivation du Standby en premier lieu, et ensuite désactivation du Mute.
• Désactivation de l'ampli (Mute/Standby activés) - La tension appliquée à l'entrée Standby descend progressivement, toujours grâce à la cellule R4/C4 (20k + 10u). La tension appliquée à l'entrée Mute descend elle aussi progressivement, mais cette fois deux fois plus rapidement, grâce à la cellule R3/C3 (10k + 10u). Durant cette étape, la diode D3 entre en fonction (car cette foisla tension sur sa cathode est inférieure à celle présente sur son anode). On a donc désactivation du Mute en premier lieu, et ensuite désactivation du Standby.

En procédant ainsi, on devrait normalement avoir peu ou pas du tout de plop dans le haut-parleur, aussi bien à la mise sous tension qu'à la mise hors tension. 

Utilisation de TDA7293 ou TDA7294 contrefaits : il peut être nécessaire de diminuer la valeur des résistances R3/R3'/R4 utilisées pour les constantes de charge/décharge des condensateurs C3 et C4.

   

Dissipateur thermique obligatoire ?

Doit-on impérativement mettre un "radiateur" de refroidissement sur le TDA7293 ? La réponse est oui, même si vous ne comptez pas monter le volume à fond. Ne soyez pas surpris si le circuit intégré chauffe même en absence de modulation à l'entrée, c'est normal. L'échauffement au repos est modéré si la tension d'alimentation est faible, mais ce n'est pas une raison. Notez qu'on trouve des kits avec le TDA7293, certains ne sont pas livrés avec un tel dissipateur, qu'il faut donc se procurer séparement.

   

Démarrage en douceur (soft start)

Le TDA7293 en lui-même ne permet pas un démarrage en douceur. Quand on l'utilise dans ses retranchements (tension d'alimentation maximale pour une puissance de sortie maximale), mieux vaut prévoir une montée progressive de la tension d'alimentation. Cette montée en tension progressive peut s'effectuer :

- soit au primaire du transformateur, avec la mise en série temporisée (par un relais) de résistances de faible valeur dans l'arrivée 230 Vac (par exemple 39 ohms ou 47 ohms pendant 1 à 2 secondes). A la fin de la temporisation, les résistances sont court-circuitées et le 230 V arrive en intégralité sur le primaire du transformateur.
- soit au secondaire du transformateur, en limitant le courant de charge des gros condensateur de filtrage par la mise en série temporisée de résistances de puissance. Cette méthode est équivalente à celle décrite pour le primaire.

   

Brochage du TDA7293

Ca, c'est pour les curieux.

   

   
Notez que la semelle du circuit est reliée à la broche 8 et que par conséquent il faudra s'assurer que le dissipateur thermique ne touche pas la masse (boîtier métal). Au besoin, ajouter le nécessaire d'isolement (rondelle isolante et mica ou plaque silicone) pour limiter tout risque d'embêtement.

   

Prototypes et réalisations

Comme dit en introduction, je n'avais pas l'intention de réaliser cet ampli. Trois personnes qui se sont basé sur cette page pour construire le leur m'en ont fait des retours avec photos à l'appui (détails ci-après) et leur ampli fonctionne bien (avec des circuits intégrés originaux, pas des "copies" bas coût)... Merci à eux pour tous ces retours qui n'y sont pas pour rien dans ma motivation de les suivre.

   

Mes prototypes (2 circuits identiques)

Assemblés avec des TDA7293 à très bas coût (et probablement contrefaits)... pour la photo uniquement !
   
 
 
Enfin... pas uniquement pour la photo comme je le pensais au départ, puisque je n'ai pas pû m'empêcher de le tester...
 
  
   
Ce premier prototype ne fonctionnant pas, j'en ai assemblé un deuxième selon le même câblage. Pour ce deuxième exemplaire, j'ai tout d'abord utilisé la section de filtrage du premier prototype (alim +/-22V) puis ai ensuite peuplé la partie filtrage de la deuxième carte, cette fois avec des condensateurs de 50V pour alimentation sous +/-40V.
   


Malheureusement, même soucis. Le second proto ne fonctionne pas mieux et présente les mêmes symptômes que le premier, aussi bien sous +/-22V que +/-40V, à savoir ploc discret dans le haut-parleur à la mise sous tension et à l'arrêt (et comme par hasard, les deux TDA7293 utilisés proviennent de la même source douteuse).

Alors, cela fonctionne-t-il ? Non. Au début (avec alim +/-14V) le TDA7293 du proto #1 était tiède. Ensuite avec l'alim +/-22V le circuit intégré s'est mis à chauffer exagérement. Un léger ploc se fait entendre dans le haut-parleur à la mise sous tension, mais aucun son ne se fait entendre quand je branche une source audio à l'entrée de l'ampli. J'ai également fait des tests en supprimant les composants liés au Mute et Standby, raccord des broches 9 et 10 directement au +Valim. Aucun changement, le système reste muet. Ne pas oublier que les TDA7293 que j'ai mis sont de provenance "douteuse". Si plus tard je retente l'expérience, ce sera obligatoirement avec un composant "officiel" ;)

 
Remarque :

• Les gros condensateurs de filtrage d'alimentation C101 à C104 que j'ai mis sur mon proto #1 sont des modèles 25V. Pour cette raison, j'ai limité la tension d'alimentation, au début avec un transformateur d'alimentation délivrant 2x10Vac au secondaire (environ +/-14Vdc après redressement et filtrage), puis ensuite avec un transformateur d'alimentation délivrant 2x15Vac au secondaire (environ +/-22Vdc).
• Les quatre résistances de puissance R101 à R104 de valeur prévue 0,1 ohm sont des 1,0 ohm sur mon prototype #1, soit 10 fois plus. Je sais que ce n'est pas bien, mais pour les tests que je n'avais pas prévus de faire, ça convient (les tensions en bout de chaîne sont suffisantes). Pour le prototype #2, j'ai mis seulement 2 résistances de 0,47 ohm.
• La suppression des composants liés aux fonctions Mute et Standby est déconseillée en temps normal. J'ai effectué cette manip en connaissance de cause, en branchant en sortie un HP d'impédance 8 ohms et en utilisant une tension d'alimentation réduite pour limiter les appels de courant au démarrage. Avec un circuit intégré fonctionnel, il faut utiliser les cellules RC attachées à ces fonctions.
• J'arrête là mes essais avec ces circuits foireux. Si quelqu'un m'envoie un TDA7293 officiel, je lui envoie en retour 2 PCB nus pour cet ampli BF 010 (sections ampli + filtrage alim) prêt à peupler.

   

Réalisation de Frédéric H.

Version quelque peu évoluée, puisque Frédéric à modifié/amélioré l'alimentation pour permettre un démarrage en douceur (il semblerait que certains exemplaires de TDA7293 aient tendance à l'explosion quand on les alimente brutalement avec une tension proche de leur limite - surtout ceux achetés pas cher).

   
   
   

Le circuit imprimé principal de l'amplificateur comporte des fonctions évoluées de commutation et de réglages de tonalité commandés par tensions continues. Ce qui explique sa taille généreuse. Un boulot de pro !

   

Réalisation de Lionel M.

Avec très jolie mise en coffret bois !

   

   
Commentaires de Lionel :

19/02/2017 : J'ai trouvé le projet Ampli BF 010 qui convenait parfaitement à mes enceintes de 50W. Je l'ai réalisé en double pour la stéréo... Tout a fonctionné du premier coup, une première pour moi ! Je trouve la qualité du son vraiment bonne, je n'y vois rien à redire !

20/03/2017 : Petit soucis: quand je débranche l'entrée audio ou que j'injecte un signal sinus de fréquence élevée (15 kHz à 20 kHz) la résistance R1 de 2,2 ohms chauffe au point d'en rougir ! J'ai mis une 1/4 W, ne serait-il pas judicieux de préciser qu'il faut une résistance capable de dissiper une puissance plus élevée ?

Le fait que cette résistance rougisse en absence de source connectée à l'entrée audio de l'ampli, laisse penser qu'il se produit une oscillation parasite haute fréquence (et inaudible). Cela ne peut être confirmé qu'avec un oscilloscope branché sur la sortie amplifiée. Avec une source audio "naturelle" (non synthétique et sans compression de dynamique multi-bandes), le contenu spectral est bien moins riche dans les aigus que dans les graves. Le réseau R1/C10 est là pour compenser la hausse de l'impédance du HP dans les fréquences les plus élevées : plus la fréquence du signal amplifié augmente, et plus R1 doit dissiper de puissance (à niveau d'entrée constant). En temps normal et "en moyenne", cette résistance dissipe peu de puissance. Mais vous avez raison, un modèle 1 W est plus approprié (même si cela ne résoud pas le problème d'oscillation parasite quand l'entrée est débranchée).

24/03/2017 : J'ai mis une résistance de 4 W, plus de soucis !

Merci Lionel pour l'ensemble de ces retours.
   

Réalisation de Yannick P.

Autre dessin de CI qui a donné satisfaction à Yannick, puisque l'ampli fonctionne comme attendu.

   
 
   
Merci Yannick !

Réalisation de Michel M.

Michel a réalisé son propre PCB, et les résultats sont là aussi concluants.

   

Retour de Michel M. : Ca marche très bien. Je l'ai installé dans le boitier d'un ancien tuner Denon, je crois qu'il y est bien.

   

Circuit imprimé (PCB)

Circuit de régulation d'alimentation réalisé en simple face, amplificateur réalisé en double face.

   

Circuit pas encore validé
   

Remarques :

• Rappel : le proto que j'ai réalisé en me basant sur ce PCB ne fonctionne pas, je mets cela sur le compte des circuits intégrés TDA7293 acheté à (très/trop) bas coût.
• Les deux moitiés de PCB (alimentation et ampli) peuvent être séparées pour un agencement (câblage) au choix. Il me semble en effet plus pratique d'opérer ainsi (circuits bien séparés) afin de faciliter la pose du dissipateur thermique sur le TDA7293.
• La broche 11 du TDA7293 correspond à la liaison entre l'étage driver (préampli de puissance) et l'étage de sortie (amplificateur de puissance). En temps normal on ignore complètement cette broche, qui ne sert que pour des contrôles éventuels ou pour un câblage particulier de deux TDA7293 en mode "maître / esclave". Sur le circuit imprimé, on peut donc dégager cette broche du composant pour faire de la place à une piste de cuivre. Ce n'est pas pour autant que je l'ai fait...
• Les pistes de cuivre qui véhiculent de forts courants sont celles qui sont les plus larges (masse, alims et sortie BF). Elles pourront être généreusement recouvertes de soudure, et même si possible d'un fil de cuivre nu de bon diamètre (je ne l'ai pas fait).

   
Typon (PCB) au format PDF 

   

Historique

21/07/2024
- Ajout photos prototype de Michel M., que je remercie pour ses retours.

02/06/2024
- Nouveaux essais sur mon premier prototype et construction d'un second, sans succès pour les deux, avec exactement les mêmes symptômes (circuits intégrés TDA7293 très probablement défectueux ou non fonctionnels).

26/05/2024
- Ajout photos de mon prototype (actuellement non fonctionnel).

14/04/2024
- Ajout informations concernant la compatibilité TDA7294 / TDA7293.
- [PCB] - Modification circuit imprimé, les trous du TDA729x étaient trop petits... J'en ai profité pour remplacer les picots de connexion puissance (alim et sortie HP) par des borniers à vis.

07/01/2024
- [PCB] - Inclusion du redressement et du filtrage d'alimentation (partie de PCB détachable).

26/03/2017
- Ajout commentaire de Lionel M. concernant sa réalisation.

19/02/2017
- Ajout photos de la réalisation de Lionel M., que je remercie pour ses retours.

29/01/2017
- Ajout retours utilisateurs et photos réalisations.

07/04/2013
- Première mise à disposition