Dernière mise à jour :
28/06/2015
Caractéristiques principales
Puissance :
10 W
Tension :
+/-20 V à +/-24 V
Technologie :
Transistors
Présentation
Ce module amplificateur est capable de délivrer une dizaine de watts efficaces dans une charge de 8 ohms.
A l'origine, cet ampli a été conçu pour des signaux sinus très
basse fréquences qui n'avaient pas grand chose à voir avec l'audio.
L'objectif était de disposer d'une bande passante qui s'étendait
de 0,1 Hz (autant dire le continu) à 100 Hz. Non, je ne vous dirai
pas pourquoi c'était faire, car ça n'a pas fonctionné comme je le
souhaitais, et j'ai trop honte (tellement honte que j'en ai été réduit
à transformer le circuit en question en ampli audio). Le taux de
distorsion n'était pas un critère problématique, quelques pourcents ne
posaient pas de problème. Malheureusement, la distorsion ne
dépasse pas 1% si on s'en tient aux 10 W annoncés, et du coup je ne
sais plus où poser les pieds.
Avertissements
Malgré tout ce qu'on peut lire à gauche ou à droite (surtout sur ce site), cet ampli BF n'a pas été utilisé pour un usage audio.
Schéma
Bon, je ne vais pas vous mentir, je me suis basé sur un schéma existant que j'ai un peu modifié.
J'ai retiré des trucs (transistors et résistances en trop), en
ai
ajouté d'autres (condensateurs et diodes en pas assez) et j'en ai
modifié certains (éléments actifs dont les références ne me plaisaient
pas). C'est comme ça.
Principe général
Il consiste à faire (presque) comme tout
le monde. Un AOP est alimenté sous une tension pas trop proche de ses
limites supérieures critiques, et est épaulé par des transistors
complémentaires qui se
complètent bien puisqu'ils sont complémentaires. La moitié supérieure
(Q1 et Q2) s'occupe des alternances positives du signal BF (ou audio)
appliqué à
l'entrée In, et la moitié inférieure (Q3 et Q4) se contente de ce
qui reste, à savoir les alternances
négatives. Quel scoop ! L'étage de sortie est composé de deux paires de
transistors qui semblent montés en darlington (en tout cas ça y
ressemble beaucoup, il ne manque pas grand chose) et ces pauvres petits
ne commencent à conduire que
quand on leur applique une tension de 2,4 Vcac (2 fois 2 x 0,6 V en
crête-à-crête). Du coup, le rendu sonore est très bizarre quand le
signal d'entrée est faible (pianissimo). Cela explique la nécessaire
présence des diodes D3 à D6 polarisées (et rendues passantes) par
les résistances R8 et R11 : ces diodes permettent de faire entrer les
transistors de puissance en "début de conduction" et ainsi de ne rien
louper de la finesse des signaux de faible amplitude. Ceci dit, je me
questionne encore sur cette belle théorie qui consiste à réduire la
distorsion dite de croisement (transitions alternances
négatives/positives). En effet, quand on remplace les quatre diodes par
des straps (court-circuits), le son délivré en sortie semble ne pas
souffrir tant que ça. Mon oreille tendrait-elle à s'habituer aux
travaux de cochon qu'on entend de plus en plus souvent sur les ondes et
sur la toile ? Ou alors mon esprit de provocation est resté intact sans
que j'en ai conscience. Peut-être après tout cela est-il simplement lié
à la présence de l' AOP qui précède et que le tout à un gain donné
(j'ai un doute). A ce propos, le gain de l'amplificateur est fixé par
la
résistance R3, ici de 330 kO. Vous pouvez diminuer sa valeur (jusqu'à
22 kO) pour diminuer le gain, ou l'augmenter
(jusqu'à 820 kO) pour un gain plus élevé. Avec un gain plus élevé,
la sensibilité d'entrée augmente, ce qui signifie qu'un signal d'entrée
de moindre amplitude suffit pour obtenir la pleine puissance de sortie.
Il n'est pas exclu que sans les diodes D3 à D6 et avec un gain plus
faible, le taux de distorsion augmente. Mais on s'en fiche car on
laisse les diodes en place, finalement.
Expérience amusante
Retirez
Q2
(TIP31) et observez la forme du signal de sortie (la méthode est plus
rigoureuse si vous utilisez un signal test de fréquence et
d'amplitude constante, mais
c'est plus rigolo à l'écoute s'il s'agit de votre disque préféré).
Maintenant, sans rien changer, observez la forme du signal en sortie de
l'AOP. Marrant, hein ? Figurez-vous qu'on observe la même chose si on
retire Q4 (TIP32), mais avec les alternances opposées (on pouvait s'en
douter un peu). A quoi cela est-il dû ? hum... réflechissons un peu.
L'AOP et les transistors forment un amplificateur différentiel de
puissance. Une partie du signal de sortie (de puissance) est réinjecté
sur l'entrée inverseuse de l'AOP (c'est ce qu'on appelle une
contre-réaction, ici assurée par la résistance R3 dont la valeur, pour rappel, définit le gain de
l'ensemble). Si on retire Q2, on ampute le signal
de sortie de ses alternances positives. Dans ce cas, l'AOP se dit
"tient, il n'y a pas grand chose en sortie" et il a raison puisque la
tension de sortie est proche de 0 V. Du coup, il pense qu'il n'a
pas bien fait
son travail et se dit qu'il faut faire un effort supplémentaire :
il pousse l'amplitude de son signal de sortie. "Mais que diable se
passe-t-il... la sortie reste encore bien basse ! Eh bien poussons
encore un peu". Il insiste tant que son signal de sortie vient buter à
son maximum, et on a droit à une belle saturation. C'est un effet tout
bête, mais songez à ceci en cas de panne car la première fois ça peut
surprendre - au moins autant que quand on met la pointe de touche d'un
oscilloscope sur les entrées inverseuse et non-inverseuse de l'AOP et
qu'on constate que... Surprise
! Je vous laisse faire.
Alimentation
L'alimentation
de cet ampli est de type symétrique (double), on doit disposer d'un +20
V et d'un -20 V par rapport à la masse, valeurs qui peuvent
grimper sans problème à +/-24 V mais sans pour autant apporter plus de
puissance. Normal, l'AOP sature avant d'arriver aux "rails" +/-20
V, alors qu'on alimente
l'étage de sortie sous 20 V ou 24 V n'y change pas grand chose. Ici, on
peut se contenter d'un classique pont redresseur (il doit supporter au
minimum 3 A en régime permanent) suivi de deux gros condensateurs de
filtrage dont la valeur minimale sera de 4700 uF (10000 uF pour chacune
des deux branches positive et négative est même conseillé, le résultat
sonore dépend beaucoup de la valeur de ces condensateur et du volume
d'écoute).

Le
transformateur d'alimentation est un modèle 2 x 15 V ou 2 x 18 V de 22
VA au minimum. Après redressement et filtrage, et en tenant compte
d'une chute de tension de 2 V environ dans le pont de diodes, les
tensions continues en sortie sont d'environ +/-19 V (si transfo 2 x 15
V) ou +/-23 V (si transfo 2 x 18 V). Dans la pratique, ça peut être un
peu plus ou un peu moins, en fonction du transfo choisi et de la
tension réelle sur l'arrivée secteur 230 V. La varistance (MOV) câblée en
parallèle sur le primaire du transfo est facultative, si vous en mettez
une choisissez un modèle 250 Vac / 20 A ou plus. Le fusible est
également "accessoire" mais c'est un bon réflexe d'en prévoir un (ici,
un modèle 300 mA retardé convient).
Dissipateur thermique obligatoire ?
Ah, vous croyiez pouvoir y
échapper ! C'est normal, tout le monde aujourd'hui cherche à réduire
les coûts. C'est une mode qui rapporte, paraît-il. Je l'ai montré
debout sur la vue 3D, mais vous pouvez bien sûr le coucher (transistors
Q2 et Q4 en position horizontale) pour une mise en boîte dans un
coffret pas trop épais.
Brochage du TDA7293
On s'en fiche, il n'y en a pas.
Prototype
Réalisé sur plaque sans soudure. Quoi qu'en y regardant de près, je crois qu'il y a tout de même quelques soudures.
Les
essais ont été réalisés avec deux résistances de puissance, une de 10
ohms et l'autre de 4,7 ohms. Les dissipateurs thermiques que j'ai
utilisés sont assez petits mais ont suffit le temps des tests. Au
bout de cinq minutes à pleine puissance (une dizaine de watts en sortie), ils étaient
bien chauds mais pas bouillants. Sans leur présence (j'ai essayé car
j'aime ça aussi), les transistors deviennent bouillants au bout de
quelques secondes et ça sent très vite le chaud !
La
photo de l'oscillo montre une sinus de sortie qui se porte très bien,
elle possède une amplitude de 25 Vcac (amplitude crête de 12,5 V) sur charge de 10
ohms (alim ampli de +/-20 V, calibre oscillo 5 V/div). Cela nous donne
une puissance "efficace" de :
P = (U x U) / R
P = (12,5 / 1,41) x (12,5 / 1,41) / 10 = 7,8 Weff
Avec
la résistance de charge de 4,7 ohms, l'amplitude de la sinus en sortie
atteint 18 Vcac (amplitude crête de 9 V), ce qui donne une puissance
efficace de :
P = (9 / 1,41) x (9 / 1,41) / 4,7 = 8,6 W
L'écrêtage
se produit d'abord sur les alternances négatives et les transistors
(tout comme la grosse résistance câblée en sortie), chauffent bien.
C'est important, dans un garage pas chauffé en hiver.
Circuit imprimé
Non réalisé, oubliez ce que vous allez voir.
Typon aux formats PDF et Bitmap 600 dpi
Historique
28/06/2015
- Correction erreur concernant la
puissance annoncée pour cet ampli (valeur gonflée par erreur). Merci à
Antoine M. de m'avoir rappelé à l'ordre. Il ne manquerait plus que l'on
me prenne pour un de ces chers vendeurs de matériel audio peu
scrupuleux... Sans rire, j'ai simplement oublié d'appliquer
correctement les formules que je rappelle à la page
Ces watts qui nous sont si chers.
12/01/2014
- Première mise à 10 positions.