A l’aide de deux circuits intégrés TDA1514/A et de quelques composants périphériques seulement, on peut réaliser un amplificateur Hi-Fi stéréo capable de débiter une puissance “musicale” de 2 x 56 watts sur une charge de 4 ohms ou de 2 x 28 watts sur une charge de 8 ohms. Un double vumètre à diodes LED permettra de visualiser le niveau de sortie des deux canaux. C’est la description de cet appareil que vous trouverez dans cet article.
L’ampli Hi-Fi stéréo que nous vous proposons aujourd’hui, pourra vous servir pour amplifier le signal prélevé en sortie du tuner AM-FM stéréo décrit dans ELM numéros 15 et 16, ou de n’importe quel autre récepteur, lecteur de cassettes ou de CD, téléviseur, etc.
Ce circuit est capable de fournir une puissance d’environ 2 x 56 watts musicaux correspondants à 2 x 28 watts RMS, si on relie des enceintes de 4 ohms sur ses sorties, ou une puissance d’environ 2 x 28 watts musicaux, correspondant à 2 x 14 watts RMS, si on relie des enceintes de 8 ohms sur ses sorties.
Le circuit intégré TDA1514/A
Pour réaliser cet ampli, nous avons choisi un circuit intégré TDA1514/A, fabriqué par Philips, car il nécessite peu de composants externes et dispose de 4 protections internes (voir figure 1).
La première protection permet de limiter la puissance de sortie, de façon à ne jamais dépasser la puissance maximale admise.
La seconde protection permet de bloquer le fonctionnement de l’ampli dès que la température de son corps dépasse la température admise.
La troisième protection empêche le circuit intégré de s’endommager dans le cas où les deux fils de sortie des enceintes seraient, par inadvertance, mis en court-circuit.
Signalons que cette protection ne résiste à un court-circuit ne dépassant pas 9 minutes environ. Après quoi, le circuit intégré s’endommage.
La quatrième protection permet de n’activer l’ampli qu’après un délai de 5 secondes suivant la mise sous tension, ce qui élimine ainsi le “toc” agaçant sur les enceintes.
Même si le fabricant conseille d’alimenter ce circuit intégré avec une tension double d’environ 2 x 25 volts, nous avons préféré l’alimenter avec une tension de seulement 2 x 20 volts, afin de le protéger d’éventuelles et brusques augmentations de la tension secteur 220 volts.
Les caractéristiques techniques de cet ampli sont résumées ci-dessous :
Tension d’alimentation
2 x 20 voltsCourant au repos
100 milliampèresPuissance de courant maximale
1,8 ampèreBande passante -3 dB
15 hertz - 50 kilohertzDistorsion harmonique
0,15 %Signal d’entrée maximal
2 volts crête à crêteGain total
24 dBPuissance maximale sur 4 ohms
28 watts RMSPuissance maximale sur 8 ohms
14 watts RMSImpédance d’entrée 22 000 ohms
Figure 1a : Schéma synoptique du TDA1514/A
Figure 1b : Connexions du TDA1514/A. La patte 1 est du côté du marquage.
Schéma électrique
Le schéma électrique complet se décompose en trois étages distincts.
Il est représenté sur la figure 3.
Le premier étage, représenté dans la partie supérieure du schéma électrique, est un VUmètre stéréo qui utilise deux circuits intégrés LM3915 (voir IC1 et IC2), prévus pour piloter 10 diodes LED par canal. Cet étage est facultatif et pourra donc ne pas être utilisé par celui qui souhaiterait limiter le coût total de l’amplificateur.
Le second étage, représenté dans la partie centrale du schéma, est l’ampli stéréo complet proprement dit. Il utilise, comme nous l’avons déjà écrit, deux circuits intégrés TDA1514/A (voir IC3 et IC4).
Le troisième étage, représenté dans la partie inférieure du schéma électrique, est celui de l’alimentation. Nous commençons notre description par la partie centrale, c’est-à-dire l’amplificateur.
L’étage amplificateur
On applique le signal BF, que l’on prélève sur la sortie d’un tuner, ou sur n’importe quelle autre source, sur les douilles d’entrée du canal de droite et du canal de gauche.
Ce signal atteint le double potentiomètre, R11 et R24, pour le contrôle du volume.
Le signal est ensuite transféré, par l’intermédiaire des condensateurs polyesters C10 et C21, du curseur de ces deux potentiomètres sur la broche d’entrée 1 des deux circuits intégrés TDA1514/A.
Les broches 2 et 3 de ces deux circuits intégrés activent l’amplificateur avec un retard d’environ 5 secondes et limitent la puissance de sortie dans le cas où le corps du circuit intégré devait dépasser la température maximale admise.
Le signal amplifié, que l’on prélève sur la broche de sortie 5, atteint l’enceinte par l’intermédiaire d’une résistance de 100 ohms 1 watt (voir R17 et R18) reliée en parallèle avec une inductance (voir L1 et L2).
Ce réseau R/L sert à compenser l’effet capacitif d’un éventuel filtre séparateur qui serait inséré à l’intérieur de l’enceinte.
La résistance et la capacité (voir R16 et C15, ainsi que R19 et C16), reliées entre la broche de sortie 5 et la masse, permettent, au contraire, de compenser la charge fortement inductive de l’enceinte.
Le pont diviseur (voir R14 et R15, ainsi que R20 et R21) relié entre la broche de sortie 5 et la broche 9, permet de déterminer le gain de tout l’étage amplificateur.
Si on relie une résistance de 22 000 ohms entre la broche 5 et la broche 9 et une résistance de 1500 ohms entre la broche 9 et la masse, on obtient un gain en tension de :
Si on remplace la résistance de 1 500 ohms par une de 1200, on obtient une augmentation de sensibilité, tandis que si on la remplace par une de 1 800 ohms, on obtient une réduction de sensibilité.
La description de l’étage amplificateur de puissance étant terminée, on peut passer à celle du VUmètre.
L’étage VUmètres à LED
Cet étage utilise deux circuits intégrés LM3915, des drivers logarithmiques prévus pour piloter 10 diodes LED.
Le signal est prélevé sur la prise de sortie des deux enceintes par l’intermédiaire de deux condensateurs électrolytiques de 10 microfarads, placés en opposition de polarité (voir C3 et C4, ainsi que C6 et C7), pour obtenir un condensateur de 5 microfarads du type non polarisé.
Le signal alternatif BF, redressé par deux diodes au silicium (voir DS1 et DS2, ainsi que DS3 et DS4), est filtré par un condensateur électrolytique (voir C1 et C9), puis il est appliqué sur un trimmer (voir R2 et R9) qui sert à doser la sensibilité.
Pour des motifs uniquement esthétiques, on laisse la première diode LED reliée à la broche 1 des deux circuits intégrés.
On alimente les deux circuits intégrés avec une tension stabilisée de 12 volts, que l’on prélève sur la broche de sortie du régulateur intégré L7812 (IC5).
L’étage alimentation
Le transformateur torique T1 fournit une tension alternative d’environ 2 x 15 volts sur le secondaire.
Cette tension alternative est appliquée sur les deux diodes DS5 et DS6. Le point milieu du secondaire est raccordé à la masse. Une fois redressée, la tension continue est d’environ 20 volts.
Cette tension est appliquée, par l’intermédiaire de R25, R26 et R27, sur l’entrée du circuit intégré régulateur IC5, un simple L7812, qui nous permet d’obtenir sur sa sortie une tension de 12 volts nécessaire pour alimenter les deux circuits intégrés des VUmètres, les deux flip-flop IC6/A et IC6/B, ainsi que le relais relié au collecteur du transistor TR1.
Lorsque le relais est excité, les 2 x 15 volts présents sur le secondaire du transformateur T1, peuvent atteindre le pont redresseur RS1 qui, en les redressant et en les filtrant à l’aide de deux condensateurs électrolytiques de 4 700 microfarads (voir C31 et C32), permettent d’obtenir une tension continue double de 2 x 20 volts en sortie, que l’on utilise pour alimenter les deux circuits intégrés TDA1514/A.
Si on appuie une première fois sur le bouton P1, on porte au niveau logique “1” la broche 11 (CK) du flip-flop IC6/A et, de cette façon, une impulsion positive sort de la broche de sortie 13 (Q) qui commute sa broche de sortie 1 (Q) au niveau logique “1”, en atteignant la broche 3 (CK) du second flip-flop IC6/B.
Comme le niveau logique “1” équivaut à une tension positive, celle-ci, en atteignant la base du transistor TR1 le portera en conduction en alimentant le relais relié à son collecteur, qui s’excitera immédiatement.
Une fois le relais excité, on verra s’allumer la diode LED DL21.
Si on appuie une seconde fois sur le bouton P1, on portera la broche 11 (CK) du flip-flop IC6/A au niveau logique “1” et, une impulsion positive sortira à nouveau de la broche de sortie 13 (Q) qui, en atteignant la broche 3 (CK) du second flip-flop IC6/B, commutera sa broche de sortie 1 (Q) au niveau logique “0”.
Comme le niveau logique “0” équivaut à une sortie court-circuitée à masse, la tension de polarisation requise viendra donc à manquer sur la base du transistor TR1, lorsque le relais relié à son collecteur se désactivera.
Comme vous l’aurez sûrement deviné, le bouton P1 sert à allumer et à éteindre l’ampli.
Nous avons également prévu dans ce circuit, un interrupteur supplémentaire (S1 placé à l’arrière du panneau), qui sert à l’éteindre complètement.
Figure 7a : Schéma d’implantation des composants de l’amplificateur et de son alimentation. Les fils qui sortent sur la droite de ce circuit imprimé sont reliés au circuit imprimé des VUmètres, donné sur la figure 9.
Montez ensuite les circuits intégrés IC1 et IC2, ainsi que les composants représentés sur la figure, sur la partie opposée de ce circuit imprimé. Ce circuit imprimé doit ensuite être relié à celui de l’amplificateur et de l’alimentation de la figure 7, à l’aide de 8 fils.
Figure 9b : Les pattes “A”, les plus longues, de la barre de diodes LED doivent toutes être orientées vers la gauche.
Liste des composants
R1 = 1,5 kΩ
R2 = 10 kΩ trimmer
R3 = 1,2 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 4,7 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 1,2 kΩ
R9 = 10 kΩ trimmer
R10 = 1,5 kΩ
R11 = 47 kΩ pot. log.
R12 = 22 kΩ
R13 = 470 kΩ
R14 = 22 kΩ
R15 = 1,5 kΩ
R16 = 4,7 Ω 1/2 W
R17 = 100 Ω 1 W
R18 = 100 Ω 1 W
R19 = 4,7 Ω 1/2 W
R20 = 22 kΩ
R21 = 1,5 kΩ
R22 = 470 kΩ
R23 = 22 kΩ
R24 = 47 kΩ pot. log.
R25 = 47 Ω 1/2 W
R26 = 47 Ω 1/2 W
R27 = 47 Ω 1/2 W
R28 = 100 Ω 1/2 W
R29 = 100 Ω 1/2 W
R30 = 270 Ω
R31 = 4,7 kΩ
R32 = 2,2 kΩ
R33 = 10 kΩ
R34 = 4,7 kΩ
R35 = 5,6 kΩ
R36 = 22 kΩ
R37 = 2,2 kΩ
C1 = 2,2 μF électrolytique
C2 = 47 μF électrolytique
C3 = 10 μF électrolytique
C4 = 10 μF électrolytique
C5 = 100 μF électrolytique
C6 = 10 μF électrolytique
C7 = 10 μF électrolytique
C8 = 47 μF électrolytique
C9 = 2,2 μF électrolytique
C10 = 1 μF polyester
C11 = 220 pF céramique
C12 = 470 nF polyester
C13 = 47 μF électrolytique
C14 = 470 nF polyester
C15 = 22 nF polyester
C16 = 22 nF polyester
C17 = 470 nF polyester
C18 = 470 nF polyester
C19 = 47 μF électrolytique
C20 = 220 pF céramique
C21 = 1 μF polyester
C22 = 1 000 μF électrolytique
C23 = 47 nF polyester
C24 = 47 nF polyester
C25 = 100 nF 250 V
C26 = 100 nF 250 V
C27 = 100 nF 250 V
C28 = 100 nF 250 V
C29 = 470 μF électrolytique
C30 = 100 μF électrolytique
C31 = 4 700 μF électrolytique
C32 = 4 700 μF électrolytique
C33 = 10 μF électrolytique
C34 = 100 nF polyester
C35 = 10 nF polyester
C36 = 220 nF polyester
C37 = 100 nF polyester
L1 = 10-11 spires sur R17
L2 = 10-11 spires sur R18
RS1 = Pont redres. 400 V 6 A
DS1 = Diode 1N4150
DS2 = Diode 1N4150
DS3 = Diode 1N4150
DS4 = Diode 1N4150
DS5 = Diode 1N4007
DS6 = Diode 1N4007
DS7 = Diode 1N4150
DS8 = Diode 1N4150
DS9 = Diode 1N4007
TR1 = Transistor NPN BC547
DL1-DL5 = Barre de 5 LED
DL6-DL10 = Barre de 5 LED
DL11-DL15 = Barre de 5 LED
DL16-DL20 = Barre de 5 LED
DL21 = Diode LED
IC1 = Intégré LM3915
IC2 = Intégré LM3915
IC3 = Intégré TDA1514/A
IC4 = Intégré TDA1514/A
IC5 = Régulateur L7812
IC6 = Intégré CMOS 4013
T1 = Transfo. 60 W (TT06.761) primaire 220 V sec. 2 x 15 V 2 A
RELAIS 1 = Relais 12 V 2 RT
P1 = Bouton poussoir
S1 = Interrupteur
Note : Sauf indication contraire, toutes les résistances sont des 1/4 de watt à 5 %.
Réalisation pratique
Le schéma d’implantation des composants de l’étage amplificateur, équipé de son étage d’alimentation référencé, est donné sur la figure 7.
On peut commencer le montage en insérant le support du circuit intégré IC6 sur le circuit imprimé.
Après avoir soudé toutes ses broches sur les pistes en cuivre du circuit imprimé, montez les résistances.
Poursuivez ensuite le montage en insérant toutes les diodes au silicium, en plaçant DS5, DS6 et DS9, qui ont un corps plastique, près du bornier à 3 pôles, sans oublier d’orienter le côté de leur corps marqué par une bague vers le circuit intégré stabilisateur IC5.
Insérez les diodes DS7 et DS8 en verre à côté du circuit intégré IC6, en orientant toujours le côté de leur corps entouré par une bague (voir figure 7) vers le haut.
Une fois ces opérations terminées, vous pouvez monter les deux condensateurs céramiques référencés C11 et C20, puis tous les condensateurs polyesters et enfin, les électrolytiques, en veillant à respecter la polarité de leurs pattes.
Sur le corps des condensateurs de 4 700 microfarads (C31 et C32), le signe “–” est marqué à la verticale, car leurs deux pattes sont de même longueur.
Après avoir inséré tous les condensateurs, vous pouvez insérer le pont redresseur RS1 dans son emplacement, en le tenant légèrement surélevé au-dessus du circuit imprimé et en orientant la patte marquée du signe “+” vers le condensateur électrolytique C31.
Insérez le relais à gauche du pont RS1 et, à côté, le bornier à 3 pôles, nécessaire pour relier les 3 fils du secondaire du transformateur d’alimentation T1.
Montez le transistor TR1 à droite du pont RS1, en orientant la partie plate de son corps vers RS1.
Comme vous pouvez le voir sur la figure 7, le circuit intégré stabilisateur IC5 doit être fixé en position horizontale sur le circuit imprimé, en appliquant sous son corps un petit radiateur en forme de “U”.
Il ne reste maintenant plus que les deux résistances de 100 ohms 1 watt, référencées R17 et R18, sur lesquelles doivent être bobinées les selfs L1 et L2.
Prenez du fil de cuivre émaillé de 8 ou 9/10 de diamètre, grattez une extrémité sur quelques millimètres afin d’en retirer le vernis isolant et soudez-la sur une des pattes de la résistance R17.
Bobiner 10 ou 11 spires sur le corps de la résistance (le nombre de spires importe peu), puis grattez l’extrémité et soudez-la sur la patte restée libre.
Répétez la même opération pour R18/L2.
Nous vous invitons à soigner la réalisation de ces deux selfs. En effet, si en raison d’une soudure sèche, par exemple, un fil n’était pas électriquement relié à une patte d’une résistance, aucun son ne sortirait de l’enceinte correspondante.
Il ne vous reste plus qu’à monter les deux circuits intégrés TDA1514/A sur leur radiateur, en interposant un isolant mica entre leur corps et le métal du radiateur (voir figure 8).
Insérez ensuite les 9 pattes de chaque circuit intégré dans les trous présents sur le circuit imprimé.
Vous ne devez pas appuyer à fond le corps de ces circuits intégrés sur le circuit imprimé, mais le maintenir à distance de celui-ci. En fait, si vous observez la figure 8, vous pouvez remarquer que le circuit imprimé se trouve à une distance d’environ 10 mm de la base du radiateur.
Vous pouvez à présent procéder à toutes les soudures des broches sur les pistes en cuivre, en tenant compte de cette distance. Ne manipulez pas l’ensemble radiateur/circuit imprimé par le circuit imprimé. Vous tordriez les pattes des TDA1514/A en raison du poids du radiateur.
Le radiateur doit être fixé à l’aide de vis sur la partie métallique du boîtier.
Deux entretoises métalliques de 10 mm (voir figure 7) doivent ensuite être insérées dans les deux trous situés aux extrémités du circuit imprimé, puis également fixées sur le fond du boîtier.
Après avoir inséré le circuit intégré IC6 dans son support, en orientant son encoche-détrompeur en forme de “U” vers IC4, vous pouvez commencer le montage du circuit imprimé des VUmètres.
Sur le côté du circuit imprimé visible sur la figure 9, montez les deux supports des circuits intégrés référencés LM3915, puis toutes les résistances, les deux trimmers de calibrage R9 et R2, les condensateurs électrolytiques ainsi que les diodes au silicium, en orientant le côté de leur corps marqué d’une bague vers les deux trimmers.
Insérez, de l’autre côté du circuit imprimé, le bouton-poussoir P1, la diode LED DL21, en respectant la polarité des deux pattes, “A” et “K”, ainsi que les 4 barres de diodes LED du VUmètre.
La diode LED DL21 doit être maintenue à une distance d’environ 14 mm du circuit imprimé, pour permettre à sa tête de sortir par le trou présent sur le panneau avant du coffret. Pour ce faire, vous devez fixer provisoirement le circuit imprimé sur ce panneau, faire sortir la tête de la LED par le trou, puis souder ses pattes. Ensuite, redémontez le circuit imprimé.
Les barres de diodes LED constituant les VUmètres sont au nombre de 4 parce que chacune d’elles est composée de 5 diodes (voir figure 9). Donc, pour obtenir 10 LED par canal, il faut accoler deux barres de 5 (CQFD) !
Lorsque vous insérez ces barres, vous devez faire très attention à la longueur de leurs pattes car, comme cela est représenté sur la figure 9, la patte la plus longue est la “A” et la plus courte, la “K”. Les pattes les plus longues doivent être placées vers la gauche et les courtes, vers la droite, sinon les diodes LED ne s’allumeront pas.
Avant de souder les pattes des barres de LED sur les pistes du circuit imprimé, fixez ce dernier provisoirement sur le panneau avant, puis faites plaquer le corps des diodes au plastique transparent.
Câblage final
Après avoir fixé le circuit imprimé de l’ampli sur le fond du boîtier, vous pouvez terminer le câblage.
Reliez la prise d’entrée, fixée sur le panneau arrière, au double potentiomètre du volume R24 et R11, à l’aide d’un petit câble blindé.
Soudez ensuite deux petits câbles blindés sur les broches centrales du double potentiomètre (les gaines de blindage doivent être soudées sur les broches de gauche, ainsi qu’à la carcasse métallique du potentiomètre), puis reliez-les aux broches du circuit imprimé, c’est-à-dire aux picots qui se trouvent à côté des condensateurs C10 et C11, ainsi que C20 et C21.
La gaine de blindage doit être soudée sur le picot placé à côté de C11 et C20, comme cela est représenté sur la figure 7.
Reliez les picots placés à côté des résistances R15 et R21, sur lesquelles sont bobinées les selfs L1 et L2, à la prise de sortie pour les enceintes.
Le fil de la masse doit être fixé sur le bornier de couleur noire, tandis que le fil du signal de sortie doit être fixé sur celui de couleur rouge.
A l’aide d’un morceau de fil deux conducteurs de couleur rouge et noire, assurez la liaison de la tension 12 volts entre le circuit imprimé de l’amplificateur et celui des VUmètres.
Vous devez également relier par deux fils les borniers rouges des prises de sortie des enceintes aux deux picots placés à côté des deux condensateurs électrolytiques C7 et C4 sur le circuit imprimé des VUmètres.
A l’aide de deux autres fils, reliez les broches placées à côté de la diode LED DL21 et à côté du bouton P1 du circuit imprimé des VUmètres, au circuit imprimé de l’amplificateur, comme cela est représenté sur la figure 7.
Pour terminer le montage, vous devez fixer le transformateur d’alimentation toroïdal référencé T1, sur le fond du boîtier, puis en relier les fils.
Les deux fils du primaire 220 volts sont généralement de couleur noire. Le secondaire à point milieu est composé de trois fils. Le fil central est toujours de couleur marron et les deux fils d’extrémités sont de couleur jaune.
Ces fils doivent être fixés dans le bornier à 3 pôles, en insérant, évidemment, la prise centrale du secondaire du transformateur dans le trou central.
Dans cet ampli, nous avons utilisé un transformateur toroïdal, malgré un prix plus élevé que pour un transformateur normal, afin d’éviter d’entendre le plus petit parasite de courant alternatif. En effet, les transformateurs normaux rayonnent des flux magnétiques très élevés qui, captés sur les pistes du circuit imprimé, provoquent un agaçant ronflement que l’on entend dans les enceintes.
Calibrage des VUmètres
L’amplificateur proprement dit ne nécessite aucun réglage. Donc, une fois le montage terminé, il suffit, pour le faire fonctionner, de relier deux enceintes ou deux haut-parleurs aux sorties, et d’appliquer un signal BF sur les deux entrées.
Ne faites jamais fonctionner l’amplificateur sans avoir tout d’abord relié les enceintes sur les sorties.
Dès que vous aurez appuyé sur le bouton P1, vous verrez la diode LED DL21, reliée au transistor TR1, s’allumer, ainsi que la première diode LED des VUmètres.
Comme nous l’avons déjà écrit plus avant, il faut attendre environ 5 secondes avant que l’amplificateur ne se mette en fonctionnement.
Une fois ce temps écoulé, si vous tournez le potentiomètre du volume, vous pouvez immédiatement constater que tout fonctionne normalement, sauf les VUmètres.
En fait, les 10 diodes LED du VUmètre du canal droit pourraient s’allumer tandis que seules 5 diodes pourraient s’allumer sur le canal gauche.
Pour équilibrer l’allumage des diodes LED des deux barres, vous devez seulement calibrer les trimmers R2 et R9.
Appliquez un signal BF sur l’entrée droite seulement puis, après avoir tourné au maximum le potentiomètre du volume, tournez le trimmer R9, jusqu’à faire s’allumer la 10ème diode LED du VUmètre correspondant à ce canal.
Appliquez ce même signal BF sur l’entrée gauche seulement, puis tournez le trimmer R2 jusqu’à faire s’allumer, là aussi, la 10ème diode LED.
Il est tout à fait normal, lorsque vous écoutez de la stéréo, que le nombre de diodes LED allumées ne soit pas le même sur chaque VUmètre. En effet le niveau dépend de la façon dont les signaux ont été disposés sur les canaux droit et gauche.
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