Ampli casque 006

Caractéristiques principales

Puissance : 8 x 300 mW (4 sorties stéréo pour casques 16 ohms ou 32 ohms)
Tension : +5 V à +12 V
Technologie : Circuits intégrés spécialisés

Présentation

Cet amplificateur pour casques permet d'attaquer quatre casques de façon individuelle, et est doté de quatre amplificateurs pour casques stéréo totalement distincts.

     
Circuit d'entrée et amplificateur, avec TDA2822 16 broches ou TDA2822 8 broches



La source sonore appliquée à l'entrée de chaque amplificateur provient d'un "distributeur de modulation" interne, lui-même alimenté par une source audio unique. En temps normal, les quatres amplis sont donc alimentés par la même source sonore. Un jack à coupure, situé entre la sortie du distributeur de modulation et l'entrée des amplis, permet d'utiliser un des amplis casque avec une source sonore annexe. On peut donc voir ce montage comme un distributeur de modulation avec quatre sorties casque, ou comme quatres amplificateurs casques totalement distincts.

Synoptique général

Le synoptique qui suit permet une vue d'ensemble de l'ampli casque multiple.



Le premier étage d'amplification AMP0 assure l'adaptation d'entrée, sous une impédance voisine de 47K, et l'alimentation en audio des quatre amplificateurs AMP1 à AMP4. Les quatre amplis reçoivent donc bien la même source sonore. Si maintenant on insère un jack dans le connecteur J2 (entrée In2), l'ampli AMP2 travaille avec une source sonore différente de celle fournie aux trois autres amplis.

Quel type d'amplificateur utiliser ?

Il faut dire que l'on a le choix. Topologie AOP + transistors, AOP seuls, ou amplificateurs intégrés ? J'ai un peu hésité, mais pas trop longtemps, finalement. Comme j'ai déjà réalisé des amplis casque avec des AOP épaulés de transistors et d'autres avec seulement des AOP , je me suis dit qu'il fallait changer un peu, et ai donc opté pour des circuits intégrés dédiés amplification audio. Bien. Mais même arrivé à ce stade, on a le choix. Maxim, Texas Instrument, National Semiconducteur, Philips, pour ne citer qu'eux, proposent plusieurs solutions intégrés, de l'ampli simple (mono) au sextuple (pour du 5+1). Mon choix s'est finalement porté sur un circuit qui n'est pas neuf, et qui est un TDA2822. Raisons principales ? Boitier DIP et disponibilité. Les autres circuits sur lesquels je m'étais penché (LM4880, TPA6111A2, MAX9722) sont moins bien distribués en france et quand ils le sont, ne sont disponibles qu'en version CMS. Mon choix est très certainement discutable, le TDA2822 étant sans aucun doute moins performant que les circuits plus récents précités, qui sont largement utilisés dans les cartes son PC et équipements audio portables tels que les balladeurs MP3. Donc dans le cas présent, pas de circuit dernier cri, pas de classe D (numérique) pour l'amplification, ni de DirectDrive. Et je ferai avec, car ce projet n'a pas vocation à entrer dans la catégorie haut de gamme. Je suis un petit joueur.
Remarque : le TDA2822 existe en boitier 8 pattes et en boitier 16 pattes. Pour le boitier le plus grand, certaines pattes ne sont pas utilisées, et d'autres sont reliées à la masse et permettent une meilleur dissipation thermique via une zone de cuivre élargie sur le circuit imprimé. A l'origine, j'avais choisi le modèle 16 pattes pour cette raison, c'est donc le circuit imprimé que j'ai réalisé en premier. Puis je me suis rendu compte que je m'étais trompé dans ma commande et j'ai reçu des TDA2822 à 8 pattes. Du coup, j'ai aussi dessiné un circuit imprimé pour ce type de boitier. C'est la raison pour laquelle on se retrouve ici avec trois circuits différents : un pour l'étage d'entrée, et deux selon TDA2822 choisi.

Schéma(s)

Le schéma peut se décomposer en un circuit d'entrée (AMP0) et quatre circuits d'amplification (AMP1 à AMP4).

Circuit d'entré (AMP0)

Etage classique à AOP, conçu pour fonctionner avec une alimentation simple (non symétrique).


Schéma 006a (module entrée)

Circuits amplificateurs (AMP1 à AMP4)

Le schéma qui suit représente une seule voie stéréo (AMP1, AMP2, AMP3 ou AMP4 visible sur le synoptique), il s'agit donc d'un circuit à faire en quatre exemplaire. Le schéma convient pour un TDA2822 en boitier 16 broches.


Schéma 006b (module ampli avec CI 16 broches)

Le même schéma, mais avec des TDA2822 en boitier 8 broches :


Schéma 006c (module ampli avec CI 8 broches)

Schéma complet

Bon, évidement, ça semble complexe, surtout si on ne l'agrandit pas (les schémas partiels ci-avant font forcement moins peur, n'est-ce pas).


Schéma 006 (ensemble complet, 1 module étage d'entrée + 4 modules ampli)

Pour ce qui est du choix des composants articulés autour des TDA2822, je ne me suis pas fatigué du tout, puisque je me suis contenté d'adopter les valeurs proposées par le fabricant dans sa doc technique (datasheet). Pour l'étage d'entrée par contre, ce fut un enfer, il a fallu que je ressorte une doc, ayant un doute sur la façon de procéder.

Etage d'entrée

Utilisation d'un TL082, comportant deux AOP cablés ici en amplificateur non inverseur. Diable, nos petits TDA2822 apportent déjà un gain honorable de 40 dB (gain de 100) et il veut encore en ajouter ? Oui, mais rassurez-vous, juste un petit peu. Juste ce qu'il faut pour s'assurer que l'étage d'entrée reste stable, un gain inférieur à 3 dans cette configuration de cablage étant peu conseillé. Le gain est fixé par le rapport des résistances R110 / R112 et R111 / R113, et avoisine ici la valeur de 5. Comme nous travaillons ici avec une alimentation simple, il nous faut créer un point de référence centrale, entre la masse et le +Valim, pour laisser libre champs à notre signal audio. On choisit la moitié de la tension d'alim, qui sert alors de masse virtuelle. Cette masse virtuelle correspond au point commun R006 / R007, qui fournit un petit +4,5 V si la tension d'alim est de +9 V. Ce point est découplé à la masse via un petit condensateur chimique de 47 uF, C006. Notez au passage un autre petit découplage local assuré par le couple R005 / C005 pour l'alimentation du TL082, qui se trouve ainsi correctement séparée (isolée) des petites variations de tension occasionnées par les étage de puissance. Les entrées positives des deux AOP d'entrée U001:A et U001:B sont polarisées en continu par la demi-tension d'alim au travers des résistances R008 et R009, et le signal audio "tourne" ainsi autour de cette tension. Les condensateur de liaison C009 et C010 empêche que cette demi-tension d'alim ne retourne sur les potentiomètres d'entrée, afin de limiter l'apparition trop rapide de crachements. Dans le même esprit, les condensateurs de liaison C007 et C008 bloquent toute composante continue qui viendrait éventuellement de la sortie fournissant la source sonore.

Distribution de la source audio

C'est l'étage d'entrée qui se charge de celà, en ayant sa sortie directement raccordée sur les quatre potentiomètres de niveau (RV101, RV201, RV301 et RV401) des étages amplis. Tout du moins lorsqu'aucun jack à coupure (J101, J201, J301 et J401) n'est mis à contribution. Vous noterez l'absence de condensateurs de liaison sur les entrées jack annexes, certes inutiles quand les jack ne sont pas employés (il y a déjà les condensateurs C013 et C014 pour faire le boulot), mais qui auraient pû faire plaisir à certains quand les jacks sont utilisés. A vous de voir s'il est judicieux d'en ajouter ou non.

Amplification de puissance

J'ai déjà tout dit : pour ce qui est du choix des composants articulés autour des TDA2822, je ne me suis pas fatigué du tout, puisque je me suis contenté d'adopter les valeurs proposées par le fabricant dans sa doc technique (datasheet).

Alimentation

Une alimentation secteur simple (non symétrique) est utilisée ici, cette dernière est dimensionnée pour alimenter en continu les quatre amplis casques. J'allais oublier : la tension nécessaire. 6 V au grand minimum, à cause du circuit d'entrée. 15 V grand maximum, à cause des amplis de puissance. Conseillé : 6 V à 9 V. Afin de garantir une bonne isolation entre chaque ampli, un découplage d'alimentation est assuré pour chaque ampli (R001 à R004, associées à C001 à C004). Les résistances R001, R002, R003 et R004 sont des modèles 1 W, qui seront soudées à quelques millimètres du circuit imprimé (ne pas les plaquer contre pour faciliter la dissipation thermique). Les condensateurs C001, C002, C003 et C004 sont des chimiques dont la tension de service est de 16 V ou 25 V. Comme tous les autres chimiques du montage, d'ailleurs.

Attaque directe de haut-parleurs ?

Oui, on peut mettre des petits haut-parleurs 4 ohms ou 8 ohms sur les sorties casque. On obtient ici une puissance de l'ordre de 300 mW par canal, sur une charge de 32 ohms (casque) et avec une alim de 9 V. Sur HP 4 ohms et avec une alim de 6V, la puissance de sortie peut atteindre 650 mW. Et sur HP 8 ohms et avec une alim de 9 V, la puissance peut grimper à 1 W. Ce qui permet d'entendre quelque chose, même sur des HP ayant un rendement plutôt moyen (mais vous savez, si l'on compare le rendement des touts petits HP et des gros HP de puissance...). Bref, vous avez là un petit système 5+1 ou 7+1 (très) grand public. Attention tout de même, ça risque de faire un peu juste pour un caisson de basses...

Circuit imprimé

Au départ, j'avais pensé faire un système modulaire, avec une carte mère et autant de cartes filles que d'amplificateurs stéréo, afin de pouvoir par la suite essayer plus facilement d'autres modules d'amplification. J'ai finalement jugé cela non nécessaire, et me suis décidé à dessiner un unique circuit imprimé pour l'ensemble. Je conserve cependant une approche de dessin de type "modulaire", où les sections d'entrée et celles d'amplification sont toutes bien séparées, pour que le remplacement des circuits utilisés par d'autres, puisse toujours être envisagé. C'est la raison pour laquelle on trouve un connecteur d'alim par section, la distribution d'alim n'est pas faite par pistes de cuivre. De même, les points de masse de chaque circuit seront réunis en un unique point : celui de la sortie 0V de l'alim principale. Pas de liaison de masse entre chaque section au niveau du circuit imprimé lui-même.

Circuit d'entrée et amplificateur

Implantation terminée pour les deux parties, version avec TDA2822 à 16 pattes et version avec TDA2822 à 8 pattes.

 

Typons aux formats EPS, PDF et Bitmap 600 dpi
L'archive inclue tous les typons proposés, circuit complet 006 et modules 006a, 006b et 006c

Avez-vous remarqué ? Je me suis arrangé pour que les circuits aient la même longueur. Ce qui donnera un truc du style suivant, sur le circuit imprimé unique. Et ce, que vous choisissiez le circuit avec TDA2822 à 16 broches ou à 8 broches.




Circuit complet monobloc


Circuit d'entrée


Un des étages de sortie

Remarque importante : pour les circuits imprimés proposés, les potentiomètres doubles de volume sont des modèles dont les pattes d'un même potentiomètre sont espacées de 5,08 mm et dont les deux rangées de pattes sont espacées de 7,62 mm :



Cela a son importance du fait que ce sont ces potentiomètres qui permettent la fixation mécanique du circuit imprimé dans le boitier, même si rien ne vous empèche d'agrandir un tout petit peu le circuit pour permettre sa fixation à l'aide de visserie supplémentaire, et d'utiliser d'autres types de potentiomètres déportés par des fils électriques (courts).

Tests

L'ensemble est enfin testé, c'est Jacques qui va être content. Des résultats très convenables, même si je trouve que les amplis soufflent un tout petit peu trop. Plus en tout cas que les précédents amplis casque réalisés avec AOP et transistors. Cela ne me pose pas de problème pour cette réalisation qui est destinée à être intégrée à mon meuble de salon pour la réception TV ou lecture DVD, mais cela m'aurait probablement gêné un peu pour de l'écoute de musique classique. Quoi qu'il en soit, résumé dans les lignes qui suivent, de mes divers tests... et de mes déboires !

Première mise sous tension

Pour commencer, cablage de la sortie de l'étage d'entrée sur le premier ampli, et alimentation sous +12V de ces deux seuls étages.

 

Je branche mon premier casque (DT770 Pro), n'active pas encore ma source sonore et écoute si j'ai de la ronflette ou autres bruits désagréable. Pas de ronflette, un peu de souffle mais surtout... j'entend un programe radio fort et de façon parfaitement nette.

Un vrai poste de radio, cet ampli !

Ayant déjà eu droit à ce genre de surprise avec d'autres préamplis ou ampli (notemment avec des LM386), je sais comment résoudre le problème et ne m'en soucis donc pas trop. Je touche un peu le réglage de volume de l'ampli et le son de la radio capté augmente d'un coup. Oups, j'ai oublié de souder la carcasse des potentiomètres à la masse. Promis, j'avais prévu de le faire, et avais même plié les pattes de masse de chaque potentiomètre dans le bon sens. La chose est vite réglée, et le son de la radio ne m'embête maintenant plus du tout (ça ne m'empêchera pas de mettre en place les filtres RF que j'ai prévu de cabler une fois tout mis en boite).




Je peux donc maintenant commencer les écoutes sérieuses.

Gauche et droite : déséquilibre important

Tiens, c'est bizarre, une voie est parfaite et l'autre est plus faible et nasillarde. Erreur de cablage ? Ampli TDA2822 deffectueux ? Je teste la deuxième tranche ampli. Même chose ! Bon, panne identique sur deux circuits séparés et différents, je n'y crois pas trop. Je soupçonne le seul élement commun aux deux amplis, qui est l'étage d'entrée. J'inverse les deux voies gauches et droite en sortie de ce dernier... et le problème reste identique. Bien, les deux amplis sont donc deffectueux. Je teste le troisième, ne croyant pas trop qu'il fonctionnera mieux. Et en effet, même problème. Cette fois, pas de doute, je me suis planté dans la réalisation de l'ampli. Je revérifie mon schéma électronique, compare les numéros de patte avec le datasheet fabricant et ouille, je m'apperçois que j'ai inversé les pattes 5 et 6 du TDA2822. Je procède donc à quelques grattages de piste et reroutage par chute de queues de composants, pour corriger l'erreur. J'ai de la chance, la correction à effectuer était très simple et ne m'a pris que peu de temps (les schémas et implantations publiés sur cette page sont corrigés).

Ecoutes sonores

Une fois le problème résolu, j'ai pû passer un peu de temps pour écouter diverses musiques et faire différents tests de découplage d'alim, juste comme ça, pour voir. Au début des tests, simple cellule de découplage RC d'alim ajoutée en externe (120 ohms + 470 uF sur chaque voie d'ampli), du fait de l'utilisation de cordons d'alim commun à toutes les parties et reliés à une alim de labo assez distante. Puis j'ai aussi voulu voir si le rendu sonore était différent en remplaçant la cellule de découplage RC par un régulateur de tension intégré +8 V de type 7808, juste sur une tranche d'ampli.



En toute franchise, je n'ai entendu aucune différence. J'ai cru un instant que j'avais un peu moins de souffle avec le régulateur de tension, mais c'est typiquement le genre d'impression que l'on a quand on change quelque chose dont on est conscient : un test d'écoute n'est vraiment efficace que s'il est réalisé en aveugle. Pour finir, et en attendant de mettre tout ça en boite, je conclue provisoirement qu'il s'agit d'un multiple ampli correct, mais sans plus.

Tension d'alim utilisée lors des tests
- avec cellules RC : entre +3 V et +12 V. Entre 3 V et +5 V, forte dégradation (à cause de l'étage d'entrée). Entre +5 V et +12 V, qualité OK.
- avec régulateur +8 V : uniquement testé avec du +12 V

Testé avec casques suivants :
- Sennheiser HD212 Pro
- Sennheiser HD250 Linear II
- BeyerDynamic DT770 Pro
- Sony MDR7506