Cet article présente un ampli audio ultra simple et économique ! Il repose sur des astuces électroniques particulières qui lui donnent sa simplicité tout en assurant sa fiabilité.
Plan de l'article :
- Schéma de l'ampli
- Fonctionnement de l'ampli
- Nomenclature
Schéma de l'ampli
Le schéma de l'ampli pour une alimentation +/-40V (125W efficaces / 4Ohms):
Il s'agit d'un seul canal. Pour un ampli stéréo, on duplique le montage.
Fonctionnement de l'ampli
- Etage d'entrée
Le signal audio arrive à la base de T1 via le condensateur de liaison C1. R1/C1 forme un filtre passe haut pour éliminer les fréquences indésirables et inaudibles. Pour la sono où le rendement est privilégié, on préfère couper vers 30Hz : ici, la fréquence de coupure vaut 1/(2.Pi.R1.C1) = 34Hz.
- Etage différentiel (T1)
Un seul transistor (T1) remplace l'habituelle "paire différentielle" ! La contre réaction (C3, R4 et R5) est connectée à son émetteur. C'est plus simple et tout aussi efficace ! Cependant, la tension Vbe de T1 induit un décalage (0.7V typique) ainsi que la tension aux bornes de R5 (0.6V typique). Cette tension vaut R5xIb(T2). Le courant de base de T2 est en effet égal au courant d'émetteur de T1. La tension de sortie se trouve donc environ 1.3V plus haut que la base de T1. La tension aux bornes de R1 est négligeable. On doit donc compenser en décalant la base de T1 de -1.3V :
C2 assure une liaison dynamique à la masse. P1 doit être réglé pour obtenir 0V en sortie au repos (pas d'offset).
Les tensions statiques sont donc théoriquement (pour +/-40V) :
- Gain de l'ampli
Dans la bande passante de l'ampli, le gain est défini par 1+R5/R4 et vaut 30 dans le montage. On peut le modifier en jouant sur R4
- Amplificateur en tension
C'est l'ensemble T2, R8, R7, R6 et C4.
R6, R7 et C4 créent une source de courant par montage Bootstrap. Le courant est fixé à 7mA pour le montage. C4 doit être suffisamment grand pour qu'aux plus basses fréquences audio, la tension à ses bornes ne varie pas sensiblement. T2 est l'ampli en tension à proprement parler, dont le collecteur est "chargé" par la source de courant Bootstrap.
- Ampli au repos
Aucun courant de base ne va vers l'étage de sortie. T2 est traversé par le courant issu de la source de courant.
- Ampli en fonctionnement
Lorsque du courant sort de la sortie (tension de sortie positive), le Darlington NPN consomme un courant de base. Pour l'exemple, il vaut 3mA :
T2 est traversé par le "reste" des 7mA, soit 7-3=4mA. En butée, T2 se bloque si T3 dévie la totalité des 7mA.
Lorsque du courant rentre dans la sortie (tension de sortie négative), le Darlington PNP renvoie un courant de base. Pour l'exemple, il vaut 3mA :
T2 est traversé par la somme des courants (Ib(T3) + source de courant), soit 3+7=10mA. En butée, R9 et les deux diodes vont limiter le courant traversant T2. T2 devient alors une "source" de courant, c'est à dire un limiteur de courant. La tension aux bornes de R9 peut monter jusqu'à 0.6V environ, ce qui correspond à 18mA environ.
- Polarisation de l'étage de sortie : "Vbe multiplieur"
Ici, pas de montage à transistor et potentiomètre pour créer le décalage entre les bases des Darlington ! Une simple résistance de 270 Ohm, traversée par 7mA fournit 1.9V à ses bornes. Cette valeur de 1.9V doit être respectée à 0.05V près (1.85 à 1.95V). Par symétrie des Darlington, cette tension en deux Vbe proches pour la partie NPN et la partie PNP. A la base de T3, on obtient donc, au repos, 1.9/2 = 0.95V.
On assure le blocage de T3 et T4 en ne mettant que 1.9V entre leurs bases, la conduction commence vers 2.3V (valeur à 25°C et qui diminue de 8mV/°C). Une légère distorsion de croisement existe mais n'est pas critique.
C5 (220uF min.) lisse les variations liées à des variations brutales de la tension de sortie (transitoire de courant lié à C6 lors d'un front descendant brutal de la tension de sortie).
- Calcul de R6 et R7
Le courant qui traverse R6 et R7 est fixé à 7mA. On applique la loi d'Ohm :
R6+R7 = (Vcc-0.95V) / 0.007
Pour +/-40V, R6+R7 = (40-0.95) / 0.007 = 5.58kOhm
On répartit la somme R6+R7 trouvée en deux valeurs proches.
Ici, R7 = 3kOhm et R6 = 2.7kOhm
- Etage de sortie
C6 et C7 stabilisent l'ampli en termes de marge de phase (et diminuent le slew rate, mais ce n'est pas dérangeant pour les applications audio). Il faut les placer au plus près des transistors de sortie.
L'étage de sortie est formé des Darlington TIP142 (100V, 10A, 125W, hfe=1000) et TIP147 mais on peut aussi créer soi même un Darlington discret si l'alimentation dépasse +/-45V.
Il n'y a pas de résistances d'émetteur (typique 0.22Ohm...0.47Ohm/5W). C'est un ampli Classe B "pure et dure". Donc haut rendement, pas de pertes énergétiques au repos.
Nomenclature
T1 : Bc556 si Vcc<50V, MPSA92 si Vcc>50V
T2 : MJE340, 2SC3116, ou tout autre modèle qui a Vce>2Vcc, Ic>50mA, Ptot>0.9W
Transistors de sortie T3/T4
TIP122/TIP127 jusqu'à 50WRMS/4Ohms (Alim jusq'à +/-25V)
TIP142/TIP147 jusqu'à 125WRMS/4Ohms (Alim jusqu'à +/-45V)
2SC5200/2SA1943 (puissance)+2SC3117/2SA1249(drivers) jusqu'à 200WRMS (Alim +/-55V)
Mise en parallèle nécessaire pour plus de puissance...
Résistances : 1/4W sauf R6 et R7 (1W)
Condensateurs/Tensions de service minimales :
C2 : 100uF/6.3V
C3 : 100uF/6.3V
C4 : 100uF/50V (vcc/2...)
C5 : 220uF min./6.3V
C6 : 4.7nF/ 200V (condensateur Y 250V~ optimal)
Alimentation : +/-25V à +/-80V, attention aux transistors de sortie !
La puissance de sortie dépend de l'alimentation, de la puissance nominale du transfo mais peu des transistors de sortie.
Résultats typiques
Transfo 2x30V 160VA (alim +/-44V à vide) : 130W RMS / 4Ohms, 80W RMS / 8Ohms.
Plan de l'article :
- Schéma de l'ampli
- Fonctionnement de l'ampli
- Nomenclature
Schéma de l'ampli
Le schéma de l'ampli pour une alimentation +/-40V (125W efficaces / 4Ohms):
Il s'agit d'un seul canal. Pour un ampli stéréo, on duplique le montage.
Fonctionnement de l'ampli
- Etage d'entrée
Le signal audio arrive à la base de T1 via le condensateur de liaison C1. R1/C1 forme un filtre passe haut pour éliminer les fréquences indésirables et inaudibles. Pour la sono où le rendement est privilégié, on préfère couper vers 30Hz : ici, la fréquence de coupure vaut 1/(2.Pi.R1.C1) = 34Hz.
- Etage différentiel (T1)
Un seul transistor (T1) remplace l'habituelle "paire différentielle" ! La contre réaction (C3, R4 et R5) est connectée à son émetteur. C'est plus simple et tout aussi efficace ! Cependant, la tension Vbe de T1 induit un décalage (0.7V typique) ainsi que la tension aux bornes de R5 (0.6V typique). Cette tension vaut R5xIb(T2). Le courant de base de T2 est en effet égal au courant d'émetteur de T1. La tension de sortie se trouve donc environ 1.3V plus haut que la base de T1. La tension aux bornes de R1 est négligeable. On doit donc compenser en décalant la base de T1 de -1.3V :
C2 assure une liaison dynamique à la masse. P1 doit être réglé pour obtenir 0V en sortie au repos (pas d'offset).
Les tensions statiques sont donc théoriquement (pour +/-40V) :
- Gain de l'ampli
Dans la bande passante de l'ampli, le gain est défini par 1+R5/R4 et vaut 30 dans le montage. On peut le modifier en jouant sur R4
- Amplificateur en tension
C'est l'ensemble T2, R8, R7, R6 et C4.
R6, R7 et C4 créent une source de courant par montage Bootstrap. Le courant est fixé à 7mA pour le montage. C4 doit être suffisamment grand pour qu'aux plus basses fréquences audio, la tension à ses bornes ne varie pas sensiblement. T2 est l'ampli en tension à proprement parler, dont le collecteur est "chargé" par la source de courant Bootstrap.
- Ampli au repos
Aucun courant de base ne va vers l'étage de sortie. T2 est traversé par le courant issu de la source de courant.
- Ampli en fonctionnement
Lorsque du courant sort de la sortie (tension de sortie positive), le Darlington NPN consomme un courant de base. Pour l'exemple, il vaut 3mA :
T2 est traversé par le "reste" des 7mA, soit 7-3=4mA. En butée, T2 se bloque si T3 dévie la totalité des 7mA.
Lorsque du courant rentre dans la sortie (tension de sortie négative), le Darlington PNP renvoie un courant de base. Pour l'exemple, il vaut 3mA :
T2 est traversé par la somme des courants (Ib(T3) + source de courant), soit 3+7=10mA. En butée, R9 et les deux diodes vont limiter le courant traversant T2. T2 devient alors une "source" de courant, c'est à dire un limiteur de courant. La tension aux bornes de R9 peut monter jusqu'à 0.6V environ, ce qui correspond à 18mA environ.
- Polarisation de l'étage de sortie : "Vbe multiplieur"
Ici, pas de montage à transistor et potentiomètre pour créer le décalage entre les bases des Darlington ! Une simple résistance de 270 Ohm, traversée par 7mA fournit 1.9V à ses bornes. Cette valeur de 1.9V doit être respectée à 0.05V près (1.85 à 1.95V). Par symétrie des Darlington, cette tension en deux Vbe proches pour la partie NPN et la partie PNP. A la base de T3, on obtient donc, au repos, 1.9/2 = 0.95V.
On assure le blocage de T3 et T4 en ne mettant que 1.9V entre leurs bases, la conduction commence vers 2.3V (valeur à 25°C et qui diminue de 8mV/°C). Une légère distorsion de croisement existe mais n'est pas critique.
C5 (220uF min.) lisse les variations liées à des variations brutales de la tension de sortie (transitoire de courant lié à C6 lors d'un front descendant brutal de la tension de sortie).
- Calcul de R6 et R7
Le courant qui traverse R6 et R7 est fixé à 7mA. On applique la loi d'Ohm :
R6+R7 = (Vcc-0.95V) / 0.007
Pour +/-40V, R6+R7 = (40-0.95) / 0.007 = 5.58kOhm
On répartit la somme R6+R7 trouvée en deux valeurs proches.
Ici, R7 = 3kOhm et R6 = 2.7kOhm
- Etage de sortie
C6 et C7 stabilisent l'ampli en termes de marge de phase (et diminuent le slew rate, mais ce n'est pas dérangeant pour les applications audio). Il faut les placer au plus près des transistors de sortie.
L'étage de sortie est formé des Darlington TIP142 (100V, 10A, 125W, hfe=1000) et TIP147 mais on peut aussi créer soi même un Darlington discret si l'alimentation dépasse +/-45V.
Il n'y a pas de résistances d'émetteur (typique 0.22Ohm...0.47Ohm/5W). C'est un ampli Classe B "pure et dure". Donc haut rendement, pas de pertes énergétiques au repos.
Nomenclature
T1 : Bc556 si Vcc<50V, MPSA92 si Vcc>50V
T2 : MJE340, 2SC3116, ou tout autre modèle qui a Vce>2Vcc, Ic>50mA, Ptot>0.9W
Transistors de sortie T3/T4
TIP122/TIP127 jusqu'à 50WRMS/4Ohms (Alim jusq'à +/-25V)
TIP142/TIP147 jusqu'à 125WRMS/4Ohms (Alim jusqu'à +/-45V)
2SC5200/2SA1943 (puissance)+2SC3117/2SA1249(drivers) jusqu'à 200WRMS (Alim +/-55V)
Mise en parallèle nécessaire pour plus de puissance...
Résistances : 1/4W sauf R6 et R7 (1W)
Condensateurs/Tensions de service minimales :
C2 : 100uF/6.3V
C3 : 100uF/6.3V
C4 : 100uF/50V (vcc/2...)
C5 : 220uF min./6.3V
C6 : 4.7nF/ 200V (condensateur Y 250V~ optimal)
Alimentation : +/-25V à +/-80V, attention aux transistors de sortie !
La puissance de sortie dépend de l'alimentation, de la puissance nominale du transfo mais peu des transistors de sortie.
Résultats typiques
Transfo 2x30V 160VA (alim +/-44V à vide) : 130W RMS / 4Ohms, 80W RMS / 8Ohms.
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