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Amplificateur classe A 2004.

Historique

Mes précédents amplificateurs:

J'ai déjà créer par le passé plusieurs amplificateurs, en restant assez proche de circuit vu ça ou là. C'était des circuits à deux étages généralement (2 différentielles, 2 mirroirs, étages de sortie) tel qu'on en trouve sur internet ou dans les bouquins. Ils sont complexe, la compromis stabilité/vitesse n'est pas très simple à obtenir, le gain en boucle ouverte important, et une contre-réaction puissante. Mais finalement le son est bon, et je l'ai trouvé excellent pas mal d'année jusqu'a ce nouvel essai

Ce type de circuit répond à une logique de contrôle totale: contrôle parfait du gain, controle parfait de l'impédance de sortie.
Ils sont généralement très bons. Mais...

Le doute:

Pourquoi les ampli à tubes sont si bons?
Pourquoi on parle parfois de préférer de faible taux de contre-réaction à de fort taux de contre-réaction?
Le seul moyen de comprendre, c'est de mettre les pieds dans le plat...

Nouvelle idée:

L'idée de base est de tester ce que la simplicité extrême d'un circuit peu donner. Comme je souhaitais bien faire les choses, alors j'y ai mis les moyens, soit un budget de 3000FF environ

Alors voilà comment il est conçu:
- Circuit simple, inspiré des montages à tubes, mais avec des transistors MOS.
- Pas de contre-réaction.
- Alimentation parfaitement filtré.

Schéma retenu:
- L'amplification du signal se fait via un seul transistor MOSFET de Internal Rectifier (ou plusieurs en parallèle pour répartir la puissance): irfp140.pdf
- La charge sera simplement une résistance de 10Ω pour cette première version.
- Aucune contre-réaction, se qui nous donne une impédance de sortie de 10 ohm.
- Et on fera passé le signal via un inévitable condensateur de liaison. Mais pour mettre le maximum de chance de mon coté, je choisit la marque Black Gate.

Et voilà le résultat:
Photo


Explication des schémas:

Amplification:

Le schéma est le suivant:


Schéma de l'ampli. J'ai un peu simplifié, en ne représentant qu'un transistor et une résistance.

En réalité il y a deux transistor en paralléle pour N1 (le mosfet qui amplifie le signal), et 3 résistances de 33Ω en parallèles pour R1 (résistance de charge).
Une chose importante aussi, c'est que les résistances R1 et R2 doivent être non inductives.

Les composants sont d'ailleurs les suivant:

Photo


Photo

Photo: le transistor mosfet à gauche (*2), la résistance de charge à droite (*3).

Mais pour simplifié, faisons comme si il y en avait un seul de chaque.

Pour bien fonctionner, la gate doit avoir une tension continu de 4 à 5V environ, alors que l'appareil sur le quel il est branché (un lecteur CD par exemple) ne possède pas de tension continu. J'utilise donc un condensateur polypro (C2) de 2.2μF. Puis il faut un moyen que cette tension de 4-5V s'auto-régule d'elle-même. J'utilise donc un pont de résistance diviseur de tension (réalisé avec R4+R5) pour avoir la bonne tension continu. Mais pour qu'il n'y est aucune interférence de se pont et le signal audio, je supprime tout les signaux AC qui proviennent du pont R4+R5 grâce par une méthode tout bête qui est une résistance (R3) et un condensateur (C1).

Donc le signal arrive sur la gate du mosfet N1, puis le signal sort amplifié entre le drain (N1) et l'alimentation pour donner aux bornes de la résistance R1 le signal de sortie.

Mais il y a une forte tension continu, environ 24V pour 39V d'alimentation. Il faut donc éliminer cela, ce que je fait avec un condensateur de fortes valeurs (C2). Mais au lieu de me ruiner dans du polypro, j'ai préféré acheté des condensateur Blackgate de chez Rubycon

Pour linéariser un peu le signal et réduire la distorsion, j'ajoute une résistance de 0.5Ω dans la source du transistor MOSFET.

La tension aux bornes du drain tourne à environ 40% de la tension d'alim.

Impédance de sortie:

L'impédance de sortie est donc de 11Ω.
Ca peut poser des problèmes avec des enceintes où l'impédance varie trop.

Au début j'utilise un seul ampli pour toute les graves et les aigues, comme tout le monde en faites.
J'ai pu résoudre le problème de variation d'impédance en bricolant un filtre avec des résistances et des capas que je connecte entre cette ampli et la source, un lecteur CD par exemple. C'est suffisant comme ça, car j'ai conçu mes enceintes de façon à ce qu'il y est pas trop de variation d'impédance.

Puis par la suite j'utilise deux amplis par enceintes, et je réserve cette ampli uniquement pour les médiums et les aigues.
Alors il ne m'est plus nécessaire de prévoir un filtre devant cette ampli, car l'impédance des enceinte est peu accidentée.

Photo


Photo: vu sur un des amplis proprement dit, avec les transitors et résistance fixé sur le radiateur.

Alimentation:

C'est une alimentation simple +39V
Il y en a une par canal, la construction de l'ampli est donc double-mono.
Le schéma est le suivant:

Fig: Schéma de l'alimentation.

C'est une alimentation tout à fait basique, où je me suis juste permis d'ajouter une inductance entre deux capas de filtrage.

La sortie du transformateur fournit un signal alternatif 50Hz. J'utilise un classique pont de diode D1...D4 pour redresser la tension, puis le condensateur C1 me sert de réservoir pendant les temps mort du redessement (du à la forme sinusoidale de la tension secteur). Je préfère utiliser ici un condensateur de forte valeur, ça permet de limiter le ronflement produit par le redressement.

Mais souvent la tension aux bornes du condensateur C1 est encore bruyantes, il y a le traditionnel 100Hz (fréquence double du secteur du au redessement), plus du bruit haute fréquence que trimbale le secteur et qui n'est pas toujours complètement éliminé avec cette première phase.

Alors j'utilise une inductance (L1) de bonne valeur, plutôt 1mH, suivit d'une seconde vague de condensateur (C2+C3) genre 20000uF pour avoir une deuxième grosse réserve d'énergie. Cela permet de supprimer définitivement tout le bruit qui pourrait provenir de l'alimentation secteur. Cette précaution est rarement prise par les constructeur, c'est bien dommage.

Une autre précaution consiste à placer les condensateur C2 et C3 (capacité FRS) directement contre l'électronique de l'ampli.
Cela permet d'abaisser au minimum la résistance parasite de l'alimentation.

Le rayonnement de l'inductance a peu d'impact s'il est placé suffisamment loin de l'électronique (20cm). Cela donne une alimentation puissante et propre. C'est comme ça que je les aimes!

Photo

Photo: vu du d'un bout du transfo, des ponts de diodes, avec C1 et L1

Dissipation:

On attaque la partie délicate de la construction.
J'ai placé deux radiateurs DXC622-70 (Sélectronic) de chaque coté du boitier.
Il y a 2 transistors IRFP140, ainsi que 3 résistances MPR 220 monter en boitier TO220.

Les résistances sont isolées de la languette métallique, ceci m'a permis de les vissés directement dans le radiateur sans autre formalité. Il n'y a pas eut de problème, ça à tenu la température sans le moindre problème.

Pour les transistors, ça a été un peu compliqué. Voilà l'historique:
- J'ai d'abord utilisé des IRF540 (boitier TO220 non isolé). Pour les monter, j'ai d'abord utilisé le kit d'isolation classique qu'on trouve de partout. Mais la température que j'ai choisit a posé des problèmes. J'ai visé 80°C de température radiateur pour 20°C dans la pièce. En pratique, j'ai bien eut les 80°C, mais les différents contacts thermique ont fait que je me suis retrouvé à 110°C/120°C de température sur les languettes métallique des transistor. Le problème, c'est qu'a cette température, les canons d'isolation tiennent pas. Ils se ramollissent tous, même la série de meilleur qualité en polyamide noir chargé de fibre de verre. Ca m'a occasionné un retard, mais je l'ai résolut de la façon suivante:
- J'ai visé les transistors en boitier TO247. Ce boitier a l'avantage d'avoir le dessus du transistor recouvert de plastique ainsi que le trou de fixation. La vis de serrage se trouve alors complètement isolé de la languette métallique, ce qui permet de s'affranchir des canons isolants. La surface de contact est aussi bien plus grande que sur un boitier TO220, ce qui réduit un peu la température. Reste le mica. Lui il encaisse très bien la température, je n'ai jamais eut de problème avec.

Maintenant l'ampli a déjà plusieurs dizaine d'heure de fonctionnement dans ce état, sans problème particulier. J'ai cependant ajouté un ventilateur pour aéré l'intérieur du boitier. Je me suis en fait retrouvé avec des températures proches de la limite des 85°C des condensateurs chimiques, j'ai donc écarté tout risque en ventilant. Vous allez me dire que ça fait du bruit, alors je vous répond qu'en baissant la tension d'alimentation, on parvient à réduire sensiblement le bruit, tout en conservant une vitesse de rotation encore suffisante pour la ventilation. A l'avenir, il serait bien de trouver des composants qui puissent tenir 100°C au moins sans problème, afin de virer se ventilo.

Les cables utilisés:

Pour les alims, du cable normal.
Pour le signal d'entrée, j'ai prit envie d'utilier du cable émaillé de 0.5mm environ, que j'ai torsadées à la perceuse.
Pour les sorties HP , même système, mais en utilisant plusieurs fil émaillé en parallèle pour obtenir environ 2*1mm2.

Résultats:

Première écoute.

Evidemment, il faut surtout pas regarder le rendement d'un tel système. Ca consomme énormément, et d'ailleurs il faut tabler sur environ une dissipation égale à 15 fois la puissance maxi. Ca me fait actuellement 150watt de dissipation pour 2*5 watts de sortie.

Il a fallut construire un filtre de compensation pour compenser la variation d'impédance de l'enceinte pour les premiers essais.
Une fois fait le résultat est sublime. Une netteté dans les timbres, les voies, et dans les orchestres absolument géniale. Et une absence totale de bruit! Je pensais que ce serait pas trop mauvais, mais là ça m'a cloué le cul! Cet structure a enterré tout les amplis de classe AB que je connaissait et que j'ai conçu avant, et qui pourtant était déjà super.
Photo

Photo: Vue général.

Tempérament:

Avec un peu de recul, je résumerai son tempéramment de la façon suivantes:
- Excellente définition des médiums et des aigues. Beaucoup de détails, et il est très difficile de trouver une trace d'agressivité, même quand un orchestre symphonique charge à fond!
- Tenues moyenne des graves. A cause d'une impédance de sortie élevé, les basses manque d'impact, voir exige un filtre de correction placé entre cette ampli et la source (ex: lecteur CD). Même avec ça, il y a une dégradation de la réponse impulsionnelle.
- Faible puissance disponible. Ca exige des enceintes à rendement correct, ou bien une utilisation sous forme de multi-amplification avec filtre actif.
- Il trouve ça place dans un système à filtre actif (par exemple avec un ampli classique pour la voies graves et cette ampli pour la voie médium/aigue) où finalement tous les problèmes précédent sont résolut. C'est ce que j'ai fait depuis mi-mai 2004, en plaçant un filtre à 300Hz d'ordre 3 (atténue plus rapidement les graves qu'un simple filtre RC de base) devant cette ampli.

Deux petit défaut que j'envisage corriger:

- L'impédance de sortie de 11Ω. J'envisage de la réduire à 5Ω, en changeant le boitier, les radiateurs, et en augmentant le nombre de composants de puissance. Au passage, ça augmenterait aussi la puissance de sortie de 5W à 8.5W sur 8Ω de charge!
- L'impulsion de courant continue au démarrage du au chargement du condensateur de sortie. C'est pas très fort, l'haut-parleur semble bien le supporter, mais cependant j'envisage de rajouter un relais en interne pour court-circuiter la sortie au démarrage.



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Créer le : 01 juin 2004.
Dernière modification le : 11 novembre 2007.

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