Petits amplificateurs BF pour signaux "logiques"

Cette page regroupe quelques schémas d'amplificateurs audio de faible puissance (quelques mW à quelques W), destinés à travailler avec des signaux logiques et non avec des signaux analogiques. Ils sont donc plus particulièrement prévus pour être raccordés en sortie d'un oscillateur rectangulaire, d'une sirène, ou tout autre générateur sonore fournissant un signal "numérique".

Avertissements

- Contrairement à ce que je fais pour la majorité des montages diffusés sur mon site, ceux qui suivent ne comportent pas de descriptif détaillé de fonctionnement. Il s'agit juste d'un petit tas de schémas dans lequel piocher. Certains schémas sont de moi, d'autres sont du type "fait par tout le monde et qu'on trouve partout".

- Bien que classés dans la catégorie faible puissance, certains des amplificateurs décrits ici sont en mesure de faire réellement "du bruit". Un signal carré de 30 W ne donne absolument pas la même impression de puissance sonore qu'un signal sinusoïdal ou musical de 30 W. Merci de respecter vos voisins et la loi...

Alim 5 V - HP 8 ohms - Puissance 100 mW

Pour ce petit ampli, la valeur exacte des composants, ainsi que le choix des transistors, ne sont pas très critiques.

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Pour les résistances, utiliser une valeur comprise dans les fourchettes indiquées sur le schéma. Pour Q1 et Q2, des transistors BF moyenne puissance NPN quelconques peuvent faire l'affaire. Le second transistor (Q2) sera de préférence un modèle capable de dissiper une puissance comprise entre 500 mW et 1 W. L'entrée In peut être raccordée sur une sortie "logique", telle la sortie d'une porte logique TTL ou CMOS, ou borne 3 d'un NE555, par exemple. La diode D1 protège les transistors contre les surtensions provoquées par la bobine du HP quand le courant qui le traverse est interrompu, c'est à dire quand Q2 se bloque.

Alim 12 V - HP 8 / 4 ohms - Puissance 8 / 15 W

Cet ampli délivre quelques bons petits watts à partir d'une sortie HP déjà légèrement amplifiée (inférieure à 1W), ou à partir d'une source pas encore amplifiée mais généreuse en courant disponible (100 mA au moins).

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Cet ampli commence à donner du sien quand l'amplitude du signal d'entrée atteint 800 mV. Il est possible de relier son entrée (In) sur une sortie pas encore amplifiée, mais cette dernière devra tout de même être en mesure de fournir un courant de quelques dizaines de mA (environ 60 mA pour une tension de 10 V), ce dont n'est pas capable une porte logique classique. Par contre, un NE555, qui est capable de débiter 100 mA sans problème, fait parfaitement l'affaire (pas la version CMOS). N'oubliez pas de prévoir un HP de taille conséquente et de puissance adaptée, le petit modèle de huit cm de diamètre risquerait de se transformer en un beau projectile. Q2 peut être remplacé par un autre PNP de puissance, un AD149 par exemple. Si vous acceptez de faire débiter par la source à amplifier, un courant de 100 mA (au lieu des 60 mA précédemment annoncés), vous pouvez supprimer le transistor 2N3053. En contrepartie, et pour ne pas rester dubitatif devant un montage trop simple, vous pouvez ajouter deux diodes et un condensateur, comme le montre le schéma suivant.

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Sur ce dernier schéma, la tension V2 est issue du +12V alimentant l'étage d'amplification et est filtrée. Cela permet au circuit générateur sonore qui précède (à base de NE555 ou autre), de travailler avec une alim propre et de ne pas être pollué par les pics de courant et de tension produit par le transistor de puissance et le HP lors de chaque commutation. Ce filtrage additionnel D3 / C1 n'est pas obligatoire mais reste tout de même bien conseillé (et s'applique aussi aux autres amplis).

Alim 12 V - HP 8 ohms - Puissance 5 W

Quel gâchis. Disposer d'une tension d'alim de 12 V, aboutir à une telle complexité pour finalement ne sortir que 5 W...

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Oui, mais ici, le courant demandé en entrée de l'ampli n'est que de quelques mA, et on peut donc le raccorder sur une sortie un peu "faiblarde". Pour ce qui est de la valeur du condensateur de sortie C1 (condensateur de liaison), je vous laisse seul juge de la nécessité de la diminuer ou non. Faites donc un test avec un condensateur de 10 u, puis un autre test avec un condensateur de 100 uF. Enfin, j'avoue avoir tout de même un peu exagéré sa valeur, puisqu'un 220 uF suffit bien.

Alim 12 V - HP 4 ohms - Puissance 5 W

Ce circuit met en oeuvre un amplificateur BF intégré de type TDA2003 (ou TDA2002 si on accepte un peu moins de puissance) et quelques composants périphériques pour la déco.

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En temps ordinaire, le TDA2003 (ou TDA2002) est utilisé en régime linéaire, pour amplifier un signal audio (Ampli BF 1). A ce titre on l'utilise avec une contre-réaction destinée à fixer son gain, généralement de 100 (+40 dB). L'entrée inverseuse est ici reliée à la masse à travers une résistance de forte valeur et n'a aucun contact avec la sortie du circuit intégré. Le circuit fonctionne donc en boucle ouverte avec un gain maximal. Le résultat auditif serait absolument horrible avec une source musicale, mais pour travailler avec un signal BF de type rectangulaire, aucune scrupule à avoir. Et puis après tout, un signal de type rectangulaire est un signal BF comme un autre, il est simplement moins "sensible" à la saturation...

Alim 12 V - HP 8 ohms - Puissance 30 W

Ca alors ! A l'école, on m'a appris que la puissance était égale à la tension élevée au carré puis divisée par la valeur de la résistance, ou encore égale au produit de la tension par le courant :

P = U2 / R = U * I

Or, avec 12 V et une résistance de 8 ohms, la puissance max théorique devrait être de :

P = (12 * 12) / 8 = 18 W

Et ce, puissance au grand maximum puisqu'on ne tient même pas compte des pertes inévitables dans les transistors ! Comment diable le schéma qui suit peut-il sortir 30 W ?

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Par un simple montage en pont. Le HP n'est pas relié entre la sortie d'un amplificateur et la masse, mais entre la sortie de deux amplificateurs, qui travaillent de façon "inversée". Cette façon de faire est un peu abordée à la page Déphaseur audio 1. Retenons simplement qu'en procédant ainsi, le HP ne reçoit pas une tension de 12 V, mais une tension double. En réalité, la tension appliquée au HP ne fait pas 24 V, mais environ 20 V, à cause de la simplicité du montage (côté polarisation) et des pertes dans les transistors de puissance TIP122 et TIP127. Mais même avec 20 V, cela permet d'obtenir une puissance de :

P = (20 * 20) / 8 = 50 W

Pourquoi une telle différence entre le calcul indiquant 50 W et les 30 W annoncés ? Parce que la formule s'applique à une tension continue, et non à un signal périodique rectangulaire. Pour un signal rectangulaire de rapport cyclique 50 %, la puissance moyenne est la valeur calculée, multipliée par 0,707 (ou divisée par 1,41). Bon, ça fait 35 W, mais je préfère rester pessimiste et penser que les pertes dans les transistors peuvent être un peu plus importantes. Mauvaise façon de voir les choses ?

Signal d'attaque (source sonore)

La sortie d'un NE555, d'un circuit logique TTL ou CMOS conviennent parfaitement, le courant d'entrée nécessaire pour cet ampli doit être de quelques centaines de uA, 1 mA étant une "bonne" valeur. Si l'amplitude du signal d'attaque est inférieure à 12 V, vous pouvez abaisser légèrement la résistance R1 montée en série avec l'entrée (diminuer de 12 KO pour amplitude 12 V, à 4,7 KO pour amplitude 5 V, par exemple).

Choix du HP

Le principal est que le HP supporte la puissance fournie. Dans le cas présent, un modèle 30 W à 50 W convient (conseil : au moins 40 W pour la marge). Si fréquences plutôt graves ou médium à transmettre (sirène d'alarme par exemple), un HP de diamètre 20 cm minimum sera bienvenu. Si fréquences plutôt aigues (anti-moustique à ultrasons par exemple), pas besoin d'un si gros diamètre, on trouve des tweeters de 10 cm qui supportent cette puissance. Pour un usage en extérieur, il est conseillé d'opter pour un HP "plastique" ou à chambre de compression, plus aptes à supporter les inévitables variations de température et d'humidité.

 

 

 

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