Ampli BF 2

Caractéristiques principales

Puissance : 40 W
Tension : +12 V à +18 V
Technologie : Circuits intégrés TDA2003 (ou TDA2002)

Cet ampli, sans grandes prétentions, est simple à réaliser, et fonctionne à l'aide d'une unique source d'alimentation de 18 V. Il repose sur l'emploi de deux amplificateurs intégrés de type TDA2003, capable à eux seuls de délivrer une puissance de l'ordre de 10 W (pour 10 % de distorsion, limiter à 7,5 W pour 0,15 % de distorsion).

Ampli BF 002 - PCB 3D ampli_bf_002a_pcb_3d_a

Montés en pont, ces deux circuits permettent de délivrer l'honorable puissance de 40 W avec un HP d'impédance 2 ohms. L'utilisation d'un HP de 4 ohms permettra tout de même de sortir une puissance légèrement supérieure à 20 W. La bande passante s'étend de 40 Hz à 15 KHz, et les puissances annoncées sont valables pour une distorsion harmonique inférieure à 0,15 %. Utilisé seul, le circuit TDA2003 peut servir de base à la réalisation d'un amplificateur de 10 W, comme cela est décrit à la page Ampli BF 1.

Schéma (version 002)

Ce schéma, tout comme celui de l'ampli BF 1, est basé sur la note d'application de SGS-Thomson. Il s'agit d'un montage éprouvé, qui n'a plus besoin de faire ses preuves.

Ampli BF 002

Montage en pont

Si vous regardez bien, vous noterez une certaine symétrie, et cela est tout à fait normal. La technique de mise en pont de deux amplificateurs consiste à attaquer un premier amplificateur avec un signal audio classique, alors que l'autre amplificateur reçoit au même moment ce même signal BF mais en opposition de phase. Ici, il n'y a pas à proprement parler d'étage inverseur de phase. Il est inutile parce que le TDA possède une entrée inverseuse et une entrée non inverseuse. On applique le signal audio sur la borne non inverseuse du premier ampli, et on applique le signal audio sur la borne inverseuse du second ampli. Les deux amplis vont donc délivrer sur leur sortie les mêmes signaux électriques, mais opposés dans leur polarité. Bon, c'est bien beau tout ça, mais comment se fait-il que l'on puisse ainsi quadrupler la puissance avec seulement deux amplis ? Et bien ce n'est pas très compliqué : le tout est de connaitre la formule donnant la puissance en fonction de la tension et de la résistance. Cette formule est P = (UxU / R), P étant la puissance en Watt, R la résistance en ohm, et U la tension aux bornes de la résistance, en volts. Cette simple formule montre que si l'on double la tension aux bornes de R, la puissance est multipliée par quatre (si vous n'êtes pas convaincu, prenez un exemple avec U = 12 V et R = 4 ohms, puis ensuite U = 24 V et R = 4 ohms). Voilà, c'est tout ! Si on applique une tension donnée sur une borne du HP, et que l'on applique la même tension mais opposée en signe sur l'autre borne du HP, ce dernier voit à ses bornes une tension qui est doublée, donc une puissance qui est quadruplée. Plus de détails à la page Pontage d'amplificateurs BF.

Gain

Le gain est déterminé par le rapport des valeurs des résistances R1 et R2. Ces dernières permettent en effet de prélever une fraction du signal de sortie amplifié du premier ampli (U1), pour le réinjecter à l'entrée inverseuse (borne 2). Dans le cas présent, le rapport est de 12,5 (200 / 16), le gain en tension est quasiment identique à cette valeur. Un signal BF d'amplitude 50 mV à 100 mV est suffisant pour faire "cracher" 10 W à chaque TDA2003.

Sortie

La sortie s'effectue sur la borne 4 du TDA2003, le raccord au haut-parleur ne nécessite pas de condensateur de liaison (chimique) du fait que la même tension continue est appliquée des deux côtés du haut-parleur, qui ne voit donc qu'une différence de potentielle nulle (en fait il peut exister une petite tension aux bornes du HP, mais cette dernière ne sera pas dangereuse). Le réseau R3/C3 permet de garantir une charge minimale au TDA2003 pour les fréquences les plus élevées. En effet, un HP présente la particularité de voir son impédance grimper aux fréquences haute du spectre sonore. Ce réseau est donc une sorte de compensation permettant au TDA2003 de voir moins de variation d'impédance sur sa sortie. Si vous ne le mettez pas en place, vous vous exposez à de possibles suroscillations et/ou à de la distorsion.

Alimentation

L'alimentation du TDA2003 s'effectue entre les pattes 3 (masse) et 5 (+V). La semelle métallique du CI est reliée à la masse, et donc à la patte 3.  Le découplage d'alimentation assuré par le couple C4 et C5 est impératif ! Ces condensateurs sont absolument indispensables, et devront dans la mesure du possible être très près des deux TDA2003, ou être reliés avec un fil ou piste de CI de forte section. Le TDA2003 est en effet capable de délivrer un courant de 3,5A en sortie, ce qui est loin d'être négligeable. Les condensateurs de découplage en question constituent un réservoir d'énergie qui permet de subvenir aux forts besoins en courant lors des fortes crêtes de modulation, et "s'associent" avec les fils d'alimentation situés entre la source d'alim (batterie de voiture par exemple) et l'ampli lui-même, formant un réseau RC avec R de valeur petite et C de valeur grande. La tension d'alimentation de +18V est un maximum à ne pas dépasser. Le circuit supporte certes une tension supérieure (jusqu'à 28 V) mais la symétrie en sortie n'est plus assurée, de sorte qu'il est impossible de sortir plus de puissance qu'avec 18 V, sans distorsion. Notez que vous pouvez aussi opter pour une tension d'alim plus faible, +12 V par exemple, si vos besoins en puissance sont modestes et ne requièrent pas les 40 W annoncés.

Impédance du HP et puissance de sortie

Vous pouvez utiliser un HP ou une associaiton de HP dont la valeur est comprise entre 2 et 8 ohms. La puissance de 40 W indiquée pour 2 ohms (2 HP de 4 ohms placés en parallèle par exemple) diminuera si vous optez pour un HP d'impédance plus élevée (c'est le cas pour tous les amplis BF).

Avec 2 ohms : 40 W pour 10 % de distorsion - 30 W pour 0,15 % de distorsion

Avec 4 ohms : 24 W pour 10 % de distorsion - 18 W pour 0,15 % de distorsion

Avec 8 ohms : 12 W

Remarques

- Si vous êtes un peu curieux, vous aurez sans doute noté la différence des valeurs données aux deux condensateurs C2 et C7. Cela est voulu, et est destiné à optimiser le SVR (Slow Vertex Response). Si vous ne trouvez pas de 15 uF, prenez pour C2 la valeur de 22 uF, et non de 10 uF.

- La valeur des condensateurs C1 et C6 peuvent largement différer selon les sources (schémas). Certains constructeurs mettent des 100 nF, d'autres mettent des 22 uF. Pour ma part, je pense que des valeurs de l'ordre de 1 uF conviennent très bien, vue l'impédance élevée des entrées du TDA2003.

- Réglage volume : oui, c'est possible, avec ajout d'un potentiomètre placé en entrée de l'ampli (10 KO à 47 KO log). Il est déconseillé de trop modifier le rapport des résistances R1 / R2, selon les dires mêmes du fabriquant.

Vérifications

Lors de la mise sous tension (qui doit suivre une vérification rigoureuse du câblage n'est-ce pas), et sans signal BF à l'entrée, vous pouvez placer votre doigt sur les TDA2003. Si au moins un des deux devient très chaud ou bouillant au bout de quelques secondes, arrêtez tout, car il y a soit une oscillation parasite, soit une erreur de câblage. Si vous n'avez pas placé les composants R3/C3 et R6/C8, c'est le moment de le faire. Si aucun CI ne chauffe, vérifiez si vous le pouvez, le courant consommé au repos (donc toujours sans BF à l'entrée). Il doit être compris entre 80 mA et 200 mA au grand maximum.

Version simplifiée (version 002a)

Il est possible de simplifier le montage pour disposer d'une version économique, comme le montre le schéma qui suit. 

Ampli BF 002a

Les petits raffinements qui garantissaient un fonctionnement irréprochable dans le montage précédent ont disparu, mais cela ne signifie pas pour autant que ce montage simplifié ne fonctionnera pas correctement. A vous d'essayer, puisque vous avez aussi à disposition un dessin de circuit imprimé pour cette version !

Remarque concernant le condensateur C8 : on trouve des schémas où ce condensateur est présent, d'autre où il n'apparait pas.

Utilisation comme Booster d'autoradio

Il est possible d'utiliser les schémas précédents pour réaliser un booster d'autoradio, à condition d'ajouter un pont diviseur résistif en entrée, pour amener le niveau BF présent en sorties amplifiées de l'autoradio (sorties HP), à un niveau acceptable pour l'ampli. Le pont diviseur doit apporter une atténuation d'un rapport de 20 environ. Deux résistances de 220 ohms et de 10 ohms conviendront très bien. Pour un autoradio dont une des deux bornes du HP est reliée à la masse (vérification avec un ohmmètre), brancher comme indiqué ci-dessous.

Booster attenuateur 001a

Pour un autoradio dont aucune des deux bornes du HP n'est reliée à la masse (amplificateur en pont, vérification avec un ohmmètre), brancher comme indiqué ci-dessous.

Booster attenuateur 001b

Vous pouvez aussi prévoir un réglage de volume additionnel, comme le montre le schéma suivant.

Booster attenuateur 001c

Descriptif TDA2003 (ou TDA2002)

Le TDA2003 (ainsi que le TDA2002, un peu moins puissant) se présente sous la forme d'un boitier TO220 doté de cinq pattes : une rangée de deux pattes + une rangée de 3 pattes. Ce type de boitier est appelé "Pentawatt5" (Pentawatt modèle 5 pattes). Il existe deux sortes de TDA2003 : le modèle horizontal (TDA2003H) et le modèle vertical (TDA2003V), voir photos ci-dessous. Ils sont identiques électriquement et fonctionnellement, choisissez simplement celui qui vous convient le mieux en fonction de la disposition des composants et du radiateur. Remarquez sur les photos, que la référence du modèle horizontal est la même que celle du modèle vertical, les deux CI sont appelé TDA2003. Pensez donc à vérifier l'orientation du circuit lors de l'achat... Plier les pattes après coup est possible, mais si on peut l'éviter, cela vaut mieux.

TDA2003H TDA2003V  

TDA2003 - Brochage
Vue de dessus

Numéro broche
 

Appellation
 

Fonction
 

Remarque
 

1
 

Non Inverting Input

Entrée non inverseuse

-

2
 

Inverting Input

Entrée inverseuse

-
 

3
 

Ground

Masse

Masse reliée à la semelle métallique du boitier

4
 

Output

Sortie
 

Sortie BF amplifiée

5
 

Supply Voltage

Alimentation

18V, max 28V (supporte 40V mais pendant 50ms max)
 


 

 

TDA2002
 

TDA2003
 

Alimentation
 

8 V à 18 V (max 28 V)
 

8 V à 18 V (max 28 V)

Courant max en sortie
 

3,5 A (4,5 A en pointes)
 

3,5 A (4,5 A en pointes)

Puissance max dissipable
 

15 W
 

20 W
 

Puissance de sortie
 

8 W / 2 ohms / alim 14,4 V
6,5 W / 4 ohms / alim 16 V
 

10 W / 2 ohms / alim 14,4 V
6 W / 4 ohms / alim 14,4 V

Impédance de charge minimale
 

1,6 ohm
 

1,6 ohm

Circuit imprimé de la version 002 (version complète)
 

Réalisé en simple face, avec deux bout de pattes de résistance en guise de straps.

Très important !

1 - J'ai dessiné ce typon mais ne l'ai pas essayé sous cette forme. Je ne garantis pas que l'ampli fonctionne bien avec ce dernier.

2 - Il est impératif de fixer les deux TDA2003 (ou TDA2002) sur un radiateur afin d'assurer leur refroidissement correct, sans aucun isolant genre mica ou semelle silicone. D'autre part, le radiateur doit être raccordé à la masse via les points marqués GND (ground, masse) sur le CI. La raison en est que pour simplifier le tracé du CI, j'ai décidé d'amener la masse aux circuits intégrés via leur semelle métallique. Ca peut paraître "bricolé", mais je vous rassure, ça se voit sur des montages "pros". Notez bien que si vous ne reliez pas la semelle métallique des TDA200x à la masse, l'ampli ne fonctionnera pas !

3 - Mettre une bonne couche de soudure sur les pistes véhiculant l'alimentation (masse et +V) et sur celles véhiculant le signal audio de sortie amplifié.

Ampli BF 002 - PCB

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi (avec sources Proteus Isis *.dsn et*.sec, et Ares *.lyt et *.reg)

Circuit imprimé de la version 002a (version simplifiée)

Lui aussi réalisé en simple face, et sans strap.

ampli_bf_002a_pcb_composants

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi 

Remarquez qu'une piste de liaison sur les pattes 3 des TDA2003 (masse) passe entre leurs pattes 2 et 4, et pour que cela ne pose pas de problème, j'ai légèrement écartés ces dernières. J'ai également un peu séparé les pattes 3 et 5 de U2, pour la même raison. Et comme je ne trouvais pas très esthétique de ne le faire que pour un CI (j'aime la symétrie), j'ai aussi torturé U1. Il vous faudra donc faire un (très léger) effort de pliage des pattes des deux circuits intégrés de puissance. Tout comme pour l'ampli BF 001, il est fortement recommandé d'étamer généreusement les pistes de cuivre dans lesquelles circule de forts courants : pistes d'alimentation et sortie HP reliées aux pattes 3, 4 et 5 des TDA2003.

 

 

 

Accuil