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.
réalisation personnelle d'un amplificateur pure classe A
innovant - nouveau amplificateur classe A - Amplificateur sans
contre-réaction - création d'amplificateur -
création de schéma - essai de nouveau schéma
d'amplificateur.
Créer le : 01 juin 2004.
Dernière modification le :
11 novembre 2007.