Caractéristiques principales
Puissance : 50 W
Tension : +/-30 V
Technologie : Circuit intégré TDA7293
Présentation
Ce module amplificateur, capable de délivrer plusieurs dizaines de watts à un HP d'impédance 4 ou 8 ohms, est de type monophonique et doit être réalisé en deux exemplaires pour une application stéréo.
Il met en oeuvre un circuit intégré TDA7293, rendu célèbre par ses nombreux utilisateurs aussi bien amateurs que professionnels. La puissance maximale qu'il peut délivrer dépend de la tension d'alimentation appliquée au circuit intégré, elle peut dépasser les 100 W si on accepte une distorsion de 10%. Ici, le choix de limiter la puissance de sortie à 50 W (sous 8 ohms) est délibéré, je préfère dire que l'ampli est "moins costaud" mais qu'il fonctionne bien (et avec une distorsion très faible) jusqu'en haut. Ce n'est pas ce qu'on appelle un ampli très haut de gamme (on peut faire mieux), mais ses performances sont vraiment très honorables.
Avertissements
Que les choses soient claires, je n'ai pas réalisé cet ampli et je n'ai pas l'intention de le construire. Alors pourquoi cet article, puisqu'on trouve déjà sur le net moult projets basés sur le TDA7293 ? Pour une simple raison : je reçois plusieurs fois par an des demandes d'assistances ou de conseils pour la réalisation d'un ampli de quelques dizaines de watts et de bonne qualité, et ceux que j'ai décrits auparavant sur mon site ne répondent pas à cette demande. Jusqu'alors, j'orientais les demandeurs vers le TDA7293 en leur disant qu'ils trouveraient plein de choses intéressantes à ce sujet sur le Net, mais force est de constater que certains détails manquent quand on est néophite et qu'on ne connaît pas l'anglais. J'ai donc décidé de rédiger quelques lignes en l'honneur de ce fameux circuit intégré, en "traduisant" quelques lignes du datasheet (manuel technique du fabricant) et en prenant en compte quelques remarques glannées ça et là sur la toile. Voyez donc ce qui suit comme un petit "résumé d'expériences"... en français. Je précise que le schéma que je propose n'est pas une bête copie d'un schéma pris au hasard, mais que j'ai essayé de le comprendre et que j'y ai apporté ma petite touche personnelle, comme si j'avais en tête l'idée de le réaliser demain. Après tout, j'ai déjà tous les composants (y compris alim), sauf le TDA7293.
Schéma
Voici à quoi ressemble la bête, alimentation secteur comprise.
Comme la section alimentation est dans la partie supérieure du schéma, on en parlera en dernier.
Alimentation
L'alimentation de cet ampli doit être au minimum de +/-12 V et au maximum de +/-45 V. Certes, la notice constructeur du TDA7293 indique une valeur "nominale" de +/-40 V et un maximum absolu de +/-50 V (et même +/-60 V sans modulation à l'entrée). Mais avez-vous déjà essayé de vous approcher de très près des valeurs maximales recommandées ? Un peu angoissant, non ? Ici, pas de risque de surcharge, le transformateur abaisseur de tension délivre sur son secondaire, deux tensions de 24 V qui après redressement et filtrage donnent une tension voisine de +/-30 V. Une telle tension permet en théorie de pousser l'ampli à 100 W sous 4 ohms ou à 50 W sous 8 ohms. Ici, point de régulateur de tension, et tant mieux car il faudrait de bien beaux composants pour supporter les courants demandés. Le transformateur est un modèle 75 VA ou plus, cette valeur permet de garantir la puissance annoncée de 50 W. Si vraiment c'est trop gros pour vous, vous pouvez descendre à 50 VA. Mais vous n'aurez pas le même rendu sonore à forte puissance, vous voilà prévenu. Pour information et dans l'hypothèse où vous souhaiteriez disposer des 100 W en sortie de l'ampli, le transfo d'alim devra être un modèle 150 VA. Les quatre diodes du pont sont des diodes à recouvrement rapide en modèle individuel, il est aussi possible d'utiliser un gros pont moulé avec ses quatre broches de type cosses faston (si vous en voulez, j'en ai en rab). Les grosses résistances de 0,1 ohm jouent deux rôles : d'une part elles limitent le courant dans les diodes de redressement au moment de la mise sous tension (les gros condensateurs de filtrage, quand il sont déchargés, se comportent comme de superbes court-circuits) et d'autre part elles améliorent le filtrage de l'ondulation résiduelle. Elles sont facultatives mais il serait vraiment dommage de s'en priver. Je n'ai pas prévu de LED témoin de mise sous tension, ce qui montre (ou confirme) que je ne suis pas toujours très sérieux. Vous pouvez bien entendu en ajouter une avec une résistance série dont la valeur dépendra de la tension d'alim que vous aurez au final décidé d'adopter. Pour une alim de 30 Vdc (valeur choisie ici), utiliser une résistance de 1,5 kO / 1 W, ou deux résistances en série de chacune 820 ohms / 1/2 W. Vous pouvez aussi utiliser une diode zener en série pour limiter la chute de tension dans la résistance série de la LED, par exemple zener de 15 V avec résistance de 820 ohms (brancher la zener dans le bon sens).
Amplificateur
Nous y voici donc, et comme promis en avant-première. Tout le gros du boulot est assuré par le TDA7293 qui comporte tout le nécessaire pour nous simplifier la vie. Les quelques composants externes permettent d'avoir un minimum de contrôle sur le circuit, ce n'est pas comme certains amplificateurs intégrés d'une certaine époque où on n'avait juste à ajouter les condensateurs de liaison en entrée et en sortie (je repense au circuit hybride HY100). L'entrée BF se fait sur le potentiomètre RV1 via le condensateur de liaison C1 qui doit être de type non polarisé, même s'il fait 4,7 uF pour bien descendre dans les graves (je sais, c'est gros). Le curseur de RV1 prélève une fraction plus ou moins grande du signal d'entrée et l'injecte dans le circuit amplificateur via sa broche 3 (entrée non inverseuse, comme sur un LM741, c'est drôle). Le gain de l'ensemble est fixé par les composants de contre-réaction R5, R2 et C2, on travaille avec un gain fixe. On aurait pu aussi utiliser un potentiomètre pour ajuster la valeur du gain, choix retenu par certains (dans ce cas, jouer sur R2 et/ou R5). Le TDA7293 possède deux entrées de "mise en silence", broches 9 (standby) et 10 (mute). Ces broches sont activées après une légère temporisation à la mise sous tension, mais il est possible de télécommander ces fonctions par une tension externe qui vient d'un circuit de contrôle de votre choix. Dans ce cas, la tension max pour activer ces fonctions est de 1,5 V (typiquement on met à la masse) et la tension minimale pour les désactiver est de 3,5 V (typiquement on les relie au +V via une résistance, ce qui est fait ici en dur). Le réseau RC série R1/C10 câblé en parallèle sur la sortie HP assure une meilleur stabilité de l'amplificateur sur des signaux de forte amplitude dans les fréquences élevées, là où l'impédance du HP tend à remonter. C'est une cellule que l'on rencontre souvent en sortie des amplis intégrés. Les condensateurs de découplages C6 à C9 doivent être montés au plus près du circuit intégrés, ils s'ajoutent aux gros condensateurs de filtrage déjà présents dans la section alimentation. Mais comme ils sont gros et qu'il faut aussi caser les autres composants, on fait comme on peut. La valeur de C6 et C8 (1000 uF) peut sembler élevée pour des composants "locaux", mais il ne faut pas oublier que le courant drainé par le TDA7293 peut atteindre 10 A - la moitié dans notre cas puisque la puissance de sortie a été "bridée" à la moitié de sa valeur nominale.
Dissipateur thermique obligatoire ?
Doit-on impérativement mettre un "radiateur" de refroidissement sur le TDA7293 ? La réponse est oui, même si vous ne comptez pas monter le volume à fond. Ne soyez pas surpris si le circuit intégré chauffe même en absence de modulation à l'entrée, c'est normal. L'échauffement au repos est modéré si la tension d'alimentation est faible, mais ce n'est pas une raison. Notez qu'on trouve des kits avec le TDA7293, certains ne sont pas livrés avec un tel dissipateur, qu'il faut donc se procurer séparement.
Brochage du TDA7293
Ca, c'est pour les curieux.
Notez que la semelle du circuit est reliée à la broche 8 et que par conséquent il faudra s'assurer que le dissipateur thermique ne touche pas la masse (boîtier métal). Au besoin, ajouter le nécessaire d'isolement (rondelle isolante et mica ou plaque silicone) pour limiter tout risque d'embêtement.
Prototypes et réalisations
Comme dit en introduction, je n'ai pas réalisé cet ampli. Mais deux personnes qui se sont basé sur cette page pour construire le leur m'en ont fait des retours, avec photos à l'appui. Et leur ampli fonctionne bien... Merci à eux pour ces retours !
Réalisation de Frédéric H.
Version quelque peu évoluée, puisque Frédéric à modifié/amélioré l'alimentation pour permettre un démarrage en douceur (il semblerait que certains exemplaires de TDA7293 aient tendance à l'explosion quand on les alimente brutalement avec une tension proche de leur limite - surtout avec ceux achetés pas cher).
Le circuit imprimé principal de l'amplificateur comporte des fonctions évoluées de commutation et de réglages de tonalité commandés par tensions continues. Ce qui explique sa taille généreuse. Un vrai boulot de pro !
Réalisation de Lionel M.
Avec très jolie mise en coffret bois !
Commentaires de Lionel :
19/02/2017 : J'ai trouvé le projet Ampli BF 010 qui convenait parfaitement à mes enceintes de 50W. Je l'ai réalisé en double pour la stéréo... Tout a fonctionné du premier coup, une première pour moi ! Je trouve la qualité du son vraiment bonne, je n'y vois rien à redire !
20/03/2017 : Petit soucis: quand je débranche l'entrée audio ou que j'injecte un signal sinus de fréquence élevée (15 kHz à 20 kHz) la résistance R1 de 2,2 ohms chauffe au point d'en rougir ! J'ai mis une 1/4 W, ne serait-il pas judicieux de préciser qu'il faut une résistance capable de dissiper une puissance plus élevée ?
Le fait que cette résistance rougisse en absence de source connectée à l'entrée audio de l'ampli, laisse penser qu'il se produit une oscillation parasite haute fréquence (et inaudible). Cela ne peut être confirmé qu'avec un oscilloscope branché sur la sortie amplifiée. Avec une source audio "naturelle" (non synthétique et sans compression de dynamique multi-bandes), le contenu spectral est bien moins riche dans les aigus que dans les graves. Le réseau R1/C10 est là pour compenser la hausse de l'impédance du HP dans les fréquences les plus élevées : plus la fréquence du signal amplifié augmente, et plus R1 doit dissiper de puissance (à niveau d'entrée constant). En temps normal et "en moyenne", cette résistance dissipe peu de puissance. Mais vous avez raison, un modèle 1 W est plus approprié (même si cela ne résoud pas le problème d'oscillation parasite quand l'entrée est débranchée).
24/03/2017 : J'ai mis une résistance de 4 W, plus de soucis !
Merci Lionel pour l'ensemble de ces retours.
Réalisation de Yannick P.
Autre dessin de CI qui a donné satisfaction à Yannick, puisque l'ampli fonctionne comme attendu.
Merci Yannick !
Circuit imprimé
Réalisé en simple face. Attention, présence de deux straps qu'il ne faut pas oublier.
Circuit non testé par mes soins
Remarques :
- La broche 11 du TDA7293 correspond à la liaison entre l'étage driver (préampli de puissance) et l'étage de sortie (amplificateur de puissance). En temps normal on ignore complètement cette broche, qui ne sert que pour des contrôles éventuels ou pour un câblage particulier de deux TDA7293 en mode "maître / esclave". Sur le circuit imprimé, on peut donc dégager cette broche du composant pour faire de la place à une piste de cuivre. Ce n'est pas pour autant que je l'ai fait.
- Les pistes de cuivre qui véhiculent de forts courants sont celles qui sont les plus larges (masse, alims et sortie BF). Elles seront généreusement recouvertes de soudure, et même si possible d'un fil de cuivre nu de bon diamètre.
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