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Electronique > Réalisations > Amplificateurs > Ampli BF 002

Dernière mise à jour : 15/11/2007

Caractéristiques principales

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

Présentation

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

Ampli BF 002 - PCB 3D

Montés en pont, ces deux circuits permettent de délivrer l'honorable puissance de 40W 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 20W. Utilisé seul, le circuit TDA2003 peut servir de base à la réalisation d'un amplificateur de 10W, comme cela est décrit à la page Ampli BF 001.

Le schéma

Ce schéma, tout comme celui de l'ampli BF 001, 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.

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 = 12V et R = 4 ohms, puis ensuite U = 24V 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 bornee une tension qui est doublée, donc une puissance qui est quadruplée.

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 400mV est donc suffisant pour faire "cracher" 10W 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 dangeureuse). 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. La tension d'alimentation de +18V est un maximum à ne pas dépasser. Le circuit supporte certes une tension supérieure (jusqu'à 28V) mais la symétrie en sortie n'est plus assurée, de sorte qu'il est impossible de sortir plus de puissance qu'avec 18V, sans distorsion. Notez que vous pouvez aussi opter pour une tension d'alim plus faible, +12V par exemple, si vos besoins en puissance sont modestes et ne requierent pas les 40W 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 40W 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 : 40W
Avec 4 ohms : 24W
Avec 8 ohms : 12W

Remarques

Si vous êtes un peu curieux, vous aurez sans doute noté la différence des valeurs données aux deux condensateurs C2 et C7. Celà est voulu, et est destiné à optimiser le SVR (Slow Vertex Response). Si vous ne trouvez pas de 15uF, prenez pour C2 la valeur de 22uF, et non de 10uF.
La valeur des condensateurs C1 et C6 peuvent largement diffèrer selon les sources (schémas). Certains constructeurs mettent des 100nF, d'autres mettent des 22uF. Pour ma part, je pense que des valeurs de l'ordre de 1uF conviennent très bien, vue l'impédance élevée des entrées du TDA2003.

Vérifications
Lors de la mise sous tension (qui doit suivre une vérification rigoureuse du cablage 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 cablage. 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 80mA et 200mA au grand maximum.

Version simplifiée

Il est possible de simplifier le montage pour disposer d'une version économique. Les petits raffinements qui garantissaient un fonctionnement irréprochable dans le montage précédent ont disparu, mais celà ne signifie pas pour autant que ce montage simplifié ne fonctionnera pas correctement. A vous de voir !

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 ohmètre), brancher comme indiqué ci-dessous.

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

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

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

Le circuit imprimé

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 reffroidissement 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 parraître "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.

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