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Ampli BF 002
Dernière mise à jour : 11/05/2014Caractéristiques principales
Puissance : 40 W (ou 20 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 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).
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 001.
Schéma 002
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 = 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 bornee 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 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. 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 requierent 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
- La valeur des condensateurs C1 et C6 peuvent largement diffèrer 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 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 80 mA et 200 mA au grand maximum.Schéma 002a - version simplifiée
Il est possible de simplifier le montage pour disposer d'une version
économique, comme le montre le schéma qui suit. 
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 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.
Schéma 002ab - autre version simplifiée
Autre version "économique" avec des TDA2002 (non essayée avec des TDA2003).
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.
Vous pouvez aussi prévoir un réglage de volume additionnel, comme le montre le schéma suivant.
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.
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 |
Prototypes
Non réalisé par moi-même sous la nouvelle forme (nouveau circuit imprimé) que je propose, mais proto réalisé avec succès par Maxime.Prototype Maxime
Radiateur fait maison avec les moyens du bord et alimentation pour PC, il y a toujours une solution !
Bravo Maxime !
Circuits imprimés
Implantation réalisée pour les trois versions 002, 002a et 002ab.Version 002
Réalisé en simple face, avec deux bout de pattes de résistance en guise de straps.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. Ceci dit le retour de Maxime, qui l'a reproduit, est positif (voir photos de son proto).
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.
Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi
Version 002a (première version simplifiée)
Circuit là aussi réalisé en simple face, et sans strap.
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.
Version 002ab (seconde version simplifiée)
Pour TDA2002 (non essayé avec TDA2003).
Historique
11/05/2014- Ajout schéma 002ab (seconde version simplifiée, pour TDA2002).
09/09/2012
- Ajout photos prototype Maxime. Merci à lui !
01/03/2009
- Ajout schéma 002b (version simplifiée).
xx/xx/2008
- Première mise à disposition.