schema electronique : amplificateur stéréo 2 x 30 W / TDA1521

amplificateur stéréo 2 x 30 W :

CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES

- Alimentation : tension double symétrique 12 V
- Puissance de sortie maximale RMS :
2 x 15 W / 4 ohms, 2 x 10 W / 8 ohms
- Puissance de sortie maximale musicale :
2 x 30 W/4 ohms
- Distorsion harmonique : 0,007 % (1 W/1 kHz)
- Sensibilité d’entrée : 300 mV / 20 kilohms
- Fréquence : de 7 Hz à 60 kHz (–3 dB)
- 70 dB pour chaque canal
- Puissance de sortie (Rl = 8 ohms) :
2 x 10 W RMS
- Puissance de sortie (Rl = 4 ohms) :
2 x 15 W RMS
- Bande passante (–3 dB) : 7 à 60 000 Hz
- Sensibilité à la puissance maximale (8 ohms) :
290 mVeff
- Sensibilité à la puissance maximale (4 ohms) :
250 mVeff
- Impédance d’entrée : 20 kilohms
- Rapport signal/bruit : 98 dB
- Diaphonie : –70 dB
- Amplifi cation stéréo d’excellente qualité
- Faible bruit
- Protection contre les surcharges :
maximum une heure.

Ce petit (mais puissant) final stéréo très compact pourra être facilement utilisé en réparation d’ampli
ou en construction neuve, voire pour réaliser des enceintes actives, dans tous les cas associé à un préamplificateur. Ses caractéristiques remarquables (voir ci-dessus)
en font un véritable amplificateur Hi-Fi. Il utilise comme unique composant actif (pour les canaux droit et gauche) le circuit intégré monolithique TDA1521 Philips, contenant un double final BF à voies complètement indépendantes, chacun étant en mesure de fournir 10 à 12 W à une enceinte de 8 ohms ou 15 W sur 4 ohms (30 W musicaux). Le gain en tension des amplificateurs est fi xé à 30 dB (environ 32 fois). Et tout cela
avec seulement deux réseaux de compensation en parallèle sur les sorties et deux condensateurs pour découpler les entrées ! C’est tout. Ce haut degré d’intégration permet de se contenter d’un circuit imprimé de 5 x 7 cm comprenant en plus le pont redresseur et les condensateurs de lissage de l’alimentation. En réparation rien n’empêche de se brancher sur le secondaire du transformateur existant et d’utiliser le dissipateur local. En construction on pourra avec quelque trois modules réaliser un système home-theatre 5.1.

Figure 1 : Schéma électrique de l’amplifi cateur stéréo.

Le schéma électrique :
Le schéma électrique de la figure 1 montre à quel point en effet ce circuit intégré rend simple la réalisation d’un amplificateur Hi-Fi fonctionnant avec une alimentation double symétrique : nous n’étudierons qu’un des deux canaux (l’autre étant identique) indiqué INV1, -INV1 et OUT1. Nous avons opté pour
la configuration prévoyant l’application du signal sur l’entrée -INV (non inverseuse) par rapport à la masse. Comme l’alimentation est double, nous pouvons mettre à la masse les entrées inverseuses (INV1 et INV2, respectivement broches 2 et 8) et le point de référence (broche 3). Ainsi, le réseau de rétroaction est effectivement un parallèle/série car il prélève une portion de la tension de sortie et la reporte à l’entrée inverseuse du premier amplificateur opérationnel à travers le pont formé des résistances de 20 k et 680 k. Le signal d’entrée du circuit atteint la broche 1 à travers C4, il est amplifié une première fois et, à la sortie d’un premier étage à ampli-op, passe à l’entrée d’un second lequel en élève le niveau et inverse sa
phase avant de l’envoyer à la section de puissance réalisée en symétrie complémentaire par deux transistors intégrés, un NPN et un PNP. Ces BJT fonctionnent en émetteur-suiveur (“emitter-follower”), ils amplifient donc seulement en courant et laissent le signal de phase opposée comme il était à l’entrée du circuit
intégré. Première conclusion : les termes inverseuse (INV) et non-inverseuse (-INV) se réfèrent aux entrées du premier amplificateur opérationnel et non à l’amplificateur entier. En effet, pour avoir un signal
de sortie en phase avec celui envoyé au circuit intégré, il faut l’envoyer à l’inverseuse (en fermant à la masse -INV) alors que si on l’envoie à la non inverseuse et si on met INV à GND, comme dans notre application, l’amplificateur tout entier devient, en fait, inverseur. En fonctionnement avec une onde d’entrée sinusoïdale à 1 kHz, ce qui atteint le haut-parleur est une tension de mêmes enveloppe et fréquence, avec une amplitude
environ 32 fois supérieure mais déphasée d’un retard de 180°.

Le TDA1521 incorpore une série de protections, ainsi qu’un réseau de retard lequel, dans la transitoire de
mise sous tension, déconnecte l’étage d’entrée afin d’éviter d’amplifier la BF avant que l’alimentation n’ait atteint ses valeurs de régime : en parallèle avec celui d’entrée se trouve un second ampli-op, ce dernier ne doit rien amplifier mais fournir une tension de référence à l’étage suivant durant la mise sous tension. Un comparateur à fenêtre de tension formé de deux ampli-op considérés comme “Voltage Comparator”
surveille l’alimentation. En régime, les deux résistances de 10 k déterminent, sur la ligne aboutissant à la broche 3, exactement 0 V, soit le potentiel de masse. “En régime”… mais à la mise sous tension il est fort probable que des dissymétries se produisent et que le potentiel sur la ligne positive diffère sensiblement de celui de la négative. Comme dans ces conditions le signal BF serait restitué fortement distordu, ça ne sert à rien de l’amplifier et donc le comparateur, détectant l’anomalie, met les sorties des deux ampli-op au niveau bas (0 V) et intervient sur le “switch” CMOS qui amène la tension d’alimentation des étages de préamplification aux points Vr, en désactivant les premiers ampli-op et en ne laissant fonctionner que ceux de référence. Il s’ensuit que les deux, reliés à Vref1, polarisent les “input” inverseurs des seconds étages avec
ce potentiel (Vref1, justement…) juste pour maintenir en équilibre les amplificateurs entiers. Dès que l’alimentation s’équilibre, le comparateur à fenêtre s’en aperçoit, met sa sortie au niveau haut et commande le “switch” CMOS afi n de conduire la tension Vp aux ampli-op d’entrée, soit ceux alimentés par la ligne Vb. La polarisation de référence est donc coupée et le signal audio peut être amplifié et envoyé aux haut-parleurs.

À propos de ces derniers, le TDA1521 comporte une protection contre les méfaits des courts-circuits sur les bornes de sortie (sur un seul ou les deux canaux)… pendant une heure ! La protection se déclenche aussi en cas de surcharge, c’est-à-dire si l’impédance de charge est trop faible et réclame davantage de courant que le maximum admissible .

Sortons maintenant du circuit intégré pour constater la présence de C4 et C8, nécessaires au découplage des entrées et les dipôles R/C, chacun étant en parallèle avec un des haut-parleurs (ou enceintes) : ces réseaux RC servent à compenser partiellement la rotation de phase que les transducteurs occasionnent
à la totalité du spectre audio. En d’autres termes, C1 et C2 compensent le déphasage que les haut-parleurs,
de par leur nature inductive, introduisent entre tension et courant : le but de cette compensation est d’éviter que le déphasage soit assez marqué pour acheminer, à travers la rétroaction, une composante BF capable d’engendrer une auto-oscillation de l’amplificateur dans sa totalité.

Quant à l’alimentation, qui se trouve en partie sur la platine (pas le transformateur !), elle comporte trois points d’entrée VA, GND, VB recevant les trois sorties du secondaire symétrique à prise centrale. D1, D2, D3, D4 forment un pont redresseur permettant de redresser (si, si !) la tension alternative fournie par le transformateur (jusque-là tout le monde suit ?) : en demi-onde positive le courant de l’enroulement supérieur traverse D2 et charge C6 avec une impulsion sinusoïdale pour revenir ensuite par la masse à la prise centrale. L’enroulement inférieur fournit un courant à C7 par la prise centrale qui retourne par le négatif à travers D3. En demi-onde négative D3 et D2 sont interdites alors que D1 et D4 conduisent : le courant
circule par VB à travers D1 vers C6 qui se charge avec une nouvelle impulsion sinusoïdale, en même temps une autre impulsion d’égale amplitude passe par la masse, charge C7 et revient à travers
D4 sur VA. Grâce à la configuration particulière des diodes du pont, les électrolytiques
sont soumis à des impulsions de courant à la fréquence de 100 Hz (deux pour chaque période) qui les chargent pour compenser l’énergie qu’ils cèdent au TD1521 en utilisation normale. C3 filtre les éventuelles perturbations en provenance du transformateur. Tout le circuit réclame une tension alternative double 12+12 Veff dont elle tire un peu plus de 16 Vcc sur chaque branche (+16 Vcc entre la broche 7 du circuit intégré et la massa, –16 Vcc entre la broche 5 et GND) et consomme 70 mA au repos (en absence de signal
d’entrée) et 2 A à la puissance maximale sur des haut-parleurs de 4 ohms.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants de l’amplificateur stéréo.

Figure 2b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’amplificateur stéréo.

La réalisation pratique :
La réalisation pratique de cet amplificateur Hi-Fi stéréo peut difficilement être plus simple : en effet le circuit imprimé simple ne comporte que quelques composants et l’unique circuit intégré SIL n’a bien sûr pas de support ! La figure 2b donne le dessin du petit circuit imprimé à l’échelle 1. Quand vous l’avez devant vous, montez les quelques composants autres que le circuit intégré, en terminant par les deux encombrants condensateurs électrolytiques.

Par ailleurs vissez le circuit intégré sur le dissipateur (celui-ci doit avoir une Rth de 3,3 °C/W au maximum) avec les deux boulons, sans oublier d’intercaler une feuille d’isolation en mica ou en téflon et deux fines et régulières couches de pâte thermique blanche au silicone dite “compound” sur les deux faces de la feuille isolante. Ensuite, enfilez ses pattes dans les trous du circuit imprimé et soudez-les, puis coupez les longueurs excédentaires éventuelles.

Si vous désirez installer votre amplificateur dans un boîtier, préférez un modèle métallique.

Figure 4 : Les liaisons

Les essais du montage :
Pas de réglage, dès la fi n des soudures (et après vérifications minutieuses) l’appareil est prêt à fonctionner.

Branchez une paire de haut-parleurs (ou d’enceintes) d’impédance non inférieure à 4 ohms, mettez sous tension (2 x 9 à 15 Vca) et enfin branchez à l’entrée une source audio stéréo. Celle-ci doit être dotée d’un système de réglage du niveau, sinon faites précéder chaque canal d’un potentiomètre
dont le curseur sera relié au condensateur C4 ou C5 de 1 μF, une extrémité à la masse et l’autre à la source BF entrante (utiliser un potentiomètre double est l’idéal). Voir figure 4.