Ampli 2 x 200W avec transistors 2SA1494 2SC3858

Voici la réalisation artisanale d'un ampli de sonorisation basés sur les transistors de puissance 2SA1494 et 2SC3858. Il incorpore un transformateur torique, une protection contre les courts-circuits, une temporisation à l'enclenchement, deux ventilateurs commandés par la musique et deux vumètres à LM3915 pour les LED de la face avant. La réalisation du circuit imprimé est, elle aussi, artisanale et n'a pas nécessité d'insoleuse ni de typon.

Voici donc la réalisation pratique et artisanale de cet ampli destiné à la sono. Le but est ici de réaliser un ampli de 2 x 200 Watts RMS à 4 Ohms avec un filtre passe bas pour brancher deux caissons de basse. La fréquence de coupure du filtre passe bas est ajustable pour régler la sonorité à sa guise.

Présentation de l'ampli de sono

Pour la photo, le circuit imprimé principal a été mis à l'extérieur de l'ampli. L'ampli de sono ressemble à ceci :

Ampli de sono artisanal 2 x 200 Watts RMS avec transistors 2SC3858 et 2SA1494

Alimentation de l'ampli par transformateur torique

L'alimentation de l'ampli est confiée à un transformateur torique 2 x 42 Volts 350 VA récupéré d'un ancien ampli de sono hors service. Le transfo est fixé au centre de l'ampli pour des raisons esthétiques de symétrie.

Le filtrage est basé sur deux condensateurs 10000 uF 63V. Le pont de diodes est fixé sur un petit radiateur à côté des condensateurs :

Pont de diodes et condensateurs de filtrage 10000 uF 63 Volts

L'interrupteur marche / arrêt est en face avant.

Appel de courant et temporisation à l'enclenchement

La temporisation à l'enclenchement permet d'éviter un claquement dans les haut-parleurs à la mise sous tension. La même commande pour le relais est appliquée à relais qui limite l'appel de courant quand on allume l'ampli. La mise sous tension de l'ampli se fait à travers des résistances qui limitent le courant (elles sont en série avec le primaire du transfo). Après quelques secondes, les contacts du relais (visible au milieu du circuit imprimé) court-circuitent ces résistances et la pleine tension est appliquée au transfo.

Le schéma de la temporisation à l'enclenchement est présenté et expliqué ici :

Temporisation à la mise sous tension

Ventilateurs 12 Volts de l'ampli

Un enroulement auxiliaire du transfo fournit une tension plus basse (15 Volts). Cette tension est utilisée pour alimenter les deux ventilateurs 12V à l'arrière de l'ampli. Initialement prévus de dimensions 6 x 6 cm, ils ont été modifiés à 8 x 8 cm, prenant ainsi toute la hauteur de l'ampli. La structure en contreplaqué se trouve un peu fragilisée puisque l'arrière et les côtés ne sont plus fixés l'un à l'autre.

Les ventilateurs sont pilotés par un transistor qui détecte la présence de musique sur l'un ou l'autre canal (ou les deux) selon ce schéma :

Ventilateur 12V commandé par la musique

Le but est que les ventilateurs ne fonctionnent pas quand l'ampli ne donne pas ou peu de musique.

Radiateurs en aluminium

Les deux radiateurs en aluminium sont au potentiel de l'alimentation. L'un est à +55 Volts et l'autre et à -55 Volts.

Les vumètres avec LM3915 (obsolètes) et le filtre passe bas sont montés sur un seul circuit imprimé fixé derrière la face avant :

Vumètres et filtre actif passe bas de l'ampli

Le transistor monté sur le petit radiateur sur le côté sert à piloter les ventilateurs 12 Volts selon la présence ou non de musique. Vu de dessous :

Cicuit imprimé vu côté cuivre

Vumètres avec LED et LM3915

Les vumètres fonctionnent en mode "point" ("dot" mode) et pilotent les rangées de LED pour indiquer le niveau de sortie :

Vumètres à LED et LM3915 : le LM3915 est monté sur support.

Vumètre avec LM3915, LED et potentiomètre pour ajuster le niveau

Vu de dessous, le circuit imprimé artisanal et ses LED :

Circuit imprimé du vumètre avec LM3915 et les LED

Le mode "point" (qui n'allume qu'une seule LED à la fois) est choisi pour l'esthétique mais surtout pour limiter la consommation à celle d'une seule LED. L'ensemble du vumètre est alimenté en 12 V par une tension issue d'une simple diode zener relativement puissante (1N5349B) et qui, avec sa résistance série, peut fournir jusqu'à 20 mA.

En effet, lorsqu'aucune LED ne brille, la dissipation dans la diode zener est maximale et atteint environ 12V x 50 mA = 0,6 W.

Le potentiomètre ajuste le niveau du vumètre pour que la dernière LED s'allume à 30 Volts efficaces environ (soit 225 Watts efficaces à 4 Ohms).

Filtre actif passe bas pour caisson de basse

On souhaite utiliser cette ampli avec deux caissons de basse de sonorisation. Le bouton de droite est un réglage de la fréquence de coupure d'un filtre actif d'ordre 2. Son schéma est simple et permet de s'accorder à de nombreux caissons avec un haut-parleur de 38 ou 46 cm.

L'ampli op du filtre passe bas est un classique TL072 :

Filtre actif passe bas ultra simple pour caisson de grave

Le TL072 est souvent marqué TL072CN ou TL072CP. Quelles sont les réelles différences entre les TL072CN et TL072CP ? Réponse : aucune (voir le lien ci-dessous)

Ampli TL072 : TL072CN vs TL072CP, les différences

Les diodes zener font l'alimentation symétrique pour l'ampli op (+/-12 V à partir de +/-22 V environ) avec leurs résistances série. La diode zener 1N5349B en haut à droite de l'image crée le 12 V pour le LM3915 du vumètre à LED.

Le schéma de ce filtre actif est présenté ici :

Filtre actif d'ordre 2 avec réglage de la fréquence de coupure

Et les caissons de grave qui fonctionnent avec cet ampli, eux aussi très simples :

Caisson de grave à évent laminaire et haut-parleur 38cm

On aurait pu créer des caissons avec un rendement encore meilleur, mais au prix de formes et de menuiseries plus complexes telles que toboggan, pavillons repliés, Wbin, etc.

Transistors de l'ampli : 2SA1494 et 2SC3858

Les transistors de sortie sont des 2SC3858 et 2SA1494. Ceux qui sont montés dans l'ampli ont été récupérés d'un ancien ampli de sono. De nombreuses contrefaçons existent à la vente et ne fonctionneront pas correctement ou pourraient détruire votre ampli ! Voici leurs caractéristiques électriques principales :

• Vce : 200 Volts
• Ic : 17 Ampères
• Ptot : 200 Watts
• Fréquence de transition : 20 MHz
• Boitier MT200 des 2SA1494 et 2SC3858

Boitier MT200 des transistors

Le boitier MT200 est un impressionnant boitier plastique avec deux vis et peut être monté directement sur un radiateur en aluminium classique, contrairement au boitier TO3. Le boitier MT200 offre une plus grande simplicité au montage du circuit imprimé et du radiateur. Il présente la plus grande surface métallique en contact avec le radiateur. En effet, la surface métallique du boitier MT200 est d'environ 620 mm² alors que le boitier TO3 n'a qu'environ 570 mm².

Boitier MT200 des transistors de puissance 2SA1494 et 2SC3858

Autres boitiers des transistors

Plus petit, plus rare et anecdotique, il existe aussi le boitier MT100.

Le boitier TO264 présente une surface d'environ 320 mm² et le boitier TO3P 310 mm² environ.

Technique de réalisation du circuit imprimé

Le circuit imprimé principal est réalisé de façon artisanale par la technique suivante :

• plaque de bakélite cuivre nu simple face
• vernissage au "vernis métaux" des pistes qu'on souhaite réaliser
• attaque au perchlorure de fer : toutes les zones non vernies disparaissent
• nettoyage au white spirit du vernis

Le circuit imprimé comporte l'ampli de puissance, la temporisation à l'enclenchement et la partie 15 Volts auxiliaires destinée à l'alimentation des vumètres, du filtre actif et des ventilateurs :

Circuit imprimé de l'ampli 2 x 200 W RMS et ses transistors 2SC3858 et 2SA1494

Circuit imprimé de l'ampli vu côté cuivre

L'étage d'entrée est basé sur un seul transistor MPSA92, l'amplificateur en tension est basé sur un 2SC3117 et une source de courant bootstrap. Les drivers sont des 2SA940 et 2SC2073 montés sur le radiateur central.

Les quatre résistances vertes et le relais central constituent la temporisation côté secteur (limiter l'appel de courant).

Le relais orange commute les haut-parleurs. Il est piloté par un circuit de protection. Ce circuit de protection contre les courts-circuits limite le courant instantanément et déclenche l'ouverture du relais.

Protection de l'ampli avec relais pour haut-parleurs

Dans la commande du relais des haut-parleurs, l'ampli op TL072 sert de comparateur et son montage est présenté dans le schéma qui est dans ce lien :

Protection d'un ampli contre les courts-circuits avec relais

La lecture du courant se fait aux bornes d'une résistance de 0,1 Ohm. La commande du transistor qui limite le courant a été montée sur la face cuivre :

Protection de l'ampli contre les courts-circuits

Le gros circuit intégré au milieu n'a qu'une fonction... esthétique et n'est relié à rien.

Dissipation des transistors de puissance

Les transistors 2SA1494 et 2SC3858 sont montés directement sur les radiateurs. Les radiateurs sont au potentiel des collecteurs. Les deux 2SA1494 des deux canaux sont montés sur le même radiateur. De même pour les deux 2SC3858. L'absence d'isolant (mica ou silicone) améliore la conduction de la chaleur en réduisant la résistance thermique de 0,2 à 0,5 °C/W environ.

Il ne faut donc pas toucher simultanément les deux radiateurs. Une tension de 110 Volts continus existe entre eux lorsque l'ampli est sous tension.

Transistor 2SA1494 Sanken de l'ampli

Vu de dos, la surface métallique généreuse du boitier MT200 vient en contact direct avec le radiateur. Cela simplifie aussi le montage et évite le risque d'un court-circuit si l'isolation était nécessaire entre le transistor et le radiateur.

Transistor 2SA1494 monté directement sur le radiateur

Références

Conseils de montage des transistors de puissance dans les amplis

Douglas Self, Audio Power Amplifier Design

Transistors de puissance 2SA1494

https://www.semicon.sanken-ele.co.jp/sk_content/2sa1494_ds_en.pdf