Ampli 2 x 400W : schéma et réalisation

Cet article présente la réalisation pratique pleine d'astuces d'un ampli puissant et léger, basé sur une alimentation à découpage à la place du transformateur classique. L'amplificateur audio est de classe B, basé sur des transistors Darlington de puissance.

Fonctionnement de l'ampli 2 x 400 W

Voici un ampli destiné à la sonorisation pour un usage intensif et prolongé. L'alimentation est une alimentation à découpage qui alimente les deux canaux de l'ampli. Les deux amplificateurs fonctionnent en classe B (pour la simplicité) et quelques astuces de montage permettent une dissipation de chaleur améliorée, le tout dans un boitier fin qui serait parfaitement élégant s'il était réalisé en métal.

Vue d'ensemble de l'ampli sono 2 x 400 W

La réalisation de cet ampli dans son ensemble :

Ampli de sono 2 x 400 W : réalisation pratique

Vu du dessous, sans la planche :

Réalisation de l'ampli sono 2 x 400 W

Sur la gauche : la carte de l'ampli fixée aux radiateurs par les transistors de puissance.

Alimentation des ventilateurs en 0-12 V

Inutile de faire tourner les ventilateurs lorsqu'il n'y a pas de musique. Les ventilateurs mesurent 8cm de côté et fonctionnent en 12 V lorsqu'il y a de la musique. C'est la musique qui les déclenche : pas besoin de faire de bruit et d'empoussiérer l'ampli inutilement.

Les ventilateurs sont pilotés par un transistor Darlington (TIP120 ou TIP122) lui même piloté par la musique (fonction logique ou des deux signaux de sortie de l'ampli) :

Ventilateur intelligent pour ampli sono

On peut d'ailleurs ajouter ce système dans de nombreux amplis de sono. Cela les rend silencieux à très bas volume sonore ou au repos.

Alimentation à découpage +/-45 V : réalisation et schéma

L'alimentation à découpage est basée une structure en demi-pont. Les transistors du demi pont sont des mosfet pilotés en opposition de phase par une inductance de mode commun (elle joue le rôle d'un transfo d'impulsion). On peut aussi utiliser le IR2153 qui contient à la fois un oscillateur et une commande pour transistors mosfet en demi pont. Le transfo est récupéré d'une ancienne alimentation de PC ATX. Ce transfo a l'avantage d'assurer à la fois l'isolation électrique pour la sécurité et d'abaisser la tension. Il ne fonctionne pas à 50 Hz mais uniquement dans une plage de fréquence autour de 25 à 50 kHz. Pour plus de détails sur les transfos d'alimentations ATX pour PC fixes :

Transformateur d'alimentation ATX

Les enroulements secondaires sont multiples et ici, le secondaire est choisi pour donner une tension de +/-45V environ.

Tous les détails, le schéma de l'alimentation à découpage et la réalisation sont à consulter dans cet article :

Réalisation d'alimentation à découpage pour ampli

Cette alimentation est basée sur un doubleur de tension.

Schéma de l'ampli 400 W classe B

Le schéma de l'ampli 400 W est basé sur ce schéma d'ampli :

Ampli ultra simple 50W à 200W

L'ampli présente une différence : chaque haut-parleur est alimenté par deux modules d'ampli : l'un en fonctionnement classique, et l'autre en "bridge". Cela permet de créer une tension de sortie de l'ampli qui vaut le double et donc une puissance qui peut être 4 fois supérieure.

Par ailleurs, cette façon d'exploiter le maximum de puissance avec une tension d'alimentation réduite offre ces avantages :

- possibilité d'utiliser des transistors qui ne tiennent que 100 Volts. On choisit des transistors Darlington TIP142 et TIP147 ou des BDW83C et BDW84C.

- tension de fonctionnement Vce réduite pour les transistors, ce qui évite le fonctionnement proche de la zone de second claquage. C'est le second claquage (second breakdown) qui menace les transistors bipolaires de puissance dans les étages de sortie d'amplis audio parce qu'ils doivent laisser un courant important sous une tension relativement élevée.

Transistors bipolaires de puissance

- mesures sur l'ampli moins dangereuses sous tension

Mais l'inconvénient, c'est que ce type d'ampli ne peut plus être bridgé. Aucune des bornes du haut-parleur n'est à la masse. C'est un ampli type BTL (bridge tied load : charge montée en pont) comme c'est le cas dans les autoradios qui doivent délivrer une puissance la plus élevée à partir d'une tension d'alimentation de 14,4 Volts seulement. L'astuce de bridger un ampli est expliquée dans cet article :

Bridger un ampli

Les transistors de puissance (darlington TIP142 et TIP147) sont fixés directement sur chacun des deux radiateurs. Un radiateur est au potentiel +45 V, l'autre est au -45 V. Cela permet d'éviter d'insérer un isolant silicone ou mica et améliore donc la dissipation de la chaleur. Il y a moins de résistance thermique entre le radiateur et le transistor, la chaleur passe mieux et le transistor est à une température moins élevée.

Les 4 demi amplis sont ainsi bridgés 2 par 2, ce qui permet d'obtenir 400 W efficaces par canal à 8 Ohms plutôt que 4 x 200 W efficaces à 4 Ohms.

Réalisation de l'ampli sono 2 x 400 W

Le circuit imprimé est en bakélite et n'est ni pas gravé mais gratté, ce qui permet de se passer de tous les moyens nécessaires (insoleuse, eau oxygénée ou perchlorure de fer, révélateur soude caustique, nettoyant acétone).

Pour gratter son circuit imprimé, une paire de ciseaux suffit. Bien sur, vous ne ferez pas une série industrielle de circuits imprimés comme ça, mais c'est assez rapide, propre et gratuit !

Ci dessous, la technique de réalisation de l'alimentation à découpage :

Alimentation à découpage de l'ampli sonorisation classe B 2 x 400 W

Pour réaliser un circuit imprimé de cette façon, il suffit d'un cutter et d'un fer à souder...

Réaliser un circuit imprimé pro sans graveuse

Voici le montage de l'ampli fini :

Ampli de sono 2 x 400 W : vue du dessous

Les rondelles qui pressent les transistors TIP142 et TIP147 sur le radiateur sont préalablement tordues pour presser au centre du transistor. Si la rondelle n'est pas tordue, le transistor est pressé sur un bord et aura tendance à se soulever du radiateur : la chaleur passera beaucoup moins et il chauffera dangereusement.

Idem : rondelles tordues pour presser les transistors sur radiateur

Les amplis op TL072 qu'on voit là sont montés de façon CMS (eh oui, sur l'autre face du circuit imprimé, il y a le radiateur !). Il s'agit d'un limiteur audio simple, sans composant spécifique et pourtant très efficace :

Limiteur de puissance audio : schema simple

Ce limiteur permet de ne plus s'inquiéter de mettre le volume "trop fort" et de faire saturer l'ampli et griller les tweeters des enceintes !

LED de l'ampli en face avant

En face avant, il y a le bouton marche arrêt et un ensemble de 4 LED (2 par canal) indiquant la présence de signal et l'écrêtage proche (Clip). La LED Clip est montée en série avec une diode zener de 27 V et mesure la tension de sortie instantanée sur une borne de chaque canal. L'autre borne donnant le même signal, mais en opposition de phase (ampli bridgé).

LED clip sur ampli

Placement des éléments de l'ampli

Les borniers sont montés à l'arrière de l'ampli. Par manque de place, le potentiomètre de réglage de volume a dû être placé sous l'ampli. Il a fallu l'isoler par une plaque en plastique pour éviter qu'il ne touche le radiateur qui, lui, est au potentiel de l'alimentation ! Si le potentiomètre touche le radiateur, il y a un gros court-circuit de l'alimentation !

Les ventilateurs soufflent vers le haut, l'air est rabattu par la vitre de l'ampli (ou le couvercle) et passe sur les deux radiateurs, puis sort sur le côté. L'alimentation à découpage n'est pas loin du flux d'air, ce qui le refroidit (mais elle ne chauffe pas beaucoup). Il faut laisser au moins 1.5cm sous l'ampli pour que l'air puisse circuler.

Mot de la fin : un ampli puissant et complet

Cette réalisation d'ampli récapitule des schémas déja présentés sur Astuces Pratiques :

• Alimentation à découpage pour ampli audio
• Ampli audio classe B 400 W
• Ventilateur commandé par la musique
• Limiteur audio

Evénement sonorisé par cet ampli 2 x 400 W... Du son et et de l'ambiance !