Ampli à piles (rechargeables)

Construire un ampli audio à piles (rechargeables) n'est pas plus difficile que réaliser n'importe quel autre ampli, bien au contraire. Il n'y a pas d'alimentation à concevoir et réaliser ni de tension secteur dangereuse dans l'ampli.

Cet article présente la réalisation d'un ampli alimenté par des piles standard 1,5 V ou des piles rechargeables 1,2 V.

Réalisation d'un ampli à piles : exemple

Ici, on choisit un ampli audio intégré : le TDA2030. Sa qualité du son et sa petite taille rendent le TDA2030 idéal pour un ampli à piles compact. On peut utiliser le TDA2030 pour réaliser un ampli

La tension d'alimentation du TDA2030 peut aller de 12 à 36 V en tension d'alimentation simple (sinon +/-6 à +/-18 V). Pour garantir une tension d'alimentation suffisante, on peut choisir 12 piles.

L'ampli délivrera alors environ 4 W rms dans un haut parleur de 4 Ohms.

Piles de l'ampli TDA2030

On choisit 12 piles en série (montage le plus simple), de taille AA ultra standard. L'ampli peut s'alimenter par des piles alcalines non rechargeables ou des rechargeables (NiMH).

La tension aux bornes d'un accu NiMH va de 1,42 V environ (charge 100%) à 1,15 V lorsqu'il est très bientôt vide. Au cours de sa décharge, un long plateau autour de 1,3 V a lieu. Vers la fin, la tension chute plus rapidement.

Les piles alcalines donnent une tension jusqu'à 1,6 V environ lorsqu'elles sont neuves.

Le but est d'avoir au moins 12 V de tension même à pleine puissance de l'ampli.

On peut monter les piles dans des compartiments de 2 ou 4 en série, l'essentiel étant que toutes les piles soiet en série.

Recharge des 12 accus NiMH en série : schéma d'un chargeur simple

Il est possible de recharger les 12 accus NiMH 1,2 V en série avec une tension de 17,4 V maximum et un courant limité (entre 200 et 500 mA). Bien sur, ce n'est pas la méthode idéale puisque chaque accu en série aura une tension un peu différente, mais à la fin de la charge, si les 12 accus sont bien pleins, on a :

12 x 1,45 V = 17,4 V

Cette méthode de charge a l'avantage d'être la plus simple pour les utilisateurs de l'ampli à piles...

Ici, voici le schéma de la partie charge des accus 1,2 V NiMH

Le chargeur pour accus est constitué d'une source de tension 17,4 V limitée en courant :

Chargeur simple de 12 accus NiMH en série : schéma

Le LM317 génère une tension de 18,0 V environ à l'aide de la résistance de 220 Ohms et de la résistance de pied (formée de 3 k en parallèle avec 100 k = 2,91 kOhms). Cette valeur est à ajuster au besoin. Le but est d'obtenir entre 17,8 V et 18,0 V en sortie du chargeur (lorsqu'il est à vide).

La tension d'entrée qui arrive au LM317 a été choisie de 21 V. Elle doit au minimum être égale à 20 V et peut aller jusqu'à 30 V environ, à condition d'augmenter la résistance de 10 Ohms pour limiter le courant à la valeur souhaitée (200 mA environ).

Astuce de ce chargeur ultra simple : la résistance 10 Ohms 10 W limite le courant de charge du chargeur. Tant que les accus sont en cours de charge, le LM317 ne régule pas la tension. La tension de sortie est plus basse et le courant est limité par la résistance 10 Ohms. Le LM317 voit environ 1,5 à 2 V à ses bornes (tension de déchet), il se comporte comme un tranistor NPN saturé avec un Vce sat de 1,5 à 2 V.

La valeur de la résistance d'entrée (10 Ohms) détermine le courant de charge en début de charge lorsque les accus sont vides (1,20 V environ). On peut modifier sa valeur en fonction de la tension d'entrée qu'on a sous la main.

En fin de charge, c'est le LM317 qui assure que la tension ne va pas dépasser 18,0 V. Il limite la tension de sortie (c'est son fonctionnement normal !).

La LED indique la présence de tension. Les condensateurs de 1 uF avant et après le LM317 stabilisent son fonctionnement.

Les 12 accus NiMH côté ampli

L'ampli à piles contient les piles ou les accus. Quelques composants peuvent être ajoutés pour la clarté de la réalisation :

Les 12 accus NiMH de l'ampli "à piles"

La LED rouge "Charge" indique seulement que le chargeur est branché à l'ampli. Cette LED, telle qu'elle est branchée n'indique pas si la charge des accus est en cours ou terminée.

Avec une tension issue du chargeur égale à 18,0 V, les accus atteindront 17,4 V environ à cause de la chute de tension dans la diode D1 (0,6 V environ).

La diode D1 a 2 fonctions pour l'ampli :

- éviter que la LED "Charge" ne brille quand le chargeur n'est pas branché ou en train de charger les accus

- protéger contre une inversion de polarité du chargeur. Une diode 1 A suffit (1N4001 par exemple).

Sur le schéma, on trouve ensuite les 12 accus NiMH en série. Leur tension varie de 12 x 1,15 V = 13,8 V à 12 x 1,45 V = 17,4 V maximum.

L'interrupteur K permet d'allumer ou éteindre l'ampli. La LED "ON" indique que l'ampli est allumé. Sa consommation est négligeable devant celle de l'ampli (de 50 mA au repos à 200 mA à pleine puissance). La résistance série peut être ajustée de 1 k à 22 k sans problème.

Jauge des accus NiMH de l'ampli

Pour mesurer facilement le niveau des accus, on utilise un petit voltmètre miniature. Un bouton poussoir permet d'activer un petit voltmètre auto alimenté (2 fils pour le voltmètre qui s'alimente sur la tension qu'il mesure) pour visualiser la tension aux bornes de l'ampli lorsqu'il est allumé. On trouve ce genre de voltmètres parmi les gadgets tuning pour mesurer la tension de la batterie de voiture. La consommation supplémentaire de ce petit voltmètre est de 20 mA environ.

Si l'ampli est allumé pendant que le chargeur d'accus est branché, les accus se rechargeront moins vite. L'ampli TDA2030 consomme environ 50 mA au repos. Ce sont donc 50 mA de moins qui vont pour recharger les accus... Mais cela n'est pas mauvais si l'ampli allumé pendant la charge.

Il est aussi possible d’utiliser l'ampli sans piles ni accus s'il est relié au chargeur directement. L'ampli consomme jusqu'à 200 mA environ lorsqu'il est à pleine puissance (son saturé) sur un haut parleur de 4 Ohms (pire cas).

Autonomie de l'ampli à piles ou accus rechargeables

Le circuit intégré audio TDA2030 consomme environ :

50 mA au repos (pas de musique)

200 mA à pleine puissance (4Wrms environ)

Le TDA2030 doit être monté sur une petite plaque en alu de 4 x 4 cm environ. Cette plaque peut être fixée dans le boitier de l'ampli, sans écoulement d'air supplémentaire (après tout, le TDA2030 ne chauffe pas beaucoup).

En fonctionnement normal, avec de la musique, et le volume à fond, la consommation fluctue autour de 100 mA à 150 mA environ. En utilisant des accus NiMH 2500 mAh, l'autonomie de l'ampli est de 20 heures environ.

Cet ampli à piles peut fonctionner à fond pendant 20 heures !

Niveau sonore disponible avec l'ampli à piles

Avec une puissance de 4 Watts efficaces (W rms), le niveau sonore doit miser sur un haut-parleur de haut rendement. Une bonne enceinte sono a un rendement de 98 dB à 1 W rms et 1 mètre. Avec 4 W rms, l'ampli à piles peut donner un niveau sonore de 104 dB (à 1 W et 1 m). De quoi animer une petite soirée en plein air qui dure toute la nuit et même le matin suivant !

Photos d'une réalisation d'ampli à piles

Voici la réalisation d'un ampli à piles basé sur un TDA2030 et 12 piles montées dans 3 compartiments de 4 piles. Pendant la réalisation de la boite de l'ampli :

Ampli à piles avec préamplis micro intégrés (et penser aux connecteurs Jack 6,35 mm)

Les plaques de plastique sont coupées au massicot.

Eléments mécaniques de l'ampli à piles : côtés en plastiques, connecteurs et supports

Les éléments mécaniques représentent la plus grosse contrainte de place et de fabrication. Le but est de créer l'ampli à piles le plus petit possible pour le transport (attaché à la ceinture pour des spectacles de rue par exemple).

Assemblage des connecteurs sur le côté et des potentiomètres sur l'autre côté

Assemblage des deux côtés en plastique : on est presque au millimètre près !

Electronique de l'ampli à piles : préamplis micro et ampli à TDA2030

La partie électronique de l'ampli représente une minorité du volume !

Pour les essais, un micro, un lecteur CD et un haut-parleur (de bon rendement : 98 dB à 1 W et 1 m) :

Essais de l'ampli à 12 piles : haut niveau sonore grâce au haut-parleur de haut rendement !

Réalisation terminée de l'ampli à 12 piles rechargeables

Quelques images de la réalisation achevée : on ne voit presque que les piles.

Ampli à 12 accus NiMH

Ampli à piles vu de côté : entrées micro, entrée ligne, interrupteur, connecteur pour chargeur

Potentiomètres de l'ampli à piles : réglage des micros et de l'entrée ligne

Détail de la petite carte électronique de l'ampli à piles : une simple carte à trous !

Connecteurs : XLR et gros jack pour micro

TDA2030 de l'ampli à piles

Le TDA2030 est l'élément essentiel de l'ampli à piles, mais c'est lui qui prend le moins de place.

Connexion du chargeur : connecteur à 2 bornes

La connectique est l'élément essentiel de nombreuses réalisations électroniques. Il faut y apporter un soin particulier, surtout pour les appareils destinés à être souvent branchés dans des conditions pas toujours idéales.

Petit voltmètre numérique bleu : affichage de la tension quand on appuie sur le bouton poussoir

Conclusion sur l'ampli à piles

Un ampli à piles est facile à construire d'un point de vue électronique, mais il faut soigner la réalisation et les connexions. Il est possible de mettre les 12 accus en série et les recharger tous ensemble avec une tension continue limitée en courant (17,4 V 200 mA). L'autonomie de cet ampli à piles est impressionnante grâce à la puissance modeste de l'ampli et des performances actuelles des piles rechargeables. Il est vivement conseillé d'utiliser une enceinte de haut rendement pour que cet ampli puisse fournir plus de 100 dB pendant 20 heures !