+8

 Ampli audio : stabilité et oscillations

 Catégorie electronique - Par nina67 - Publié le 2011-11-09 12:01:17

Ampli audio : stabilité et oscillations

Un ampli audio est susceptible de devenir instable et de générer des oscillations à haute fréquence. D'où viennent ces oscillations en principe inaudibles (ultrasons) ? Comment y remédier ? Ces oscillations dues à une instabilité sont très gênantes pour le bon fonctionnement de l'ampli audio et peuvent entraîner la surchauffe, voire la destruction de l'étage de sortie !

 

Une surchauffe anormale, des bourdonnements dans le son ou la destruction inattendue des transistors d'un ampli peuvent provenir d'oscillations haute fréquence !

 

Stabilité de l'étage de sortie

 

Sans rentrer dans la théorie, la contre réaction négative d'un ampli audio peut devenir positive dans le cas où le déphasage dans les circuits atteint 180°.

 

En pratique, on constate parfois qu'un montage émetteur-suiveur peut devenir un oscillateur à haute fréquence (ordre de grandeur de la fréquence : 50 - 500 kHz). Les câbles des hauts-parleurs peuvent jouer le rôle d'un circuit accordé résonnant. un câble audio - apparemment anodin - se comporte comme une ligne de transmission (circuits LC bout à bout) en fonction de la longueur du câble, du diamètre des fils et de la distance entre les 2 fils. Des câbles pour audiophiles sont souvent pires sur ce point que de vulgaires câbles électriques (très utilisés en sono).

 

La plupart des amplis de puissance audio utilisent un montage émetteur-suiveur à leur sortie et quand on y branche un haut-parleur au bout d'un câble, des oscillations parasites peuvent survenir. Cela arrive plus souvent quand l'ampli audio débite du courant, plus rarement quand l'ampli est à vide. C'est bien dommage qu'un ampli ait ce fonctionnement erratique, aléatoire et non maîtrisé.

 

Ces oscillations sont visibles à l'oscilloscope. Cependant, des étages de sortie MOSFET peuvent osciller à des fréquences bien au delà des bandes passantes des oscilloscopes classiques (100MHz). Ces oscillations ne sont pas visualisées et pourtant elles existent et dérangent...

 

Comment améliorer la stabilité d'un ampli ?

 

- Réseau de Zobel (ou Boucherot)

 

Le réseau de Zobel (ou Boucherot) est un circuit RC série à insérer entre la sortie de l'ampli et la masse. Ordre de grandeur : R = 1 à 10 Ohms, C = 100nF.

 

ampli audio stabilite et oscillations 0

Ampli sans réseau de Zobel (ou Boucherot)

 

ampli audio stabilite et oscillations 1

Ampli avec réseau de Zobel (ou Boucherot)

 

A haute fréquence (celle des oscillations, donc de l'instabilité), le condensateur du réseau de Zobel est un court-circuit : la résistance R se retrouve donc en parallèle avec le réseau LC et diminue ainsi fortement le facteur de qualité Q du réseau oscillant LC. Le réseau de Zobel joue un rôle d'amortisseur. Il atténue l'effet "ligne de transmission" du câble du haut parleur. On peut aussi ajouter un réseau de Zobel à l'extrémité du câble haut-parleur... mais du côté du haut-parleur ! Cette pratique est très rare...

 

Le réseau de Zobel atténue aussi l'aspect inductif du haut parleur à haute fréquence.

 

On pourra retenir : réseau de Zobel = amortisseur à haute fréquence

 

En revanche, avec des charges capacitives (tweeters piézo, câbles haut-parleur longs, filtre passif), le réseau de Zobel a peu d'effet. Il ne joue pas de rôle sur la stabilité de l'ampli. Une autre méthode doit combattre l'aspect capacitif de la charge branchée à la sortie de l'ampli.

 

En anglais : Zobel network

 

- Inductance de sortie

 

Pour éviter des oscillations parasites liées à une charge capacitive (c'est le pire cas pour un ampli audio), une inductance doit être ajoutée à la sortie de l'ampli. En parallèle avec cette inductance, on doit ajouter une résistance convenable (1 à 10 Ohms environ) pour limiter le facteur de qualité Q entre l'inductance et la capacité (condensateur) de la charge.

 

ampli audio stabilite et oscillations 2

Ampli avec réseau de Zobel (ou Boucherot) et inductance de sortie

 

L'inductance de sortie ne doit pas réduire la bande passante de l'ampli. Une valeur de 10uH max est un bon début. Avec 6uH, l'atténuation est de 0.2dB à 20kHz, ce qui reste très faible et ainsi inaudible. L'ampli audio est stable, n'oscille plus grâce à cette inductance de sortie.

On pourra retenir : inductance de sortie = remède contre les charges capacitives

En anglais : output inductor

 

- Résistance en série avec l'ampli (pour les ampli op)

 

Cette méthode est à éviter puisque la résistance dissipe de la puissance inutilement, réduit le facteur d'amortissement de l'ampli en augmentant sa résistance de sortie. A des valeurs de résistances qui supprimeraient l'oscillation, la dissipation est bien excessive.

Cette méthode est à prviligier pour des ampli op dont la sortie est reliée à un câble d'une certaine longueur. Il faut choisir un bon compromis entre chute de tension et isolation entre ampli op et charge (capacitive) : entre 22 et 100 Ohms.

 

Autres méthodes pour stabiliser un ampli audio

 

Dans les réalisations d'ampli, les oscillations peuvent être combattues d'autres façons :

 

- condensateur de 10pF à 100pF entre la base et le collecteur du transistor amplificateur en tension (effet Miller)

 

- découplage correct des alimentations : 100nF entre +Vcc et la masse, 100nF entre -Vcc et la masse. Les condensateurs de découplage sont placés au plus près des circuits (transistors).

 

- minimiser les longueur des pistes dans le circuit...

 

Tests pratiques de la stabilité d'un ampli

 

Pour tester la stabilité d'un ampli (dont on n'est pas sur...), on peut appliquer le test présenté ci dessous, mais en insérant un ampoule à incandescence ou halogène de 60W environ en série avec la fiche secteur de l'ampli. Cela réduit la puissance disponible et évite d'éventuels dégâts sur l'ampli.

 

http://www.astuces-pratiques.fr/electronique/tester-un-circuit-electronique-sans-faire-sauter-les-plombs

 

Un ampli audio bien conçu doit pouvoir piloter une charge capacitive, comme par exemple un ensemble RC parallèle (8 Ohms // 1uF). Un signal créneau à 10kHz environ est connecté à l'entrée de l'ampli, et le volume de l'ampli est réglé pour que l'amplitude de sortie soit de 1V environ. La charge RC parallèle (8 Ohms // 1uF) est connectée à la sortie de l'ampli (après l'inductance de sortie si elle est là) et la tension est observée à l'oscilloscope. Si des oscillations parasites apparaissent ou que des surtensions importantes sont visibles, l'ampli n'est pas très stable.

 

ampli audio stabilite et oscillations 3

Sortie d'ampli avec charge capacitive (8Ohms//1uF) : oscillations bien amorties

 

On voit ci dessus un ampli qui supporte bien les charges capacitives.

Si malgré le réseau de Zobel, l'inductance de sortie, la capacité placée entre base et émetteur de l'étage amplificateur de tension, les oscillations sont toujours présentes, alors la conception de l'ampli doit être repensée.

 

Réseau de Boucherot et inductance de sortie : exemples

 

La plupart des amplis utilisent le réseau de Boucherot et l'inductance de sortie pour la stabilité. Voici quelques exemples :ampli audio stabilite et oscillations 4

Amélioration de la stabilité de l'ampli par inductance de sortie

 

ampli audio stabilite et oscillations 5

Amélioration de la stabilité d'un ampli QSC Audio par inductance de sortie

 

ampli audio stabilite et oscillations 6

Amélioration de la stabilité de l'ampli par réseau de Zobel

 

ampli audio stabilite et oscillations 7

Réseau de Zobel (ou Boucherot) sur un LM386 (ampli 1W)

 

ampli audio stabilite et oscillations 8

Réseau de Zobel (ou Boucherot) sur l'ampli TDA2030 (14Watts)

 

ampli audio stabilite et oscillations 9

Réseau de Zobel (ou Boucherot) sur un ampli QSC Audio

 

Note : ici, le réseau de Boucherot est placé "après" l'inductance de sortie. On rencontre l'une ou l'autre façon de faire selon les fabricants.

 

Conclusion sur la stabilité des amplis

 

La stabilité d'un ampli est essentielle pour son bon fonctionnement. On peut détecter une instabilité à la présence d'oscillations parasites à haute fréquence. Ces oscillations inaudibles pertubent pourtant fortement l'ampli, dégradent la qualité sonore et peuvent entraînter la destruction de l'ampli. Le réseau de Zobel (ou Boucherot) et l'inductance de sortie sont souvent une solution efficace à ce problème. Cependant, si les oscillations persistent, l'ampli doit être repensé.

Ampli audio : stabilité et oscillations, posté par nina67 le 2011-11-09 12:01:17
nina67
Articles : 479 - Commentaires : 956
Cette astuce vous a aidé, fait économiser des heures de travail voir de l'argent. Faite moi un don ou partagez la à vos amis.

Aidez moi à me faire connaître

1 COMMENTAIRES

alain98 ( 5 Février 2013 15:20 )

Bonjour, merci nina67 pour ces explications très claires et utiles!

ECRIRE UN COMMENTAIRE :
  Pseudo (*Requis)
  Email non divulgué (*Requis)