Voici un schéma d’ampli ultra simple et de grande puissance jusqu’à 200 Watts avec seulement 4 transistors au total. Le fonctionnement est expliqué en détail ainsi que le dimensionnement des composants ou encore la polarisation des différents transistors.

Cet article présente un ampli audio ultra simple et économique ! Il repose sur des astuces électroniques particulières qui lui donnent sa simplicité tout en assurant sa grande fiabilité.

Plan de l’article sur l’ampli ultra simple :

– Schéma de l’ampli

– Fonctionnement de l’ampli

– Nomenclature

Voici donc le schéma le plus simple.

Schéma de l’ampli ultra simple (mais puissant)

Le schéma de l’ampli pour une alimentation +/-40 V (125 W efficaces / 4 Ohms) :

Ampli ultra simple : schéma pour 125 Watts RMS à 4 Ohms

Il s’agit d’un seul canal. Pour un ampli stéréo, on duplique le montage.

Fonctionnement de l’ampli ultra simple

Etage d’entrée de l’ampli

Le signal audio arrive à la base de T1 via le condensateur de liaison C1. R1/C1 forme un filtre passe haut pour éliminer les fréquences indésirables et inaudibles. Pour la sono où le rendement est privilégié, on préfère couper vers 30 Hz : ici, la fréquence de coupure vaut 1 / (2.Pi.R1.C1) = 34 Hz.

Etage d’entrée (différentiel)

Un seul transistor T1 remplace l’habituelle paire différentielle ! La contre réaction (C3, R4 et R5) est connectée à son émetteur. C’est plus simple et tout aussi efficace ! Cependant, la tension Vbe de T1 induit un décalage (0.7V typique) ainsi que la tension aux bornes de R5 (600 mV typiques). Cette tension vaut R5 x Ib (T2). Le courant de base de T2 est en effet égal au courant d’émetteur de T1. La tension de sortie se trouve donc environ 1.3 V plus haut que la base de T1. La tension aux bornes de R1 est négligeable. On doit donc compenser en décalant la base de T1 de -1,3 V :

Réglage de l’offset de sortie avec le potentiomètre P1

C2 assure une liaison dynamique à la masse. P1 doit être réglé pour obtenir 0 V en sortie au repos (pas d’offset).

Les tensions statiques sont donc théoriquement (pour +/-40 V d’alimentation) :

Fonctionnement statique de l’ampli ultra simple

Gain de l’ampli

Dans la bande passante de l’ampli, le gain est défini par 1+R5/R4 et vaut 30 dans le montage. On peut le modifier en jouant sur R4.

Schéma fonctionnel de l’ampli

Etage amplificateur en tension

C’est l’ensemble T2, R8, R7, R6 et C4.R6, R7 et C4 créent une source de courant par montage Bootstrap. Le courant est fixé à 7mA pour le montage. C4 doit être suffisamment grand pour qu’aux plus basses fréquences audio, la tension à ses bornes ne varie pas sensiblement. T2 est l’ampli en tension à proprement parler, dont le collecteur est « chargé » par la source de courant bootstrap.

Ampli au repos

Aucun courant de base ne va vers l’étage de sortie. T2 est traversé par le courant issu de la source de courant.

Ampli en fonctionnement

Lorsque du courant sort de la sortie (tension de sortie positive), le Darlington NPN consomme un courant de base. Pour l’exemple, il vaut 3 mA :

Source de courant alimentation la base de T3

T2 est traversé par le « reste » des 7 mA, soit 7 – 3 = 4 mA. En butée, T2 se bloque si T3 dévie la totalité des 7 mA.

Lorsque du courant rentre dans la sortie (tension de sortie négative), le Darlington PNP renvoie un courant de base. Pour l’exemple, il vaut 3 mA :

T2 absorbant le courant de la base de T4

T2 est traversé par la somme des courants (Ib(T3) + source de courant), soit 3 + 7 = 10 mA. En butée, R9 et les deux diodes vont limiter le courant traversant T2. T2 devient alors une « source » de courant, c’est à dire un limiteur de courant. La tension aux bornes de R9 peut monter jusqu’à 0,6 V environ, ce qui correspond à 18 mA environ.

Limitation en courant pour T2

Polarisation de l’étage de sortie : « Vbe multiplieur » ou « bias »

Ici, pas de montage à transistor et potentiomètre pour créer le décalage en tension entre les bases des Darlington ! Une simple résistance de 270 Ohms, traversée par 7 mA fournit 1,9 V à ses bornes. Cette valeur de 1,9 V doit être respectée à 0,05 V près (1,85 à 1,95 V). Par symétrie des Darlington, cette tension en deux Vbe proches pour la partie NPN et la partie PNP. A la base de T3, on obtient donc, au repos, 1,9 / 2 = 0,95 V.

On assure le blocage de T3 et T4 en ne mettant que 1,9 V entre leurs bases, la conduction commence vers 2,4 V (valeur à 25°C et qui diminue de 8 mV/°C). Une légère distorsion de croisement (« crossover distortion ») existe mais n’est pas critique. Etant donné l’extrême simplicité, on ne peut exiger la perfection ! Si vous souhaitez éliminer la distorsion de croisement, un montage à transistor (monté sur le radiateur principal) sera nécessaire. Un BD139 conviendra tout à fait.

C5 (220 uF min.) lisse les variations liées à des variations brutales de la tension de sortie (transitoire de courant lié à C6 lors d’un front descendant brutal de la tension de sortie).

Calcul de R6 et R7

Le courant qui traverse R6 et R7 est fixé à 7mA. On applique la loi d’Ohm :

R6 + R7 = (Vcc – 0,95 V) / 0,007

Pour +/-40 V, R6 + R7 = (40 – 0,95) / 0,007 = 5,58 kOhms

On répartit la somme R6 + R7 trouvée en deux valeurs proches. Par exemple : R7 = 3 kOhms et R6 = 2,7 kOhms

Etage de sortie de l’ampli

C6 et C7 stabilisent l’ampli en termes de marge de phase et diminuent la vitesse de balayage (« slew rate »), mais ce n’est pas dérangeant pour les applications audio. Il faut les placer au plus près des transistors de sortie.

L’étage de sortie est formé des Darlington TIP142 (100 V, 10 A, 125 W, hfe = 1000) et TIP147 mais on peut aussi créer soi-même un Darlington discret si l’alimentation dépasse +/-45 V.

Darlington intégré pour tension jusqu’à +/-45 V ou montage discret pour des tensions supérieures à +/-50 V

Il n’y a pas de résistances d’émetteur (typique 0,22 Ohm ou 0,47 Ohm / 5 W). C’est un ampli Classe B « pure et dure ». Donc haut rendement, pas de pertes énergétiques au repos.

Nomenclature de l’ampli

Le choix des composants pour l’ampli ultra simple :

Etage d’entrée et amplificateur en tension

T1 : BC556 si Vcc < 50V, MPSA92 ou 2N5401 si Vcc > 50V

T2 : MJE340, 2SC3116, ou tout autre modèle qui a Vce > 2Vcc, Ic > 50 mA, Ptot > 0,9 W

Transistors de sortie de l’ampli

TIP122 / TIP127 jusqu’à 50 W RMS / 4 Ohms (Alimentation jusq’à +/-30 V)

TIP142 / TIP147 ou BDW42 / BDW47 jusqu’à 125WRMS/4Ohms (Alim jusqu’à +/-45 V)

2SC5200 / 2SA1943 (puissance) + 2SC3117 / 2SA1249 (drivers) jusqu’à 200 W RMS (Alim +/-55 V)

Mise en parallèle nécessaire pour plus de puissance…

Résistances : 1/4 W sauf R6 et R7 (1 W)

Condensateurs / Tensions de service minimales :

C2 : 100 uF / 6,3 V

C3 : 100 uF / 6,3 V

C4 : 100 uF / 50 V

C5 : 220 uF min. / 6,3 V

C6 : 4,7 nF/ 250V

Alimentation : +/-25 V à +/-80 V, attention aux transistors de sortie !

La puissance de sortie dépend de l’alimentation, de la puissance nominale du transfo mais peu des transistors de sortie.

Puissance typique de l’ampli ultra simple

La puissance de l’ampli dépend principalement du transformateur d’alimentation.

Transfo 2 x 30 V 160 VA (alim +/-44 V à vide) : 130 W RMS / 4 Ohms, 80 W RMS / 8 Ohms.