Schéma ampli Mosfet 100W simple

Voici un schéma d'amplificateur audio à transistors Mosfet en sortie. Il ne se base que sur des composants faciles à trouver et plutôt économiques. Sa puissance de sortie atteint au moins 100 W efficaces à 4 Ohms avec une alimentation de +/-40 V réalisable à partir d'un transfo de 2 x 30 V 120 VA minimum.

Ci dessous figure le schéma et les explications sur le fonctionnement de cet ampli Mosfet 100 Watts RMS simple.

Ampli audio Mosfet 100W simple : schéma

Voici le schéma de l'ampli audio 100 W RMS à transistors Mosfet :

Schéma de l'ampli audio Mosfet 100 Watts RMS simple

Fonctionnement de l'ampli à Mosfet

Explications sur le fonctionnement de l'ampli

Alimentations de l'ampli Mosfet

L'alimentation est symétrique de l'ordre de +/-40 V. Elle peut être réalisée par un transfo de 2 x 30 V ou 2 x 27 V de puissance 120 VA minimum. Si on souhaite réaliser un ampli stéréo, il faudra choisir un transfo plus puissant si on souhaite exploiter toute la puissance sur les deux canaux en même temps. Pour un ampli de sono, un minimum de 160VA pour le transfo est à choisir. Cela offre un bon compromis pour limiter le poids et le prix de l'ampli.

Les tensions +15 V et -15 V servent à alimenter l'ampli op IC3 et polariser l'étage basé sur T2 (MJE340) et T3 (MJE350). La consommation est de 15 mA environ sur le +15 V et le -15 V. Les régulateurs 7815 et 7915 fournissent ces tensions avec comme tension d'entrée l'alimentation principale (+/-40 V) mais diminuée de 10 V environ grâce à R20 et R21. Environ 20 mA passent dans R20 et R21, faisant chuter de 10 V environ la tension d'entrée sur les régulateurs 7815 et 7915. Ils n'ont ainsi que 30 V et -30 V environ à leur entrée.

On pourrait remplacer ces régulateurs par un ensemble résistance et diode zener à condition de choisir une diode zener de 1,3 W minimum et des résistances de 680 Ohms / 5W pour polariser ces diodes zener.

Etages d'entrée de l'ampli et ampli op

L'ampli op IC3 est un 4580 qui contient deux amplis op : IC3a et IC3b.

L'étage d'entrée IC3a est un simple inverseur. Il sert à fixer un premier gain (au choix, R2 peut être adaptée) et forme un filtre passe haut avec C1. C1 sert à bloquer une éventuelle composante continue en entrée et le filtre formé avec R1 a une fréquence de coupure de 7 Hz environ. C2 atténue le gain pour d'éventuelles hautes fréquences parasites.

L'ampli op IC3b est le coeur de l'ampli à Mosfet. C'est lui qui pilote l'étage de commande des Mosfet.

Commande des transistors Mosfet N et P

Les transistors Mosfet sont commandés par l'étage formé par T2 et T3, lui même piloté par l'ampli op IC3b.

L'ampli op IC3b fonctionne en régime linéaire. Son entrée inverseuse est reliée à la masse via R4. C3 sert à limiter la bande passante et son rôle est de garantir la stabilité de l'ampli et la contre réaction.

Pour comprendre le fonctionnement, imaginons que la tension de sortie de l'ampli op diminue. Cela va tendre à faire augmenter le courant dans T2 (la tension aux bornes de R12 augmente parce que les potentiels de base des transistors varient peu). Comme le courant augmente dans T2, la tension aux bornes de R11 augmente aussi. En fait, comme les courants collecteur et émetteur sont presque égaux, les tensions aux bornes de R11 et R12 sont presque identiques. La tension aux bornes de R11 augmente, ce qui correspond à la tension aux bornes de la grille de T4 (VGS de T4). Si cette tension augmente, T4 devient davantage passant, faisant monter la tension de sortie.

Il y a donc bien une inversion de phase entre la sortie de l'ampli op IC3b et la sortie de l'ampli (entre T4 et T5). C'est pourquoi les entrées de IC3b ne sont pas montées à l'envers : la contre réaction arrive bien sur l'entrée + et non sur l'entrée - de IC3b.

Les diodes zener D1, D2, D3 et D4 protègent les grilles des transistors Mosfet contre d'éventuels pics de surtension supérieurs à 15V environ (défaut de l'ampli, décharges électrostatiques).

Transistors Mosfet de l'ampli 100W

Les transistors Mosfet de sortie sont de canal P et de canal N. Ils doivent supporter au moins 100V. Un courant de 10A est un minimum strict. On choisit les classiques IRFP140N et IRFP9140N (qui font 100V et 20A minimum). Les IRFP140 et IRFP9140 conviennent aussi tout à fait. Leur fonctionnement n'est pas en tout ou rien comme dans une alimentation à découpage ou un ampli classe D. La valeur de leur Rdson n'a pas besoin d'être proche vu que l'état passant en Rdson n'est atteint que lorsque l'ampli sature. Voici un détail des transistors de sortie :

Transistor Mosfet IRFP140N

Transistor Mosfet IRFP9140N

Le réseau R17 et C7 est un réseau de Boucherot qui sert à stabiliser la sortie de l'ampli.

Polarisation et courant de repos : mesures

Le courant de repos dans l'ampli Mosfet est réglé par le potentiomètre P1. La lecture du courant de repos se fait aux bornes de R18 et R19 (0,05 Ohm équivalent). On doit trouver environ 2 mV continus (2 mVDC) aux bornes de ces résistances, ce qui correspond à 40 mA environ. La dérive en température est compensée par T1 qui doit être monté sur le radiateur de l'ampli. La tension à ses bornes est ainsi liée à la température du radiateur où sont les Mosfet de sortie.

Les résistances R18 et R19 ne servent qu'à venir lire le courant de repos de l'ampli et n'ont aucun rôle pour l'ampli audio.

On peut lire ces tensions continues (fonctionnement statique, sans musique) au voltmètre continu :

Polarisations dans l'ampli Mosfet : courant de repos, tensions continues

Analyse de la polarisation de l'ampli à Mosfet

L'ampli op IC3b est assez équilibré et au repos, sa tension de sortie est bien autour de 0V (0,02 V). La polarisation de l'étage de commande (T2, T3) est issue du +15 V via R9 et du -15 V via R10. Les polarisations des bases de T2 et T3 se font du +15 V au -15 V par : R9, R6, P1, T1, R10.

C5 stabilise le potentiel de base de T2. C6 fait de même pour T3.

Les Mosfet de sortie sont en limite de conduction avec un courant de repos autour de 40 mA avec une tension de grille de l'ordre de 3,6 V à 3,7 V. Le réglage de P1 doit se faire très prudemment, sous peine de voir une surchauffe rapide de ces Mosfets. Commencer par la plus petite valeur de P1. R6 sert à situer le point de fonctionnement vers le milieu de la course de P1. Ici, le point de fonctionnement se situe pour P1 autour de 320 Ohms.

Réalisation de l'ampli Mosfet 100W

Ci dessous, un exemple de réalisation de cet ampli Mosfet 100 Watts :

Ampli mosfet 100W simple : une réalisation

Montage de l'ampli Mosfet avec dissipateur généreux

Mot de la fin

Cet ampli audio à transistors Mosfet a l'avantage d'être simple et de faire appel uniquement à des composants classiques simples à trouver. Il permet aussi de découvrir un premier montage d'ampli à transistors Mosfet pilotés par un ampli op.