Réaliser un amplificateur audio performant

Nous souhaitons réaliser un amplificateur audio simple et performant : environ 2 x 100 W avec transfo ou 2 x 200 W avec alimentation à découpage.

L'amplificateur est constitué de :
- Un gros radiateur de 380x144 (moulé sur demande selon un noyau en bois que nous avons fourni), et qui pèse environ 5 kg... (Image réelle)
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- Une paire de cartes amplificateur L28 136x72
https://www.ebay.fr/itm/L28-350W-4ohm-Mono-Amplifier-Speaker-Protected-Board-1943-5200/263366824602?hash=item3d51e2d29a:g:IXYAAOSwuTxV86HP
https://www.ebay.fr/itm/L28-AMP-350W-Mono-Audio-Power-Amplifier-Kit-4ohm-Board-With-Speaker-Protect/113258147051?hash=item1a5eb62ceb:g:mOIAAOSwfzdbob2G
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Version 2x100 W avec alimentation classique à transfos toriques

- 2 transformateurs toriques de 2x30 V 100 VA Ø90x45
https://www.ebay.fr/itm/Transformateur-torique-230V-2x30V-100-VA/254552645232?hash=item3b44851e70:g:9HwAAOSwz1pd2pcF
https://www.ebay.fr/itm/Transformateur-torique-1-x-230-V-2-x-30-V-AC-120-VA-2-A-858-257-Sedlbauer/164095659107?hash=item2634dd0c63:g:CDUAAOSwgZteVE5t
https://www.amazon.fr/Transformateur-torique-primaire-secondaire-Sedlbauer/dp/B003A5ZOMQ/ref=sr_1_22?__mk_fr_FR=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&dchild=1&keywords=torique+2x30v&qid=1586108199&sr=8-22
https://www.amazon.fr/Velleman-120VA-TRANSFORMATEUR-TORIQUE-30V/dp/B001IRQRII/ref=sr_1_6?__mk_fr_FR=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&dchild=1&keywords=torique+2x30v&qid=1586108199&sr=8-6
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- 4 condensateurs chimiques 22 000 µF 63 V Ø50x80
https://www.ebay.fr/itm/Screw-Pins-22000uF-22000mfd-63V-50mm-80mm-Electrolytic-CD13A-Capacitor-For-Audio/192946977854?hash=item2cec893c3e:g:teIAAOSwgHRc~52b
https://www.ebay.fr/itm/Hitachi-Screw-Pin-Electrolytic-Capacitor-63V-22000uF-50-80mm-original-new-J33-lx/173429543718?hash=item286134d326:g:okgAAOSwstxU-nCZ
https://www.ebay.fr/itm/Albs-High-End-Audio-Grade-Elko-Electrolytique-Condensateur-Radial-Long-Vie/254411963243?hash=item3b3c227b6b:m:mRCq8DRlxRCKd0bUqlgCihw
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- 2 ponts redresseurs
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- 1 embase secteur
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- 1 interrupteur marche
https://www.ebay.fr/itm/5Pcs-Interrupteur-A-Bascule-Noir-2-Broches-KCD1-101-250V-6A-Interrupteur-De-T-ku/252901779041?hash=item3ae21ee661:g:XgUAAOSw1NJbPk-s
https://www.ebay.fr/itm/INTERRUPTEUR-ON-OFF-2-POSITIONS-250V-6A-4-PINS-A-CLIPSER-19x13MM-NOIR/174035800887?hash=item2885579337:g:FE4AAOSwrY9dgzhh
https://www.ebay.fr/itm/Interrupteur-a-bascule-2-positions-ON-OFF-250V-6A/112686324895?hash=item1a3ca0dc9f:g:sPIAAOSwh6xTusKX

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- 4 bornes sorties enceintes
https://www.ebay.fr/itm/2-pieces-Borne-liee-dAmplificateur-de-haut-parleur-de-prise-de-banana-doub-Q2S3/274201728051?hash=item3fd7b25433:g:0QUAAOSwaCteHJEg
https://www.ebay.fr/itm/Paire-poteaux-Amplificateur-puissance-Connecteur-haut-parleur-Prise-fiche-banane/273975891715?hash=item3fca3c5703:g:xaMAAOSw~tteZjLP
https://www.ebay.fr/itm/2-Pcs-5-mm-Filetage-banane-Double-prise-haut-Parleur-et-amplificateur-borne/391716586635?hash=item5b3420c48b:g:6osAAOSw5BVejzON

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- 2 Embases Cinch RCA dorée
https://www.ebay.fr/itm/10PCS-RCA-Female-Chassis-Panel-Mount-Jack-Socket-Connector-24K-Gold-Plated-New/292471728857?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2060353.m2749.l2649
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- 4 Entretoises acier Ø8x100 coupées dans un tube
- 4 Vis Chc M6x120
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- 1 pièce maison en tôle acier pour maintenir les 2 ponts, 2 condensateurs et appuyer les transistors de puissance des cartes L28 sur la semelle du radiateur
- 2 tôles alu 2 de 354x100 pour la face avant et arrière
- 2 tôles alu de 2 de 142x100 pour les côtés
- 1 tôle alu de 2 de 354x144 pour le dessous
- A priori, on ne va pas mettre des potentiomètres de volume ? (peut-être 2 ajustables)



L'amplificateur vue avant devrait ressembler à ça : (Image de synthèse)

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Vue arrière : (Image de synthèse)

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Vue intérieure par dessous, de gauche à droite :

-  2 vis Chc M6x110 avec les 2 entretoises acier et les pieds (qui contiennent les écrous)

- L'embase RCA dorée

- La carte L28 avec ses 7 transistors de puissance

- Les deux bornes rouge et noire de sortie HP

- La tôle en acier fendue (à la meule électrique) qui appuie les transistors de puissance sur la semelle du radiateur et qui maintient les gros condensateurs (elle est fixée sur le radiateur par le pont redresseur)

- 2 condensateurs 22000 µF 63 v à bornier.

- Un pont redresseur (peu visible)

- Les 2 transfos toriques l'un sur l'autre, maintenus par une coupelle en acier et une vis M6 vissée dans la semelle du radiateur

- L'embase secteur et l'interrupteur Marche/Arrêt

- La Led rouge marche sur la face avant

- La même chose symétrique de l'autre coté... (Image de synthèse)

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Version 2x200 W avec alimentation à découpage

On remplace les 2 transformateurs toriques, les 2 ponts redresseurs et 2 ou 4 des condensateurs par une alimentation à découpage 500 W, +-45 V, 133x100x42
https://www.ebay.fr/itm/500W-Amplifier-Dual-voltage-Audio-Amp-Switching-Power-Supply-Board-PSU-AC100-240/113005139519?hash=item1a4fa1963f:m:mLgLsA9-pqDll31BnFRVrSQ
https://www.ebay.fr/itm/500W-45V-amplifier-dual-voltage-PSU-audio-amp-switching-power-supply-board/282810078767?hash=item41d8cb562f:g:zdcAAOSwKXdaXILZ

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Avantages :
- Beaucoup plus puissant : 2 x 200 W au lieu de 2 x 100 W !
- Beaucoup plus léger : l'ampli fini ne devrait pas dépasser 7 kg
- Un peu moins haut : 15 mm de moins
- Beaucoup moins cher
- Plus simple

Inconvénients:
- Une alimentation commune aux 2 amplis (nous n'avons pas réussi à trouver des alimentations de 250 W, 2 alimentations de 500 W, ça prend nettement plus de place.
- parasites découpage dans l'audio ?

Le boîtier a été fabriqué à partir d'un profilé alu rectangulaire 85x45 e2. Le profilé a été coupé en deux dans la petite largeur. Puis coupé en onglets à 45 ° aux extrémités. Ensuite 8 trous D6 pour les vis de fixation du radiateur. Des découpes pour laisser passer les cartes ampli et leurs transistors de puissance, le trou de l'embase secteur, de l'interrupteur, la Led...
Les 4 pieds, imprimés en 3D en ABS Ø18x9 contiennent un écrou M6


L'amplificateur vue avant devrait ressembler à ça : le même en moins haut de 15 mm (et 5 ou 6 kg en moins) (Image de synthèse)

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Vue arrière : (Image de synthèse)

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Vue intérieure par dessous :

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Réalisation

Le boitier de la version découpage 2x200 W est à peu près terminé (mais pour l'instant, il contient l'alimentation mais pas les cartes ampli
Vue avant : 
(Image réelle) Une seule petite Led rouge en plein centre de la face avant : c'est tout et c'est suffisant !

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Vue arrière : (Image réelle) il manque les 2 embases Cinch RCA et les 2 sorties HP

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Vue de dessous, vu de l'arrière : avec la carte alimentation, la carte relais, Interrupteur, embase secteur, une partie des câbles.

A la maison, la chaîne Hifi est télécommandée : tous les appareils sont mis en marche ou éteints en même temps, nous utilisons rarement les interrupteurs Marche/Arrêt des appareils.

Il manque les 2 cartes ampli remplacées par des gabarits en carton), avec les profilés pour appuyer sur les transistors de puissance, les entrées CInch RCA et les sorties HP.

De gauche à droite :

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VUe de dessous vu de l'avant :

De gauche à droite :

(Le câblage secteur est très simple)

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Nous avons enfin reçu les cartes de puissance...

Fabrication des patins d'appui : des profilés rectangulaires en acier sur lequel nous avons "moulé" du mastic silicone transparent pour répartir la pression sur les transistors de puissance :

De gauche à droite : un profilé avec du mastic pressé contre les transistors et avec un film plastique pour éviter de coller aux transistors. 2 patins en cours de séchage. Un patin terminé : 2.5 mm de silicone qui une fois sec est élastique stable et résistant à la température.

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Les cartes amplificateurs sont connectées (Faston), les transistors de puissance sont munis d'isolant et de graisse silicone, les patins sont mis en place. Chaque patin est poussé par 2 tiges filetées M5 qui s'appuient (avec écrou et contre-écrou) sur un trou dans le fond du coffret. Il suffit de visser l'écrou du bas de chaque tige pour régler la pression, le silicone assure la répartittion de la poussée.

Pour faciliter le câblage et l'accès, sur les deux cartes de puissance, nous avons dessoudé les cosses Faston mâle +V et -V pour les ressouder coté cuivre où elles sont beaucoup plus accessibles.

Les tiges filetées M5 qui appuient sur les patins, dépassent de 2mm des contre-écrous pour se positionner dans un trou du coffret. Pour serrer, on maintient l'écrou coté patin (ici, en bas) et on dévisse la tige filetée par le contre-écrou (ici, en haut) haut jusqu'à obtenir une pression satisfaisante.

L'amplificateur terminé, tête en bas et sans le dessous:

De gauche à droite : tige filetée M6 du pied, alimentation +V en rouge, entrée Cinch dorée reliée aux 2 fils torsadés, tiges filetées M5 qui appuient sur les patins, sortie HP, embase secteur, carte relais (qui coupe les alimentations ampli dès que le secteur est coupé), domino d'alimentation avec une diode (sécurité) qui indique si les cartes sont sous tension, interrupteur secteur, sortie HP, tige filetée M5 et patin, carte ampli, entrée Cinch, tige filetée M6 du pied.

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Mesures :

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Nous avons connecté l'ampli (progressivement, voie par voie). Premier problème : le courant de repos de chaque carte est trop élevé et croît rapidement :

Environ 120 mA à la mise en route à froid, il atteint 1A au bout de quelques minutes et les transistors de puissance chauffent (évidemment)...

Il n'y a pas de réglage de courant de repos.

Nous avons rajouté une résistance de 100k ohms entre le collecteur et la base du transistor senseur de température sur la voie gauche.

Dans ces conditions, le courant de repos est de 70 mA, SI nous injectons 1 kHz sinus pour obtenir 50 W eff dans une résistance de 8 ohms en sortie, le courant de repos (sinus coupé) monte autour de 120 mA

puis redescend vers les 70 mA.

Il est évidemment primordial qu'il n'y ait pas d'emballement thermique !

Dans ces conditions, l'amplificateur semble fonctionner correctement : il sort +- 44.4 V à vide sinus 1 kHz.

Nous avons rajouté une résistance de 56 k ohms entre le collecteur et la base du transistor senseur de température sur la voie droite pour obtenir le même courant de repos.

Bande passante (sinus 10 W, -3 dB) Gauche : 5Hz - 170 kHz, Droit : 5Hz - 170 kHz

Temps montée : Gauche : 1.2µs, Droit :1.2 µs

Temps descente : Droit : 1.2µs, Droit :1.2 µs

Puissance voie Gauche 8 ohms sinus 1kHz 1% : xx Weff

Puissance voie Droit 8 ohms sinus 1kHz 1% : xx Weff

Puissance voie Gauche 4 ohms sinus 1kHz 1% : xx Weff

Puissance voie Droit 4 ohms sinus 1kHz 1% : xx Weff

Bruit pondéré voie Gauche : xx dBA

Bruit pondéré voie Droit : xx dBA

Distorsion voie Gauche 1 Watt 1 kHz : xx%

Distorsion voie Gauche 1 Watt 1kHz : xx%

Distorsion voie Gauche 10 Watt 1 kHz : xx%

Distorsion voie Gauche 10 Watt 1 kHz : xx%

Distorsion voie Gauche 100 Watt 1 kHz : xx%

Distorsion voie Gauche 100 Watt 1 kHz : xx%

Plop marche et arrêt : néant.

Temps mise en route : environ 2s, temps arrêt après coupure secteur : environ 0.5 s.

Souffle dans les enceintes inaudible.

Ecoute subjective dans des enceintes (maison) "bonnes" mais pas les enceinte définitives :
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Un son clair, précis, absence totale de bruit de fond dans les silences, son bien détaché, très bonnes basses.


Test sur les Martin Logan Aerius II avec le
lecteur numérique audio haute définition et le préamplificateur audio performant :
Pas grand chose à reprocher : peut-être parfois un manque de gain pour le préampli sur certaines sources...
L'amplificateur est parfait : de la puissance, pas de souffle, de la bande passante, un son très clair, parfait pour le jazz, il pèse presque 10 kg mais le résultat est très bon.
Pour le
lecteur numérique audio haute définition, il est arrivé que certains fichiers audio soient abimés : à la mise hors tension ?
Pour l'éviter, nous allons transférer tous les fichiers audio sur une carte micro SD, elle même dans un adaptateur SD en position "Lock" et elle même dans un adpatateur USB...

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That's All, folks !

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http://spt06.perso.libertysurf.fr

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18/10/2020