Amplificateur pour SubWoofer

   

Pour répondre à trois questions souvent posées, je ne fabrique ni ne modifie ni ne chiffre mes montages à la demande.
Dans le cas du choix d'un composant différent, il vous faudra envisager un autre routage.


C'est un amplificateur pour subwoofer, réalisé pour une chaîne HIFI.
Il est associé à deux amplificateurs pour satellites.
La puissance délivrée est de 30 W efficaces, dans ce cas de figure.

Analyse rapide du schéma :

L'alimentation produit une tension symétrique de +25 V, - 25 V. L'alimentation des sommateur et filtre se fait sous une tension symétrique de +12 V, - 12 V.
Le sommateur (U2:A) additionne les signaux provenants des voies gauche et droite. L'ajustable R11 permet d'équilibrer le niveau sonore entre le caisson et les satellites.
Le filtre (U2:B) permet de ne laisser passer que les fréquences basses.
L'amplificateur (U1) fournit la puissance au suvwoofer.

Pour réaliser de projet vous aurez besoin :

schéma structurel
typon
schéma d'implantation des composants
Attention, le schéma d'implantation est rpésenté coté composants traditionnels.

Nomenclature :

Résistance




Ajustable
Condensateur








Circuit Intégré



Diode
Self
Transformateur
Picots



Entretoise x 3



R1, R2, R4
R3, R12
R5, R6
R7, R8
R9, R10
R11
C1, C2
C3, C5, C6, C14, C15
C4
C7
C8, C9, C13
C10
C11
C12
C16, C17
U1
U2
U3
U4
D1
L3
TR1
X1, X2, X6
X5, X0P
X14, X15, X16
XF, X4
-



47 k - boîtier CMS 1206
4,7 - boîtier CMS 2512
39,2 k - 1% (ou 47 k - 5%)
20 k
4,7 k
47 k - 20 tours
2200 µF / 35 V
100 nF - boîtier CMS 1206
100 pF - boîtier CMS 1206
220 nF - boîtier CMS 1206
330 nF
47 pF
150 nF
15 nF
4,7 µF - Tantale 16V
LM12
NE 5532 avec support 8 broches DIL
78L12 - boîtier TO92
79L12 - boîtier TO92
Pont 3 A - 80 V (Fagor)
22 µH - Air
230 V - 2 x 18 V
Secondaires transformateur
SubWoofer
Entrées
Sortie Filtre, Masse pour oscillo
M3 x 16 + vis pour fixation


Fabrication :


Après avoir percé le circuit, commencer par souder les CMS. Le positionnement de ces composants est facilité par des pastilles surdimensionnées. Créer un pont de soudure à la place du strap situé sous le picot X6
( voir le schéma d'implantation ). Coté composants, souder les deux straps.
Souder ensuite le coté préamplificateur
La résistance ajustable R11 est prévue pour deux implantations différentes.
On peut remarquer le picot "sortie du haut-parleur" avec son implantation au pas de 5,08 mm.
La photo ci-contre représente les parties sommateur et filtre avant le câblage de U1. ---------------------->


La phase suivante consiste à implanter la partie amplification :

Chaque broche du LM12 est protégée par de la gaine thermorétractable sur l'épaisseur du radiateur.
Le LM12 est enduit de pâte thermique pour améliorer la transmission de la chaleur avec le radiateur.
 
   
Le LM12 est monté sur son radiateur.
Deux rondelles de 3 mm seront insérées entre le circuit imprimé et le radiateur (augmentation de la surface de contact avec l'air).

L'ensemble est fixé sur le circuit imprimé à l'aide de deux écrous M3.
L'écrou, coté gauche sur la photo ci-contre, ainsi que la vis sont en laiton.
Pour améliorer le contact électrique entre l'alimentation négative de puissance et le boîtier du LM12, l'écrou est soudé sur la face cuivre.
           

Pour les personnes qui ne peuvent pas s'approvisionner en résistances de 4,7 ohms CMS, on peut souder deux résistances traditionnelles à plat, coté cuivre. Sur la photo ci-dessous, c'est une résistance de 2,2 ohms qui est implantée.
La self L3 est soudée coté cuivre. Elle est isolée du circuit avec un isolant pour boîtier TO220, puis collée pour éviter toute vibration.
Les derniers composants peuvent être soudés sur le circuit.
Pour ceux qui on la vue perçante, certaines photos proviennent d'une version d'un amplificateur de version différente.


Analyse détaillée du schéma :


Le sommateur :

La structure est architecturée autour d'un NE5532 pour son faible bruit . On pourra utiliser un TL082 à sa place.
C'est un classique sommateur inverseur. La voie de droite est connectée à X14, la voie de gauche à X15 (ou inversement).
Avec R5 = R6 = R, l'expression de la tension de sortie est V SORTIE = - [ ( V X14 + V X15 ) x ( R7 + R11 ) ] / R
Les cellules R5/C8 et R6/C9 forment un filtre passe haut avec une fréquence de coupure de 12 Hz à -3 dB.
Le condensateur C10 améliore la stabilité de l'ensemble et évite les accrochages.
La résistance ajustable permet de régler le gain de la structure. Son rôle sera expliqué plus loin.
Le filtre :
           

C'est un filtre passe bas du deuxième ordre.
Sa fréquence de coupure est de 144 Hz à - 3dB.
Son rôle est de ne laisser passer que les fréquences basses afin d'attaquer le subwoofer.
Remarques sur les valeurs des composants :
C11 et C12 sont câblés en parallèle. Il forment un condensateur équivalent Céqu = C11 + C12
C équ = 150 + 15 = 165 nF et par conséquent C13 = 330 nF = 2 x C équ
R9 = R10

Si vous désirez changer la fréquence de coupure du filtre, la solution la plus simple est de modifier la valeurs des résistances.
Avec R = R9 = R10

R

3,3 k
3,6 k
3,9 K
4,3 k
4,7 k
5,1 k
5,6 k
6,2 k
6,8 k

Fréquence de coupure

206 Hz
189 Hz
174 Hz
158 Hz
144 Hz
133 Hz
121 Hz
109 Hz
100 Hz
L'amplificateur :
  L'amplificateur est un circuit monolithique, le LM12.
La structure est un amplificateur non inverseur dont le coefficient d'amplification est
Av = 1 + ( R1 / R2 ) = 2 dans ce cas précis.
J'utilise cet ampli pour une chaîne HIFI, il n'est jamais poussé au-delà de 10 W.
Pour augmenter le coefficient d'amplification, il faut augmenter R1.

La structure C7 / R4 est un filtre passe bas de fréquence de coupure 15 Hz à - 3 dB.
La résistance R4 élimine la tension d'offset en sortie.
Sa valeur idéale devrait être la résultante R1 en parallèle avec R2.
En pratique, une valeur de 47 k donne le meilleur résultat.

Le condensateur C4 limite la bande passante de l'amplificateur à 33 kHz.
Cette valeur peut être augmentée, l'amplificateur travaillant sur les très basses fréquences.

La cellule R3 / C5 permet à l'amplificateur de "voir" une charge minimale pour les fréquences élevées, le haut-parleur étant une charge fortement inductive dans ce domaine.

La cellule L3 / R12 protège l'amplificateur contre les charges capacitives éventuelles,
(longueur du câble de liaison ...). R12 torpille le facteur de qualité de L3.
Les diodes de clamping n'ont pas été implantées, l'amplificateur travaillant au niveau des basses fréquences, le risque de surtension en sortie est quasiment nul.
Les réglages :

La configuration est classique. Le caisson de basses est central, les deux satellites placés comme deux enceintes stéréo.
J'ai placé un microphone avec un oscilloscope à l'endroit même du lieu d'écoute. Les amplificateurs du caisson et des satellites sont attaqués par un générateur BF.
Réglage d'amplitude :
Le générateur BF est réglé pour obtenir une fréquence sinusoïdale de 2 kHz. Seuls les enceintes satellites sont concernées.
On relève alors l'amplitude du signal qui sort du microphone à l'oscilloscope.
Le générateur BF est réglé pour obtenir une fréquence sinusoïdale de 50 Hz ( l'amplitude reste constante ). Seuls le caisson de basses est concerné.
Il faut régler R11 afin d'obtenir la même amplitude du signal à l'oscilloscope que précédemment.
La courbe de réponse de l'ensemble caisson / satellites est alors linéarisée.
Réglage de la phase :
On règle le générateur BF pour obtenir une fréquence sinusoïdale de 144 Hz, fréquence de coupure du filtre ( l'amplitude reste constante ).
On inverse la polarité du subwoofer en examinant l'amplitude de l'onde à l'oscilloscope. On retient le câblage qui permet d'obtenir l'amplitude la plus forte.
On déplace le caisson de basses d'avant en arrière afin d'obtenir l'amplitude maximale à l'oscilloscope.
La mise en phase du caisson et des satellites est terminée.
En vrac :

Le radiateur utilisé est découpé dans un profilé d'aluminium. Il détermine la puissance maximale que pourra fournir l'amplificateur. Le LM12 étant sous-employé, vous pouvez refaire un typon avec un radiateur plus conséquent afin d'utiliser toutes les ressources de ce circuit. L'alimentation devra être recalculée en conséquence.

Le typon peut paraître curieux pour certains. En fait, la masse est câblée en étoile pour réduire le ronflement ... Pour arriver à ce résultat, j'ai dû créer une masse signal notée 1 sur le schéma et une masse alimentation distinctes. Ces deux masses sont reliées par un point de soudure coté cuivre qui est situé à coté du picot X6.

J'écoute la musique à faible puissance. On peut augmenter le coefficient d'amplification de l'ensemble en prenant de plus grandes valeurs pour les composants R7 ( sommateur ) et R1 ( amplificateur ). Le caisson a été conçu avec pour objectif d'obtenir un son HIFI, pas pour faire du bruit.

Le choix de certains composants peut sembler bizarre.
Il ne faut pas oublier que l'on travaille à de basses fréquences. La valeur de la self L3 - 22 µH - est normale, à 200 Hz sa grandeur est encore négligeable.
La puissance nominale de la résistance R3 peut être de 1/4 W. A la fréquence de 10 kHz l'atténuation du filtre est de 75 dB. La ddp aux bornes de R3 sera donc négligeable ...
On m'a fait cadeau des LM12, ce qui justifie leur emploi au sein de cette réalisation. Le dossier peut-être révisé en utilisant un amplificateur moins cher.

Cet amplificateur a été réalisé à des fins personnelles. Il est utilisé en association, avec deux amplificateurs dédiés pour des satellites.
Toute modification éventuelle reste à votre charge.

Les essais ont été réalisés avec un subwoofer Altec Lansing de récupération. Merci à Jean-Luc pour le don de ce haut-parleur. La phase suivante va consister à réaliser un caisson avec un subwoofer Infinity 850W. Ce haut-parleur très récent est à priori indisponible en France actuellement.

Version du 24 Mai 2008
 
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