Sujet Ampli pour subwoofer
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Firesledge
82
Posteur·euse AFfranchi·e
Premier post
On a depuis quelques temps au studio des enceintes faites maison à partir de HP Fane Sovereign 12-250TC. Elles nous donnent grande satisfaction mais avec des volumes de 40 l, elles manquaient un peu de graves et nous empêchent de reprendre le kick de la batterie efficacement. On avait un caisson de basses passif qui traînait (environ 300 W / 8 Ω), sans ampli, et dont la seule fonction était de surélever un combo guitare. À l’occasion d’un petit festival qu’il nous fallait sonoriser début juillet, je me suis lancé dans la réalisation d’un ampli pour le caisson.
Je me suis essentiellement basé sur les schémas de Rod Elliott :
En gros j’ai utilisé deux ampli « Project 68 » montés en pont et alimentés en ±56 V, ce qui me donne une puissance de 2 × 240 W d’après les chiffres de Rod Elliott. Ainsi conçu, l’ampli peut être transformé en ampli stéréo classique simplement en changeant le circuit de préampli et en rajoutant une sortie Speakon (pas testé, mais il n’y a pas de raison que ça ne marche pas). J’ai rentré les schémas nécessaires sous LTSpice pour les simuler, puis sous KiCAD sur lequel j’ai conçu les PCB correspondants. Je les ai ensuite fait tirer chez un graveur de circuits imprimés.
Démarrage doux
J’ai inclus un circuit de démarrage doux afin de limiter l’appel de courant initial côté secteur, qui peut être significatif avec un transfo torique puissant. Le fonctionnement est simple : au démarrage, un relais met une résistance d’environ 50 Ω en série avec le transformateur, côté secteur, ce qui permet de limiter le courant entrant. La résistance doit être capable d’absorber un pic relativement court d’environ 1 kW. Au bout d’un dixième de seconde, la demande brutale de courant s’est estompée et le relais revient dans sa position initiale. Le courant passe alors directement dans le transformateur.
J’ai commencé par tester le circuit de commande et le relais. J’utilise un point d’entrée 12 V pour éviter de brancher le montage sur le secteur. Par la suite, je testerai avec le petit transformateur 9 V intégré au circuit.
J’obtiens bien un temps d’activation du relais de 100 ms. Ce test était nécessaire pour éventuellement ajuster la résistance de temporisation. La LED que j’ai rajoutée indique que le dispositif est en mode « résistant ».
Ci-dessous à droite, la résistance 47 Ω destinée à limiter le courant. Elle est censée tenir 50 W en continu avec un radiateur. Ça devrait être amplement suffisant pour un pic très court. En tout cas, après quelques utilisations, ni surchauffe ni autre problème ne sont à déplorer.
À gauche, un capot fabriqué à partir d’une tôle quelconque trouvée dans le coin, probablement du zinc de couverture. Le capot, plus long que la résistance, permet d’éviter d’avoir les deux électrodes à l’air.
Le circuit est monté dans le boîtier avec la résistance en-dessous. Le boîtier de l’ampli fait office de dissipateur thermique.
Le transfo a son propre fusible, en cas de problème. J’ai fait une erreur stupide en rentrant à l’envers l’empreinte du relais dans KiCAD. Du coup j’ai dû monter le relais côté soudures sur la plaque ainsi que tous les autres composants. Heureusement les trous étaient double face, tout était symétrisable et rien n’a posé problème.
Vue un peu plus large du boîtier :
Il s’agit d’une feuille d’alu pliée et vissée aux 2 radiateurs préalablement percés et taraudés. Si c’était à refaire je prendrais de l’acier, parce que vu le poids total du montage, l’alu me semble un peu trop souple et fragile. Mais ça tient quand même. Les radiateurs ont une résistance thermique de 0,45 °C/W pour dissiper sans difficulté la chaleur dégagée. Côté connectique, la prise secteur est reliée à un fusible et un interrupteur. Les trois trous que l’on voit au fond accueillent la prise Speakon de sortie et les entrées XLR. Tous les câbles susceptibles de véhiculer un peu de puissance sont de section 2 mm² et sont connectés par fiches Faston 250. C’est un peu plus long à faire que de la soudure sur PCB mais c’est nettement plus confortable pour travailler.
Alimentation
Le transformateur fait 2 × 40 VAC / 500 VA, il est de type torique et pèse 4 kg. J’ai dû ajouter de grosses rondelles pour être sûr que le boulon de fixation ne transperse pas la plaque d’alu.
Il y a un condensateur de déparasitage X en sortie de transfo. Le pont de diodes supporte 35 A, j’ai fixé un petit radiateur dessus pour mieux évacuer la chaleur générée. Il y a 4 condensateurs de 6800 µF / 80 V. J’aurais pu prendre des 63 V, mais je voulais garder la possibilité d’alimenter l’ampli en ±70 V en cas de manque de puissance. J’ai gardé 4 emplacements vides pour d’autres condensateurs, toujours en prévision d’une évolution. Les fils qui sortent des emplacements vides sont reliés à des LED témoins ajoutées après coup. Il y a en série une résistance de limitation de courant cachée dans les gaines thermorétractables. Sur la droite de la plaque, ce sont toutes les sorties. Chaque pôle est divisé en deux sections protégées par fusible, correspondant aux deux voies de l’ampli. Il y a également un connecteur pour dériver les tensions DC principales en ±15 V nécessaires au préampli.
De dessus, on voit un peu mieux les composants :
La terre du secteur est reliée au chassis côté prise. La masse « grands signaux » de l’amplificateur est reliée également à la terre de manière molle via une résistance de 10 Ω, deux solides diodes de clipping tête-bêche ainsi qu’un condensateur qui évacue les hautes fréquences.
Test d’allumage sans charge (vidéo) :
La diode de gauche correspond au démarrage doux, et les deux autres à côté sont les témoins d’alim (V- et V+). On a un peu plus de 59 V sur chaque pôle, ce qui est tout à fait normal pour une tension à vide.
Alimentation 15 V
La dérivation des ±56 V ou ±70 V en ±15 V se fait en deux temps. D’abord une pré-régulation en un peu moins de 24 V à l’aide de diodes zener. Ensuite, un étage de régulateurs classiques LM317/LM337.
J’ai fait plusieurs bêtise en soudant les composants : j’ai cassé une zener (corps en verre) sans m’en rendre compte et j’ai placé deux NPN sur le pré-régulateur à la place d’un couple NPN/PNP. Plusieurs composants ont cramé lors des tests initiaux, en particulier un condensateur électrolytique qui se retrouvait avec une tension beaucoup trop élevée à ses bornes. Heureusement j’ai pu trouver et substituer les composants malades ou inadéquats et tout est rentré dans l’ordre. Note : je n’ai pas pris la peine d’isoler les boîtiers TO-220 de leurs radiateurs, ceux-ci peuvent donc être portés à des potentiels significatifs.
Préamplificateur
Le préampli commence par mixer ensemble les deux canaux d’entrée. Ensuite il y a un volume actif (relié au potentiomètre en façade), un filtre passe-bas pour ne conserver que les graves les plus profonds. Sa réponse est relativement complémentaire avec celle des enceintes principales. Je ne me suis pas trop soucié de la phase, vu que de toute façon l’installation sera mobile et demandera des corrections d’égalisation manuelles pour sonner comme il faut.
Enfin, le signal sort sur les deux voies, l’une normale et l’autre inversée pour le montage en pont.
Le préampli contient aussi le circuit de détection de distorsion. Pour faire simple, les circuits des ampli principaux ont deux sorties auxiliaires. L’une reprend ce qui va être amplifié, et l’autre le feedback de l’ampli (ce qui a été amplifié puis ramené au niveau original, toujours en simplifiant). En principe, les deux doivent être à peu près égales. Il suffit de les soustraire et d’amplifier la différence. Si cette différence dépasse un certain seuil (à calibrer), c’est que l’ampli sature ou distord le son d’une quelconque manière. On allume alors une diode indiquant le clipping.
Là aussi, j’ai fait des petites bêtises lors de la conception initiale du circuit. J’ai du couper des pistes et ajouter quelques straps sous le capot pour que tout fonctionne comme prévu.
Étage d’amplification principal
J’ai décidé de couper l’amplficateur en deux parties : l’étage principal et l’étage de puissance. Cette approche me permet une certaine modularité, puisque pour débiter plus de courant, il suffit de rajouter des étages de puissance. Dans mon cas, avec l’alimentation ±56 V, je n’ai utilisé qu’un seul étage de puissance.
Les composants sont montés sur les deux faces. Côté soudures, deux transistors ont été montés à plat (invisibles ici), la plaque étant destinée à être fixée directement sur le radiateur principal.
Les drivers partagent un petit radiateur, construit avec de deux plaques tirées de mes chutes d’alu. Les deux plaques sont assemblées avec de la pate thermique pour faciliter les transferts entre les deux. Là par contre par nécessité contre les court-circuits, j’ai isolé les boîtiers à l’aide de feuilles Keratherm Rose (j’en ai pris une feuille entière dans laquelle j’ai découpé les pièces qu’il me fallait). Les deux diodes servant à équlibrer les points de fonctionnement vont un peu chauffer, elles sont donc collées au radiateur avec de la pate thermique.
Aucune piste ne passe sous le radiateur mais par prudence, j’ai surélevé celui-ci sur des rondelles. Le radiateur doit pouvoir tenir simplement accroché aux boîtiers, mais par sécurité et parce que l’ampli sera probablement inséré dans un environnement très vibrant, j’ai rajouté des vis pour l’accrocher au PCB. Il me manquait des colliers de serrage fins pour assembler le tout, j’ai donc simplement fait un nœud avec du fil électrique sur une des vis.
Étage d’amplification de puissance
Ici aussi, on a des composants des deux côtés. Ici, principalement les condensateurs pour les appels de courants et les résistances d’équilibrage des émetteurs. Le circuit, en plus d’être modulaire, est adaptable à d’autres conceptions. En effet j’ai prévu deux broches servant à limitation du courant, qui ne servent pas sur ce montage, mais qui pourraient être utilisées sur d’autres modèles d’ampli.
Les transistors de puissance sont en-dessous, pour être fixés au radiateur :
Sur la tranche :
Radiateurs
Les étages d’amplification sont fixés aux deux radiateurs, chaque radiateur correspondant à un canal de l’ampli. Il reste de la place pour fixer un deuxième étage de puissance ; j’ai déjà percé les trous nécessaires.
Du Keratherm rose sert d’isolant électrique entre les transistors et le radiateur, avec un peu de pâte thermique pour faciliter les transferts de chaleur.
Petit point à régler : le radiateur des drivers était un peu haut, il touchait les autres circuits et gênait un des connecteurs. J’ai du replier les coins et couper un morceau de l’un d’entre eux.
Assemblage et câblage
Les radiateurs et leur contenu sont maintenant remontés dans le boîtier :
En ajoutant les câbles nécessaires :
Quelques tests, le calibrage du détecteur de distorsion et voilà. Test initial avec une alimentation de labo à ±30 V (vidéo) :
Quelques autres tests après, il n’y a plus qu’a refermer le capot et c’est fini (désolé je n’ai pas de photo de la bestiole terminée).
Je finis de réorganiser mes documents et je mets en ligne dans les jours qui viennent les plans, schémas, fichiers Gerber, listes des matériaux, etc. pour les personnes qui seraient intéressées par construire un tel ampli.
Je me suis essentiellement basé sur les schémas de Rod Elliott :
En gros j’ai utilisé deux ampli « Project 68 » montés en pont et alimentés en ±56 V, ce qui me donne une puissance de 2 × 240 W d’après les chiffres de Rod Elliott. Ainsi conçu, l’ampli peut être transformé en ampli stéréo classique simplement en changeant le circuit de préampli et en rajoutant une sortie Speakon (pas testé, mais il n’y a pas de raison que ça ne marche pas). J’ai rentré les schémas nécessaires sous LTSpice pour les simuler, puis sous KiCAD sur lequel j’ai conçu les PCB correspondants. Je les ai ensuite fait tirer chez un graveur de circuits imprimés.
Démarrage doux
J’ai inclus un circuit de démarrage doux afin de limiter l’appel de courant initial côté secteur, qui peut être significatif avec un transfo torique puissant. Le fonctionnement est simple : au démarrage, un relais met une résistance d’environ 50 Ω en série avec le transformateur, côté secteur, ce qui permet de limiter le courant entrant. La résistance doit être capable d’absorber un pic relativement court d’environ 1 kW. Au bout d’un dixième de seconde, la demande brutale de courant s’est estompée et le relais revient dans sa position initiale. Le courant passe alors directement dans le transformateur.
J’ai commencé par tester le circuit de commande et le relais. J’utilise un point d’entrée 12 V pour éviter de brancher le montage sur le secteur. Par la suite, je testerai avec le petit transformateur 9 V intégré au circuit.
J’obtiens bien un temps d’activation du relais de 100 ms. Ce test était nécessaire pour éventuellement ajuster la résistance de temporisation. La LED que j’ai rajoutée indique que le dispositif est en mode « résistant ».
Ci-dessous à droite, la résistance 47 Ω destinée à limiter le courant. Elle est censée tenir 50 W en continu avec un radiateur. Ça devrait être amplement suffisant pour un pic très court. En tout cas, après quelques utilisations, ni surchauffe ni autre problème ne sont à déplorer.
À gauche, un capot fabriqué à partir d’une tôle quelconque trouvée dans le coin, probablement du zinc de couverture. Le capot, plus long que la résistance, permet d’éviter d’avoir les deux électrodes à l’air.
Le circuit est monté dans le boîtier avec la résistance en-dessous. Le boîtier de l’ampli fait office de dissipateur thermique.
Le transfo a son propre fusible, en cas de problème. J’ai fait une erreur stupide en rentrant à l’envers l’empreinte du relais dans KiCAD. Du coup j’ai dû monter le relais côté soudures sur la plaque ainsi que tous les autres composants. Heureusement les trous étaient double face, tout était symétrisable et rien n’a posé problème.
Vue un peu plus large du boîtier :
Il s’agit d’une feuille d’alu pliée et vissée aux 2 radiateurs préalablement percés et taraudés. Si c’était à refaire je prendrais de l’acier, parce que vu le poids total du montage, l’alu me semble un peu trop souple et fragile. Mais ça tient quand même. Les radiateurs ont une résistance thermique de 0,45 °C/W pour dissiper sans difficulté la chaleur dégagée. Côté connectique, la prise secteur est reliée à un fusible et un interrupteur. Les trois trous que l’on voit au fond accueillent la prise Speakon de sortie et les entrées XLR. Tous les câbles susceptibles de véhiculer un peu de puissance sont de section 2 mm² et sont connectés par fiches Faston 250. C’est un peu plus long à faire que de la soudure sur PCB mais c’est nettement plus confortable pour travailler.
Alimentation
Le transformateur fait 2 × 40 VAC / 500 VA, il est de type torique et pèse 4 kg. J’ai dû ajouter de grosses rondelles pour être sûr que le boulon de fixation ne transperse pas la plaque d’alu.
Il y a un condensateur de déparasitage X en sortie de transfo. Le pont de diodes supporte 35 A, j’ai fixé un petit radiateur dessus pour mieux évacuer la chaleur générée. Il y a 4 condensateurs de 6800 µF / 80 V. J’aurais pu prendre des 63 V, mais je voulais garder la possibilité d’alimenter l’ampli en ±70 V en cas de manque de puissance. J’ai gardé 4 emplacements vides pour d’autres condensateurs, toujours en prévision d’une évolution. Les fils qui sortent des emplacements vides sont reliés à des LED témoins ajoutées après coup. Il y a en série une résistance de limitation de courant cachée dans les gaines thermorétractables. Sur la droite de la plaque, ce sont toutes les sorties. Chaque pôle est divisé en deux sections protégées par fusible, correspondant aux deux voies de l’ampli. Il y a également un connecteur pour dériver les tensions DC principales en ±15 V nécessaires au préampli.
De dessus, on voit un peu mieux les composants :
La terre du secteur est reliée au chassis côté prise. La masse « grands signaux » de l’amplificateur est reliée également à la terre de manière molle via une résistance de 10 Ω, deux solides diodes de clipping tête-bêche ainsi qu’un condensateur qui évacue les hautes fréquences.
Test d’allumage sans charge (vidéo) :
La diode de gauche correspond au démarrage doux, et les deux autres à côté sont les témoins d’alim (V- et V+). On a un peu plus de 59 V sur chaque pôle, ce qui est tout à fait normal pour une tension à vide.
Alimentation 15 V
La dérivation des ±56 V ou ±70 V en ±15 V se fait en deux temps. D’abord une pré-régulation en un peu moins de 24 V à l’aide de diodes zener. Ensuite, un étage de régulateurs classiques LM317/LM337.
J’ai fait plusieurs bêtise en soudant les composants : j’ai cassé une zener (corps en verre) sans m’en rendre compte et j’ai placé deux NPN sur le pré-régulateur à la place d’un couple NPN/PNP. Plusieurs composants ont cramé lors des tests initiaux, en particulier un condensateur électrolytique qui se retrouvait avec une tension beaucoup trop élevée à ses bornes. Heureusement j’ai pu trouver et substituer les composants malades ou inadéquats et tout est rentré dans l’ordre. Note : je n’ai pas pris la peine d’isoler les boîtiers TO-220 de leurs radiateurs, ceux-ci peuvent donc être portés à des potentiels significatifs.
Préamplificateur
Le préampli commence par mixer ensemble les deux canaux d’entrée. Ensuite il y a un volume actif (relié au potentiomètre en façade), un filtre passe-bas pour ne conserver que les graves les plus profonds. Sa réponse est relativement complémentaire avec celle des enceintes principales. Je ne me suis pas trop soucié de la phase, vu que de toute façon l’installation sera mobile et demandera des corrections d’égalisation manuelles pour sonner comme il faut.
Enfin, le signal sort sur les deux voies, l’une normale et l’autre inversée pour le montage en pont.
Le préampli contient aussi le circuit de détection de distorsion. Pour faire simple, les circuits des ampli principaux ont deux sorties auxiliaires. L’une reprend ce qui va être amplifié, et l’autre le feedback de l’ampli (ce qui a été amplifié puis ramené au niveau original, toujours en simplifiant). En principe, les deux doivent être à peu près égales. Il suffit de les soustraire et d’amplifier la différence. Si cette différence dépasse un certain seuil (à calibrer), c’est que l’ampli sature ou distord le son d’une quelconque manière. On allume alors une diode indiquant le clipping.
Là aussi, j’ai fait des petites bêtises lors de la conception initiale du circuit. J’ai du couper des pistes et ajouter quelques straps sous le capot pour que tout fonctionne comme prévu.
Étage d’amplification principal
J’ai décidé de couper l’amplficateur en deux parties : l’étage principal et l’étage de puissance. Cette approche me permet une certaine modularité, puisque pour débiter plus de courant, il suffit de rajouter des étages de puissance. Dans mon cas, avec l’alimentation ±56 V, je n’ai utilisé qu’un seul étage de puissance.
Les composants sont montés sur les deux faces. Côté soudures, deux transistors ont été montés à plat (invisibles ici), la plaque étant destinée à être fixée directement sur le radiateur principal.
Les drivers partagent un petit radiateur, construit avec de deux plaques tirées de mes chutes d’alu. Les deux plaques sont assemblées avec de la pate thermique pour faciliter les transferts entre les deux. Là par contre par nécessité contre les court-circuits, j’ai isolé les boîtiers à l’aide de feuilles Keratherm Rose (j’en ai pris une feuille entière dans laquelle j’ai découpé les pièces qu’il me fallait). Les deux diodes servant à équlibrer les points de fonctionnement vont un peu chauffer, elles sont donc collées au radiateur avec de la pate thermique.
Aucune piste ne passe sous le radiateur mais par prudence, j’ai surélevé celui-ci sur des rondelles. Le radiateur doit pouvoir tenir simplement accroché aux boîtiers, mais par sécurité et parce que l’ampli sera probablement inséré dans un environnement très vibrant, j’ai rajouté des vis pour l’accrocher au PCB. Il me manquait des colliers de serrage fins pour assembler le tout, j’ai donc simplement fait un nœud avec du fil électrique sur une des vis.
Étage d’amplification de puissance
Ici aussi, on a des composants des deux côtés. Ici, principalement les condensateurs pour les appels de courants et les résistances d’équilibrage des émetteurs. Le circuit, en plus d’être modulaire, est adaptable à d’autres conceptions. En effet j’ai prévu deux broches servant à limitation du courant, qui ne servent pas sur ce montage, mais qui pourraient être utilisées sur d’autres modèles d’ampli.
Les transistors de puissance sont en-dessous, pour être fixés au radiateur :
Sur la tranche :
Radiateurs
Les étages d’amplification sont fixés aux deux radiateurs, chaque radiateur correspondant à un canal de l’ampli. Il reste de la place pour fixer un deuxième étage de puissance ; j’ai déjà percé les trous nécessaires.
Du Keratherm rose sert d’isolant électrique entre les transistors et le radiateur, avec un peu de pâte thermique pour faciliter les transferts de chaleur.
Petit point à régler : le radiateur des drivers était un peu haut, il touchait les autres circuits et gênait un des connecteurs. J’ai du replier les coins et couper un morceau de l’un d’entre eux.
Assemblage et câblage
Les radiateurs et leur contenu sont maintenant remontés dans le boîtier :
En ajoutant les câbles nécessaires :
Quelques tests, le calibrage du détecteur de distorsion et voilà. Test initial avec une alimentation de labo à ±30 V (vidéo) :
Quelques autres tests après, il n’y a plus qu’a refermer le capot et c’est fini (désolé je n’ai pas de photo de la bestiole terminée).
Je finis de réorganiser mes documents et je mets en ligne dans les jours qui viennent les plans, schémas, fichiers Gerber, listes des matériaux, etc. pour les personnes qui seraient intéressées par construire un tel ampli.
[ Dernière édition du message le 13/07/2018 à 11:58:34 ]
Will Zégal
73384
Will Zégal
Rémy M. (chimimic)
14120
Modérateur·trice thématique
Bravo, et merci pour le résumé 
Formateur en techniques sonores ; électronicien ; auteur @ sonelec-musique.com
Chris Kazvon
17093
Drogué·e à l’AFéine
Super boulot !
C'est quoi votre caisson de grave de derrière les fagots ? ^^
Chris Kazvon
-------------------------------------------------
Introduction à Hornresp et Tutoriels - Tutoriels Vidéo pour Room EQ Wizard
[ Dernière édition du message le 15/07/2018 à 08:55:26 ]
Firesledge
82
Posteur·euse AFfranchi·e
Chris Kazvon
17093
Drogué·e à l’AFéine
Ok
Chris Kazvon
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Anonyme
1763
Joli
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