Conception et réalisation d'un amplificateur audio de 25 watts

Thèmes abordés

Amplificateur audio, circuit électronique, circuit imprimé, logiciel LTSpice, montage push-pull, amplificateur de courant, transistor PNP, loi d'Ohm thermique, multiplieur de VBE, diode zener, théorie des systèmes bouclés, diagramme de Bode

Résumé du document

Le but de ce document est de réaliser un récapitulatif de notre travail afin de fournir à de prochaines équipes les informations nécessaires de la conception et de la réalisation de l'amplificateur 25 W. Ces informations leur permettront de poursuivre notre projet jusqu'à la réalisation sur circuit imprimé.

Extraits

[...] La solution est d'ajouter un transistor PNP afin de se rapprocher d'un montage PUSH-PULL classique. Cependant, on observe une distorsion de croisement lors du passage d'une alternance positive à une alternance négative. Afin d'éviter cette distorsion de croisement, il faut utiliser un montage PUSH-PULL de classe AB. Le multiplieur de VBE est la fonction permettant d'empêcher cette distorsion de croisement. Les paires de Sziklai permettent d'avoir une forte amplification de courant, un VBE de 0,6V et elles sont très utilisées dans les montages de sortie. [...]

[...] C'est la maille composée deVz, de la jonction base-émetteur et deR2, qui fixe le courant dans l'émetteur : Vz-R2Ie-Veb=0Ie=Vz-VebR2 De plus, il ne faut pas que la chute de tension aux bornes de R2 soit trop importante car elle limiterait la dynamique de sortie de l'étage. Ainsi, nous avons choisi la valeur de la diode zener : Vz=2,2V ainsi que celle de R2: R2=Vz-VebIe=1,60,005=320Ohm. La résistance Rz sert a polariser la diode zener avec un courant de 5mA. Le montage complet a une impédance d'entrée faible. [...]

[...] En effet, l'amplification montage est égale au produit des amplifications des deux transistors formant cette paire. Choix des transistors : NPN BD139 PNP BD137 L'amplification de ces transistors est de 50 alors l'amplification de ce montage est de : β2=50x50=2500 Impédance et courant d'entrée : Afin de calculer le courant d'entrée de ce montage, il nous connaître l'impédance d'entrée de ce montage. A partir du montage, nous pouvons voir que cette impédance d'entrée est : Ze=R0+RPI+β+1²Rch R0 et RPI varient en cours de fonctionnement alors on peut négliger leurs influences. [...]

[...] Nous allons maintenant raisonner sur les puissances du montage. Courant de polarisation :I0=ER0=15A Puissance dans la résistance R0 : PR0=R0IC02=360W Puissance consommée par le transistor : PT=VceIc≅360W Puissance consommée par la charge du montage : PRch=Vsmax22Rch=25W On remarque alors que la puissance totale consommée par le montage est très élevée. Il faut donc enlever la résistance R0 afin de supprimer la composante continue. Si l'on simule sur LTSpice le montage précédent sans la résistance R0, on peut observer que le montage ne fonctionne que sur une seule alternance. [...]

[...] Cahier des charges Le cahier des charges de ce projet est le suivant : ❶ Puissance moyenne maximale (régime sinusoïdal) : 25W / 8Ω ❷ Puissance maximale crête : 50W / 8Ω ❸ Structure amplificateur à contre réaction ❹ Amplificateur chaîne directe 300 minimum (environ 50 dB) ❺ Alimentation 24V ❻ Bande passante 10Hz - 25kHz ❼ Réalisation à transistors bipolaires ❽ Tous les étages sont à couplage direct (pas de condensateurs de liaison) Schéma fonctionnel Démarche de cycle en V La conception de chaque étage est constituée de l'analyse théorique et de la simulation du schéma avec le logiciel LTSpice. Etude de l'étage amplificateur de courant Un montage amplificateur de courant est également appelé montage push-pull. Nous avions à notre disposition un montage saisi sous Eagle. Ce montage est un push-pull de classe AB. Nous avons donc analysé ce type de montage afin de comprendre son fonctionnement et les avantages qu'il peut nous fournir. [...]