Audio : Amplificateur Stéréo LM3886 2x40W
Voici ma dernière réalisation audio : un amplificateur 2x40W à base de LM3886.
Il vient accompagner mes amplificateurs destinés à réaliser un montage multi-amplifié 3 voies + caisson de basses. Le but final est celui-ci :- un amplificateur mono TAS5630 classe D 150W (graves)
- un amplificateur stéréo STA508 classe T 2x50W (bas-médium)
- cet amplificateur stéréo LM3886 2x40W (haut-médium)
- un amplificateur stéréo LM1876 2x20W (aigus)
Il reste donc, en plus de celui-ci, un amplificateur à réaliser.
La réalisation de ce projet est beaucoup plus détaillée que celle des précédents, surtout la partie mécanique et câblage. La majeure partie des détails peuvent s'appliquer à la réalisation des amplificateurs précédents.
1. Classe D, T ou AB
Le TAS5630 et le STA508 sont des amplificateurs à découpage classe D et T. Les deux autres sont des classe AB traditionnels.
Pourquoi mélanger les technologies classe T et classe AB ? Tout d'abord il n'y a pas de contre-indication, d'autre part la classe AB devrait apporter théoriquement plus de définition dans le médium-aigu.
Un amplificateur en classe D ou T réclame généralement une alimentation simple, mais ce n'est pas toujours le cas. Un amplificateur en classe AB a systématiquement besoin de deux rails d'alimentation, positif et négatif.
Il existe des amplificateurs classe AB que l'on peut alimenter à l'aide d'une alimentation simple, mais leur sortie haut-parleur comporte un gros condensateur de liaison électrolytique. Je préfère éviter ces montages bas de gamme.
2. Le module
Le LM3886 est un circuit très connu et on trouve différents modèles de cartes toutes faites sur beaucoup de sites marchands.
2.1. Module avec alimentation intégrée
Cela peut être une solution pour qui désire réaliser un amplificateur très simple et accessible :
On peut alimenter directement la carte à l'aide d'un transformateur à deux enroulements secondaires, 2X24V (150VA minimum) si les enceintes sont des modèles 8Ω.
2.2. Module sans alimentation
Pour mon application, j'ai préféré adopter un module sans alimentation, afin de pouvoir dimensionner celle-ci à ma convenance.
https://fr.aliexpress.com/item/33000993961.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.4a8c6c37L36EBJ
La carte est équipée d'un étage d'entrée à base d'amplificateur opérationnel NE5532. Celui-ci est enfiché sur un support, et on peut donc le remplacer par un autre AOP si on le désire (l'excellent LM4562 par exemple).
On peut l'alimenter sous une tension allant de 2x18V à 2x35V. Une tension de 2x35V permettra d'atteindre une puissance de 2x50W sur 8Ω.
2.3. Module bridgé
On trouve également des modèles bridgés (2 LM3886 par canal) , capables de délivrer plus de puissance. Celui-ci est un modèle 100W mono (s'il est alimenté sous 2x36V) :
L'alimentation devra être beaucoup plus puissante : 300W à 400W pour deux modules de 100W. On peut également adopter deux alimentations de 150W à 200W chacune.
2.4. Modulus
Si l'on dispose d'un budget beaucoup plus généreux il est possible de s'orienter vers deux modules mono NEUROCHROME MODULUS 186, dont la réputation et la qualité ne sont plus à démontrer :
Neurochrome propose également des modules plus puissants :
https://neurochrome.com/products/modulus-286
https://neurochrome.com/collections/power-amplifiers/products/modulus-686
Les puristes équiperont chaque module d'une alimentation séparée.
2. La mise en boîte
Comme pour les réalisations précédentes j'ai choisi un boîtier HIFI 2000 Galaxy GX288, aux dimensions de 80x230x280mm, disponible ici : audiophonics.fr
Ce boîtier est équipé de deux dissipateurs latéraux, inutiles avec les amplis en classe D ou T, mais que je vais utiliser cette fois-ci.
2.1. L'alimentation
On pourrait alimenter cet amplificateur à l'aide d'une alimentation à découpage (SMPS) 2x30V ou 2x32V comme celles-ci :
Mais j'ai choisi une solution plus traditionnelle : un transformateur suivi d'une carte de redressement et filtrage.
Un amplificateur en classe AB a en général un rendement d'environ 70%, c'est à dire que pour un amplificateur de 2x40W il faut prévoir une alimentation d'au moins 110W. Pour ma part, afin d'avoir de la réserve de puissance et de dynamique, je préfère prévoir le double de la puissance de l'amplificateur, soit 160W.
2.2.1. La carte alimentation
Attention, si l'on choisit une tension d'alimentation de 2x35V pour obtenir un amplificateur de 2x50W, il faudra l'équiper de condensateurs supportant 50V.
Il faut noter que 50W ne représente pas une puissance énorme par rapport à 40W. Pour que la différence soit significative à l'oreille, il faut au moins 3 décibels de différence, ce qui revient à doubler la puissance.
Pour ma part j'ai choisi cette carte :
Il existe un autre modèle à 6 emplacements :
Comme on le voit sur la photo les entrées et sorties s'effectuent sur des cosses plates 6.3mm. Cet autre modèle est équipée de borniers à vis :
L'intérêt de ces cartes est de pouvoir utiliser différents types de condensateurs (capacité, tension maximale) en fonction du besoin.
Il convient d'équiper l'alimentation de condensateurs SNAP-IN de diamètre maximal 35mm (espacement des broches 10mm) :
J'ai choisi des SAMWA HC1V229M35045HA : 22000µF 35V :
https://www.tme.eu/fr/details/hc1v229m35045ha/condensateurs-electrol-snap-in-85degc/samwha/
Il existe bien sûr des modèles 50V, d'une capacité de 15000µF ou 18000µF.
2.2.2. Le transformateur
Le transformateur est généreusement dimensionné. Le besoin minimal est d'environ 110VA. J'ai choisi un torique INDEL 2x19V de 160VA :
https://www.tme.eu/fr/details/tst150w_2x19v/transformateurs-toroidaux/indel/tst-160-008/
Remarque : dans les boutiques audio traditionnelles comme AudioPhonics il n'est pas évident de trouver un transformateur strictement adapté à un cas précis, au volt près. C'est pour cette raison que je me procure ce genre de matériel chez un fournisseur proposant un choix absolument énorme : TME, situé en Pologne. La livraison a lieu sous 2 jours
2.2.3. Les calculs et les mesures
Théoriquement, cette alimentation devrait délivrer, avec 160W de charge :
19V * √2 = 26.9V
Si l'on retranche les 1.3V de perte dans les diodes FCU20A40 il reste 2x25.6V.
La puissance théorique devrait être de :
P = (25.6V / √2)² / 8Ω = 41W
Comme le transformateur est surdimensionné, la puissance devrait être légèrement supérieure, car il délivrera un peu plus de 2x19V à pleine charge, probablement 2x20V.
22V * √2 - 1,3V = 30V
Cela laisse une marge de plus de 15% par rapport aux 35V supportables par les condensateurs, ce qui est suffisant.
Si l'on adoptait un transformateur de 2x24V, il est fort possible que sa tension à vide se situe plutôt aux alentours de 27V et la tension de sortie à vide de l'alimentation serait de presque 37V, ce qui pourrait être dangereux pour l'amplificateur (donné pour 35V maximum). De plus il faudrait des condensateurs supportant 50V.
C'est pour ces différentes raisons que j'ai préféré limiter la tension du transformateur à 19V.
Cette alimentation a une tension de sortie mesurée de 2x30V à vide. Comme le transformateur est surdimensionné, cette tension devrait chuter assez peu lors des pointes de puissance. Si l'on ajoute à cela la forte capacité des condensateurs de filtrage, on peut en espérer une dynamique importante.
2.3. L'équipement des faces avant et arrière
Le matériel utilisé est le même que celui utilisé sur le STA508 classe T 2x50W :
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| bornes d'entrée RCA dorées |
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| borniers de sortie banane 4mm dorés |
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| embase IEC 250V |
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| Porte-fusible |
On peut bien entendu utiliser une embase IEC avec porte-fusible intégré.
A cela on peut ajouter un interrupteur marche / arrêt à sa convenance et une LED + 1 résistance de 5.6KΩ.
2.4. Anti ploc
A la mise sous tension ou hors-tension, l'amplificateur ne produit aucun ploc ou bruit indésirable dans les enceintes, ceci malgré l'absence de relais retardé. Il n'y a donc aucun besoin d'ajouter une carte anti-ploc.
2.5. Le prix
Cet amplificateur revient à environ 150€.
3. Montage
Le montage est un peu plus complexe que pour un amplificateur classe T comme le STA508 classe T 2x50W. Les câbles sont un peu plus nombreux :
Le montage nécessite du matériel :
- pince coupante, pince à dénuder
- fer à souder
- pince à sertir ou non (en fonction de l'alimentation)
- perceuse + forets (3mm, 3.5mm, 4mm, 10mm, 12mm)
- crayon
- petit marteau + pointeau
- scie sauteuse ou à chantourner + lime plate
- colle cyanoacrylate pour la LED
Le montage m'a coûté une petite journée de travail.
3.1. Mécanique
3.1.1. Faces avant et arrière
Commencer par le perçage des faces avant et arrière. Cela peut se faire à la perceuse :
- trou de 3mm (LED)
- trous de 10mm (entrées RCA) :
- avant trou de 4mm, puis 8mm puis 10mm
- trous de 12mm (fusible + borniers) :
- avant trou de 4mm, puis 8mm, puis 12mm
- embase IEC : 27x19mm (scie sauteuse ou scie à chantourner). Finition à la lime plate.
Voici les plans avec de gauche à droite :
- face avant
- interrupteur
- LED
- face arrière
- embase IEC + porte-fusible
- borniers de sortie banane 4mm
- bornes d'entrée RCA
Si l'on ne parvient pas à trouver le bricoleur équipé, une
fraise étagée peut grandement faciliter les choses, et permettra d'obtenir une finition plus soignée, avec ébavurage des trous :
3.1.2. Fond de boîtier
La fixation du transformateur se fait à l'aide de la coupelle acier et des deux rondelles caoutchouc livrées, et d'une vis de M4 x 50mm. Il doit être aussi éloigné que possible de la carte amplificateur.
Le perçage du fond du boîtier se fait en positionnant les cartes à l'endroit voulu. Ensuite, faire une marque au crayon à travers les trous de fixation, pointer (pointeau + marteau, pas trop fort), puis percer.
Pour la fixation des cartes il vaut mieux prévoir des colonnettes M3 de longueur 10mm ou 20mm (carte alimentation), et 20mm (amplificateur) :
https://www.tme.eu/fr/details/tff-m3x20_dr114/elements-metalliques-decart/dremec/114x20/
Chez les fournisseurs chinois on trouve aussi ce genre de matériel :
3.1.3. Dissipateur
Pourquoi avoir choisi des colonnettes de 20mm pour la carte amplificateur ? tout simplement parce que les deux trous (espacés de 42mm) permettant de fixer les LM3886 tombent pile en face de la rainure extérieure du refroidisseur. Cette rainure bien pratique permet d'accueillir deux écrous M3 :
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| Vue extérieure du dissipateur |
Les deux LM3886 sont vissés sur le dissipateur gauche du boîtier Galaxy GX288, sans oublier d'enduire au préalable les deux circuits de graisse thermique. J'ai utilisé l'excellente ARCTIC MX4, dont je me sers habituellement pour monter les ventirads de processeurs de PC :
Remarque : Il convient de faire attention au type de carte. Certaines sont (rarement) équipées de LM3886 non isolés :
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| LM3886 non isolé |
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| LM3886 isolé |
Dans
le premier cas, le dissipateur sera au potentiel du pôle négatif de
l'alimentation. Il vaut mieux intercaler un isolant mica et des canons
isolants (normalement la carte est livrée avec) entre le composant et le
dissipateur, sans oublier la graisse thermique bien sûr.
Dans le deuxième cas, le composant sera naturellement isolé du dissipateur, grâce au boîtier plastique.
3.2. Câblage
J'ai utilisé du fil de 0.5mm² souple pour la partie secteur, du 2.5mm² souple pour la partie alimentation et sorties haut-parleurs, et du câble blindé pour les entrées.
3.2.1. Embase secteur
L'embase IEC est reliée conformément au schéma, avec la broche de terre reliée à une de ses deux vis de fixation grâce à une cosse à œillet.
3.2.2. Carte alimentation
La carte alimentation est équipée de cosses plates 6.3mm (livrées). On peut soit utiliser les cosses femelles (à sertir sur les fils) mais on peut aussi souder les fils sur les cosses mâles et les isoler avec des petits bouts de gaîne thermorétractable.
Bien entendu, si l'on choisit une autre alimentation, avec borniers par exemple, un simple tournevis suffira.
3.2.3 Carte amplificateur
La carte amplificateur est livrée avec un connecteur 3 broches d'entrée enfichable à visser. On y introduira simplement les câbles d'entrée droite et gauche après les avoir dénudés (pas trop), en réunissant les deux tresses de masses, avant de les serrer à l'aide d'un petit tournevis cruciforme :
Ensuite il n'y a plus qu'a enficher le connecteur sur la carte, puis souder l'autre extrémité des câbles sur les bornes RCA en face arrière.
3.2.3.2. Câbles de sortie haut-parleur
Les sorties haut-parleur de la carte se font grâce à des borniers à vis. Quatre fils de section 2.5mm², de longueur adéquate, doivent être dénudés de chaque côté sur 1cm. Il faut prévoir des cosses à œillet à souder pour le raccordement sur les borniers de sortie :
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| Cosse à œillet 5mm 1.5mm² - 2.5mm² |
https://www.tme.eu/fr/details/bm01225/connecteurs-non-isoles/bm-group/bm-01225/
3.2.4. Le fusible
Cette alimentation provoque un appel de courant énorme à la mise sous tension, à cause des 4 condensateurs de 22000µF qu'il faut charger. Utiliser de préférence un fusible retardé. N'ayant pas de fusible 1A retardé, je me suis rabattu sur un 2A.
3.3. Test
Après montage, la bonne surprise est de mesurer la tension continue sur les sortie, inférieure au millivolt ! donc extrêmement faible.
Ceci est probablement dû à sa technologie dite "Servo", qui permet d'annuler la composante continue en sortie.
4. Photos
La réalisation est identique à celle du STA508 classe T 2x50W :
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| Face avant |
Comme l'alimentation délivre 30V au lieu de 24V, la
résistance en série avec la LED passe de 4.7KΩ à 5.6KΩ.
Elle se trouve dans la gaine thermorétractable, comme sur le STA508 classe T 2x50W :
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| Interrupteur et LED |
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| Face arrière |
Les composants de la face avant et arrière sont identiques à ceux de l'amplificateur STA508 classe T 2x50W.
Seul l'intérieur diffère :
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| Vue de dessus |
Les deux cartes sont disposées ainsi afin de réduire au maximum la longueur des câbles de forte section.
La carte amplificateur est éloignée de la partie 230V, pour des raisons évidentes d'immunité au bruit.
5. Sécurité
Il
faut être prudent lorsque l'on manipule un montage alimenté par le
secteur, et toute intervention doit être faite cordon secteur débranché.
6. Conclusion
Pour l'instant j'ai installé cet amplificateur dans mon bureau, à la place du STA508, couplé à des enceintes de bibliothèque YAMAHA NX-E800, histoire de le rôder pendant un certain temps.
Le premier ressenti est bon, dynamique, précis. Cet amplificateur est très silencieux. La ronflette est absente et le souffle extrêmement faible.
Au repos le dissipateur est à peine tiède.
Cette carte amplificateur est d'une qualité irréprochable. Je ne peux que la recommander.
Il serait intéressant de comparer sa sonorité avec celle du STA508.
Le dernier amplificateur à base de LM1876 devrait suivre rapidement.
Cordialement
Henri
Bonjour. Avec le recul, ça donne quoi à l'écoute ?
RépondreSupprimerBonjour.
SupprimerJe ne l'ai pas encore installé dans mon système multi-amplifié, par manque de temps pour la réalisation du filtre actif. Cet hiver je serai moins occupé et j'espère me lancer dans l'aventure.