Cette étude revisite le TDA2003, un circuit bien connu et présent sur le marché depuis une quinzaine d’années. Nous le présentons intégré dans un amplificateur sous la forme d’un produit fini. Cet amplificateur développe une puissance de 4 Weff dans 8 Ω ou 12 Weff sous 2 Ω. Sa bande passante s’étend de 10 à 50 kHz à – 1dB pour un taux de distorsion inférieur à 0,1%. La puissance affichée semble modeste en considérant ce qui se fait aujourd’hui en amplification de puissance, mais avec son encombrement réduit, il trouvera facilement sa place comme amplificateur ‘’tous usages’’ dans votre labo.

La mise en œuvre est grandement facilitée par la disponibilité d’un kit de montage, à savoir le K4001 pour la partie amplificatrice et le K1823 pour son alimentation régulée. Ces deux kits proposés par Velleman sont disponibles auprès de la plupart de nos distributeurs à des prix intéressants.


LE SCHEMA

Schéma de l’amplificateur

Le TDA2003 a été développé pour intégrer des équipements dont l’encombrement est chichement compté, comme des postes radio portables, ou des auto-radio. Ses caractéristiques principales sont publiées en figure 1.
Le nombre de composants extérieurs se limite à 4 résistances et 6 condensateurs. De plus il est équipé d’une série de protections internes qui le rend quasiment indestructible.
Le TDA2003 se comporte comme un amplificateur opérationnel. La seule différence se situe au niveau du couplage alternatif des deux entrées.
Après dosage par le potentiomètre P1, le signal est appliqué à l’entrée positive en broche 1. Le gain en boucle ouverte fait 80 dB à 1 kHz et pour obtenir une sensibilité utilisable, nous appliquons à l’entrée négative en broche 2, un signal équivalent au 20^ème de la tension de sortie. Le gain est alors de 26 dB et le taux de contre-réaction de 54 dB.  

Après avoir testé le montage tel que proposé par le kit, nous avons pris la liberté de modifier quelques composants. Le tableau en figure 3, publié par le fabricant nous définit pour chaque composant: sa valeur recommandée, sa fonction et l’effet produit par un changement de valeur. Ainsi, le gain initial de 40 dB a été ramené à 26 dB en remplaçant R1 et R2 respectivement par des valeurs de 100 Ω et 4,7 Ω  ce qui nous donne une sensibilité d’entrée de 250 mVac à la puissance nominale.
Le condensateur C1, est défini par calcul en fonction de la fréquence de coupure haute que nous souhaitons. La valeur calculée pour 100 kHz faisant 7,5 nF, nous avons placé un 6,8 nF. Nous avons remplacé le condensateur de sortie de 1000 µF par un 4700 µF. Et enfin nous avons placé en parallèle sur C4, C5 et C7 un condensateur de 100nF.
Les essais approfondis ne nous ont pas permis de mettre en évidence une quelconque instabilité.
La stabilité dans les montages utilisant des intégrés de puissance n’est jamais le fait d’un design douteux de la part du fabricant, mais bien d’une mise en œuvre mal appropriée. Le principal écueil pour ce type de circuit réside dans le dessin du circuit imprimé. Le fabricant dans sa note d’application définit des critères stricts pour le dessin du circuit imprimé. Ces critères sont bien respectés dans le cas du kit K4001 (photo 4) qui une fois monté et intégré dans le boîtier se révèle d’une stabilité exemplaire.

Schéma de l’alimentation

L’alimentation joue également un rôle important, et la résistance interne la plus faible possible est une garantie supplémentaire de stabilité. C’est pourquoi, nous avons choisi un deuxième kit basé sur l’utilisation du LM317 comme alimentation.
Le TDA2003 accepte une tension d’alimentation comprise entre 8 et 18 Volts. Le LM317 est un circuit régulateur ajustable en tension. La sortie du LM317 se stabiliser en présence d’une tension de 1,25 Vdc entre la broche ‘’ADJ’’ et la broche ‘’OUT’’. La résistance R1 de 120 Ω placée entre ces deux broches impose un courant constant de 10,4 mA (I= 1,25 x 120). Cette source de courant  présente aux bornes du potentiomètre R2 développera une tension stable que nous ajusterons pour obtenir les 18 Vdc en sortie. La régulation pour une charge variable est inférieure à 0,1%, ce qui pour 1 A de sortie, nous donne une résistance interne de 18 mW. Précisons que là aussi, le fabricant définit des critères stricts pour le dessin du circuit imprimé.


MISE EN ŒUVRE

Le boîtier

Le boîtier fait 135x135x60 mm mais il est évident que tout autre boîtier peut faire l’affaire.
La mise en œuvre est très simple, et les photo 2, figure 5 et figure 6 montrent un exemple de réalisation. L’espace est divisé en deux par une cornière en aluminium de 20x40x120x2 mm qui fait office de dissipateur pour les deux circuits. A l’arrière se trouve la partie alimentation et à l’avant l’amplificateur. Le commutateur de mise en service est fixé sur la face arrière. Le but est de ne pas amener de 230 Vac à l’avant. Les marquages sont réalisés à l’aide des cartes équipées des seuls intégrés. Les seules cotes critiques sont celles des fixations des deux intégrés sur la cornière alu. Les deux cartes sont fixées par deux entretoises M3 de 10 mm et par le circuit intégré. Les autres cotes ne sont pas critiques, les divers marquages sont réalisés ‘’In-situ’’.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur le circuit imprimé.


Les circuits imprimés

Le kit amplificateur K4001 peut être acheté monté – en ordre de marche (photo 3 – composants). Comme écrit plus haut, nous avons ajouté 3 capacités de 0,1µF qui sont soudées sous la carte (photo 4). La valeur de R1 (100 Ω) peut être modifiée pour augmenter le gain. Dans ce cas, la valeur de C1 devra être re-calculée selon la formule publiée dans le tableau de la figure 3.  Enfin C7 conditionne la fréquence de coupure basse : 10 Hz pour une capacité de 2200 µF, 5 Hz pour une 4700 µF sous une charge de 8 Ω.
Le kit alimentation K1823 est monté tel que proposé (photo 5 – composants).  Il peut être testé sans charge avant de gagner le boîtier. La tension sera fixée provisoirement à +12 Vdc pour être ajustée à +18 Vdc après raccordement au module amplificateur.


La masse

Les deux circuits sont flottants. Les deux intégrés sont isolés électriquement par un intercalaire et un canon isolant. La mise à la masse du châssis se fait en un seul point de la carte ampli à la cosse ‘’GND’’ de l’entrée (photo 2). On s’assurera que sans ce contact de masse, le circuit est bien flottant par rapport au châssis. Si ce n’est le cas, il faudra chercher et lever la fuite coupable. Cette précaution nous rend un montage totalement exempt de bruit.


QUELQUES MESURES

La réponse aux signaux carrés est excellente. Le dépassement est inexistant et le temps de montée est de 3,5 µSec (figure 9). La fréquence de coupure se situe vers 100 kHz à – 3 dB (figure 10).
Le taux de distorsion (figure 11) à 1dB en dessous de la puissance nominale est inférieur à 0,1 % sur toute la gamme audio. Le taux distorsion d’intermodulation est inférieur à –70 dB. En figure 11 autour de la porteuse à 7 kHz apparaissent de part et d’autre deux battements. Le premier à 50 Hz n’est que l’ondulation parasite résultant du set-up de mesure. Seul le deuxième à 60 Hz représente le battement généré par la non-linéarité de l’amplificateur. La figure 12 présente l’évolution de la DHT à 1 kHz sous une charge de 2 Ω. La figure 13 montre le bruit résiduel de l’ampli, l’entrée en court-circuit, La référence est à –40 dBV, ce qui nous donne un bruit de fond moyen de – 110 dBV. Et enfin vous trouverez le résumé des caractéristiques techniques au tableau de la figure 14. 


Liste des composants


En conclusion

Cet amplificateur par son encombrement réduit et ses excellentes caractéristiques trouvera rapidement sa place dans votre labo. Raccordé à une petite enceinte, il permet de monitorer instantanément tout signal audio.
Si vous hésitez encore à vous lancer, voici une réalisation à la mise en œuvre simple mais soignée, qui sous la forme d’un produit fini vous donnera pleine satisfaction.



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Récapitulatif des photos (Haute définition)