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Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

  1. Tropique

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    juin 2005
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    13 411

    Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    .
    Le projet que je vais entamer aujourd'hui a sans doute un peu de quoi surprendre: il y a peu de sujets aussi "bateau", aussi éculés (attention, pas de "n") que les amplis audio, à part peut-être les alimentations.

    Il doit littéralement y en avoir des millions qui traînent sur le net, et pourtant, il semble qu'il n'y en ait jamais assez: ces topics suscitent toujours autant d'intérêt, autant d'appétit.

    Je vais donc essayer d'exaucer les voeux de nombreux forumeurs comme BastienBastien:


    Citation Envoyé par BastienBastien Voir le message
    ../..
    Plus sérieusement, est-ce que tu as, dans l'un de tes nombreux tiroirs (que j'imagine en désordre), un projet d'amplificateur mais, cette fois, audio ?

    Pas un ampli avec un sachet de pépite de téflon marain des îles anciennes pour purifier le signal, mais un truc qui marche, tout simplement, du tonerre, et qui soit facilement reproductible (sans appairage ou personnalisation nécesaire).

    Ce serait un plaisir de réaliser un ampli en provenance du Tropique Research Labs !

    +
    • Comme vous le subodorez, cet ampli va se démarquer très largement de tout ce qui existe: je n'ai pas pour habitude de proposer des projets "de schémathèque", et cet amplificateur ne sera pas une exception: c'est bien d'un véritable OVNI audio qu'il s'agit.



    Quelles sont les particularités du Circlophone©?

    Son architecture est inclassable selon les critères topologiques classiques: -étage d'entrée-VAS-driver-étage de puissance-.
    Ici, la seule chose définitivement reconnaissable est l'étage d'entrée. Si l'on va plus loin, tout se mélange, tout se fond, et le composite qui commence au déphaseur et se termine aux transistors de sortie forme un tout, avec les gains en tension et en courant distribués sur l'ensemble.
    Parallèlement, se profile un "processeur de bias", qui se rajoute en filigrane sur la topologie de base: fondamentalement, ces deux parties de circuit s'ignorent, travaillent indépendamment, et emploient des chemins différents.
    Mais l'influence indirecte de la voie "bias" se fait sentir sur le traitement signal, à la manière de la voie de pompage d'un ampli paramétrique.

    La combinaison de ces deux éléments donne un ampli totalement atypique, avec des caractéristiques inhabituelles et hautement désirables: la linéarité (distorsion) est environ 10x meilleure qu'une topologie classique mettant en oeuvre les mêmes moyens (réduits), mais ce qui est plus important, c'est l'élimination de toute distorsion de croisement, l'asservissement du courant de repos sans réglage ni appariement ou compensation thermique, et un fonctionnement équivalent à la classe A sur le plan de la qualité.

    D'autre part, il est peu exigeant: non seulement il est "device-independent", c'est à dire qu'il accepte indifférement tous types de transistors, mais ce qui est plus rare, c'est qu'il est aussi "topology-independent" au niveau des transistors de sortie.
    Ici, il est présenté avec des paires CFP, de manière à n'employer que des NPN en puissance, et à perdre une tension minimale, mais on pourrait aussi bien lui greffer des darlingtons, ou même panacher, façon "quasi".
    A part les limites d'écrêtages, aucune caractéristique ne se verrait modifiée.

    .
    • En audio, l'asservissement du courant de repos est une sorte de monstre du Loch Ness, ou de sacré Graal, selon le point de vue. C'est l'idéal à atteindre, mais en même temps, c'est aussi élusif que ce bon "Nessie".

    Ce ne sont pas les tentatives qui ont manqué: il y a fondamentalement deux écoles: les adeptes du "temps réel", et les partisans de la méthode échantillonnée.
    En temps réel, la boucle de régulation du courant travaille à la même vitesse que le signal audio. C'est donc une technique puissante, et même probablement un peu trop: la boucle a le pouvoir d'influer sur le signal utile, et elle ne s'en prive pas. Pour le pire.

    Pratiquement tous les systèmes de ce genre, même s'ils arrivent à leur but premier, ajoutent également des artéfacts indésirables au signal noble.
    Il y a une exception, cependant, c'est le circuit Renardson, qui parvient effectivement à contrôler la transition et à réduire la distorsion.
    Il y parvient en "n'éteignant" jamais un des deux transistors de sortie, qui surveille l'autre pendant sa période théoriquement inactive et le corrige en temps réel.
    Certains diront que c'est une "tricherie", le circuit et son fonctionnement étant complètement asymétriques, mais au fond, ce qui importe est le résultat, et il est incontestablement présent.
    Dans les circuits échantillonnés, un des plus connus est le Visch.
    Ici, un condensateur garde en mémoire la valeur de pilotage de courant de repos, cette valeur étant actualisée quand les circonstances le permettent, càd. vers les passages à 0.
    Ce circuit peut fonctionner dans une certaine mesure, et des amplis de production ont été basés dessus, mais il souffre de gros problèmes d'adaptation dynamique.
    Il est très difficile d'équilibrer le circuit pour que des variations rapides de volume ne puissent perturber les points de polarisation, et en fonctionnement en "bursts", on peut se retrouver avec un courant de repos de quelques ampères, ou au contraire un écrêtage de quelques millisecondes.

    Malgré cela, ce circuit est assez apprécié de certains audiophiles.
    Il y a un autre circuit échantillonné qui lui fonctionne bien: c'est le CircloMOS, décrit dans ces colonnes.
    Mais là, à nouveau on triche: le circuit d'actualisation travaille pendant toute une demi-période du signal à traiter, plus seulement aux passages à zéro.
    La correction est donc beaucoup moins chatouilleuse, et ne "déraille" jamais, même pour les épisodes de signal les plus chahutés.

    A suivre.....

    Voici déjà le schéma, ainsi que des oscillogrammes: un carré de 10KHz, sur charge infinie ou de , et un triangle de 50KHz, à nouveau dans les mêmes conditions

    -----

    Images attachées
    Dernière modification par Tropique ; 11/05/2011 à 21h49. Motif: Typos
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     


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  2. Hoedus

    Date d'inscription
    mars 2010
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    182

    Re : Sans prétention, mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    La suite! La suite!
     

  3. le solar

    Date d'inscription
    septembre 2010
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    1 277

    Re : Sans prétention, mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    meme si je comprend pas tout (debutant )
    l'idée est sympas (d'ailleur je vais le suivre )
    +1 (la suiiiite)
     

  4. bobflux

    Date d'inscription
    août 2010
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    2 paires différentielles à la suite ? Otala, sors de ce corps
     

  5. louloute/Qc

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    octobre 2007
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Ah, enfin une invention authentiquement française : []THE[] Circlophone.
    男人不坏,女人不爱
     


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  6. PIXEL

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    le pére BRAULT parlait déjà du circlotron dans son célébre bouquin
     

  7. ouss76

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Salut

    je ne vais certainement pas tout comprendre mais je vais suivre de près ce projet que je te remercie de nous faire partager
    Je suis nul en électronique.non! ce n'est pas de la modestie je suis réaliste
     

  8. Tropique

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    Plongée au coeur du Circlophone©

    .
    Le Circlophone© est nettement plus ambitieux que tout ce qui a été évoqué ci-dessus: la totalité de la transition est asservie, en temps réel et de manière symétrique.

    Et non seulement le circuit n'ajoute pas d'artefacts, mais il linéarise activement l'étage de sortie, le forçant à travailler à gain constant.
    Ce tour de force est rendu possible par les particularités de la topologie "circlo": ici, plus de transistors complémentaires mais bien identiques, aussi bien en entrée en symétrie "latérale", qu'en sortie en symétrie "verticale".

    On dispose donc de deux chemins de signal bien différenciés: celui, différentiel, qui traite le signal "noble" de manière habituelle, et le mode commun, qui ne modifie pas la sortie mais change les courants de repos de tous les transistors.

    C'est cette indépendance qui va permettre le pilotage par le gestionnaire de courant de repos.
    En effet, il suffit de faire varier le courant de "queue" (tail current) du différentiel d'entrée, pour faire varier l'ensemble des courants, jusqu'aux finaux.
    .
    • Voyons le principe de la correction, et pour commencer, "plantons le décor".

    Les amplificateurs en classe AB ont deux "tares" possibles: si la polarisation est insuffisante, le raccordement du push-pull se fait mal, et il y a un hiatus dans la courbe de transfert, ce qui génère de la distortion de croisement.
    A l'opposé, une polarisation excessive permet aux deux transistors d'être actif en même temps, ce qui cause un doublement de la transconductance (gm doubling).
    Il faut donc une polarisation précise, ce qui est difficile à assurer, dans toutes les conditions de température et de puissance notamment.
    De plus, même à la polarisation optimum, les deux types de défaut persistent quelque peu, et coexistent simultanément.

    Cependant, il devrait être possible d'éviter ces défauts: la transconductance d'un bipolaire peut s'exprimer comme le produit du courant d'émetteur par une constante, et si le courant est transféré de l'un vers l'autre pendant la transition, la somme va rester constante, de même que la transconductance globale résultante.
    Sauf que...
    Il faut faire le transfert à somme constante, et même quand c'est le cas, si des résistances d'émetteur sont présentes, elle ne vont pas varier en fonction du courant comme les jonctions, et venir jouer les trouble-fête dans ce bel équilibre.

    Dans les architectures classiques, ces résistances sont indispensables pour stabiliser thermiquement l'étage.

    Avec le Circlophone©, l'attaque des transistors de puissance se fait surtout en courant, ce qui diminue déjà l'impact de la transconductance, et il n'y a pas de résistances d'émetteurs: il y a des résistances, dont l'une se trouve placée dans un émetteur, mais en fait ces résistances sont en série dans les alims, et sont sans influence sur le signal. A fort courant, elles sont d'ailleurs shuntées par des schottky, là non plus sans impact néfaste sur la linéarité.
    Leur seul rôle est de détecter le courant passant dans l'étage de sortie, et elles ne servent qu'au gestionnaire de polarisation.

    Voyons son fonctionnement:

    Deux transistors, Q2 et Q13 détectent le courant passant dans les shunts, R8 et R11; leurs Vbe sont compensés par Q7 et Q12.
    Au niveau de Q2 se produit une opération, qui est à la fois la somme des deux informations courant+ et courant-, mais également leur concaténation: Q2 ne peut conduire que si le courant dans R8 est suffisant, ET que Q13 détecte un courant dans R11.
    Autrement dit, quand un courant suffisant traverse (de part en part) l'étage de puissance, Q2 réduit la commande de la source de courant Q1: on a une régulation du courant de repos.
    On peut également voir les choses dans l'autre sens: si l'un des
    courant+ OU courant- descend trop, Q2 ouvre la vanne et augmente le courant.
    Le circuit fait donc une opération logique, OU ou ET, selon le point de vue, mais ce n'est pas une opération booléenne habituelle: cela se passe dans le domaine linéaire, et un manque de courant d'un côté peut être compensé par un supplément dans l'autre.
    (Attention, les références de composants se rapportent au 1er schéma, les simu qui suivent ont une nomenclature différente!)
    Cela a pour résultat de contraindre rigidement les deux moitiés du push-pull à un partage équitable.
    Cette "camisole" les force à garder une transconductance globale constante, et redresse la fonction de transfert dans la zone de crossover.

    Ce qui rend l'étage particulièrement linéaire, avant même que la contre-réaction globale n'intervienne.
    Celle-ci est très modérée: l'architecture est équivalente à celle d'un ampli basique, et les trois transistors "signal" supplémentaires ne servent qu'à l'asservissement et à la correction, pas au gain OL (et on voit que c'est un bon investissement!).

    L'asservissement permet donc d'éliminer le souci du courant de repos, mais va également beaucoup plus loin, en éliminant la distorsion à bas niveau, là où elle est la plus gênante.

    L'image Circlophone1 montre comment cela se passe: en rouge et en bleu, on voit les courants de collecteur des deux transistors de sortie: en regardant bien, on voit qu'ils ne s'annulent jamais et que même pendant leur "repos" théorique, ils laissent encore passer ~80mA.
    On voit également la distorsion, un peu inférieure à 0.004%: c'est un chiffre excellent sans être exceptionnel, mais ici le but n'est pas d'arriver au ppm, voire au ppb dans certains cas (c'est possible aussi, cela fera peut-être l'objet d'un autre projet).
    On cherche avant tout à créer un ampli ayant des qualités objectives excellentes dans tous les domaines, pas à battre des records.
    Circlophone2 zoome sur les bas niveaux de courants.
    Circlophone3 est encore plus plus surprenante: elle permet d'épier les rouages les plus intimes du processeur de bias en pleine action, c'est le "tail current" de l'étage d'entrée, et on voit qu'il est modulé en temps réel pour effectuer la correction active de linéarité.
    Circlopic1 et 2 sont des images d'un des protos.

    A suivre..
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  9. ouss76

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    Re : Plongée au coeur du Circlophone©

    Salut

    STP, quel est ce composant en forme de chapeau avec un cul vert qu'on voit sur le proto?
    Je suis nul en électronique.non! ce n'est pas de la modestie je suis réaliste
     

  10. bobflux

    Date d'inscription
    août 2010
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Rusé.

    Quid de la saturation ?

    Et à l'écoute, ça donne quoi ?
     

  11. polo974

    Date d'inscription
    février 2007
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    Re : Plongée au coeur du Circlophone©

    Citation Envoyé par ouss76 Voir le message
    Salut

    STP, quel est ce composant en forme de chapeau avec un cul vert qu'on voit sur le proto?
    les diodes schottky... (il y en a 2)
    Le mieux est l'ennemi du bien, et c'est bien mieux comme ça...
     

  12. Tropique

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    Re : Plongée au coeur du Circlophone©

    Citation Envoyé par polo974 Voir le message
    les diodes schottky... (il y en a 2)
    En effet, ce sont des schottky en boîtier métallique, des 1N5823 pour être exact.
    Le type précis est absolument sans importance, seul compte le calibre courant.

    Citation Envoyé par bobfuck Voir le message
    Rusé.

    Quid de la saturation ?
    C'est "squeaky clean" (clean de chez clean, en bon françois contemporain).

    Je reviendrai en détails plus tard sur les performances et caractéristiques, mais voici déjà un aperçu.

    C'est en simu, mais la réalité est rigoureusement identique.

    Vue générale, et zoom sur les écrêtages positifs et négatifs.



    Et à l'écoute, ça donne quoi ?
    Ici, c'est Futura-sciences, et seuls les aspects objectifs et quantifiables sont discutés

    Il faudra le construire pour avoir une idée....
    Images attachées
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  13. bobflux

    Date d'inscription
    août 2010
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    > Ici, c'est Futura-sciences, et seuls les aspects objectifs et quantifiables sont
    > discutés

    LOL

    Alors il faudrait définir une mesure de distortion corrélée avec les résultats d'écoute, c'est pas gagné. À part celle de Geddes & Lee mais évidemment ça n'a intéressé personne, imagine un peu qu'on puisse mesurer réellement la performance audiophile d'un circuit, instantanément des légions de charlatans se retrouveraient privés de pigeons... pas possible ça...

    > Il faudra le construire pour avoir une idée....

    N'est-ce pas le but ?

    Enfin à part avec un test ABX double aveugle, les résultats sont aléatoires...
     

  14. le solar

    Date d'inscription
    septembre 2010
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    1 277

    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    qu'elle est le coup de fabrik' de cette ampli (env) meme si le but est de le faire a la main ...
     

  15. bobflux

    Date d'inscription
    août 2010
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    4 613

    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Y'a rien de cher sur le schéma, aucune trace de composant audiophile doré à l'or fin !

    Quand tu fabriques un ampli, ce qui coûte des ronds c'est :

    - le gros transfo et les capas
    - les dissipateurs
    - le boîtier (si tu en veux un joli)
    - les conneries (connecteurs, boutons, etc)

    Une bonne méthode pour réduire ces coûts est de choper un ampli mort dans une benne, et de garder boîtier, connectique, transfo, etc.
     

  16. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    .
    • Nous n'avons pas encore examiné un autre corolaire intéressant lié à la présence du gestionnaire de bias: en effet, il oblige les deux transistors à être tout le temps actifs, et cela à assez haut niveau (~180mA au croisement).

    Ce repos "chaud" n'est pas littéralement de la classe A, mais s'en rapproche très fort: le nœud de sortie est en permanence contrôlé en positif et en négatif par l'étage de sortie, au contraire d'un étage classe B classique, où un seul des transistors est actif à la fois, ce qui laisse un degré de liberté résiduel à la sortie: on peut voir cela comme une diode en série avec la source de sortie idéalisée, la charge servant de pull-up ou de pull-down pour maintenir la "diode" (conceptuelle) conductrice, et la tension de sortie à la bonne valeur.

    Cela peut se comparer au plateau porté par un garçon de café: s'il est habile, il peut faire des pirouettes en le portant d'une seule main, mais il y a des limites: quand l'accélération devient trop forte, le plateau décolle de la main, les verres du plateau, et c'est le désastre.

    Dans des circonstances difficiles, comme un bateau sur une mer démontée, il est plus sûr de couvrir les verres d'un autre plateau et de tenir le tout à deux mains: c'est moins élégant, mais plus sûr.
    L'équivalent d'une mer démontée pour un ampli est une charge difficile, un HP particulièrement réactif: dans ce cas, quand une des moitiés "décolle", il faut que ce soit détecté par la contre-réaction globale, qui active l'autre transistor pour garder les choses sous contrôle.

    Dans le cas du Circlophone©, ces situations sont gérées directement au niveau de l'étage de sortie sans faire appel à la CR globale, exactement comme dans un ampli classe A.
    .
    • Il reste encore un point important à noter concernant le fonctionnement en "non-switching class B": c'est que le transistor (théoriquement) non-actif reste toujours en "état de vigilance", et c'est le cas de tous les autres transistors le précédant, jusques et y compris l'étage d'entrée.

    Ce distinguo est essentiel, parce que beaucoup d'étages annoncés comme "non-switching", sous le prétexte d'un courant de polarisation permanent ne sont rien d'autre que des push-pull standards, que l'on force artificiellement à avoir un courant de fuite relevé, mais sur lequel le signal reste sans effet.

    Dans ces cas, ce courant est purement décoratif et cosmétique, et n'a aucun effet favorable sur la linéarité, uniquement sur l'étiquette de prix.
    Dans le Circlophone©, l'entièreté de la chaîne depuis l'entrée est contrôlée, et reste en permanence en régime linéaire actif: le maintien du transistor en stand-by avec un courant de ~80mA est le résultat d'un équilibre permanent entre la boucle différentielle et la boucle de mode commun, et cet équilibre varie continuellement en fonction de la valeur instantanée du signal
    A ce titre, le fonctionnement est plus proche de la classe A que de la classe B, mais la puissance dissipée, si elle est environ trois fois supérieure à celle d'un ampli classe AB normal, est sans commune mesure avec celle de la pure classe A: c'est de la classe AB "chaude".

    Ce niveau relativement élevé a été choisi pour que le processeur de bias ait suffisamment de marge de fonctionnement: contrairement à un ampli classe AB habituel, il n'y a plus d'optimum ("sweet-spot") vers 60mA, et on est libre du choix de la valeur.

    Entre 150 et 200mA, on est largement assez haut pour éloigner les effets de toutes les dispersions, sans tomber dans un gaspillage déraisonnable.
    .
    • La topologie du Circlophone© offre encore un autre avantage inhérent à sa nature: le circuit est complètement équilibré, et lorsque l'ampli "s'éveille" à la mise sous tension, ni la voie positive ni la voie négative ne domine. De plus, le processeur de bias contribue à contraindre un synchronisme de l'entrée en activité des deux moitiés de circuit, même s'il y a des dispersions dans les composants.

    La conséquence?
    Il n'y a pas de "pop" à la mise sous tension (ou hors tension) de l'ampli. On peut donc faire l'économie d'un relais anti-pop.
    Attention, cela ne signifie pas nécessairement qu'il n'y aura rien en pratique: l'ampli sera précédé d'un préampli ou autre source, et si cela génère un "pop" alors que l'ampli est déjà actif, il sera amplifié.

    A suivre.....
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  17. Tropique

    Date d'inscription
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    Informations en vrac

    .
    • La tension d'alimentation de +/-25V est purement indicative; en pratique le Circlophone© pourra sans problème fonctionner dans une large plage d'alimentation, sans modification ou avec éventuellement une adaptation mineure de valeur de composant.

    Les tensions de déchet étant <1.5V, la tension de sortie de l'exemple peut aller jusqu'à 23.5V, ce qui est suffisant pour atteindre une puissance sinus moyenne >60W sur 4ohm; ~70W en fait.
    Ce qui est déjà très confortable pour un ampli à usage domestique, et proche du maximum raisonnable pour la dissipation des transistors de sortie: en effet, à mi-puissance, càd 35W, on dissipe une puissance identique dans les transistors, 17.5W chacun.
    On pourrait en principe pousser jusqu'à 25% de la puissance dissipable maximale théorique de 115W, mais en pratique, cela exige des refroidisseurs conséquents, et il n'est pas non plus garanti que l'on reste dans la SOAR pour des charges fortement réactives.

    Les tensions d'alims pourraient aller de 15V à 40V* sans modification, mais en pratique, il est malgré tout préférable d'adapter certaines choses: pour un fonctionnement optimum, le courant dans R21 doit être compris entre 1 et 1.5mA, même si l'ampli tolère des variations dans un rapport de 1 à 2 dans les deux directions.
    D'autre part, il y a la (ou les) zeners dans le collecteur de de Q5: leur but est de réduire la dissipation dans Q5, pour la rendre comparable à la dissipation moyenne de Q6.
    Si on n'en change pas, à 15V, Q5 aura encore juste assez de marge pour fonctionner, et à 40V, on sera proche du maximum de 800mW sans radiateur.
    Donc, cela fonctionne, mais ce sont des conditions qu'il vaut mieux éviter, et il est préférable de choisir une valeur approximativement égale à la tension d'alim moyenne.
    Si l'on souhaite que l'ampli puisse fonctionner avec des tensions fortement variables, on peut mettre une valeur minimale, et équiper Q5 et Q6 de petits radiateurs.

    Pour le reste, les circuits ont un fonctionnement indépendant de la tension, et on pourrait si on le souhaitait descendre encore plus bas, ou monter plus haut, mais dans cette direction, on arrivera vite à des puissances excessives, sauf à mettre des transistors énormes, ou à sortir sur 16 ohm.
    .
    • La gamme de puissances recommandées pour cet ampli va de 10 à 100W, c'est un ampli domestique typique.
    Si on voulait encore descendre, la puissance permanente dissipée deviendrait une proportion déraisonnable de la puissance utile, ce ne serait pas avantageux.
    Pour monter plus haut, il y a deux voies possibles (et non-exclusives): soit adopter un montage en pont, pour un doublement, soit une mise en parallèle de transistors de sortie. Cette option implique d'ajouter des résistances d'équilibrage, ce qui serait un peu dommage (mais possible).
    .
    • L'impédance de la charge de sortie peut descendre aussi bas que 2 ohm: l'ampli le tolère sans problème, mais il faut rester réaliste et ne pas choisir une tension d'alim excessive, sinon on aboutira à des puissances de sortie délirantes.
    .
    • La sensibilité d'entrée pour la puissance maximale est de 0.7Vrms, c'est une valeur passe-partout qui peut être (modérément) adaptée en changeant le rapport R17/R16.
    .
    • L'ampli est représenté avec un filtre d'entrée et des condensateurs de blocage du DC, c'est l'option la plus normale et la plus raisonnable.
    Si on a une âme de casse-cou, on peut éliminer ces composants pour obtenir une réponse non-limitée descendant au DC, mais je ne le recommande certainement pas, et cela obligerait pratiquement à utiliser des transistors appariés pour Q3/Q4, ce que nous ne souhaitons pas pour cette réalisation.
    La plupart des mesures et simus ont été faites sans cependant, puisque le but est de mesurer les "vraies" performances brutes de l'ampli, pas celles des filtres
    .
    • Plusieurs autres composants ont une utilité apparente limitée, voyons leur raison d'être: toutes les diodes D1, D2, D3, D6, D7, D10, D11 évitent aux boucles d'asservissement de s'aventurer trop loin de leur domaine de fonctionnement normal, et R26, R22 "cassent" des chemins potentiels de courants de surcharge et "durcissent" le montage vis-à-vis des EMI/RFI; aucun n'intervient en fonctionnement normal.
    .
    • Toutes les résistances sont des 0.25W. Les composants actifs doivent être choisis en fonction du calibre tension/courant/puissance nécéssaire. Si cette condition est remplie, n'importe quoi convient.
    On peut évidemment choisir des composants un peu plus luxueux: les 2N3055 ont été mis pour montrer qu'il est possible d'arriver à des caractéristiques excellentes avec des moyens minimalistes, mais on peut mettre des vrais transistors audio si on le souhaite, qui auront un Hfe plus plat, une meilleure rapidité, cependant il ne faut pas s'attendre à des améliorations considérables: on arrivera peut-être à diviser la distorsion par deux, ce qui sans être négligeable n'est pas réellement significatif.
    Au niveau de la vitesse, il y a probablement plus à gagner, mais les 2N3055 permettent déjà un slew-rate de 20V/µs et une bande en puissance dépassant les 100KHz, ce qui est suffisant pour de l'audio non-audiophile.
    .
    • Le circuit n'est équipé d'aucune protection: certains trouveront cela dommage, mais ce n'est pas un ampli de sonorisation pro, et un circuit de protection fiable et sérieux alourdirait significativement le montage et impacterait les performances. Conséquence: il ne faut pas faire de court-circuit en sortie, cela ne pardonnerait pas.

    Pour protéger le haut-parleur d'une défaillance d'un des finaux, on peut insérer un fusible dans la sortie. Pour conserver les bonnes performances de l'ampli, il est impératif de connecter la contre-réaction R17 en aval de ce fusible (directement sur le HP).

    N.B. ce fusible ne permettra absolument pas de sauver les transistors en cas d'incident.

    *Si les transistors ont un Vceo>80V, évidemment.

    A suivre....
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  18. Tropique

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    Construction, particularités, caractéristiques.

    .

    Le chapitre construction est probablement le plus bref que l'on puisse rêver : grâce au miracle du servo, pour peu que les composants soient assemblés dans le bon ordre, le fonctionnement sera assuré
    .
    • Les composants sont non-critiques.
    • Aucune sélection, appariement ou tri n'est nécessaire.
    • Pas de composant de compensation thermique nécessaire, et les paires de transistors qui se compensent entre eux sont ensemble sur la carte de l'ampli, et tolèrent sans problème quelques degrés d'écart.
    • Pas de résistance de puissance.
    • Pas de mise au point ou réglage, le servo fait tout automatiquement, et c'est toujours optimal.
    • Pas de risque d'emballement thermique, le courant de repos est indépendant de la température des transistors de sortie. Il suffit de mettre des dissipateurs de taille adaptée à la puissance.

    Les seuls composants un peu inhabituels sont les schottky, mais si cela pose des problèmes, on peut même mettre des diodes normales (rapides de préférence), cela ajoutera ~500mV aux tensions de déchet, sans plus.

    Un petit mot concernant C11: il est indiqué en connexion optionnelle, et cela peut choquer de voir un condensateur de cette valeur directement en parallèle avec la jonction B-E.
    En principe, il ne devrait pas être nécéssaire, mais j'ai constaté que dans certains cas, il y avait parfois des velléités marginales d'instabilités dans la paire supérieure du push.

    C'est très bénin, à peine un épaississement de la trace dans une certaine plage de niveaux, dans des circonstances particulières, impossibles à reproduire de manière déterministe, et ce ne sont pas quelques dizaines de millivolts à plusieurs mégahertz qui risqueraient de mettre en danger des tweeters, mais il est évidemment hors de question de tolérer la moindre instabilité d'un ampli, aussi inoffensive ou fugitive qu'elle soit.

    Je conseille donc d'installer ce condensateur, même s'il est inutile dans +99% des cas, c'est une garantie absolue et il n'a aucun effet néfaste, tous les oscillogrammes et mesures ont été effectués avec.
    Les paires CFP sont souvent un peu "nerveuses", et un tel condensateur est une des méthodes pour les maîtriser.
    La valeur ne doit pas effrayer: avec les 15 ohm, cela ne représente jamais qu'une constante de temps de 150ns, et de plus, la capacité de diffusion du 2N3055 est énormément plus élevée, sans compter qu'il sera shunté par la résistance dynamique Rbe, qui fera moins de quelques ohms.
    Bref pas de quoi fouetter un chat, on peut l'implémenter sans états d'âmes.

    Il faut dire que la compensation est un peu le point délicat de cette topologie: avec les voies positives et négatives suivant un trajet séparé et parallèle, plus la boucle de mode commun qui est également rapide, les stratégies habituelles sont inopérantes, et les valeurs finales sont plus le fruit d'essais pratiques que de calculs ou de simulations.

    On remarque d'ailleurs que le réseau de Zobel a des valeurs totalement atypiques.

    Mais que l'on se rassure: bien qu'il y ait probablement des choses pouvant être améliorées sur ce plan, le niveau actuel de fonctionnement est déjà tout à fait satisfaisant et suffisant: les oscillogrammes des carrés le démontrent amplement.

    Le fait que la construction soit facile ne doit pas encourager à la négligence du layout ou du cablage: si l'on est pas soigneux, on aura certes un ampli fonctionnel, mais qui ne réalisera pas son plein potentiel. Au niveau de performance atteint, des masses incorrectes, des découplages insuffisants ou un cablage du noeud de sortie fait autrement qu'en étoile se payera par une dégradation perceptible.

    Caractéristiques principales:
    Avant d'aborder les données quantitatives, un petit commentaire informel sur les capacités de cet ampli:
    Ce qui frappe, c'est la pêche, la vigueur, la bonne santé qu'il affiche en toutes circonstances.
    Rien ne lui semble insurmontable, et j'ai été jusqu'à le tester avec des charges inférieures à 1 ohm, qu'il a digérées sans broncher (je ne recommande pas de tenter l'expérience cependant!).
    Et ce qui est remarquable, c'est qu'il a accepté de bonne grâce, en sortant toujours un signal irréprochable.

    Un autre test, informel mais révélateur, est de brancher et de débrancher la charge alors qu'il sort un triangle à 50KHz: avec la plupart des amplis, même si le triangle reste apparemment parfait, on perçoit un petit changement au moment du branchement ou du débranchement: un infime "tortillement", absolument pas quantifiable, mais dont le mouvement est perçu par l'oeil.

    Ici, j'ai d'abord cru que mes câbles avaient un faux-contact: rien n'était visible. C'est seulement quand j'ai senti la charge chauffer que j'ai compris que tout était en ordre: simplement la sortie est stable comme le roc.

    Sur une charge de 4 ohm, à 90% de la tension d'écrêtage:
    THD à 1KHz: <0.005% (50ppm)
    Slew-rate: 20V/µs
    Bande passante en puissance (FPBW): 110KHz
    Temps de montée pour 10% de la tension max (tr, tf): 500ns
    Impédance de sortie à 1KHz: 2.5milliohm
    Ecrêtage: Valim-1.5 (propre, voir simu plus haut)

    La bande passante en petits signaux n'a pas été mesurée, elle n'a pas grand intérêt.
    Voir ci-dessous l'impédance en fonction de la fréquence.
    Je joins également le fichier de simu, pour ceux qui sont interéssés. Attention, les caractéristiques dynamiques en grand signaux divergent complètement de la réalité: le FPBW en particulier est ridiculement plus bas que les 110KHz mesurés.

    A suivre....
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  19. Pr Stanislas

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    beau travail
    Je veux la même chose avec des lampes, je passe commande.
    Allez Tropique! au boulot!
     

  20. Tropique

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Citation Envoyé par Pr Stanislas Voir le message
    beau travail
    Je veux la même chose avec des lampes, je passe commande.
    Allez Tropique! au boulot!
    Mais en réalité, c'est déjà fait (presque): le nom, "Circlo", est dérivé du célèbre Circlotron (pas confondre avec le Tringlotron), et les principes de base sont identiques: c'est une sorte d'hommage de ma part à cette topologie remarquable.

    Il faut tempérer cela par quelques petits bémols: bien que la topologie du Circlophone© affiche ouvertement sa filiation, elle ne serait pas réalisable uniquement avec des éléments actifs de polarité homogène: j'ai malgré tout exploité les ressources de la techno moderne, et le déphaseur, au lieu d'être un seul élément identique aux autres, comme dans un Circlotron historique, est constitué de deux éléments de polarité opposée à celle des étages de sortie.
    Il y a des avantages certains à travailler de cette manière, c'est un peu compliqué à détailler ici, mais cela permet de dépasser les limitations du Circlotron en fonctionnement en classe B.

    Dans le Circlophone©, le meilleur des deux mondes est exploité: la perfection des "compléments virtuels" est associée à des drivers de polarité opposée, qui permettent d'aller au dela de la classe A, sans limitation.
    Et en plus, il y a aussi le processeur de bias, qui est un élément clé, et serait très compliqué à implémenter en tubes à vide.

    Le célèbre ampli de John Linsley Hood (JLH) est un exemple de Circlotron à semiconducteur, mais il est en classe A.

    Le Circlotron historique employait en plus un système d'alims flottantes, d'où il tire son nom, mais en fait, c'est essentiellement du folklore: http://circlotron.tripod.com/
    Dans n'importe quel ampli, on peut arranger des alims flottantes dans un certain ordre, pour atteindre des objectifs particuliers (exemple: avoir les collecteurs de tous les transistors de sortie connectés à la masse), mais ce n'est pas déterminant de la topologie.

    Je décrirai peut-être une version à tubes du Circlophone, avec quelques astuces pour dépasser les limitations intrinsèques.
    Dernière modification par Tropique ; 16/05/2011 à 08h30. Motif: Typo
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  21. Tropique

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    Les meilleures choses ont une fin

    Pour conclure:

    Voici enfin, pour référence, une description formelle du circuit.

    Entrée:
    Après le filtre destiné à couper le DC et à éviter l'intrusion de signaux HF, vient l'étage différentiel d'entrée, très classique.
    C'est la seule partie identique à celle d'un ampli conventionnel.
    Le contrôle du courant de polarisation l'est beaucoup moins, mais nous reviendrons dessus plus tard.
    Cet étage compare la tension d'entrée à celle provenant du diviseur de contre-réaction R16-R17, qui détermine le gain de l'ampli, ici un peu plus de 20x.
    Il y a à nouveau un condensateur de blocage C3, qui permet de réduire l'offset éventuel causé par les transistors d'entrée non-appariés.
    Cet offset devrait en tous les cas rester inférieur à 40mV.
    C6 assure la compensation en fréquence principale de la voie différentielle.

    Déphaseur:
    A partir d'ici, nous entrons dans le domaine du Circlotron.
    Cet étage n'amplifie pas au sens habituel du terme, mais il permet de convertir le signal en deux courants complémentaires attaquant les deux éléments de puissance.
    On peut remarquer que cette approche n'est pas limitée à l'attaque d'un push-pull "vertical" comme ici: elle pourrait être utilisée de manière identique avec un étage "horizontal" à transfo de sortie à point milieu p.ex., ou une variante de Circlo.
    Ces courants complémentaires, en association avec les résistances B-E R9 et R12 permettent de créer un étage de sortie ayant des "compléments virtuels", en n'utilisant que des transistors d'une seule polarité.
    Ce déphaseur possède une particularité: il conserve le mode commun.
    En général, un étage différentiel est utilisé avec une source de courant "de queue", pour éliminer le mode commun. Ici, au contraire, le mode commun est transmis tel quel par l'utilisation d'une résistance.
    Cela a de l'importance, car c'est ce qui va permettre le contrôle du courant de repos.

    Etage final:
    Ici, il est constitué de paires CFP, qui sont équivalentes à des darlington PNP, mais avec l'avantage d'un Vbe plus faible.
    Il n'est pas possible de dissocier cet étage du précédent: en effet, le composite supérieur semble travailler en émetteur commun, avec un gain en tension, alors que le composite inférieur semble travailler en collecteur commun, avec le gain en tension procuré par le déphaseur.
    En réalité, l'agrégat est strictement homogène et procure une complémentarité parfaite, non-limitée par des différences technologiques entre éléments P et N.

    Processeur de bias:
    Le courant traversant l'étage de sortie est surveillé par les résistances shunt, R8 et R11//R24.
    Les tensions résultantes sont converties en courants par Q2 et Q13, dont le Vbe est compensé par Q7 et Q12.
    Au niveau de la base de Q2 se produit une opération "ET" analogique, qui impose d'avoir toujours un courant minimal dans les deux transistors de sortie.
    Le résultat de l'opération commande la source de courant polarisant l'étage d'entrée, Q1.
    C1 est le condensateur de compensation principal de la boucle de mode commun.
    Ce signal de mode commun suit un un chemin parallèle et indépendant de celui du signal tout au long de l'ampli, et se retrouve sur l'étage de sortie: la boucle est bouclée.

    Divers:
    Il y a encore quelques éléments de compensation marginaux, qui sont rendus nécessaires par l'imbrication des deux boucles: C2 et C12.
    C4 et C7 sont classiques, l'un procure une avance de phase à la contre-réaction, et l'autre participe du Zobel de sortie pour stabiliser l'ampli sans charge.
    On pourrait le compléter par une self amortie si l'on sait que la charge va être très capacitive, mais en pratique, il y a peu de chance que ce soit réellement nécéssaire: l'ampli a une impédance de sortie particulièrement basse, et les câbles de raccordement auront normalement assez de résistance et d'inductance parasite pour protéger la sortie de l'ampli.
    Les zeners D8 et D9 ne sont pas indispensables, elles permettent de soulager Q5, qui sans cela verrait en permanence la totalité de 2*Valim. Leur total doit valoir environ Valim, elles sont soumises à un courant moyen d'environ 13mA.

    Autres versions:
    Pour montrer la flexibilité de la topologie et illustrer ce qui avait été mentionné précédemment, à savoir la possibilité d'utiliser indifféremment n'importe quelle configuration pour l'étage de sortie, voici une variante employant des darlingtons intégrés de polarité N: tout a été "retourné" pour adapter le schéma, et on constate que les performances restent très similaires: excellentes.

    Fin.
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  22. bobflux

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Pourrais-tu mettre le fichier .asc de la dernière version pour une petite simul ?
     

  23. Tropique

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Voici.

    J'ai mis le folder contenant les modèles et symboles piqués d'un exemple de LTspice.
    Dernière modification par Tropique ; 16/05/2011 à 13h07. Motif: PJ incorrecte
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  24. bobflux

    Date d'inscription
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Hum, je n'ai pas l'impression que ce soit le bon fichier, là dedans je trouve ça :
    Images attachées
     

  25. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Oups, oui: j'ai zippé un peu trop vite.
    Voici la bonne version:
    Fichiers attachés
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  26. polo974

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Bonjour, ça faisait quelques jours que j'ai repris le schéma sur mon ltspice.
    Et j'ai un peu rebricolé (car il y a 2 transistors qui me font penser à un npnp...)

    Un peu démêlé à la façon dont fonctionne mon cerveau...
    je joins le schéma (pour un démontage en règle point par point si besoin...)
    Draft3.asc.txt

    j'ai juste simulé, pas soudé...

    Merci à Tropique pour ces études toujours intéressantes.
    Le mieux est l'ennemi du bien, et c'est bien mieux comme ça...
     

  27. Tropique

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    juin 2005
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Citation Envoyé par polo974 Voir le message
    Et j'ai un peu rebricolé (car il y a 2 transistors qui me font penser à un npnp...)

    Un peu démêlé à la façon dont fonctionne mon cerveau...
    je joins le schéma (pour un démontage en règle point par point si besoin...)
    .
    C'est fondamentalement la même partition, mais interprétée par un autre musicien.
    Indépendamment des choix de valeurs un peu plus mous (ce n'est pas péjoratif!), et du remplacement des transistors en diodes par des diodes explicites, je remarque la variante de l'écrêteur de la boucle CM, réalisée avec D1, 2, 3 et R15 qui est différente, et peut peut-être se montrer prometteuse.

    C'est intéressant d'avoir une seconde lecture sur le schéma: ce n'est pas parce que j'en suis le créateur initial que j'ai le monopole des bonnes idées, et souvent un regard extérieur permet de voir des choses à côté desquelles on est passé.

    C'est comme les mots croisés: c'est souvent plus facile de terminer ceux qui ont été commencés par quelqu'un d'autre.

    C'est d'ailleurs pour cette raison que je soumets mes projets au débat public.

    Le résultat ici est un ampli qui tire plus vers la classe A complète, avec un courant de repos de ~0.8A, et probablement une faiblesse dans une des voies, puisque la distorsion monte à 0.012%, presque uniquement en harmonique 2.

    Il tout à fait possible que le résultat soit plus plaisant à l'oreille que le circuit d'origine.
    Images attachées
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  28. steph_tsf

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Le circlophone me ramène à l'ampli VMOS publié en 1979 dans la note d'application DA76-1 de Siliconix, ensuite repris par F. de Dieuleveult dans "Electronique Application" puis ensuite repris, dans une version simplifiée, par Etienne Lemery dans la revue "le Haut-Parleur". Le circlophone introduit un courant de polarisation variable au niveau de la première paire différentielle, qui influe sur le courant de repos des transistors finaux. Dès lors, ma question : est-il possible d'envisager un circlophone avec des transistors NMOS verticaux, bon marché, avec les sources de courant "driver" comme dans l'implémentation de Siliconix, comme dans l'implémentation de F. de Dieuleveult ?
    http://www.diyaudio.com/forums/solid...mplifiers.html
     

  29. bobflux

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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Le chti problème avec les 2 transistors du premier différentiel qui n'ont pas de résistance d'émetteur c'est que ça marche bien en simulation parce que tous les transistors sont absolument identiques et à la même température... par contre en réel, les transistors ne sont jamais parfaitement appariés, ni au même point de fonctionnement, et il y a toujours une différence de température, à moins d'utiliser un transistor double avec interdigitation...

    Donc adieu les propriétés fort désirables d'une paire différentielle...

    L'impédance de la source entre en jeu aussi via les courants de base.

    Z Source = 0 ohm => THD 0.006%
    Z Source = 10k ohm => THD 0.18% + offset continu 0.6V en sortie

    Il faudra donc mettre un buffer après le potar de volume.

    En simulant une différence de température de seulement 5°C entre les 2 transistors, on obtient un décalage en sortie de 0.4V ce qui est assez énorme, plus un doublement du THD.

    hum hum hum...
     

  30. polo974

    Date d'inscription
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    Re : Sans prétention mais innovant: c'est Le Circlophone©, un petit ampli qui a tout d'un grand

    Oups à mon tour (à force de tripoter les valeurs...), r15 à 10k est plus conforme...
    C'est effectivement là la plus grosse modif car je trouvais la 33k qui redescendait vers le coté - un peu étrange... et le réglage du courant était très couplé...

    J'ai de la sorte la mesure du courant dans la branche - qui est réfléchie de r22 vers r14 par q11 et plus de retour vers le bas... (on peut mettre un transistor à la place de d10 (npn base collecteur relié))
    Comme ça, on symétrise les mesure en jouant sur r6 qui polarise la 1n914 du bas.
    Et ensuite, on règle le tout en jouant entre r15 et r21.

    J'ai symétrisé les valeurs de résistance de mesure, mais il faut faire gaffe si on met des diodes pas schottky, la puissance dissipée risque de monter... (d'ailleurs j'en ai mis 2 en // pour gratouiller un peu de tension de déchet, (en simul, il suffit de cliquer )).

    Pour les passe-bas, j'ai mis pour bien arrondir les bosses en piquant le signal un peu partout, sachant que je ne connais pas grand monde qui entende au-delà de 20kHz, il y a encore de la marge...

    J'ai effectivement modifié de façon asymétrique les R émetteur/base des étages de sortie, ce qui a pu déséquilibrer tout ça...

    Par contre j'ai du mal à comprendre la paire de diodes et le 470u sous la 470 de la contre réaction générale (du schéma du premier post).
    Le mieux est l'ennemi du bien, et c'est bien mieux comme ça...
     


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