Etude amplificateur audio: schéma de base du LM386

[PeterMacGonagan]

Bonjour ,

J'ai simulé dans Isis le schéma interne d'un amplificateur audio de type LM386 (cf. image).
Le problème est que le signal est clampé à la sortie. Pourriez-vous m'expliquer pourquoi svp? J'ai essayé de placer un condensateur de liaison à l'entrée mais cela n'a eu aucune effet... Ca me semble logique vu que l'entrée de cet ampli est une paire différentielle donc le signal peut être à n'importe quel offset, on s'en fiche.

En ce qui concerne la source de courant, je l'ai réglée à la louche . Je ne sais pas vraiment comment faire. Je l'ai remplacée par une simpe résistance et ça fonctionne également. Techniquement comment font-ils dans leur circuit?

Je trouve "bizarre" l'assemblage du npn et du pnp (Q10 et Q8)dans le montage push-pull. Je pense qu'il est là pour reprendre la chute de tension de l'autre NPN Q7 qui tire le courant à travers les diodes?

Merci pour toutes vos explications
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[PeterMacGonagan]

Je me réponds à moi même!
=> Je suis trop bête: la résistance R7 est une résistance de contre-réaction. Elle n'est connectée qu'à la sortie Vout. Je l'avais connectée également au centre des diodes ...

Pour ceux que ça intéresse, je vous mets tout de même ma simulation. C'est un petit schéma fonctionnel. Pratique je pense si on veut jouer avec des transistors sur un bread board et mesurer plein de paramètres (un peu compliqué quand même comme schéma sur bread board lol).

Je reste tout de même encore avec ma question : par quoi remplacer la source de courant? Comment la calculer? Avec 5mA, j'ai simulé que cela fonctionnait bien mais bon ...

[Tropique]

Elle doit être suffisante pour faire conduire pleinement le transistor supérieur, compte tenu du beta et de la charge de sortie.

[PeterMacGonagan]

Salut Tropique,

Merci de répondre à un de mes posts J'ai justement lu un de tes articles dans la rubrique projet dans lequel tu expliques le fonctionnement d'un circuit push-pull hybride sans résistance d'émetteur etc. C'était très intéressant !

En fait, si je connais l'amplitude de mon signal de sortie (signal d'entrée x gain) et également, la résistance de charge, celle du haut parleur (à peu près 8 ohms), je peux calculer le courant peak qui passe dans le push-pull. Connaissant ce courant, je le divise par le beta (pas très stable) et j'en déduis le courant de base. C'est ça?

Ma question est surtout: comment créer une source de courant de 5mA flottante avec des composants standards. Je n'aime pas avoir une source de courant dans un de mes montages
Je connais des montages dans lesquelles on utilise un transistor "monté en diode" pour créer une source de courant de type Zener (je ne sais pas si c'est clair LOL) mais ce montage n'est pas flottant...

[A voir en vidéo sur Futura]

[PeterMacGonagan]

Voilà j'ai fait un schéma pour que ce soit plus clair (bien entendu ça fonctionne mais pas vraiment au lieu d'avoir 3Volts d'amplitude à la sortie, je n'en ai plus que 2 et le signal a vraiment subit une distorsion).
Le courant doit normalement valoir 5mA car le transistor PNP Q15 applique une tension de 0.7V sur la résistance de 140 ohms.

[invited82c8d16]

Salut PeterMacGonagan

je vois que tu aime chercher et trouver par toi même !!
c'est excellent et c'est comme ça qu'on avance ...
Donc pour ta source de courant, je te donne juste un indice de recherche :
"miroir de courant"

Bonne chasse

[PeterMacGonagan]

Ok J'ai compris le principe des miroirs de courant. J'ai fait les calculs et il est vrai que si on considère que les 2 transistors sont identiques leurs courants de base sont identiques et donc leurs courants collecteurs le sont également.
J'ai fait les 2 versions NPN en premier car je suis plus à l'aise avec ces types de transistor et en PNP ensuite. Je suis en train de réfléchir pour savoir comment je vais connecter tout ça à ma source de courant...

[Tropique]

Merci de répondre à un de mes posts

Normal, c'est aussi mon rôle

En fait, si je connais l'amplitude de mon signal de sortie (signal d'entrée x gain) et également, la résistance de charge, celle du haut parleur (à peu près 8 ohms), je peux calculer le courant peak qui passe dans le push-pull. Connaissant ce courant, je le divise par le beta (pas très stable) et j'en déduis le courant de base. C'est ça?

C'est presque ça, sauf que pour déterminer l'amplitude max, on se base sur la tension d'alim (et on s'arrange parallèlement pour avoir un gain et un signal d'entrée suffisants pour moduler à fond la sortie).
Et pour le beta, on se place dans le "worst-case", pour être sûr d'arriver au résultat visé. Bien que le design d'ICs ne se passe pas exactement comme pour un ampli discret, mais c'est l'idée générale.

Ma question est surtout: comment créer une source de courant de 5mA flottante avec des composants standards. Je n'aime pas avoir une source de courant dans un de mes montages
Je connais des montages dans lesquelles on utilise un transistor "monté en diode" pour créer une source de courant de type Zener (je ne sais pas si c'est clair LOL) mais ce montage n'est pas flottant...

Ici, la source de courant n'est pas flottante: elle a un côté relié au positif, et peut donc bénéficier de polarisation auxiliaire.
Pour faire une source de courant, il y a différentes options, selon les éléments dont on dispose et les performances souhaitées.
Un montage fréquemment utilisé est la source à deux transistors: CCS1
On peut améliorer cette source vis-à-vis des variations de la polar auxiliaire: CCS2.
Là, on est déjà sorti du classissisme des textbooks, mais il est possible d'aller plus loin: iCCS2
La compensation englobe la polarisation et permet de faire une source compensée, entièrement flottante (à deux fils).
Il y a bien sûr d'autres méthodes d'arriver à un résultat similaire.

Pour un étage de sortie, une option populaire est le bootstrap, le CCS du pauvre.

Notons que si la source à deux terminaux est surcompensée, elle acquiert une résistance négative, et devient une forme de diode lambda, qui peut entretenir des oscillations: iccsosc

[PeterMacGonagan]

Easy

Tout d'abord, j'ai connecté la source au miroir de courant et après je l'ai intégré dans mon schéma.

Merci les gars ;o)

Est-ce que je ne devrais ajouter un transistor au niveau de l'alimentation +9V qui rendrait mon push pull symétrique?
Si oui, je ne vois pas vraiment comment le placer...

[PeterMacGonagan]

Ok, d'accord j'ai compris pour les principes
Tes schémas sont vraiment intéressants. Je me demande toujours où on trouve ce genre de schéma. J'ai pas mal de bouquins d'électronique et je n'ai jamais vu de tels montages

Je ne comprends pas bien iCSS2, pourquoi y-a-t-il une source sinusoïdale? Est-ce la tension du réseau?
Je n'ai pas bien compris non plus la solution du pauvre: le bootstrap. J'ai cherché sur gogole mais ça n'a pas trop avancé

Normal, c'est aussi mon rôle


C'est presque ça, sauf que pour déterminer l'amplitude max, on se base sur la tension d'alim (et on s'arrange parallèlement pour avoir un gain et un signal d'entrée suffisants pour moduler à fond la sortie).
Et pour le beta, on se place dans le "worst-case", pour être sûr d'arriver au résultat visé. Bien que le design d'ICs ne se passe pas exactement comme pour un ampli discret, mais c'est l'idée générale.


Ici, la source de courant n'est pas flottante: elle a un côté relié au positif, et peut donc bénéficier de polarisation auxiliaire.
Pour faire une source de courant, il y a différentes options, selon les éléments dont on dispose et les performances souhaitées.
Un montage fréquemment utilisé est la source à deux transistors: CCS1
On peut améliorer cette source vis-à-vis des variations de la polar auxiliaire: CCS2.
Là, on est déjà sorti du classissisme des textbooks, mais il est possible d'aller plus loin: iCCS2
La compensation englobe la polarisation et permet de faire une source compensée, entièrement flottante (à deux fils).
Il y a bien sûr d'autres méthodes d'arriver à un résultat similaire.

Pour un étage de sortie, une option populaire est le bootstrap, le CCS du pauvre.

Notons que si la source à deux terminaux est surcompensée, elle acquiert une résistance négative, et devient une forme de diode lambda, qui peut entretenir des oscillations: iccsosc

[Tropique]

Dans ton schéma, le miroir de courant est superflu: il ne fait que réfléchir la source de courant, et c'est plus simple, plus précis et plus direct de faire générer le courant directement par la source.

Tu pourrais mettre un transistor supplémentaire au positif, pour faire un darlington qui serait le pendant de la paire Sziklai inférieure: ça deviendrait un étage quasi complémentaire classique.

Pour le bootstrap, voir figure, extraite de cette page:
http://www.sentex.ca/~mec1995/tutori...or4/xtor4.html
En AC, ça joue le rôle d'une source de courant.

Pour "tester" si une source de courant est valable, indépendante de la tension appliquée, une méthode simple est d'appliquer une tension alternative superposée à la tension continue, en simulation ou en réalité.
En fonction des variations de courant constatées, on peut déduire la résistance interne (la performance) de la source en question.

[PeterMacGonagan]

Grâce à ton super site, j'ai compris ! Ca n'a l'air de rien mais ça peut devenir quand même très vite compliqué tous ces montages...

J'ai donc sur tes conseils amélioré le circuit Boss LOL

Est-ce qu'il y a encore des gens qui font ce genre de design ou alors désormais tout le monde utilise des circuits intégrés qui remplissent les mêmes fonctions?

J'ai modifié la valeur de quelques résistances. Les seuls qui importent vraiment pour la source de courant sont les résistances tout à gauche près de la broche Bypass. Elles permettent de régler le courant qui passent à travers mon push-pull. On voit d'ailleurs très bien le miroir de courant que j'ai formé :

Have a good day .

[PeterMacGonagan]

Ne faut-il pas ajouter les fameuses résistances d'émetteur dans l'étage push-pull?

[Tropique]

Est-ce qu'il y a encore des gens qui font ce genre de design ou alors désormais tout le monde utilise des circuits intégrés qui remplissent les mêmes fonctions?

Il y a encore pas mal d'amplis discrets qui sortent, que ce soit pour des hautes puissances, des hautes performances, ou diverses autres raisons.

J'ai modifié la valeur de quelques résistances. Les seuls qui importent vraiment pour la source de courant sont les résistances tout à gauche près de la broche Bypass. Elles permettent de régler le courant qui passent à travers mon push-pull. On voit d'ailleurs très bien le miroir de courant que j'ai formé :

Tu as mis un miroir de courant, pas une source de courant.
La différence n'est pas anodine, c'est une source qui est employée dans le 386.
Ton miroir réfléchit le courant des résistances de polar de l'étage d'entrée, et va donc finalement dépendre de la tension d'alim.
Ce qui est un problème, parce que ça va dégrader le PSRR, surtout si tu emploies la fonction "bypass".
Il est préférable de mettre une vraie source de courant, du genre de celle que j'ai donné en exemple.

Ne faut-il pas ajouter les fameuses résistances d'émetteur dans l'étage push-pull?

Si c'était du discret, oui absolument. Dans un IC, il est éventuellement possible de les omettre.
D'autre part, pour polariser correctement l'étage de sortie avec une topologie quasi, tu as besoin de 3Vbe.
Ton circuit semble fonctionner à peu près, mais c'est grâce à la contre-réaction qui rattrappe la sauce.
Si tu regardes la tension sur la base d'un des transistors de sortie, tu verras un saut de tension aux environs du passage à 0.

[PeterMacGonagan]

Tu as mis un miroir de courant, pas une source de courant.
La différence n'est pas anodine, c'est une source qui est employée dans le 386.
Ton miroir réfléchit le courant des résistances de polar de l'étage d'entrée, et va donc finalement dépendre de la tension d'alim.
Ce qui est un problème, parce que ça va dégrader le PSRR, surtout si tu emploies la fonction "bypass".
Il est préférable de mettre une vraie source de courant, du genre de celle que j'ai donné en exemple.

Ok, en fait c'est parce que j'avais essayé avec ma source de courant mais je l'avais mal intégrée. Je me suis penché sur ta deuxième source de courant car j'avoue que je n'ai pas encore bien compris tes autres sources de courant "en sinusoïdal" et là ça fonctionne. Même si je suis étonné car l'ampérage ne correspond pas du tout à 5mA : 700µA. Ne me demande pas non plus pourquoi avec une résistance de 10k cela fonctionne et pas avec une 1k... Il faut que le courant de pied soit de 700µA...

D'autre part, pour polariser correctement l'étage de sortie avec une topologie quasi, tu as besoin de 3Vbe.
Ton circuit semble fonctionner à peu près, mais c'est grâce à la contre-réaction qui rattrappe la sauce.
Si tu regardes la tension sur la base d'un des transistors de sortie, tu verras un saut de tension aux environs du passage à 0.

Oui, j'avais vu ce même type de problème dans ton article. Je comprends que la contre-réaction rattrape le tout par contre l'histoire des 3 VBE pas du tout Veux-tu dire qu'il faut ajouter une 3ème diode à cause du darlington du push-pull près du +9V?
Ca m'étonne déjà que j'arrive à m'en sortir dans un schéma aussi compliqué (pour moi) mais c'est cool j'apprends plein de petites choses.

[Tropique]

Pour que ton premier schéma fonctionne, il faut enlever la résistance de 10K dans le collecteur de Q12 et ramener la résistance de polarisation R12 directement au 0V.
Le deuxième schéma est totalement fantaisiste.

[PeterMacGonagan]

LOL fantaisiste C'est vrai que je le trouvais à -censuré- aussi On fait ce qu'on peut

J'ai refait le schéma. Il me semble pas trop mal.

J'ai également joint un schéma, peut-être que ça pourrait en intéresser certains, réalisé par Nelson Pass que j'ai récupéré sur diyaudio.com.

[PeterMacGonagan]

Enfin, il triche un peu car il utilise des LM3886 qui sont des amplis audio:

# Features 68W cont. avg. output power into 4 at VCC = ±28V
# 38W cont. avg. output power into 8 at VCC = ±28V
# 50W cont. avg. output power into 8 at VCC = ±35V
# 135W instantaneous peak output power capability
# Signal-to-Noise Ratio >= 92dB
# An input mute function
# Output protection from a short to ground or to the supplies via internal current limiting circuitry
# Output over-voltage protection against transients from inductive loads
# Supply under-voltage protection, not allowing internal biasing to occur when |VEE| + |VCC| <= 12V, thus eliminating turn-on and turn-off transients
# 11-lead TO-220 package
# Wide supply range 20V - 94V

Description

The LM3886 is a high-performance audio power amplifier capable of delivering 68W of continuous average power to a 4 load and 38W into 8 with 0.1% THD+N from 20Hz-20kHz.

The performance of the LM3886, utilizing its Self Peak Instantaneous Temperature (°Ke) (SPiKe™) protection circuitry, puts it in a class above discrete and hybrid amplifiers by providing an inherently, dynamically protected Safe Operating Area (SOA). SPiKe protection means that these parts are completely safeguarded at the output against overvoltage, undervoltage, overloads, including shorts to the supplies, thermal runaway, and instantaneous temperature peaks.

The LM3886 maintains an excellent signal-to-noise ratio of greater than 92dB with a typical low noise floor of 2.0µV. It exhibits extremely low THD+N values of 0.03% at the rated output into the rated load over the audio spectrum, and provides excellent linearity with an IMD (SMPTE) typical rating of 0.004%.


Applications
# Component stereo
# Compact stereo
# Self-powered speakers
# Surround-sound amplifiers
# High-end stereo TVs

On voit bien la paire différentielle ainsi que la source de courant de pied.
Si je comprends bien la paire différentielle est utilisée pour le signal d'entrée. Celui-ci est alors injecté dans les 2 amplis. La sortie est prise entre les 2 broches de sorties des 2 amplis.
Tout est symétrique sauf C14/C15... Je ne sais pas pourquoi.
Tu pourrais nous en dire plus, stp?

[Tropique]

Le différentiel sert de déphaseur pour faire fonctionner les amplis en BTL.
Je ne les connais pas en détails, mais normalement ce genre de circuit n'a pas besoin de déphaseur externe pour fonctionner ainsi.

Cela me semble une ânerie audiophile typique: le différentiel discret non-linéarisé va ruiner les performances des amplis intégrés, sans apporter d'avantage objectif.
Les LM3886 ont leur gain fixé à 21 par le réseau de CR, et on vient "tuer" ce gain par un atténuateur d'entrée 1:50, pour finalement fixer le gain global à 25 avec les résistances de CR externes.

Quand on atténue et qu'on amplifie pour le plaisir, on dégrade le rapport S/B, et on ne fait rien pour la linéarité. Avec un nesting un peu plus intelligent, cet excédent de gain aurait pu être employé utilement, pour linéariser la paire d'entrée et améliorer le rapport S/B et les performances générales sans affecter la stabilité.

Quant aux condensateurs C10 à C17, ils sont en // par groupes de 4, ils ne sont pas spécifiquement affectés à l'une ou l'autre moitié: c'est encore une manie audiophile, mettre des valeurs très différentes (et joyeusement fantaisites) en parallèle, façon exorcisme vaudou.
Ca n'améliore rien, au contraire, c'est un canard auquel j'ai tordu le coup dans une de mes études récentes.

[invited82c8d16]

Salut

Pour C14 et C15, je pense qu'ils ont juste pas été affzcté de la bonne valeur.
En général, les logiciels mettent une valeur par défaut qu'il faut modifier ensuite.
Là, il s'agit du découplage d'alim les valeurs devraient être les même que les trois autres branches.
A+

PS : félicitation pour le boulot (sans oublier Tropique)!