DIY : ampli à AOP massivement parallèles

[6336A]

Question d'un bleu en électronique : Quel est l'intérêt d'avoir une impédance de charge super élevé ?

Le but de Jacques est de travailler en classe A mais avec un faible courant. Je le cite :

« moins la classe A sort du courant, moins il y a de distorsion »

La solution adoptée est donc d’augmenter l’impédance de charge. Dans ce cas, 800 ohm grâce aux 100 x TL082H.
Reprenons ses calculs :
25W /8 Ohm = 14,14Veff soit 20V crête.
Ces 20V crête pour 8 ohm demandent un courant de 20/8 = 2,5A crête. Les AOP devront donc fournir ce courant en classe AB afin d’avoir en sortie les 25W / 8 ohm.
Lorsque l’on consulte le data du TL082H, on constate que celui-ci peut fournir 25mA. 
Donc 100 sont nécessaires  pour atteindre les 2,5A. Leur rôle est double :
- Multiplier l’impédance afin que le deuxième étage voit 800 ohm et travaille donc sous un faible courant en classe A.
- Fournir le courant nécessaire pour obtenir à leurs sorties 25W/8 ohm.

[2539hal75]

Bonjour

Merci Jacques pour l'initiative de ce projet très original qui va limiter le nombre d'étages.
Reste à corréler les mesures avec l'écoute.
J'ai quelques petites interrogations :
Quid du tri des amplis op ? Dans la centaine il y en a certains qui seront à la limite, quelle limite ?
Impédance de sortie élevée de 800 Ohms , un transfo de sortie est il possible ?
Bon courage pour la suite.
Cdt.

AleX

[modo]

Bonjour,
Un modo pourrait-il nettoyer ce fil svp ?

Ce nettoyage va être fait, il nous faut un peu de temps.

[modo]

Bonjour,
Un modo pourrait-il nettoyer ce fil svp ?

Bonjour,
mais l'année scolaire est terminée !, fini le CP ,  vous êtes grands maintenant, non ?
À priori non.

Jean-Michel

C'est vraiment la réponse d'un modo ..........??

Jean-Michel a parlé en son nom et non pas comme modo.
Il est rappelé que la modération est collégiale, de ce fait il n'est pas permis d'associer les paroles et les actes individuels à la modération.

[jacquese]

Bonjour

Merci Jacques pour l'initiative de ce projet très original qui va limiter le nombre d'étages.
Reste à corréler les mesures avec l'écoute.
J'ai quelques petites interrogations :
Quid du tri des amplis op ? Dans la centaine il y en a certains qui seront à la limite, quelle limite ?
Impédance de sortie élevée de 800 Ohms , un transfo de sortie est il possible ?
Bon courage pour la suite.
Cdt.

AleX

Bonsoir Alex, tous,

A première vue il y a confusion sur telle ou telle impédance. C'est que je me suis mal expliqué dans mon tout premier post.
L'objectif est de faire un ampli classe A et de lui adjoindre un étage de sortie "multiplicateur d'impédance" afin que cet ampli "voit" une charge supérieure à la charge réelle. La charge réelle est toujours la même.  Là on parle uniquement de la charge piloté par l'ampli, c'est à dire l'enceinte acoustique qui lui est relié.
Le multiplicateur d'impédance fournis un partie du courant consommée par la charge (l'enceinte) à la place de l'ampli classe A. Idéalement, le multiplicateur fonctionne en classe AB. Ainsi l'ampli classe A ,pour un même tension de sortie, ne fournit qu'un partie du courant consommé par l'enceinte. Cela permet de réduire son courant de repos (qui doit être dans un push-pull de IMaxSortie/2). Le tout forme un ampli hybride classe A / Classe AB. Comme l'ampli classe A à maintenant un courant de repos plus faible, il dissipe moins et on se libère du principale inconvénient d'un classe : l'énergie dissipé au repos.
Le fait qu'un multiplicateur d'impédance prenne en charge une partie du courant qui va dans la charge fait que l'ampli classe A voit une charge augmentée n'est pas forcément intuitive, mais voici comment on peut l'analyser avec la loi d'ohm avec ici l'exemple concret un  ampli dont le gain du multiplicateur est 99:
 - Fonctionnement sans multiplicateur : l'ampli classe A sort disons 16V dans la charge de 8 ohms. Il doit fournir alors un courant égal à (I = U/R) : 16/8= 2A
 - Fonctionnement avec le multiplicateur d'impédance x99 : quand l'ampli classe A fourni N Ampères, le multiplicateur fournit 99 x N Ampères. si l'ampli sort 16V, on a vu qu'il faut fournir 2A à la charge. La multiplicateur fournit donc 99/100ème du des 2A et l'ampli classe A 1/100ème du courant. Autrement dit l'ampli classe A fournit 2/101 =  20mA et le multiplicateur 1.980A. Appliquons de nouveau U=RI pour voir  la valeur de la charge que voit l'ampli classe A (R = U/I) : 16 / 20mA = 800 ohms. L'impédance de la charge vue par l'ampli classe A est passée de 8 à 800 ohms. Le multiplicateur voit lui un charge de 8.08 ohms. 

Le courant de repos de l'ampli classe peut donc être diviser par 100 et sa dissipation au repos est aussi divisée par 100.

Ici, le multiplicateur est de un classe AB. d'autres l'ont fait avec du classe B, et d'autres (Devialet) l'a fait avec du classe D.

Concernant l'impédance de sortie du couple ampli classe A + multiplicateur d'impédance, cette impédance est globalement l'impédance de sortie du multiplicateur.

Pour répondre à ta question sur le tri des ampli-op. Il n'y aura pas de tri. leur principale limite est la valeur du courant de sortie qui est spécifiée à 26mA max. Si pour certains c'est plus, il fourniront juste ce qui est demandé. Si pour d'autres c'est moins il seront à l'écrêtage ce qui sera problématique. Mais il suffit d'avoir de la marge (un peu plus d'amplis-ops pour éviter d'atteindre cette limite, le courant total demandé étant divisé par le nombre d'AOP).
Pour mes 25W j'ai besoin de 100 AOP pour être 25mA par AOP. Mais je vais en mettre 112 (2 cartes de 56 AOP), j'aurais donc 10% de marge de courant en plus.
Pour les autres paramètres des AOP:
 - les erreurs de gain ==>,on s'en fiche car il sont utilisé en boucle fermé à gain unitaire. Les erreurs de gains seront très faible. 
 - Les offsets de sortie = au max 1mV par rapport à 20V en sortie, pas d'impact, en plus ils seront moyennées sur les 100 AOP.

[jacquese]

Travaux de la semaine : le PCB d'une carte à 56 AOP double. Ca n'a pas été de la tarte. Il a fallu optimiser les couplages capacitifs, la dissipation thermique du cuivre et l'intégration dans un boitier HIFI 2000 de type Galaxy. Tout est en CMS avec composants des deux côtés pour faciliter le routage et la dissipation.
Ca donne ça :
   

   

   

[œdicnème]

Peut-on voir dans le principe une sorte de "Current Dumping" ?

[jacquese]

Bonjour forr,
On peux tout à fait voir dans ce principe une sorte de curent dumping. Je ne suis pas un spécialiste du quad 405 mais il me semble que la topologie du quad 405 est très proche. Il y a tout de même des différences. Le quad fonctionne avec un pont de Wheatstone pour partager le courant entre l'ampli classe-A et le boost en class-B. De mon côté, sauf a en mettre un sans même m'en rendre compte,  c'est le ratio entre deux résistances qui fixe le rapport des contributions. Dans le design de Walker, c'est un pont à quatre impédances et j'avoue que pour moi c'est assez mystérieux, d'autant qu'une partie du pont semble jouer le rôle de la CR. Là il y a trois résistances pour la CR, mais c'est parce c'est un ampli différentiel flottant, donc c'est effectivement très proche sur le principe. Par contre Walker a utiliser des impédances complexes dans son pont de Wheatstone pour minimiser les pertes. De mon côté je n'en ai pas besoin : j'utilise des résistances de 10 ohms pour fixer le ratio de la contribution entre l'ampli classe-A et chaque AOP. On peut se dire qu'il y a de la perte. Mais comme il y a une centaine d'AOP en parallèle avec chacun sa résistance d'équilibrage, au final on a 0.1 ohm de résistance en série avec la charge : les pertes sont minimes.
L'avantage de ce design c'est que le multiplicateur d'impédance qui fournit la quasi totalité du courant à une distorsion très basse : ce sont X AOP monté en suiveur, qui baisse encore avec l'application de la contre-réaction.

[RM8Kinoshita]

Bonjour Jacques, bravo ...

Le schéma actuel en cours d'évaluation au simulateur.

Tout d'abord la partie ampli classe A :



C'est un schéma d'amplificateur différentiel du type de ceux qu'on peut trouver en d'instrumentation.
Il peut être utiliser indépendamment avec une entrée symétrique ou avec une entrée asymétrique en reliant J4 à la masse (ce qui est fait sur le schéma présenté).
J1 et J2 seront issus d'un double FET appairé en Vgs. Idem pour J3/J4. 'est ce qui garantit un offset nul en sortie.
La partie autour de X9/Q1 est une source de courant variable en fonction du courant à fournir. Elle permet d'imiter un push-pull en classe A (Ibias = 1/2 Iout). là on gagne un étage, ce qui permet au multiplicateur d'impédance d'être le troisième étage. Le bias de ce second étage est fixé à 50mA. Soit 1.2W à dissiper au repos par branche, pas besoin de radiateur, le PCB suffira bien.
La charge est R39.
La CR est constitué de trois résistances, comme sur un ampli différentiel d'instrumentation : R5,R15, R119.

Il y a X multiplicateurs d'impédance en // dans chaque branche du pont. Le facteur de multiplication est la rapport entre R38 et la résistance en sortie de chaque AOP pour la branche de gauche. Pour la branche de droite c'est R118.
Elles valent toutes 10 ohms, le rapport est donc de 1. Par conséquent, pour 1mA fourni par le second étage de l'ampli, chaque AOP fournit aussi 1mA. Le facteur de multiplication global est donc le nombre d'AOP en parallèle dans chaque branche. Comme 100 AOP sont prévus, la multiplication globale est de 100. Le second étage voit donc 800 ohms comme résistance de charge.

Il m'est impossible de simuler le schéma avec les 200 AOP : le simulateur n'arrive pas à converger vers une polarisation de départ. Mais avec une quarantaine c'est long mais ça fonctionne.

Voici à quoi ressemble le schéma avec les AOP mis massivement en parallèle.
Là il n'y en a pas 200 mais ça donne une idée du schéma.

.

Ce schéma peut-il s'attaquer avec un signal symétrique (sur la base de J4 comme 2nde entrée en oppo de phase) ?

crdt.

[jacquese]

oui tout à fait. C'est tout l'avantage d'un ampli différentiel. il fonctionne naturellement aussi bien avec une attaque symétrique ou asymétrique. Nul besoin d'un symétriseur ou d'un désymétriseur comme on en trouve sur de nombreux amplis.