Amplificateur subwoofer 100W DIY : basses compactes et économiques

Vous cherchez un moyen d'obtenir un son grave de haute qualité et sans bruit ? Un circuit amplificateur subwoofer est la solution. Non seulement il est compact, mais aussi peu coûteux à construire, et peut durablement servir vos appareils ou systèmes.

Un haut-parleur subwoofer

Source : Wikipedia 

Aujourd'hui, nous concevrons un circuit amplificateur subwoofer/stéréo produisant des signaux audio de basse fréquence de 20 Hz à 200 Hz. La puissance de sortie est de 100 W, avec une charge de haut-parleur de 4 ohms.

1. Qu'est-ce qu'un circuit amplificateur subwoofer ?

Les circuits amplificateurs subwoofer sont des haut-parleurs produisant des signaux audio de basse fréquence. Ils augmentent la qualité des basses en amplifiant les signaux audio d'entrée et éliminent la distorsion harmonique.

Un exemple est le subwoofer passif, alimenté par un amplificateur externe mais doté d'une enceinte de type enceinte.

Un haut-parleur

Source : Wikipedia 

2. Principe du circuit amplificateur subwoofer

Le principe consiste à amplifier les signaux audio de basse fréquence :

• D'abord, l'amplificateur filtre le signal audio d'entrée pour éliminer les hautes fréquences.
• Ensuite, un amplificateur de tension amplifie les signaux de basse fréquence.
• Puis, plusieurs configurations élèvent le signal de basse tension au niveau requis.
• Enfin, un transistor convertit le signal de basse fréquence amplifié en signaux de puissance, produisant des basses puissantes avec un bruit minimal.

Astuce Pro

• Pour un meilleur couplage au volume d'air de la pièce et une efficacité optimale, placez le haut-parleur subwoofer dans un coin.
• Utilisez des variations d'enceinte pour réduire les besoins en puissance de l'amplificateur et augmenter l'efficacité du subwoofer.
• Sur une connexion personnelle, utilisez un antivirus pour scanner votre appareil afin de réduire les risques d'infection.

Amplificateur subwoofer 100 Watts

Schéma du circuit

Schéma du circuit amplificateur subwoofer 100 Watts

Composants du circuit

D'après le schéma, les composants pour un amplificateur stéréo 100 W incluent :

• Alimentation double ±30 V
• Q1 - 2N222A
• Q2, Q3 - TIP41
• Q4 - TIP147, PNP
• R1, R2 - 6 kΩ
• R3 - 130 kΩ
• R5 - 15 kΩ
• R6 - 3,2 kΩ
• R7 - 300 Ω
• R8 - 30 Ω
• R9, R10 - 3 kΩ
• D1, D2 - 1N4007
• C3, C5, C6 - 10 µF, électrolytiques
• C4 - 1 µF, électrolytique
• C1, C2 - 0,1 µF, électrolytiques

Selon les composants, nous aurons des idées de sous-circuits amplificateurs utiles pour votre projet.

Conception du filtre audio

Pour la première conception, on utilise un amplificateur opérationnel LM7332 pour construire un filtre passe-bas Sallen-Key.

Topologie de filtre Sallen-Key

Source : Wikipedia 

Supposons une fréquence de coupure de 200 Hz et un facteur de qualité de 0,707. Le nombre de pôles est 1 et C1 = C2 = 0,1 µF.

Pour trouver R1 = R2, on utilise la formule : R1 = R2 = Q / (2 × π × f_c × C2).

La valeur résultante est 5,6 kΩ, mais nous choisirons 6 kΩ pour R1 et R2 pour une meilleure précision.

Nous n'incluons pas les résistances à l'entrée non-inverseuse pour un filtre passe-bas ajustable, car nous voulons un filtre à gain en boucle fermée, pas un court-circuit à la sortie.

Conception du préamplificateur

On utilise le fonctionnement en classe A du transistor 2N222A.

(transistors)

Nous aurons besoin d'une tension d'alimentation de 30 V, d'une résistance de charge de 4 Ω et d'une puissance de sortie de 100 W.

On peut avoir une tension de collecteur au repos à la moitié de l'alimentation (15 V) et un courant de collecteur au repos de 1 mA. La résistance de charge calculée devrait être de 15 kΩ.

R5 = (Vcc / 2 × I_cq)

Courant de base : I_b = I_cq / h_fe

En substituant le gain AC (hfe), le courant de base est de 0,02 mA. Le courant de polarisation I_b est souvent dix fois le courant de base, soit 0,2 mA.

La tension d'émetteur V_e (environ 12 % de l'alimentation) est à 3,6 V. La tension de base V_b = V_e + 0,7 = 4,3 V.

Les formules pour R3 et R4 :

R3 = (Vcc - V_b) / I_biais et R4 = V_b / I_biais

En substituant, R4 = 22 kΩ et R3 = 130 kΩ.

La résistance d'émetteur (V_e/I_e) est de 3,6 kΩ, partagée entre R7 et R6.

R7 agit comme résistance de rétroaction pour réduire l'effet de découplage de C4. Sa valeur (300 Ω) est obtenue via le gain et R5. R6 devient 3,2 kΩ.

Enfin, C4 = 1 µF car la résistance d'émetteur doit être supérieure à la réactance capacitive de C4.

Conception de l'amplificateur de puissance

L'amplificateur de puissance AB fonctionne en classe AB avec des transistors Darlington TIP147 et TIP142. Les diodes de polarisation doivent avoir des propriétés thermiques similaires (1N4007).

Diode 1N4007

Source : Wikimedia

3 kΩ pour R9 convient car le faible courant de polarisation nécessite une résistance de polarisation élevée. L'amplificateur de puissance reçoit une entrée à haute impédance de l'étage driver, donc on utilise le transistor de puissance TIP41 en classe A.

La valeur de R8 correspond au courant d'émetteur (0,5 A) et à la tension d'émetteur (1/2 Vcc - 0,7) = 28,6 Ω, on choisit 30 Ω.

La résistance de bootstrap R10 doit offrir une haute impédance aux transistors TIP147 et TIP142, 3 kΩ est recommandé.

Fonctionnement du circuit amplificateur subwoofer

Explication étape par étape :

• Le filtre Sallen-Key filtre le signal audio. Seules les fréquences ≤ 200 Hz passent, les autres sont filtrées.
• Le signal de basse fréquence arrive à l'entrée de Q1 via le transistor de couplage et C3. Q1 en classe A améliore le signal audio à sa sortie.
• Q2 convertit le signal amplifié en signal à haute impédance avant de l'envoyer à l'amplificateur de puissance classe AB.
• TIP147 et TIP142 fournissent un cycle complet du signal de sortie : l'un conduit pour le demi-cycle négatif, l'autre pour le positif.
• R13 et R11 réduisent les différences entre les transistors appariés.
• Les diodes minimisent la distorsion de crossover.
• Finalement, le signal de sortie de haute puissance alimente un subwoofer/haut-parleur à faible impédance (~4 Ω).

Applications du circuit amplificateur subwoofer

Quelques applications :

• Applications sonores : concerts, musique électronique, systèmes de renforcement sonore, voitures, salles de cinéma, home cinéma.

(système home cinéma)

• Transmission longue portée pour alimenter des antennes à longue portée.
• Amplificateurs de puissance pour les signaux de fréquence la plus basse.

Limites du circuit amplificateur subwoofer

Elles comprennent :

• Notre schéma est théorique, la sortie peut avoir de la distorsion (ex: musique acoustique).
• La polarisation peut être perturbée car le filtre augmente parfois le niveau DC du signal audio.
• Le circuit ne peut pas toujours éliminer les bruits parasites comme les haut-parleurs conventionnels.
• L'efficacité diminue à cause des dispositifs linéaires causant une dissipation de puissance.

Conclusion

En résumé, un circuit amplificateur subwoofer est le moyen le plus sûr de créer un son de basse fréquence. Notre article détaille les étapes pour obtenir une meilleure qualité sonore. Si vous avez des questions, contactez-nous, nous vous répondrons.