Comment est-il possible de faire un mauvais ampli audio?

Après avoir découvert à quel point les amplis opérationnels sont excellents et que certains extrêmement bons - en particulier à faible puissance - sont disponibles à des prix raisonnables, je me demande pourquoi tous les amplificateurs audio, grands ou petits, n'atteignent pas d'excellentes performances en combinant simplement un bon ampli op petit signal avec un étage de sortie simple.

Je veux dire, avec un ampli op, il n'est pas nécessaire de s'inquiéter de toutes ces tensions de polarisation et de la stabilité de la température, il suffit de coller un ampli op et tous les transistors darlington inégalés, et vous êtes prêt à partir.

Des écueils?

L'utilisation d'amplificateurs opérationnels dans les amplificateurs peut considérablement simplifier leur conception, mais les amplificateurs opérationnels ne sont pas parfaits. S'ils avaient une amplification infinie sur toute leur bande passante, ils auraient tendance à osciller , donc ils sont compensés en interne, ce qui limite leur bande passante. Une bande passante limitée rend l'amplificateur sujet à la distorsion d'intermodulation transitoire (TIM), un type de distorsion beaucoup plus gênant que la distorsion harmonique (HD).

La seule raison pour laquelle la HD est publiée, et TIM ne l'est jamais, c'est qu'il est beaucoup plus facile d'obtenir de belles figures HD. Qui ne serait pas impressionné par un chiffre comme une distorsion harmonique de 0,01%? La plupart des clients ne réalisent pas que ce chiffre est totalement hors de propos car la distorsion totale du système est en grande partie déterminée par les haut-parleurs, ce qui ajoute facilement quelques pour cent de distorsion.

L'étage de puissance n'est pas sans problèmes non plus. Les amplificateurs de classe A sont peu utilisés en raison de leur faible efficacité. Les amplificateurs de classe B ou AB ont une distorsion de croisement où un transistor prend le relais de l'autre. Il s'agit d'une distorsion non linéaire qui ne peut pas être compensée par la rétroaction . Peut-être pas vrai. Si quelqu'un peut éclairer ici, j'aimerais l'entendre. .

Une dernière citation sur les amplis op:

"Il n'y a rien de tel qu'un ampli op inconditionnellement stable à moins qu'il ne repose sur la table avec une alimentation déconnectée" [ 1 ]

Lectures complémentaires [1] Intersil appnote AN9415: Feedback, amplis opérationnels et compensation

Question intéressante - la réponse (enfin ma réponse) est que vous pouvez faire un excellent ampli audio de cette façon. Vous devez encore payer une certaine attention à l'étage de sortie, et la conception générale, mais l'utilisation de opamps a pas de problème (et très courant de nos jours pour les amplificateurs de base, bon marché avec de bonnes performances)
Bien que les amplificateurs opérationnels sont des outils pratiques et il y a un excellent moderne ceux disponibles, il existe certainement encore de nombreuses façons de les utiliser pour obtenir un mauvais résultat si vous ne faites pas attention aux détails.

Cela ne signifie pas pour autant que les gens l'achèteront, et les concepteurs le savent, vous obtenez donc des amplis "Hi-Fi" basés sur des lampes haut de gamme coûtant> 2000 £ avec 2% de THD. Vous pourriez peut-être dire que l'intention était de fabriquer un "mauvais" amplificateur ici car (ironiquement) cela fera plus d'argent - malheureusement "génial" signifie beaucoup de choses différentes pour beaucoup de gens différents.
Il y en a dans le camp subjectiviste qui ont fondamentalement décidé que l'oreille humaine est plus précise que n'importe quel outil de mesure, et peuvent entendre des choses qu'aucun d'eux ne peut voir. Ils peuvent donc toujours dire "Oui, votre THD + n est en effet <0,001% de 20 Hz à 20 kHz mais vous ne permettez pas un effet non mesurable x avec votre conception, et c'est pourquoi il ne sonne pas bien à l'oreille"

Si le désir de perfection technique était tout ce qui comptait, des choses comme des câbles sans oxygène coûtant des centaines ne seraient jamais commercialisées :-)

Je pense que vous voudrez peut-être lire «Small Signal Audio Design» et «Audio Power Amplifier Design Handbook» de Douglas Self.
Je l'ai trouvé tout à fait une autorité en la matière. Ses livres discutent de l'utilisation à la fois d'opamps et de transistors discrets. Il évalue les forces / faiblesses, qui comprend de nombreuses données de test réelles, et donne des exemples où vous pouvez obtenir de meilleures performances avec des transistors discrets.

En fait, dans l'électronique grand public, il est courant que les amplificateurs audio de faible à moyenne puissance soient entièrement sur une puce, surnommée "chip amp".

Un problème est que la plupart de ces amplificateurs opérationnels bon marché auxquels vous faites allusion n'ont pas une oscillation de tension suffisamment large pour piloter un étage de sortie qui lui-même n'a aucun gain de tension. Si un ampli op fonctionne sur +/- 15V max, et que nous mettons un étage de puissance après cela, le swing de sortie est toujours limité à +/- 15V. Il existe des amplificateurs opérationnels fonctionnant à des tensions nettement plus élevées, mais ils deviennent chers.

Ajouter plus de gain de tension après l'ampli-op, de telle sorte que le gain soit enfermé dans la boucle de rétroaction globale, est risqué et annule une partie de l'espace et des avantages d'économie de coûts car il y a alors plus de complexité exprimée en composants discrets qu'un simple étage de sortie.

Néanmoins, cela se fait parfois. Par exemple, jetez un œil à l' amplificateur de guitare Marshall 8008 monté en rack. Un ampli-op commande un étage d'amplification de tension supplémentaire suivi d'un étage de sortie. Le VAS est intéressant: il utilise une paire de transistors complémentaires à base commune, avec des bases liées aux rails +/- 15V respectivement. La rétroaction est prise directement de l'étage de sortie, de sorte que le gain supplémentaire est inclus dans la boucle de rétroaction. Bien que l'ampli-op soit compensé en interne, ce VAS boulonné a sa propre compensation sous la forme de C15 et C17. Le gain en boucle ouverte complète de l'ampli-op n'est pas utilisé, car il a un retour local via R3, et R45 semble également jouer un rôle en fournissant un chemin de retour plus local au sein du chemin global.

En résumé, si l'oscillation de la tension de sortie se situe dans la plage d'un ampli-op typique (ou même au-delà), il n'y a aucun avantage à utiliser un ampli-op, car vous pouvez utiliser un ampli à puce comme un LM3886. Pourtant, l'utilisation d'amplificateurs opérationnels comme point de sommation de rétroaction, avec un étage de sortie discret, n'est pas inconnue.

Il faut également garder à l'esprit les exigences d'entraînement de l'étage de sortie. Un amplificateur d'une puissance de sortie moyenne de 100 watts dans une charge de 8 ohms, utilisant un étage de sortie émetteur-suiveur standard, nécessitera une oscillation d'environ +/- 40 volts crête à crête depuis l'étage pilote. Les amplificateurs opérationnels qui peuvent produire ces tensions «élevées» sont nettement plus chers que les amplificateurs opérationnels audio ordinaires. De plus, il y a toujours le problème de polariser correctement la sortie et de s'assurer que la polarisation est stable en température; l'utilisation d'un opamp comme pilote ne résout pas par magie ce problème.

Il existe des moyens d'utiliser des transistors discrets dans les étages d'attaque et de sortie, ainsi que les circuits de polarisation associés, et d'utiliser un ampli-op comme pilote, comme le notent les applications ici. Ces circuits semblent cependant être principalement destinés aux applications à haute vitesse, et quel avantage ils pourraient avoir pour l'audio hi-fi (où l'objectif déclaré est généralement d'avoir le moins d'étages de gain possible, et de les rendre aussi linéaires que possible avant à la rétroaction appliquée) n'est pas claire.