Amplificateur à Transconductance

Partenaires : LAUM (Université du Mans), CNRS.

Pourquoi un amplificateur en courant ?

Pour que l’algorithme de compensation (basé sur le courant $i$) soit efficace, il doit être appliqué sans l’interférence de l’impédance complexe du haut-parleur. Un amplificateur de tension classique voit son courant modulé par l’inductance $L_e(x)$ et la force contre-électromotrice.

La solution est un amplificateur à transconductance, où le courant de sortie est directement proportionnel à la tension d’entrée ($i = g_m \cdot u$).

Comparaison des Topologies Idéales

Conception : Le “Module” Universel

L’innovation ici réside dans la création d’un module simple et peu coûteux capable de transformer n’importe quel amplificateur de tension commercial (comme le Purifi 1ET400A) en un système à transconductance performant.

Topologie Proposée

Le circuit utilise un amplificateur opérationnel (A2) pour maintenir la tension aux bornes d’une résistance de détection ($R_f$) égale à la tension de référence. Le courant dans la charge est alors défini par :

Module

Circuit and values

Avantages :

• Faible coût : Utilise des composants modernes et disponibles (NE5534, MJL3281/1302).
• Modularité : S’adapte aux amplificateurs de puissance existants.
• Précision : Réduit drastiquement le nombre de composants par rapport aux topologies classiques (ex: Mills).

Nomenclature des Composants (BOM)

Prototype

Un prototype complet a été conçu, fabriqué et caractérisé. Les tests comparent l’utilisation de différents amplificateurs opérationnels (NE5534 vs TL081) pour minimiser le bruit et la distorsion.

🔎 Prototype de l'Amplificateur

Face avant et vue interne du module de puissance. Cliquer pour agrandir.

Caractérisation des Performances

Le prototype a été soumis à une batterie de tests (sinusoïdes, multitons et balayages logarithmiques) via un système d’acquisition DT9837C pour définir ses limites opérationnelles.

Réponse en Fréquence et Bruit

L’amplificateur se comporte comme un filtre passe-bas du premier ordre, offrant une stabilité parfaite sur charge inductive.

🔎 Réponse en Fréquence

Bande passante à -3 dB : 34 kHz. Gain de 3.4 A/V.

🔎 Analyse Multiton

Évaluation du SINAD (59-61 dB) en conditions réelles.

Comparaison : Module PhD vs BEAK BAA1000

L’un des objectifs était de vérifier si ce module “DIY” pouvait rivaliser avec des solutions industrielles coûteuses comme le BEAK BAA1000. Les mesures de plancher de bruit et de distorsion harmonique (THD) montrent des performances quasiment identiques à différents niveaux de puissance.

Spectres de Distorsion (80W sous 4Ω)

À haute puissance, le module conserve une excellente linéarité, limitée principalement par l’amplificateur de tension source utilisé (Purifi 1ET400A).

Module Custom (PhD)

Plancher de bruit maîtrisé et harmoniques contenues à 80W.

BEAK BAA1000

Référence de l’industrie pour la recherche en acoustique.

Choix des composants : L’impact de l’AOP

Une étude comparative a été menée entre deux amplificateurs opérationnels populaires : le NE5534 et le TL081.

• Le NE5534 (avec compensation de 47 pF) a été sélectionné pour sa supériorité en termes de bruit et de stabilité à forte puissance.
• Les transistors de puissance MJL3281/1302 montés sur dissipateur assurent la robustesse thermique nécessaire aux tests de longue durée.

Résumé des Spécifications (Summary)

Le tableau suivant récapitule les caractéristiques mesurées du module de transconductance prototype. Ces valeurs démontrent la capacité du système à piloter des charges de haut-parleurs standard avec une grande précision.

Références et Publications