Brevet FR2009391A1 — publié le 19700206

-i- 2009391 La présente invention a trait à des amplificateurs modulés en largeur d'impulsions et plus particulièremeht à des amplificateurs modulés en largeur d'impulsions fonctionnant dans un mode d'amplification en classe A-B„ 5 Dans la demande de brevet français N°;:PV.181.098 du 27 Eé- (cfeÙ*ï? demanderesse, un amplificateur modulé en largeur d'impulsions est décrit et il est capable de fonctionner en classe A-B. Une technique de modulation par un seul bord ou un seul front est utilisée dans cet amplificateur, deux signaux de modulation ayant 10 chacun la forme d'une rampe, c'est à dire croissants linéairement avec le temps étant engendrés et ces deux signaux étant déphasés de 180° l'un par rapport à l'autre. Ces signaux de modulation en forme de rampe sont respectivement utilisés dans des canaux positifs et négatifs de cet amplificateur, dans lesquels chaque 15 signal est comparé aux signaux d'entrée de l'amplificateur et à des potentiels de polarisation respectifs. En réponse à cette comparaison, des signaux de commande pulsatoires de fréquence convenable sont engendrés et utilisés pour commander les cycles de deux commutateurs commandés, tels que des redresseurs comman-20 dés au silicium ou des transistors. De cette façon, un signal de sortie modulé en largeur d'impulsions est transmis à une charge couplée à ces commutateurs. Des potentiels de polarisation respectifs transmis à chacun de ces canaux fournissent un petit cycle de fonctionnement des commutateurs lorsqu'aucun signal 25 d'entrée n'est appliqué et par suite ils créent un mode A-B 69 16946 -2- 2009391 opposées et à pouvoir être utilisés comme signaux de référence dans un premier et un deuxième canal de l'amplificateur. Ces signaux de référence polarisés sont comparés à des signaux d'entrée et de polarisation dans les canaux respectifs de façon à 5 engendrer des signaux de commande dont la durée dépend de cette comparaison. Ces signaux de polarisation- sont utilisés pour permettre un fonctionnement de l'amplificateur dans la classe A-B et les signaux de commande sont utilisés pour commander le signal de sortie de l'amplificateur en engendrant des signaux de sortie 10 ayant une durée ou une période correspondant à celle des signaux de commande. La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un amplificateur modulé en largeur d'impulsions selon 1'invention. Les figures 2 et 3 sont des représentations de signaux: 15 comportant une série de courbes utilisées pour expliquer le fonctionnement de l'amplificateur de la figure 10 Sur la figure 1, un amplificateur modulé en largeur d*impulsions est représenté ayant un canal positif et un canal négatif, ces canaux étant alimentés par une source de signal d'entrée 20 S. Cette source S peut transmettre par exemple des signaux; à fréquence vocale ayant une forme sinusoïdale entre son conducteur de sortie et la masse. On comprendra cependant que le signal de sortie de la source S peut avoir différentes formes et différentes fréquences. 25 Les signaux d'entrée provenant du conducteur de la source S sont transmis respectivement par 1'intermédiaire d'une résistance et d'une résistance Rg à la base d'un transistor dans le canal positif et à la base d'un transistor dans le canal négatif0 30 Un modulateur en dents de scie M est prévu qui engendre un signal de sortie D comme représenté sur la courbe D de la figure 2. Le signal D est un signal en dents de scie variant autour d'un potentiel de référence zéro c'est à dire du potentiel de la masse et ayant une forme triangulaire comme représenté sur 35 la courbe D de la figure 2. Dans le canal positif, un circuit de polarisation négative comportant un condensateur C^ et une' diode D^ est prévu, et, dans le canal négatif, un circuit de polarisation positif comportant un condensateur C2 et une diode D2 est prévu. Le condensateur est connecté entre le point D à la sortie 69 16946 -3- 2009391 du modulateur M et un point C auquel l'anode de la diode est connectée. La cathode de la diode est mise à la masse» Le condensateur Cg est connecté entre le point D et un point E auquel la cathode de la diode D2 est connectée, l'anode de la diode 5 D2 étant reliée à la masse. Ainsi, le circuit de polarisation négative Cj-D^polarise le signal D négativement par rapport à la masse en permettant seulement des variations de polarités négatives. Le signal au point C sur l'anode de la digde est représenté sur la courbe C de la figure 2« Inversement, le circuit 10 de polarisation positive permet seulement des excursions positives du signal D et la courbe E de la figure 2 représente le signal apparaissant au point E sur la cathode de la diode D^« Le ëignal de sortie du circuit , tel que représen té sur la courbe C de la figure 2, est transmis par l'intermé-15 diaire d'une résistance Rg à la base du transistor au point B0 Une diode est connectée de son anode â sa cathode entre l'émetteur et la base du transistor du type NPN de façon à protéger cette jonction contre des tensions et des courants inverses excessifs. Le signal de sortie du circuit de polarisation posi-20 tive C2-D2, comme représenté sur la courbe E de la figure 2, est transmis par l'intermédiaire d'une résistance à la base du transistor Qg en un point F. Une diode est connectée de l'anode à la cathode entre la base et l'émetteur du transistor Qg du type PNP de façon à protéger cette jonction. 25 Un potentiel de polarisation positive B.+ est transmis par l'intermédiaire d'une résistance R^ au point B à la base du transistor qui est du type NPN. Le signal polarisé négativement de la courbe C est algébriquement ajouté à la "tension de polarisation positive B+ au point B de façon à engendrer un signal 30 tel que représenté sur la courbe B de la figure 2 dans le cas où il n'y a pas de signal d'entrée, c'est-à-dire dans le cas où aucun signal n'est transmis par la source S. On peut voir sur la courbe B de la figure 2 que ce signal a une petite partie positive ayant une amplitude de crête B+ dûe au potentiel de polari-35 sation B+ pendant chaque cycle du signal de modulation représenté sur la courbe B. Un potentiel de polarisation négative B- est transmis 69 16946 2009391 par l'intermédiaire d'une résistance Rg à un point F sur la base du transistor Qg qui est du type PNP de façon à s'ajouter au signal représenté sur la courbe E de la figure 2. Le signal résultant est représenté sur la courbe F de la figure 2 et il a 5 une partie négative ayant une amplitude de crête négative B- dûe au potentiel de polarisation négative B- pendant chaque cycle du signal de modulation de la courbe D, dans le cas où il n'y a pas de signal d*entrée. La durée pendant laquelle le signal B est positif et le signal F négatif peut être réglée en choisissant 10 les valeurs des potentiels de polarisation B+ et H-, Un potentiel de commande positif V+ est appliqué au collecteur du transistor par l'intermédiaire d'une résistance Ry« Un circuit en série renfermant un condensateur Cg et un enroulement primaire d'un transformateur est connecté entre 15 le collecteur et l'émetteur du transistor Q^, l'extrémité munie d'un point de l'enroulement étant connectée à l'émetteur» Pendant la période de temps où le transistor est non conducteur, le condensateur se charge au potentiel V+ par l'intermédiaire de la résistance Ry« Quand le signal B devient positif, 20 le circuit base-émetteur du transistor est polarisé en 6ens direct et le transistor est rendu conducteur, le condensateur C-^ se déchargeant dans le circuit collecteur-émetteur du transistor Qj vers l'extrémité munie d'un point de l'enroulement W^. Le transformateur comporte un enroulement secondaire Wg qui a son 25 extrémité munie d'un point connectée par l'intermédiaire d'une résistance RQ à la base d'un transistor de sortie Qg. L'extrémité non munie d'un point de l'enroulement Wg .est connectée à l'émetteur du transistor Qg« Ainsi, le condensateur Cg se déchargeant dans l'extrémité munie d'un point de l'enroulement W^, un courant 30 de base est transmis par l'extrémité munie d'un point de l'enroulement W2, par l'intermédiaire de la résistance Rg à la base du transistor Qg, en rendant ce transistor du type NPN, conducteur. Le collecteur du transistor Qg est connecté à une source de potentiel positif A+ et son émetteur est connecté par l'intermédiaire 35 d'une impédance de charge Z à la masse» La sortie du transistor Qg sur son émetteur est représentée sur la courbe A de la figure la durée de cette impulsion de sortie étant égale à la période de 69 16946 -5- 2009391 temps où le signal représenté par la courbe V est positif de façon à maintenir le transistor conduc-têur. Quand le transistor Q^ est rendu non conducteur au moment où le signal de modulation C devient suffisamment négatif, la commande de la base est 5 supprimée du transistor Qg qui se bloque en terminant l'impulsion de sortie appliquée à l'impédance de charge 2.» Le fonctionnement du canal négatif est analogue à celui du canal positifs Le transistor Qg étant non conducteur, un condensateur C^, connecté à son collecteur, se charge à partir d*un 10 potentiel négatif B- par l'intermédiaire d'une résistance Rç couplée au collecteur du transistor Qg» Un enroulement primaire Wg d'un transformateur Tg est connecté entre l'autre extrémité du condensateur et l'émetteur du transistor Qg» l'extrémité non munie d'un point de l'enroulement Wg étant connectée à l'émetteur 15 du transistor Qg* Le transistor Qg est rendu conducteur quand le signal correspondant à la courbe F de la figure 2 devient négatif de façon à polariser en sens direct la jonction base-émetteur du transistor Qg du type PNP. La conduction du transistor Qg décharge le condensateur dans l'extrémité munie d'un point de 20 l'enroulement Wg et dans le circuit émetteur-collecteur du transistor Qg» Du fait de la convention des points du transformateur Tg, un courant sort de l'extrémité munie d'un poiht de l'enroulement secondaire du transistor Tg'ët il circule par l'intermédiaire de la résistance R^q jusqu'à la base d'un transistor de 25 sortie Q^ du type NFN, ce qui rend ce transistor conducteur. Le collecteur du transistor Q^ est connecté à l'impédance' de charge Z et à l'émetteur du transistor Qg, et l'émetteur du.transistor Q^ est connecté à une source de potentiel négatif A-. La conduction du transistor Q^ polarise son collecteur au point G au poten-30 tiel A- de façon à engendrer une impulsion de sortie telle que représentée sur la courbe G de la figure 2. Une voie de courant est alors engendrée dans l'impédance de charge 2 dans le sens opposé à celui existant pendant la demi période positive. Cette voie de courant va de la masse dans l'impédance de Charge Z puis 35 dans le circuit collecteur-émetteur du transistor Q^ jusqu'à la source A-. Le transistor Qg reste conducteur aussi longtemps que 69 16946 -6- 2009391 le signal représenté sur la courbe F de la figure 2 reste négatif, cette durée étant déterminée par le potentiel B-. Quand ce signal devient positif sous l'influence du signal de modulation positif représenté sur la courbe E de la figure 2, le transistor Qg est 5 bloqué, ce qui supprime le courant de commande de base du transistor Q^, et ce qui rend ce transistor non conducteur. La période de l'impulsion de sortie négative telle que représentée sur la courbe G de la figure 2 est alors déterminée par la durée pendant laquelle le signal F de la figure 2 reste négatifs Le signal de 10 sortie composé vu par l'impédance de charge Z est représenté sur la courbe A de la figure 2 dans le cas où il n'y a pas de signal d'entrée et il est constitué d'impulsions positives et négatives dont les durées dépèndant respectivement des amplitudes positives et négatives des potentiels de polarisation (B+) et (B-)* dans le 15 cas où il n'y a pas de signal d'entrée. . Une diode est connectée de son anode à sa cathode entre l'émetteur et la base du transistor de sortie Qg et une diode est connectée de son anode à sa cathode entre l'émetteur et la base du transistor Q^. La fonction de ces diodes et 20 consiste à protéger les jonctions respectives base-émetteur de ces transistors de tensions inverses excessives et de courants qui pourraient détruire les dispositifs de sortie. L'impédance de charge Z est représentéè schématiquement sous forme d'une résistance de charge. Cependant, elle peut corne-25 porter des composantes réactives qui peuvent créer des courants de charge réactifs qui apparaissent quand les transistors de puissance respectifs sont bloqués. Dans le but de canaliser ces courants réactifs, une diode D^ est connectée de son anode à sa cathode entre l'émetteur et le collecteur du transistor Qg et une 3p diode Dg est connectée de son anode à sa cathode entre l'émetteur et le collecteur du transistor Les diodes D^ et Dg peuvent constituer des diodes de rétablissement rapide et elles permettent de transmettre en arrière un courant de charge, qui doit être présent dans Je circuit de charge de sortie, jusqu'à l'alimentation 35 de puissance fournissant les tensions (A+) et (A-)« Ainsi, quand le transistor Qg est bloqué, la diode Dg, permet de transmettre un Courant de charge inductif jusqu'au potentiel d.'alimentation A- 69 16946 -7- 2009391 et, quand le transistor de sortie Q4 est bloqué, la diode transmet un courant de charge inductif jusqu'à la tension d'alimentation A+. L'utilisation des diodes et Dg empêche des tensions transitoires destructives d'être appliquées aux bornes des tran-5 sistors de sortie respectifs Qg et au moment de leur blocage • L'impédance de charge Z peut par exemple être un haut parleur et, dans ce cas, il peut être nécessaire de neutraliser sa bobine en utilisant une résistance et un condensateur en série aux bornes de cette bobine de façon que le courant réactif soit rendu minimal» 10 Sur la figure 3, le fonctionnement d'un amplificateur modulé en largeur d'impulsions tel que représenté sur la figure 1 est représenté dans le cas où un signal d'entrée lui est appliqué, par exempiè celui représenté sur la courbe S^ de la figure 3, ce signal d'entrée ayant un potentiel positif + pendant un certain 15 temps, puis ensuite un potentiel négatif V-j- . On remarquera que le signal de modulation en dents de scie apparaissant sur la courbe D de la figure 3, le signal polarisé négativement représenté sur la courbe C de la figure 3 et le signal polarisé positivement représenté sur la courbe H de la figure 3 sont identiques aux 20 signaux respectifs D, C et E de la figure 2 et restent les mêmes, quels que soient les signaux d'entrée appliqués à l'amplificateur. Le signal positif est transmis par la résistance R^ à la base du transistor au point B. Comme le montre la courbe B de la figure 3, la somme du signal d*entrée V^+ et de la tension 25 de polarisation positive B* sur la base du transistor rend ce signal composé positif et d'un niveau maximum égal à (V^ +) + (B +). Donc, le signal représenté sur la courbe B est positif pendant une période de temps supérieure à celle correspondant au cefs où il n'y a pas de signal d'entrée. Donc, le transistor est conduc-30 teur pendant une période de temps plus longue. La courbe A de la figure 3 représente l'impulsion de sortie du transistor de sortie Qg produite en réponse à la conduction du tr^ftgistor On voit sur les courbes A et B de la figure 3 que les fronts avant et arrière du signal de la courbe A de la figure 3 sont modulés, le 35 front avant commençant avant et le front arrière après, comparé au cas où il n'y a pas de signal d'entrée, ce cas étant représenté sur la courbe A de la figure 2. i i i 69 16946 r8- 2009391 La tension, du signal d1 entrée de la courbe de la figure 3 étant positive, la somme des signaux sur la base du transistor Qg au point F est telle que la tension de la base ne devient jamais négative et par suite le transistor Qg n'est jamais 5 conducteur. Comme le traasistor Qg n'est jamais rendu conducteur, le transistor de sortie n'est également jamais rendu conducteur. Ainsi, aucune impulsion de sortie au point G sur le collecteur du transistor Q^ ne se produit comme représenté sur la courbe G de la figure 3. Le signal d'entrée S-^ restant positif pour la 10 tension + jusqu'à ce que deux impulsions d'entrée soient engendrées par le transistor Qg comme représenté sur la courbe A de la figure 3, la tension de sortie telle que représentée sur l'impédance de charge Z est celle représentée sur la courbe A de la figure 3 et elle comprend deux impulsions positives de la 15 même durée que les impulsions représentées sur la courbe A de la figure 3. Comme représenté sur la courbe de la figure 3, le signal d'entrée devient négatif et il prend un potentiel négatif - au moment où la deuxième impulsion représentée sur la courbe 20 A de la figure 3 se termine. Ceci rend la tension au point B sur la base du transistor Q^ négative, de façon à dépasser le potentiel de polarisation positif B+ et empêcher le transistor d'être rendu conducteur dans ces conditions. Ainsi, le transistor de sortie Qg n'est également pas rendu conducteur et aucune impul-25 sion de sortie positive n'est transmise par le transistor Qg, la tension d'entrée négative - étant transmise à l'amplificateur*. Cependant, si on se réfère à la courbe F de la figure 3 son signal est commandé négativement par la somme de la tension d'entrée négative - et de la tension de polarisation négative B -, en 30 sorte que le transistor Qg est rendu conducteur pendant le temps 4 où la tension au point F est négative. En réponse à la conduction du transistor Qg, le transistor de sortie Q^ est rendu conducteur de façon à engendrer une impulsion de sortie négative telle que représentée sur la courbe G de la figure 3 d'une durée 35 • dépendant de la durée pendant laquelle le signal de la courbe F de la figure 3 est négatif. Des impulsions négatives continuent à être appliquées 69 16946 f-y— 200939i à l'impédance de charge Z aussi longtemps que les tensions d'entrée négatives V^- sont appliquées à l'amplificateur» On remarquera que les impulsions représentées sur la courbe G de la figure 3 sont modulées par les deux bords suivant la durée pendant 5 laquelle le signal F est négatif sous l'influence de la tension d'entrée négative de la tension de polarisation négative B- et du signal de modulation positif représenté sur la courbe E de la figure 3. Les signaux de sortie composés, correspondants aux signaux d'entrée représentés sur la courbe de la figure 3, 10 sont représentés sur la courbe H de la figure 3 et reconstruisent sensiblement les signaux d'entrée pour un niveau de sortie amplifié. En résumé, l'amplificateur en largeur d'impulsions décrit ci-dessus fournit un signal de sortie modulé en largeur 15 d'impulsions et amplifié correspondant aux signaux d'entrée qui lui sont appliqués en reconstruisant les signaux d'entrée par une modulation des deux fronts. Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide d'un mode de réalisation particulier, il est clair que de nom-20 breuses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de ladite invention» 69 16946 Vw REVENDICATIONS 1 - Amplificateur modulé en largeur d'impulsions fonctionnant à l'aide de signaux d'entrée, comprenant un circuit de modulation engendrant des signaux de modulation, un premier cir- 5 cuit de référence engendrant des premiers signaux de référence en réponse à la polarisation de ce circuit de modulation à un potentiel de référence en permettant uniquement des variations du signal correspondant suivant une seule polarité, un deuxième circuit de référence engendrant des deuxièmes signaux de référence 10 en réponse à la polarisation de ces signaux de modulation à un niveau de référence en permettant seulement des variations de ces signaux dans la polarité opposée à partir cfesdits premiers signaux de référence, un circuit engendrant un premier et un deuxième signal de polarisation, un premier canal engendrant des premiers 15 signaux de commande dont la durée dépend de la comparaison des signaux d'entrée et des premiers signaux de polarisation avec les premiers signaux de référence, un deuxième canal engendrant des seconds signaux de commande dont la durée dépend de la comparaison des signaux d'entrée et des deuxièmes signaux de polarisation avec 20 des deuxièmes signaux de référence, et un circuit de sortie engendrant des signaux de sortie transmis à une charge en réponse à la durée des premier et des deuxième signaux de commande,, 2 - Amplificateur selon revendication 1 dans lequel le circuit de sortie comporte un premier et un deuxième commutateur 25 répondant au premier et au deuxième signal de commande de façon à engendrer lesdits signaux de sortie transmis à ladite charge'. 3 - Amplificateur selon revendication 2 dans lequel le premier et le deuxième signal de polarisation sont choisis de façon à engendrer un cycle relativement court du premier et du 30 deuxième commutateur en l'absence de signaux d'entrée transmis audit amplificateur de façon à fournir un fonctionnement en classe A-B de cet amplificateur. 4 - Amplificateur selon revendication 2 ou 3 dans lequel un signal en dents de scie varie de part et d'autre de ce poten- 35 tiel de référence. 5 - Amplificateur selon revendication 4 dans lequel le premier signal de polarisation et le premier signal de référence ont des polarités opposées et- dans lequel le deuxième signal de polarisation et le deuxième signal de référence ont des polarités 69 16946 •-11- 2009391 opposées. 6 - Amplificateur selon revendication 5 dans lequel le premier circuit de référence comprend un circuit de polarisation négative qui polarise les signaux de modulation au-dessous du 5 niveau de référence et qui permet seulement des variations négatives de ces signaux, le deuxième circuit de référence comportant un circuit de polarisation positive qui polarise les signaux de modulation au-dessus du niveau de référence et qui permet seulement des variations positives de ces signaux. 10 7 - Amplificateur selon revendication 6 dans lequel la durée des premiers iignaux de commande dépend de la durée pendant laquelle la somme des signaux d*entrée et des premiers signaux de polarisation est plus positive que la valeur négative des premiers signaux de référence, la durée des deuxièmes signaux de commande 15 dépendant de la durée pendant laquelle la somme des signaux d'entrée et des deuxièmes signaux de polarisation e st plus négative que la valeur positive des deuxièmes signaux de référence. 8 - Amplificateur selon revendication 7 dans lequel lesdits commutateurs comportent des électrodes de sortie de comman-20 de, la charge étant connectée à une électrode de sortie de chacun de ces dispositifs de façon à permettre la transmission bilatérale d'un courant, le premier et le deuxième signal de commande étant appliqués aux électrodes de commande respectives de ces dispositifs de façon à commander leur action de commutation.