Brevet FR2002858A1 — publié le 19691031

La présente invention répond à la nécessité de disposer d'un amplificateur différentiel fournissant une tension de sortie stable en présence de variations de paramètres de montage communs aux deux amplificateurs élémentaires formant l'amplificateur différentiel. Les tentatives antérieures pour résoudre ce problème ont consisté à prévoir des sorties isolées par des condensateurs pour empêcher qu'une lente dérive en courant continu dudit amplificateur différentiel n'apparaisse à la sortie; à prévoir des sources d'alimentation bien stabilisées et un potentiomètre pour régler la tension à la sortie, ces sources bien stabilisées evitant pratiquement la dérive de l'amplificateur et le potentiomètre permettant un réglage initial de la tension de sortie au niveau désiré; ainsi qu'à établir différents schémas de réaction. L'invention élimine les condensateurs de la sortie, les sources bien stabilisées et le potentiomètre; ou bien diminue la complexité des schémas de réaction antérieurs. L'invention a notamment pour but de fournir un montage électronique permettant de stabiliser d'une manière simple la tension de sortie d'un amplificateur différentiel à l'égard d'in- fluences agissant conjointement sur les deux amplificateurs élémentaires formant l'amplificateur différentiel. n'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif mais nul liement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ce dessin la figure 1 représente un mode de réalisation préféré d'un montage utilisant les enseignements de l'invention, et la figure 2 représente un module qui peut remplacer la partie du montage de la figure 1 figurant dans le rectangle portant le même numéro, pour réaliser un mode de réalisation de variante utilisant les enseignements de L'invention. Sur la figure 1 un amplificateur différentiel désigné dans son ensemble par la référence générale 10 comprend deux étages amplificateurs élémentaires. Un transistcr NPN, Q-l et son clrcuit de polarisation associé qui comprend une résistance de charge ou de collecteur 12, constitueat le premier étage amplifica teur élémentaire. Un second transistor NPNv Q-2 et son circuit de polarisation associé qui comprend une résistance de charge ou de collecteur 14, forment le second étage amplificateur élémentaire.Un troisième transistor IFN, Q-3 et son circuit de polarisation associé jouent le role d'une source de courant d'intensité constante qui fournit la polarisation voulue aux émetteurs dudit amplificateur différentiel. On a indiqué en 16 un point de jonction par l'intermédiaire duquel la tension de sortie du premier étage est appliquée à entrée d'un amplificateur de shunt à gain élevé désigné dans son ensemble par la référence générale 18. L'amplificateur 18 est constitué par des transistors NPN, Q-4 et Q-5, disposés en montage de Darlington, avec une résistance de polarisation des émetteurs. L'émetteur du transistor Q-5 est connecté à une entrée de potentiel de référence 19, en l'occurrence la masse. Le point commun des collecteurs de l'amplificateur 18 est représenté connecté à un moyen d'ajustement de polarisation désigné dans son ensemble par la référence générale 20- et, plus précisément à un point de jonction 22 de celui-ci. Le moyen d'ajustement de polarisation 20 cotisent en outre une résistance é- lectrique 24 qui connecte le point de jonction 22 à une borne de polarisation 26 destinée à recevoir une tension de polarisation. Quelques valeurs types de tension et de courant permettant un bon fonvtionnement du montage de la figure I sont indiquées sur le dessin, ainsi que les valeurs des composants du mode de réalisation préféré.Les transistors utilisés sont tous du type 2N3010. Les transistors Q-l et Q-2 sont équilibrés en courant continu en raison de leur utilisation dans l'amplificateur différentiel 10. Sur la figure 2 est représenté un mode de réalisation de variante du moyen d'ajustement de polarisation 20 comprenant un transistor à effet de champ Q-6. L'amplificateur 18 est représanté connecté à une grille du transistor à effet de champ Q-6. Le mode de réalisation du moyen d'ajustement de polarisation 20 représenté sur la figure 2 peut être substitué au mode de réalisation du moyen d'ajustement de polarisation 20 représenté sur la figure 1 pour former un mode de réalisation de variante d'un montage fonctionnant conformément aux enseignements de l'invention. Dans ses grandes lignes, le mode de réalisation représenté sur la figure 1 fonctionne comme suit : l'amplificateur différentiel 10 se comporte comme un amplificateur différentiel ordinaire; l'amplificateur 18 échantillonne la tension de sortie au point de jonction 16 du premier amplificateur élémentaire de l'amplificateur différentiel 10 et compare cette tension à un potentiel de référence, en ltoccurrence la masse; l'amplificateur 18 tire du courant du point de jonction 22 en fonction de la différence de signaux entre la tension régnant au point de jonction 16 et la masse; en outre, le courant variable consommé par l'amplificateur 18 fait varier la polarisation appliquée à la jonction des résistances de charge 12 et 14 des amplificateurs élémentaires de l'amplificateur différentiel 10 de manière à maintenir la tension régnant au point de jonction 16 constante par rapport au potentiel de référence, c'est-à-dire par rapport à la massa. Etant donné que toute variation dans le montage compensée par cette technique affecte conjointement les deux amplificateurs élémentaires, la stabilisation de la tension de sortie de l'un d'eux stabilise la tension de sortie des deux. Comme précédemment décrit, l'amplificateur différentiel 10 fonctionne comme un amplificateur différentiel normal ou ordinaira. C'est-à-dire qu'un courant de polarisation constant fourni par le transistor Q-3 est réparti entre les transistors amplificateurs Q-1 et Q-2 de sorte que les deux moitiés de l'amplificateur différentiel sont soumises à la même polarisation. Par ailleurs une différence de tension entre les bornes marquées "entrée" est appliquée entre les bases des transistors Q-l et Q-2 et a pour effet l'apparition d'un signal amplifié entre le point de jonction 16 et la borne marquée "sortie de signal". En d'autres termes, le signal de sortie présent dans l'amplifi cateur différentiel normal apparaltrait en-t;re le point de sortie du premier étage d'amplificateur différentiel et le point axe sortie de son second étage. On remarquera que pour obtenir la tension de sortie maximale, il est nécessaire de recueillir la sortie sur une borne non à la massa. Ceci est un inconvénient dans de nombreux cas, car il est alors nécessaire de prévoir un montage pour conver- tir en un signal le signal rapporté à la masse. Comme décrit plus loin, les enseignements de l'invention permettent d'or la tension de sortie maximale à partir d'une sortie de l'amplificateur différentiel rapportée. à la masse. Cette particularité est avantageuse étant donné qu'on obtient alors ladite tension de sortie maximale sans aucun montage supplémentaire. Le fonctionnement des transistors de flarlington Q-4 et Q > 5 formant l'amplificateur 18 est bien connu des spécialistes et il n'est pas nécessaire de -l'expliquer davahtage ici. La nouveauté roide ici dans la combinaison de l'amplifie cateur différentiel 10, de l'amplificateur 18, et du moyen d'ajustement de polarisation 20, combinaison déstinée à stabiliser pratiquehent la tension de sortie de l'amplificateur différentiel 10 à l'encontre de variations influençant conjointement ses deux amplificateurs élémentaires. L'une des influences d'environnement susceptibles d'affecter conjointement les deux amplificateurs élémentaires de l'am- plificateur différentiel 10 est une variation du courant fournie par le transistor Q-3. Cette variation peut se produire en raison de différences d'un amplificateur élémentaire à l'autre ou par suite de différences d'ambiance, par exemple de température, affectant l'un des- amplificateurs élémentaires. On supposera, à titre d'exemple, qu'il se produit une variation importante du courant fourni par le transistor Q-3, à savoir de 2 à 4 milliampères, pour exposer de façon détaillée l'effet stabilisateur de 1' invention.. Les 2. milLiampères supplémentaires- du courant fourni par le transistor Q-3 sont répartis entre les transistors Q-1 et Q-2, de sorte qu'un milliampère supplémentaire passe à travers chacune des résistances de charge 12 et 14 Le milliampère supplémentaire traversant la résistance de charge 12 tend à modi-fier la tension de repos au point de jonction 16 et à la faire passer de plus de. + 1,5 volt à + 0,5 volt. Toutefois, à mesure que la tension au point de åonction 16 décroît, la tension d'entrée de l'amplificateur 18 par rapport à la référence décroît également.A mesure que la signal d'entrée de l'amplificateur 18 décroît par rapport à la référence, le courant consommé par l'amplificateur 18 à partir du point de jonction 22 décrit éga liement. Cette réduction du courant tiré par l'amplificateur 18 du point de jonction 22 entraîna une réduction correspondante du courant tiré de la torne-26 par l'intermédiaire de la résis tance 24. Cette réduction du courant traversant la résistance 24 provoque une réduction de la chute de tension à travers cel- le-ci.On remarquera qu'une telle réduction de la chuta de tension à travers la résistance 24 provoque une élévation de la tension régnant au point de jonction 22 tendant à la rapprocher de la tension d'alimentation positive de sorte que la tension régnant au point de jonction 16 tend également à s'élever en se rapprochant de ladite tension d'alimentation. Lorsque la tension présente au point de jonction 22 atteint 3,5 volts, celle qui règne au point de jonction 16 est à nouveau de + 1,5 volt.Ceci est dû aux raisons suivantes : un milliampère de courant passé, au repos, à travers la résistance 12; un milliampère supplémentaire de courant a résulté de la variation d'intensité assurée par le transistor Q-3; les 2 milliampères de courant passant à travers la résistance 12 qui a une valeur ohmique d'un kilohm, a entraîné une chute de tension de 2 volts et cette chute de tension de 2 volts à travers la résistance 12 retranchée de la tension de 3,5 volts régnant au point de jonction 22 laisse le point de jonction 16 à une tension positive de 1,5volt. A ce stade, le montage a atteint un état stable et le courant consommé par l'amplificateur 18 cessa de varier.La tension au point de jonction 16 était positive de 1,5 volt avant la variation de courant provoquée par le transistor Q-3 et, après cette variation, cette tension est à nouveau de + 1,5 volt On voit donc que l'interaction entre l'amplificateur 18 et le moyen d'ajustement de polarisation 20, d'une part, et l'amplificateur différentiel 10, d'autre part, a pour effet de maintenir la tension au point de ponction 16 sensiblement constante par rapport à la référence, en 1' occurrence la masse. Le maintien à une valeur constante de la tension au point de jonction 16 par rapport à la référence en présence d'une variation d'un paranètre du montage affectant conooiltement les deux co-iés- de l'amplificateur différentiel a pour effet de maintenir également constante la tension de la borne de sortie. Cette particularité est également facile à comprendre d'après l'exemple décrit. La tension de sortie de repos était positive de 1,5 volt du fait que la tension de repos régnant au point de jonction 22 était de 2,5 volts et qu'une chute de tension de I volt se produisait à travers la résistance 14 an raison du courant de 1 milliampère traversant celle-ci.Après l'augmentation de 2 milliampères par le transistor Q-3 du courant fourni, courant dont une moitié traverse la résistance 14, la sortie reste inchangée. Cette absence de modification de la sortie est due au fait que la tension au point de jonction 22 s'élève, comme on l'a vu dans ltexplication ci-dessus, jusqu a une valeur positive de 3,5 volts, tandis que la tension aux bornes de la résistance 14, en raison du courant de 2 milliampères qui la traverse maintenant est de 2 volts.. En conséquence, la tension de sortie reste à + 1,5 volt. On obtient le même effet en remplaçant le moyen d'ajustement de polarisation 20 de la figure 1 par le moyen d'ajustement de polarisation 20 de la figure 2; toutefois, dans ce cas, la cause est différente. Le moyen d'ajustement de polarisation de la figure 2 interpose une résistance électrique ajustable entre la borne 26 et l'amplificateur différentiel 10 de manière à modifier la tension présentée à celui-ci en réponse à un signal provenant de l'amplificateur 18. il est clair que, du fait que l'amplificateur 18 controle à nouveau la tension appliquée à l'amplificateur différentiel 10, on obtient le meme effet que précédemment On peut maintenant expliquer pourquoi le montage de la fifure 1 permet de recueillir une tension de sortie maximale à une sortie de l'amplificateur différentiel On remarquera qu'une tension de signal d'entrée tend également à modifier la tension au point de jonction 16 que sur la borne de sortie Doute- fois, un signal d'entrée n'affecte pas les deux amplificateurs élémentaires de l'amplificateur différentiel conjointement mais il les affecte dans des sens opposés. En d'autres termes, un signal appliqué aux bornes d'entrée tend à provoquer des variations de tension de sortie égales mais de sens opposés au point de jonction 16 et à la borne de sortie de signal. En supposant que la tension de sortie au point de jonction 16 tende à s'éle- ver en réponse à une entrée de signal, il est clair d'après l'explication qui précède que l'amplificateur 18 dérivera plus de courant de manière à abaisser la tension au point de jonction 22 en maintenant par conséquent constante la tension au point de jonction 16.. On remarquera maintenant l'effet d'un abaissement de la tension au point de jonction 22 sur la sortie de signal.On a supposé que la tension au point de jonction 16 s'élevait en réponse à l'entrée de signal et l'on a remarqué que les tensions de sortie du point de jonction 16 et de la sortie de signal étaient égales et de sans opposés en réponse à des signaux d'entrée; en conséquence, la tension à la borne de sortie de signal s'abaisse par suite de la présence du signal d'entrée et s'abaissa encore en raison de la réduction de la tension régnant au point de jonction 22.Etant donné que la réduction de tension au point de jonction 22 reflète la tentative d'élévation de tension du point de jonction 16, la réduction de tension globale à la borne de sortie de signal reflète le gain de tension des deux amplificateurs élémentaires de l'amplificateur différence tiel 10 En fait, une réponse bilatérale est donc effectivement convertie en une réponse unilatérale de gain double par l'invention. Maintenant qu'on a expliqué la présente invention, on peut apprécier sa simplicité. L'adjonction de deux transistors NPN et de deux résistances stabilise pratiquement l'amplificateur différentiel 10 à l'encontre d'influences qui affectent dans la meme mesure ses deux amplificateurs élémentaires. Ceci est beaucoup plus simple que les techniques. de stabilisation utilisées dans le passé et qui comprenaient un échantillonnage de la tension au point de jonction 16 et une modification du courant fourni par le transistor Q-3 en fonction de cet échantillonnage. il est clair que la technique de contrôle du courant fourni par le transistor Q-3 exigerait un montage notablement plus complexe que celui que nécessite l'invention. Par exemple, il est clair qu'un décalage de niveau de tension est nécessaire entre la tension positive du point de jonction 16 et la tension négative appliquée à la base du transistor Q-3, pour contrAplar le courant que celui-ci fournit. En outre, le montage suivant l'invention permet l'utilisation de transistors RPS dans l'amplificateur 18. Les transistors NPN sont avantageux car, dans l'état actuel de la technique, ils offrent des caractéristiques bien meilleures que celles des transistors PEP. Maintenant que les enseignements fondamentaux de l'invention ont été exposés, diverses variantes et divers développements deviennent évidents- pour un spécialiste. Par exemple, de nombreux types et montages de l'amplificateur différentiel 10 peuvent etre- envisagés De même, de nombreux types et montages de l'amplificateur 18 peuvent être envisagés. Cet amplificateur peut être simplement constitué par un unique transistor. De plus, on peut utiliser n'importe quelle tension de référence stable au lieu de la référence de masse prévue sur la figure 1. La masse est cependant considérée comme préférable pour des raisons de stabilité. Par ailleurs, les enseignements de l'invention permettant de stabiliser un amplificateur différentiel, meme si les étages amplificateurs élémentaires sont affectés différemment par une perturbation. Toutefois, dans ce cas, la stabilisation est incomplète. il va de soi que la présente invention n'a été décrite cidessus qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son ca -dre. REVENfil CAT 10N8 1.- Amplificateur différentiel comprenant des premier et second étages amplificateurs comportant chacun une résistance de charge connecté à une borne de polarisation, caractérisé par : (a) un moyen capable de recevoir un potentiel de référence; (b) un moyen d'ajustement de polarisation monté entre la borne de polarisation et les résistances de charge de l'amplificateur différentiel; et (c) un moyen amplificateur connecté à l'amplificateur-dif- férentiel, au moyen recevant le potentiel de référence et au moyen d'ajustement de polarisation, pour comparer la tension de sortie du premier étage amplificateur avec le potentiel de référence reçu et pour commander le moyen d'ajustement de polarisation de manière à naintenir une différence constante entre les tersions comparées. 2.- L'appareil de la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen dtajustamant de polarisation comprend une résistance électrique montée entre la borne de polarisation et les résistances de charge. 3 - L'appareil de la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen amplificateur comprend un amplificateur de shunt de courant pour maintenir la différence dès tensions comparées constante en faisant passer une quantité de courant variable à travers la résistance électrique afin de faire ainsi varier la tension appliquée aux résistances de charge. 4.- L'appareil de la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'aJustement de polarisation comprend une résistance électrique variable et réglable interposée entre la borne de polarisation et les résistances de charge. 5.- Amplificateur différentiel comportant deux résistances de charge, celles-ci ayant respectivement une première extrémité connectée à l'un des amplificateurs élémentaires de l'amplificateur différentiel tandis que leurs secondes extrémités sont intarconnactéas et reliées à une borne pouvant autre branchée sur une source de polarisation, caractérisé par (a) un moyen interposé entre la jonction des résistances de charge et la borne de polarisation pour contrôler la polari station appliquée à ladite jonction; et (b) un moyen amplificateur comportant une entrée de potentiel de référence pour- détecter la tension régnant à ladite première extrémité de la résistance de charge de l'un des amplificateurs élémentaires, pour comparer la tension détectée avec la tension régnant à l'entrée de potentiel de référence, et pour contrôler le moyen (a) en fonction de la différence entre la tension détectée et la tension régnant à l'entrée de potentiel de référence. 6.- L'appareil de la revendication 5, caractérisé par le fait que le moyen amplificateur contrôle la tension détectée de manière à la maintenir constante par rapport au potentiel de référence appliqué. 7.- L'appareil de la revendication 5, caractérisé par le fait que le moyen (a) comprend une résistance électrique montée entre la borne de polarisation et la jonction des résistances de charge 8.- L'appareil de la revendication 7, caractérisé par le fait que l'amplificateur commanda la polarisation appliquée à la jonction des résistances de charge an faisant passer des quar- tités de courant variables à travers la résistance électrique montée entre la borne de polarisation et la jonction des résistances de charge. 9.- L'appareil de la revendication 5, caractérisé par le fait que le moyen (a) comprend une résistance électrique variable commandée par le moyen amplificateur pour contrôler la polarisation appliquée à la jonction des résistances de charge en faisant varier la résistance électrique présentée.