Brevet FR2000996A1 — publié le 19690919

La présente invention se rapporte aux amplificateurs pour répéteur et, parti culierement, aux amplificateurs à fréquence porteuse. la présente invention concerne également un amplificateur à transistors prg- sentant un étage symétrique (également appelé dans la suite du texte "push-pull" comprenant des transistors de types de conductivité opposés, connectés selon un mode en émetteurs communs. Ils sont connectés de telle sorte que le courant continu d'alimentation les traverse en série. Les collectows des transistors de l'éta- ge de sortie sont intereorsneetés, tandis que leurs bases sont commandées par un étage préamplificateur. Le signal de sortie est délivré sous la forme d'un courant alternatif provenant d'un point situé entre la borne commune des collecteurs des transistors de l'étage de sortie et le point de référence du circuit (terre). Les étages de sortie en push-pull, dans lesquels les transistors sont aménagés de telle sorte que le courant continu d'alimentation les traverse en série, sont connus en eux-memes > le principe sur lequel ils sont basés étant connu comme un "push-pull à simple extrémité" dans la littérature technique Anglaise et Améri caine. I1 existe des exemples de tels étages dans lesquels les transistors, qui sont traversés en série par le courant continu d'alimentation, sont du même type de conductivité, le signal de commande pour la base du second transistor étant dérivé du signal de sortie ies collecteurs du premier transistor.I1 ezXute- d' - autres réalisations, dans lesquelles les transistors des deux étages de sortie sont de types de conductivité opposé s, leurs bases étant commandées par des courants alternatifs en opposition de phase (brevet Allemand BO 1.232.208). Les étages de sortie comprenant des transistors du même type de conductivité où le signal de commande de la base du second transistor est dérivé du signal de sortie du collecteur du premier transistor, sont seulement appropriés pour un fonctionnement en classe A pure, étant donné que toutes les distorsions qui se produi sent dans le premier transistor sont appliquées au second transistor et ne sont pas éliminées du signal de sortie. Dans les circuits décrits dans le brevet Allemand NO 1.252.208 les bases des deux transistors de l'étage de sortie, qui sont''e types de conductivité opposés et sont montés en série pour le courant continu, sont commardeesavec des courants alternatifs provenant d'un étage préamplificateur commun.Mais, par suite de la connexion en série pour le courant continu des deux transistors de l'étage de sortie, seule la base de l'un d'euxpsut être commandée par l'intermédiaire d' un couplage à courant continu, tandis que l'autre peut seulement être commandée par: l'intermédiaire d'un couplage RC et doit, de plus, recevoir le potentiel de polarisation de base nécessaire, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension de base.Ces deux types de couplage non seulement rendent difficile l'obtention d'une symétrie adéquate, mais le couplage RC restreint également l'utilisation de ces étages de sortie- pour un fonctionnement en classe A pure, étant donné que le dé placement du point de fonctionnement engendré par la charge du condensateur de couplage rend impossible l'obtention de la commande uniforme des transistors, qui est nécessaire pour un étage en classe AB, ou en classe B, La même difficulté survient toutefois avec un fonctionnement en classe A pure, quand des impulsions unipolaires sont appliques à l'amplificateur. Dans de nombreuses circonstances, toutefois, il est souhaitable pour des raisons d'efficacité de faire fonctionner les étages de sortie comme des étages en classe AB ou B, dans ce cas5 un amortissement suffisamment élevé de la distorsion d'harmonique peut être obtenu sur la bande utile. A cette fin une commande rigide des transistors de étage de sortie, au moyen d'un courant ou d'une tension appli quée, est recherchée dans des agencements connus. La présente invention a pour objet de réaliser un amplificateur à transistors, en particulier un amplificateur de télécommunication et, de préférence, un amplificateur à fréquence porteuse, dans lequel l'étage de sortie push-pull comporte des transistors de types de conductivité- opposés, connectés en émetteurs communs avec la source d'alimentation continue qui les traverse, en série, les collecteurs des transistors de l'étage de sortie étant interconnectés, tandis qUe leurs bases sont commandées par un étage préamplifieateur, et dans lequel, de plus, le signal de étage de sortie provient,comme un courant alternatif, d'un point situé entre la jonction commune des collecteurs des transistors de l'étage de sortie et le point de référence du circuit (la terre), l'étage préamplifieateur étant capable de fonctionner comme un étage amplificateur de classe AB ou B. Selon l'invention, afin de commander l'étage de sortie avec un courant indépendant de la charge, l'étage préamplificateur comporte deux transistors de types de conductivité opposés, montés en émetteurs communs, les bases des transistors de étage préamplificateur étant commandées en phase d'une manière connue, tandis que leurs collecteurs sont connectés chacun à la oase du transistor de l'étage de sortie de type de conductivité opposé, de telle sorte que, d'une manière connue, les circuits collecteurs des transistors de l'étage préamplificateur sont constitués par le courant de base des transistors de l'étage de sortie, tandis que les émetteurs des transistors de 1'étage préamplificateur sont connectés au point de référence du circuit (la terre) pour l'écoulement des courants alternatifs, si nécessaire avec l'interposition d'une résistance stabilisatrice. De la même façon, afin de commander les transistors de l'étage de sortie avec une tension indépendante de la charge, l'étage préamplificateur comprend également selon l'invention, deux transistors de types de conduetivité opposés, connectés en collecteurs communs, les bases des transistors de l'étage préamplificateur étant commandées en phase, d'une manière connue, tandis que leurs émetteurs sont connectés chacun à la base du transistor de 1' étage de sortie de type de conductivité opposé, de telle sorte que, dtune manière connue, les courants émetteurs des transistors de l'étage préamplificateur sent constitués par les courants de base des transistors de l'étage de sortie, tandis que les collecteurs des transistors de l'étage amplificateur sont connectés au point de référence du circuit (terre) pour l'écoulement du courant alternasif, si nécessaire, avec l'interposition d' une résistance protectrice. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu' titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures 1, 2, 3, représentent des exemples de circuits pour l'étage de sortie de l'amplificateur à transistors, selon l'invention. Les parties a et b de chacune des figures 4, 5 et 6 représentent des exemples complets de circuits pour les étages représentés sur les figures 1 à 3. Les figures 7, 8, et 9 représentent des exemples de circuits pour un amplificateur complet à transistors, comportant les étages de sortie représentés sur les figures 4, 5 et 6. La figure 1 représente le circuit alternatif simple d'un étage préamplificateur et d'un étage de sortie d'un amplificateur à transistors, réalisé selon 1' invention. Les transistors Trsl, Trs2, de 1' étage amplificateur sont de types de conductivité opposés. Dans l'exemple considéré Trsl est un transistor du type PNP, tandis que Trs2 est un transistor du type NPN. Les basas de ces transistors Trsl et Trs2 sont interconnectées pour l'écoulement du courant alternatif et sont commandées par un signal à amplifier, leurs émetteurs étant connectés aux pôles plus et moins, respectivement, de la tenson d'alimentation. Les transistors Trs3 et Trs4 de l'étage de sortie sont également de types de conductivité opposés, Trs3 étant un transistor du type NPN et Trs4 un transistor du type PNP. Les émetteurs de ces transistors de étage de sortie sont eDn- nectés également aux pôles plus et moins de la tension d'alimentation, tandis que leurs collecteurs sont in-terconnectés. La résistance re charge RL demeure située entre la jonction commune des deux collecteurs et la jonction commune des deux condensateurs C1 et C2, montés en série.Les bases des transistors Trs3 et Trs4, de étage de sortie, sont connectées respectivement au collecteur de celui des transistors Trsl et Trs2 de l'étage préamplificateur, qui est de type de connue tivité opposé aux transistors de étage de sortie. Ainsi, le courant collecteur du transistor considéré (Trsl ou Trs2) de l'étage préamplificateur, traverse le trajet base/émetteur de l'un des transistors (Trs) ou Trs4 respectivement) de l'étage de sortie, de telle sorte que les transistors de l'étage de sortie sont commandés rigoureusement parle courant collecteur qui est appliqué par l'étage préamplificateur. La figure 2 représente un circuit semblable : étage préamplificateur/étage de sortie, mais dans ce cas, les émetteurs :les transistors Trsl et Trs2 de 1' éta- ge préamplificateur sont interconnectés et sont également reliés au point de symé- trie formé par la jonction commune entre les condensateur C1 et C2, de telle sorte que l'étage préamplificateur est ainsi équilibré. Le circuit représenté sur la figure 3 corresponcl à celui illustré sur la figure 1, mais dans ce cas les transistors de l'étage préamplificateur ne sont pas montés en émetteurs communs, mais en collecteurs communs, leurs collecteurs étant reliés à la tension d'alimentation, tandis que leurs émetteurs sont reliés aux bases des transistors de étage de sortie. Dans ce cas, le transistor correspondant de l'étage de sortie est de type de conductivité opposé aux transistors de l'étage préamplificateur, de telle sorte que la tension de signal à faible résistance, engendrée aux émetteurs des transistors Trsl et Trs2, de l'étage préamplificateur, commande rigoureusement les transistors de l'étage de sortie avec un courant indépendant de la charge. Les figures 4 et 6 représentent des exemples de circuits d'étage préamplificateur et d'étage de sortie. Ceux-ci diffèrent des circuits alternatifs simples, représentés sur les figures 1 à 3 par la prévision de diviseurs de tension de base pour ajuster le point de fonctionnement des transistors de l'étage préamplificateur, des moyens étant prévus pour coupler en parallèle le signal d'entrée aux bases des transistors de l'étage préamplificateur. Deux variantes a et b sont données,dans chaque cas, pour montrer différents procédés de couplage du signal, la variante a supposant que la résistance du diviseur de tension de base située entre les bases des deux transistors de étage préamplificateur peut être maintenue à une valeur suffisamment faible, et que la résistance d'entrée des transistors de l'étage préamplificateur peut être maintenue à une valeur suffisamment élevée pendant la chute de potentiel du signal aux bornes de la résistance du diviseur de tension, située entre les bases et qui doit être maintenue faible. la variante b évite cette nécessité préalable, mais demande la prévision supplémentaire d'un second condensateur de couplage. Les résistances des circuits émetteurs des transistors de l'étage préamplificateur et/ou de l'étage de sortie, sont prévues pour la stabilisation de la température et présentent seulement des valeurs de résistance faibles, particulièrement dans le cas des transistors de l'étage de sortie. Dans le circuit représenté sur la figure 5, dans lequel le circuit série comprenant les condensateurs Cl et C2, est connecté aux émetteurs des transistors Trs3 et Trs4 de l'étage de sortie, le courant alternatif de sortie ne s'écoule pas à travers les résistances d'émetteurs des transistors de l'étage de sortie, et, en conséquence, aucune perte dans les performances de sortie n'est subie. Les condensateurs C1 et C2 sont connectés sur les côtés non communs, directement à la tension d'alimentation des circuits représentés sur les figures 4 et 5. Bien que les résistances d'émetteurs des transistors de l'étage due sortie provoquent maintenant une perte dans-la performance de sortie et qu'il est ainsi nécessaire de s'assurer que leur valeur de résistance est faible, comparée à BL, elles ne sont pas ineluses dans le circuit de charge des condensateurs Cl et C2 et ne peuvent pas, en conséquence > donner naissance à qes constantes de temps indésirables. Quand le fonctionnement en classe AB ou en classe B des transistors de lté- tage final est nécessaire, les circuits de signaux contenant les transistors fonr- tionnant de manière différente, pendant les demi-ondes de signaux de polarité différente, doivent être sans constante de temps, dans la mesure du possible, afin d'éviter des déplacement du point de fonctionnement par suite de l'intégration des courants de Signaux avec lesdites constantes de temps.Quand les valeurs de capacité des condensateurs Cl et C2 sont suffisamment élevées, d'une manière connue, pour les eondcasateurs à charger au cours de la demi-onde de la tension de signal, - la fréquence la plus faible, seulement dans une mesure telle que la fluc tuation résultante de la tension d'alimentation dans les transistors individuels de étage de sortie, n engendre pas de distorsion indésirable dans la forme de courbe, les circuits représentés sur les figures 4 à 6 ne contiennent pas de cons- tante de temps supplémentaire qui puisse donner naissance à un déplacement du point de fonctionnement et, ainsi, à des distorsions au cours du fonctionnement en classe AB ou en classe B, des transistors de l'étage de sortie. Les figures 7 à 9 représentent des exemples de circuits 'amplifieateurs à fréquence porteuse, comportant les étages préamplifloateur et de sortie des figures 1 à 3, et 4 à 6. Chacun de ces amplificateurs présente un pré-étage contenant un transistor Trs5, monté en émetteur commun.De plus, des transformateurs d'entrée et de sortie sont prevus pour permettre, d'une manière connue, non seulement d'équilibrer le circuit aux résistances de ligne apparentes, mais également de séparer galvaniquement l'amplificateur de ligne pour le protéger contre les potentiels d'interférences, ou autres influences, ou pour réaliser des moyens destinés à connecter le circuit à une ligne de terre équilibree. Afin de permettre d' ajus- ter-les- résistances d'entrée et de sortie à une valeur souhaitable prédéterminée, il est prévu une contrer actionnégative classique courant/tension, parallèle/série, mélangée (contre réaction négative en pont), à la sortie des amplificateurs.L' émetteur du transistor Trs5, du pré-étage est relié pour l'écoulement du courant alternatif au point de symétrie de l'étage de sortie, etest-à-dire, à la borne commune aux condensateurs Cl et C2. L'utilisation des mesures décrites ci-dessus permet de maintenir le degré élevé de linéarité demandé, dans les techniques à fréquence porteuse, quand l'amplificateur à transistors est utilisé avec son étage final 'fonctionnant comme un étage en classe AB ou en classe B. L'utilisation de ces amplificateurs assure non seulement une efficacité élevée des étages de sortie c'est-à-dire, une bonne utilisation des transistors utilisés de l'étage de sortie mais est également intems- sante quand seulement une puissance d'alimentation est disponible, par exemple dans le cas d'alimentation à istance. Il est ensuite possible de faire fonctionner l'amplificateur comme un amplificateur er lasse AB, les étages ce sortie donnant un fonctionnement en classe A jusqu'au moyen de puissance, et ensuite un fonctionnement er. classe 9 pour les pointes. Les pointes nécessaires de tension d'alimentation peuvent être clrivLes e l'énergie emmagasinée dans les condensateurs Cl et C2, et si cela est nécessaire un autre condensateur de découplage peut être connecté aux bornes de la source l'alimentation. Des essais su des amplificateurs réalisés de la manière décrite ci-dessus, ont montré que l'amortissement élevé nécessaire de la distorsion harmonique peut être obtenu pour des valeurs e contre-réaction négatffive considérablement inférieures à ce qui peut être obtenu avec des circuits d'amplificateurs classiques. Cela signifie que des deors plus élevés d'amplification peuvent être obtenus avec 1: amplificateur montrant une bonne stabilité et que la consommation de puissance dans la ligne d'alimentation peut être maintenue dans des limites tolérables. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVEDDICATI01XS 10) Amplificateur à transistors, présentant un étage de sortie symétrique, comportant des transistors de types de conductivité opposés, montés en émetteurs communs et permettant à un courant d'alimentation continu de les traverser, en série, les collecteurs des transistors de l'étage de sortie étant interconneetés;; tandis que leurs bases sont commandées par un étage préamplifieateur, un signal de sortie provenant comme un courant alternatif d'un point situé entre la jonction commune des collecteurs des transistors de l'étage de sortie et le point de référence du circuit (terre), l'amplificateur étant en outre caractérisé en ce qu'il comporte un étage préamplificateur pour faire fonctionner l'étage de sortie comme un amplificateur en classe AB ou en classe B, en ce que étage préamplificateur, afin de commander étage d.e sortie avec un courant indépendant de la charge, com- porte deux transistors de types de condutivité opposés, montés en émetteurs communs, les bases des transistors de étage préamplificateur étant commandées an phase d'une manière connue, les collecteurs de l'étage préamplificateur étant relies respectivement à la base du transistor de l'étage de sortie de type de con ductivité opposé, de telle sorte que les courants collecteurs des transistors de étage préamplificateur sont constitués par les courants de base des transistors de l'étage de sortie, les émetteurs des transistors de l'étage préamplificateur étant reliés au point de référence du circuit pour l'écoulement du courant alternatif, si nécessaire avec l'interposition d'une résistance de stabilisation. 20) Amplificateur à transistors, présentant un étage de sortie symétrique comportant des transistors de types de conductivité opposés, montés en émetteurs communs, permettant l'écoulement du courant d'alimentation continu à travers eux, en série, les collecteurs étant interconnectés, tandis que les bases sont commandées par un étage préamplificateur, le signal de sortie provenant comme un courant alternatif d'un point situé entre la jonction commune des collecteurs des transistors de l'étage de sortie et le point de référence du circuit, amplificateur carac térisé en ce qu'il comporte un étage préamplificateur pour faire fonctionner l'é- tage de sortie comme un amplificateur en classe B ou AB, et en ce que l'étage préamplificateur destiné à commander l'étage de sortie avec une tension indépendante de la charge, comporte deux transistors de types de conductivité opposés, montés en collecteurs communs, les bases des transistors de l'étage préamplificateur étant commandées en phase, d'une manière connue, les émetteurs de l'étage préamplificateur étant connectés à la base d'un transistor de l'étage de sortie Se type de conductivité opposé, de telle sorte que les courants émetteurs des transistors de étage préamplificateur sont constitués par les courants de base des transistors de étage de sortie, tandis que les collecteurs des transistors de étage préamplificateur sont connectés au point de référence du circuit pour l'écoulement du courant alternatif, si nécessaire avec l'interpos tison tune résistance de pro- tection. 30) Amplificateur selon la revendication 1 ou 2, caractérise en ce qu'un préétage est monté en série, avant les étages amplificateur et de sortie, et en ce que l'émetteur du transistor de ce pré-étage est reliez pour l'écoulement du courant alternatif, à un point de symétrie formé par une jonction commune entre deux condensateurs. 40) Amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu une contre-réaction négative courant/tension, parallèle/série, mélangée, allant de la sortie de l'amplificateur vers son entrée.