Brevet FR2064180A1 — publié le 19710716

La présente invention concerne un système d'alimentation électrique pour un circuit amplificateur à couplage direct, par exemple un amplificateur sans condensateur de sortie qui est utilisé fréquemment dans le domaine des amplificateurs de qualité élevée et 5 haute fidélité et qui comprend un amplificateur différentiel alimenté par une source à tension positive et par une source à tension négative dont, les amplitudes sont essentiellement égales, le signal de sortie de cet amplificateur oscillant autour d'un niveau de potentiel essentiellement nul. Plus spécifiquement, l'invention concerne un 10 système nouveau de protection du circuit, de la charge et de la source'd'alimentation, à 1'encontre de tous dommages en cas d'application à 1'amplificateur d'un signal d'entrée d'amplitude excessive, ou d'une surintensité, ou en cas d'apparition de conditions anormales dans la source d'alimentation. 15 Jusqu'à présent, les amplificateurs push-pull à sortie unique et sans transformateur de sortie avaient la faveur dans le domaine industriel des amplificateurs haute fidélité, étant donné leur coût peu élevé et la grande stabilité de leurs circuits. Toutefois, des progrès ultérieurs de la technique et la recherche de performances 20 améliorées ont donné lieu à la création du système d'amplificateur sans condensateur de sortie, qui était en cours de mise au point pendant ces dernières années. Toutefois, la structure des amplificateurs sans condensateur de sortie posent un certain nombre de problèmes du fait de la liai-25 son directe entre la sortie d'un tel amplificateur et la charge, par exemple un haut-parleur. L'un de ces problèmes concerne le mode de protection du circuit en cas de surcharge. On a mis au point un procédé pour détecter ce danger et pour couper l'entrée, cela en vue d'assurer la protection du circuit et de la charge en cas de surchar-30 ge, mais jusqu'à présent rien n'a été proposé qui permettrait de protéger simultanément la source d'alimentation. La présente invention a par conséquent pour but de fournir un nouveau système permettant d'éviter simultanément que des dégâts éoient infligés au circuit, à la charge et à'la source d'alimentation, 35 cela en détectant uzl état dangereux pour-le circuit et en coupant l'alimentation en conséquence. La présente invention a en premier lieu pour objet de réaliser un système de protection pour un systeme d'amplification a 10 36054 2 2064180 couplage direct qui comprend des organes comme un amplificateur différentiel alimenté par une source d'alimentation fournissant une tension positive et une tension négative ayant des amplitudes essentiellement égales, et dont le signal de sortie oscille autour d'un 5 niveau de potentiel essentiellement égal à zéro, le système de protection comprenant des organes qui permettent d'interrompre l'alimentation desdites tensions positive et négative et ainsi d'empêcher que X des dégâts puissent être infligés au circuit, à la charge et à la source d'alimentation, en cas d'application d'un signal d'entrée 10 d'amplitude excessive ou d'une surintensité à l'amplificateur, ou bien dans le cas où des conditions inhabituelles apparaîtraient dans la source d'alimentation. l'invention a encore pour objet de réaliser un système du genre précité, dans lequel l'interruption de l'alimentation des ten-15 sions positive et négative a lieu à la suite de la détection d'une sutintensité. l'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée en se référant aux dessins ci-annexés lesquels sont" fournis à titre purement illustratifs et non limitatifs, et dans lesquels : 20 - la figure 1 est le schéma d'un amplificateur push-pull à sortie unique et sans condensateur de sortie qui peut constituer par exemple une charge pour un système d'alimentation selon l'invention. - la figure 2 représente le schéma d' un système d'alimenta-25 tion correspondant à un premier mode possible de réalisation de l'invention. - la figure 3 représente un schéma d'alimentation selon une variante du dispositif montré par la figure 2. - La figure 4 représente un schéma mettant en évidence la 30 relation entre un autre mode de réalisation de l'invention et une alimentation à tension stabilisée. - La figure 5 est vin schéma montrant la relation entre l'alimentation qui est montrée par la figure 4, et deux amplificateurs push-pull à sortie unique et sans condensateur de sortie. 35 - la figure 6 est un schéma qui représente la relation entre un autre mode possible de l'invention et une alimentation à tension stabilisée. 70 36054 3 2064180 - La figure 7 est un schéma qui montre la relation entre un autre mode possible de réalisation de l'invention et une alimentation à tension stabilisée. s - La figure 8 est un schéma "montrant la relation entre un 5 dispositif selon l'invention et'un filtre d'ondulation. - La figure 9 est un schéma montrant la relation entre un dispositif selon l'invention et un circuit à transistor. * Si l'on se réfère maintenant à la figure 1, on décrira maintenant la structure d'un circuit amplificateur du type push-pull 10 à sortie unique et sans .condensateur de sortie, dit quasi-complémen-taire, en lui-même bien'connu dans la technique, faisant office de charge pour une source d'alimentation fournissant des tensions positive et négative, cela afin de bien éclaircir la relation entre l'alimentation et la chargé avant d'entrer dans la description dé-15 taillée du système selon l'invention. Un tel amplificateur quasi- complémentaire comprend une borne d'entrée 1, deux transistors Îr1 et Tr2, constituant ensemble un amplificateur différentiel équilibré, deux transistors Tr3 et Tr4 constituant un autre amplificateur dif-• férentiel équilibré, deux autres transistors Tr5 et Ïr6 constituant 20 un étage d'attaque ou préamplificateur quasi-complémentaire, deux transistors de sortie Tr7 et Tr8 constituant avec les deux transistors précédents un étage push-pull à sortie unique sans condensateur de sortie, et enfin une borne de sortie 2. Un aspect important de ce circuit réside dans le fait que le potentiel qui règne au point 25 3 relié au collecteur du transistor Tr3 commandant l'étage préamplificateur quasi-complémentaire, est presque égal à zéro, et que le signal de sortie qui apparaît sur la borne de sortie 2 a une valeur centrale correspondant à un.potentiel nul. Si le signal d'entrée appliqué à un amplificateur sans con-30 densateur de sortie, alimenté par deux sources de la façon qui est montrée par la figure -1, prend une amplitude excessive, ou si la charge de l'amplificateur s'abaisse à une. faible valeur ou est réduite à zéro ou court-circuitée, d'où, il en résulte que le circuit, la source d'alimentation et la charge sont mis en danger par l'apparition 35 d'une surintensité sur la borne de sortie 2, il est nécessaire de détecter cette surintensité et simultanément de couper les commutateurs 4 et 5 qui sont montés dans les circuits d'alimentation, cela par tous moyens appropriés, de façon à éviter que des dégâts soient 70 36054 4 2064180 infligés au circuit, à la charge et à la source d'alimentation. Toutefois, il s'est avéré en pratique, qu'il suffisait de mettre en action l'un des commutateurs 4 et 5 installés dans l'un des circuits d'alimentation, pour faire disparaître le danger. S'il en est ainsi, 5 c'est parce que les transistors Tr3 et Tr4 se bloquent lorsqu'on coupe seulement l'alimentation se trouvant du côté du collecteur du transistor Tr3 (pour la figure 1) et lorsque la borne de sortie 2 est fixée'au potentiel zéro. Inversém'ent, lè fonctionnement des transistors Tr3 et Tr4 n'est pas affecté par la coupure de l'alimentation 10 lorsque c'est seulement l'alimentation aboutissant du côté de l'émetteur de ce transistor Tr3 qui est coupée.Le potentiel du collecteur du transistor Tr3 est déterminé par l'état du courant qui s'écoule vers les transistors Tr5 et Tr6 en empruntant la résistance de collecteur 7 du transistor Tr3. Etant donné que dans ce cas lë potentiel 15 a une valeur positive plus élevée qu'en service normal, ce potentiel positif est appliqué sur la borne de sortie 2 et la charge, par exemple un haut-parleur, peut être endommagée par un échauffement excessif. Il y a lieu ici de remarquer que lorsque l'on coupe la - source d'alimentation aboutissant au collecteur du transistor Tr3, 20 il est souhaitable que le condensateur 8 ait une faible capacité, grâce à quoi ce condensateur se déchargera très rapidement et la borne de sortie 2 sera rapidement bloquée au potentiel zéro. On peut voir d'après la figure 1 que les transistors cfes types PNP et NPN sont combinés rationnellement de telle sorte que les 25 transistors Tr3, Tr4, Tr7 et Tr8 ont leurs collecteurs reliés à la source positive d'alimentation, alors que leurs émetteurs sont reliés à la source négative d'alimentation. Etant donné le mode de fonctionnement de ces deux sources d'alimentation, dans la description qui suit, on appellera respectivement source active d'alimentation et 30 source passive d'alimentation, la source positive et la source négative. Selon une première caractéristique èt un premier mode pratique de mise en oeuvre- de l'invention, il est prévu un procédé pour couper, en réponse à une surintensité, une source active d'alimentation au 35 sens précité. On se référera maintenant à la figure 2, où les numéros 9 et 10 indiquent respectivement de façon symboliquè le côté d'une source active et d'une source passive d'alimentation, et le côté d'une 70 36054 2064180 charge, par exemple un amplificateur sans condensateur de sortie, comme décrit ci-dessus. On peut voir d'après la figure 2 que l'on a prévu un fusible 12 seulement sur la ligne 11 assurant la connexion de la source active à l'amplificateur. 5 Si l'on se réfère maintenant à la figure 3 correspondant à une variante de la disposition selon la figure 2, on peut voir que des fusibles 13 et 14 sont montés respectivement sur les deux lignes 11 et 12 4ui connectent respectivement la source active, et la source .passive d'alimentation à la charge, l'intensité maximale que peut 10 laisser passer le fusible 13 porté par la ligne 11 étant choisie plus faible que l'intensité maximale que peut laisser passer le fusible 14 porté par la ligne 12. La raison pour laquelle on choisit, pour le fusible 13» une valeur maximale de l'intensité plus faible que • pour le fusible 14, ainsi que le fonctionnement du système ressortent 15 de la description précédente relative à la figure 1. Il est évident que l'on pourra obtenir le même résultat en remplaçant le fusible par un autre organe de coupure automatique, par exemple par un disjoncteur. Conformément à une seconde caractéristique-et à un second 20 mode pratique de: réalisation de l'invention, il est prévu des moyens pour couper automatiquement une source active, comme indiqué plus haut, en réponse à une sur-intensité. La figure 4 est le schéma d'une source d'alimentation fournissant des tensions positive et négative et comprenant des circuits 25 stabilisateurs de tension en eux-mêmes bien connus et des circuits de détection de surintensité et de protection 15, 16. Les circuits stabilisateurs de tension sont en eux-mêmes bien connus et il n'y a donc pas lieu de les décrire ici. Par contre, on décrira brièvement la constitution et le fonctionnement des circuits de détection de 30 surintensité et de protection 15 et16. Dans 1s circuit 16 70 36054 6 2064180 apparaît aux bornes de cette résistance 20 et il en résulte qu'un signal de commande est appliqué sur l'électrode de commande du thyristor 18, ce qui a pour effet- de rendre conducteur ce-thyristor 18 et, par suite, de bloquer le transistor 17 du circuit stabilisateur 5 de tension afin de couper ainsi l'alimentation, et par conséquent de protéger à la fois la source d'alimentation et la charge, le rôle du commutateur 19 est de permettre de replacer le thyristor 18 dans-son t état initial, étant donné que ledit thyristor est incapable de revenir de lui-même à l'état bloqué après la disparition de la surin-10 tensité. En d'autres termes, on ouvre temporairement le' commutateur 19 afin de mettre hors circuit la cathode du thyristor 18 et ainsi de replacer le thyristor 18 à-l'état initial. Dans le circuit de détection de surintensité et de protection 15, la détection d'une surintensité du côté de l'alimentation positive est effectuée par le' 15 transistor 21 et par une résistance montée en l'émetteur et la base de ce transistor 21 et placée en série avec la sortie du circuit stabilisateur de la tension positive. La variation de l'état de conduction du transistor 21 sous l'action d'une surintensixé constitue un '• signal de commande qui est appliqué à l'électrode de commande d'un 20 thyristor 18, lequel est essentiellement identique à celui du circuit de détection et de protection 16. Quant au reste, le circuit de détection et de protection 15, fonctionne essentiellement de la même façon que le circuit de protection et de détection 16. Il est par conséquent rationnel de prendre les mesures qui 25 suivent, dansle cas d'un système comprenant des organes d-'alimentation à tension constante et des circuits de protection selon le second mode de réalisation de l'invention montré sur la figure 4. Premièrement, la valeur de la surintensité pour laquelle agit le système de détection de surintensité 15 du côté de la source positive, 30 peut être choisie un peu plus faible que celle pour laquelle agit le système de détection 16 du côté de la, source négative, de telle façon que la source positive d'alimentation soit coupée un peu plus tôt que la source négative, dans le cas où la charge est constituée par un aipplificateur sans condensateur de sortie du genre montré par la 35 figure 1. Deuxièmement, lorsque l'on utilise deux amplificateurs sans condensateur de sortie pour la reproduction 'stéréophonique des sons, et que ces amplificateurs sont connectés aux alimentations en tant 70 36054 7 2064180 que charge, on peut encore prévoir un circuit additionnel de détection de surintensité 22, du côté de la source positive d'alimentation, ainsi que cela est montré sur la figure 4, et les bornes +V Yolts et +V Volts, qui constituent respectivement les sorties des circuits 5 de détection de surintensité 22 et 15, peuvent être connectées aux amplificateurs correspondants de la façon qui est montrée par la figure 5. Dans cette disposition, la borne négative à -V Volts est reliée en*commun aux deux amplificateurs 40 et 41 sans condensateur de sortie et il va de soi que la valeur du seuil d'intervention du 10 circuit de détection de surintensité situé du côté de la source négative peut être réglé à deux fois environ la valeur du seuil pour le côté de la source positive. Avec un tel montage, le circuit peut être protégé contre toute surintensité dépassant le courant maximal admissible pour chacun efes deux amplificateurs. 15 Selon une troisième caractéristique et un troisième mode de réalisation de l'invention, il est prévu de couper la source passive d'alimentation en même temps qu'a lieu la coupure de la source active d'alimentation, en réponse à une surintensité. Dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, des moyens sont prévus pour cou-20 per immédiatement l'une des sources d'alimentation en cas de coupure de l'autre source d'alimentation, cela à l'inverse des dispositions qui ont été décrites précédemment et dans lesquelles la source positive et la source négative d'alimentation étaient coupées individuellement en fonction de seuils propres prédéterminés, en réponse à une 25 surintensité. le système qui est montré par la figure 6 est identique dans ses grandes lignes à celui de la figure 4, dont il ne se distingue que par l'adjonction de résistances 23 et 24 et d'une diode 25. Lorsque la source positive d'alimentation est coupée en premier lieu, 30 comme cela a été décrit précédemment, et lorsque de ce fait la tension de la source positive d'alimentation est réduite à zéro, un potentiel apparaît en un point qui, en fonctionnement normal, est à un potentiel essentiellement nul, grâce à la présence des résistances 23 et 24, et il en résulte qu'un signal de commande est appliqué 35 par la diode 25 à l'électrode de commande du thyristor 18 du circuit de protection 16 et provoque ainsi l'amorçage de ce thyristor. Dans ces conditions, dès que la source positive d'alimentation est coupée, cela entraîne également la coupure de la source négative. 70 36054 8 2064180 La figure 7 montre un autre mode pratique de réalisation d'une source d'alimentation positive et négative selon la présente invention, destinée à alimenter une charge comprenant deux amplificateurs sans condensateur ni transformateur de sortie, du genre mon-5 tré par la figure 1 pour la reproduction stéréophonique des sons. Le courant que peut fournir la source négative d'alimentation est réglé de telle: sorte que cette source puisse satisfaire l'appel de courant correspondant à la pleine puissance des deux amplificateurs, et un fusible 29 est prévu pour assurer la protection contre une surinten-ÂO sité. Des résistances 26 et 27 et une diode 28 sont prévues de façon à couper automatiquement la source d'alimentation positive dès qu'est coupée la source d'alimentation négative. La protection individuelle des amplificateurs contre les surintensités est assurée par des cir-■ cuits 30 et 31 de détection de surintensité qui sont associés à la 15 source positive d'alimentation. Dans ces conditions, des moyens relativement simples permettent de protéger contre les surintensités les amplificateurs, la charge (haut-parleur) de chacun des amplificateurs et les circuits d'alimentation. Il s'entend que, selon la troisième caractéristique de l'invention, on peut faire commander automatique-20 ment la coupure d'une source d'alimentation pailla coupure de l'au-tra source. Il convient de noter tout particulièrement que la disposition dans laquelle la source active d'alimentation ne serait pas coupée en réponse à une surintensité doit être absolument évitée lorsque la source d'alimentation est utilisée en combinaison avec un 25 amplificateur sans condensateur de sortie. L'invention peut également être mise en jeu dans le cas d'un filtre d'ondulations et de la combinaison d'un tel filtre avec un amplificateur sans condensateur de sortie. En d'autres-termes, l'invention est applicable à un circuit le filtrage d'ondulations, en 30 lui-même bien connu, comprenant un transistor 32, une résistance 33 et un condensateur 34 qui sont montés de la façon qui est montrée par la figure 8, en lieu et place de la source à tension constante qui était montrée dans le cas des figures 4, 5, 6 et 7. Selon l'invention, un thyristor 18 qui est connecté à la base du. transistor 32 bloque 35 le transistor 32 en réponse à une surintensité, ce qui assure la protection du système contre les surintensités, comme dans le cas des organes d'alimentation à tension constante. Une autre possibilité consiste à faire bloquer le transistor 70 36054 9 2064180 32 par un organe actif de commande, comme un tube à vide ou un transistor, en lieu et place du thyristor. A cet égard, on se référera à la figure 9 qui correspond à une variante du systèmeNmontré sur la figure 8. Un transistor 35 est monté en lieu et place du thyris-5 tor 18, de telle sorte que la tendance du transistor 35 à devenir conducteur sous l'action d'une tension apparaissant aux bornes de la résistance 36, en réponse à une surintensité, est utilisée pour réduire ou pour couper la tension d'alimentation. Il est clair qu'avec cette disposition on obtient.le même résultat qu'avec la 10 disposition qui est montrée par la figure 8. En outre, le choix de la source d'alimentation active ou de la source d'alimentation passive dépend de la question de savoir si la tension du côté du collecteur du transistor Tr3 montré sur la figure 1 est positive ou négative, et le recours au principe de l'amplificateur différentiel ne 15 constitue pas une exigence absolue. Enfin, il va de soi que la présente invention peut être combinée avec un circuit de détection de surintensité comprenant tout système automatique adéquat de remise à l'état initial. • . Il va de soi que le champ de 1'invention n'est en aucune 20 façon limité aux modes particuliers de réalisation qui' ont été décrits ci-dessus et que de nombreuses variantes et modifications peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention tel qu'il est défini dans les revendications qui suivent. Les personnes familiarisées avec les techniques en cause apprécieront 25 le fait que l'invention procure un excellent moyen de protéger contre tout dommage les amplificateurs sans transformateur ni condensateur de sortie et autres amplificateurs haute fidélité et de qualité élevée. 70 36054 10 2064180 REVENDICATIONS 1.- Système d'alimentation pour un amplificateur qui est alimenté par une source d'alimentation positive et par une source d'alimentation négative et dont le signal de sortie oscille autour d'un potentiel substantiellement égal à zéro, l'une des deux sources 5 d'alimentation étant active et l'autre passive, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour couper l'alimentation active plutôt que l'alimentation passive en cas d'apparition d'une surintensité. 2.- Système d'alimentation pour un amplificateur push-pull à sortie unique et sans transformateur de sortie ou pour un amplifica-10 teur push-pull à sortie unique et sans condensateur de sortie, qui est . alimenté par une source d'alimentation positive et par une source d'alimentation négative, l'une des deux, sources d'alimentation étant active et l'autre passive, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour couper uniquement l'alimentation active en cas d'apparition d'une surintensité. 15 3.- Système d'alimentation selon la revendication 2, caracté risé en ce que le dispositif de coupure est constitué par un fusible. 4.- Système d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de coupure comprend un organe de détection de surintensité, le signal de sortie dudit organe de détection de 20 surintensité étant .utilisé pour couper un élement actif de commande dans un circuit à tension constante ou dans un circuit filtrage d'ondulations constituant la source active d'alimentation. 5-- Système cl'alimentation pour un amplificateur du type push-pull à sortie unique et sans transformateur de sortie, ou pour 25 .un amplificateur à sortie unique et sans condensateur de sortie, alimenté par une source d'alimentation active et par une source d'alimentation passive dont les polarités respectives sont opposées, caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs de coupure de courant qui ont des courants nominaux de coupure différents et sont 30 placés repsectivement dans la source d'alimentation active et dans la. source d'alimentation passive, le courant nominal de coupure du dispositif de coupure du courant qui est placé dans la source d'alimentation active étant inférieur à celui du dispositif de coupure du courant qui est placé dans la source d'alimentation passive, de telle 35 sorte que l'alimentation active soit coupée plus tôt que l'alimenta 70 36054 n 2064180 tion passive lors de l'apparition d'une surintensité. 6.- Système d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les dispositifs de coupure du courantssont constitués par deux fusibles ayant des courants nominaux de coupure diffé- 5 rents. 7.- Système d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé' en ce que chaque dispositif de coupure du courant comprend un dispositif de détection de surintensité, dont le signal de sortie est utilisé pour couper un élément actif de commande dans un circuit 10 à tension constante ou dans un circuit de filtrage d'ondulations constituant l'une ou l'autre des sources d'alimentation active ou passive. 8.- Système d'alimentation pour plusieurs amplificateurs du - type push-pull à sortie unique et sans transformateur de sortie ou 15 pour un amplificateur du type push-pull à sortie unique et sans condensateur, alimenté par une source d'alimentation active et par une source d'alimentation passive dont les polarités respectives sont opposées, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de coupure de 1'alimentation qui est disposé dans la source d'alimenta-20 tion passive afin de couper l'alimentation passive en cas de dépassement d'une intensité de courant qui est égale à la somme de toutes les intensités de courant admissibles pour les amplificateurs, et un dispositif de coupure de l'alimentation qui est disposé dans la source active d'alimentation afin de couper l'alimentation active en cas 25 de dépassement de l'intensité de courant admissible pour chaque amplificateur individuel. 9.- Système d'alimentation comprenant deux sources d'alimentation de polarités opposées, qui sont reliées à une charge constituée par un amplificateur dont le signal de sortie oscille autour d'un 30 niveau de potentiel essentiellement nul, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif de coupure de l'alimentation, qui est placé sur l'une des lignes d'alimentation afin de couper immédiatement l'alimentation en cas.d'apparition d'une surintensité dans ladite ligne d'alimentation, et un second dispositif de coupure de l'ali-35 mentation, qui est placé sur l'autre ligne d'alimentation, afin de couper immédiatement l'alimentation en cas d'intervention du premier dispositif de coupure de l'alimentation. 10.- Système d'alimentation selon la revendication 9, caracté 70 36054 12 2064180 risé en ce qu'un élément actif de commande, appartenant à un circuit à tensiornonstante ou à un circuit de filtrage d'ondulations constituant l'une des sources d'alimentation, est commandé par le signal de sortie d'un premier dispositif de détection de surintensité qui est placé dans la ligne associée d'alimentation, de façon à couper ladite alimentation en réponse à une surintensité, et en ce qu'un signal qui dénote la coupure de ladite alimentation rest appliquée à un second dispositf de détection de surintensité qui est placé sur l'autre ligne d'alimentation, en vue de commander un élément actif de commande, appartenant à un circuit à tension constante ou à un circuit de filtrage d'ondulations constituant l'autre source d'alimentation, cela afin de couper immédiatement cette alimentation.