Brevet FR2056899A1 — publié le 19710507

i 2056899 L'invention se rapporte aux amplificateurs à transistor et en particulier à des amplificateurs à transistor à plusieurs étages du type push-pull, capables de fonctionner sur une large bande de fréquences et dans lesquels les étages sont couplés directement par un dispositif inductif afin 5 d'obtenir un fonctionnement amélioré des amplificateurs. On sait utiliser un amplificateur push-pull dans lequel une paire de transistors, polarisés de façon à fonctionner dans les conditions de la classe A, sont couplés au moyen d'un transformateur pour entraîner une autre paire de transistors polarisés de façon à opérer dans les conditions de la classe B» On 10 sait aussi utiliser un amplificateur push-pull dans lequel deux transistors, polarisés de façon à opérer dans les conditions de la classe Bt sont couplés directement pour commander deux autres transistors polarisés de façon à opérer dans les conditions de la classe B. Dans l'arrangement d'un transformateur couplé, l'expérience montre 15 la difficulté qu'il y a à prévoir un transformateur de commande pour l'étage fonctionnant en classe B ayant une réactance de fuite suffisamment basse pour accomplir un transfert efficace de puissance sur une large zone de fréquence avec une faible distortion. On sait en outre, cependant, utiliser un dispositif de couplage 20 inductif entre les étages comportant une paire de bobines de fréquence couplées ensemble d'une façon serrée et connectées dans Tin sens tel que la puissance nécessaire à la commande des transistors fonctionnant en classe B est fournie par les transistors des étages précédents fonctionnant en classe A en partie par couplage direct et en partie au moyen d'enroulements possédant un couplage 25 serré• Un inconvénient, mis en évidence avec ce dernier arrangement, résulte du fait que l'impédance de sortie d'un étage de consnande de classe A n'est pas suffisamment basse pour permettre l'entraînement des transistors opérant en classe B avec une faible distortion* 30 L'objet de la présente invention est de fournir un amplificateur à transistor ayant un fonctionnement amélioré par rapport à cet inconvénient. Ainsi, la présente invention fournit un amplificateur à transistor, à plusieurs étages, pour des signaux d'ondes électriques comportant une première et une seconde dérivations pour commander l'amplificateur en push-pull, 35 l'amplificateur comportant en cascade un premier étage pour fonctionner dans les conditions de la classe A et un second étage pour fonctionner dans les conditions de la classe B et un dispositif inductif possédant une paire d'enroulements de dérivation, une électrode de sortie d'un transistor dans la première dérivation du premier étage étant connectée à l'une des extrémités 40 des enroulements de dérivation, une électrode de sortie du transistor de la 25720 2 2056899 seconde dérivation du premier étage étant connectée à une extrémité de l'un desdits enroulements de dérivation, une entrée d'un transistor de la première dérivation du second étage se trouvant connecté à la prise dudit enroulement de dérivation et une électrode d'entrée du transistor de la seconde dérivation 5 du second étage étant connecté à la prise de l'autre enroulement desdits enroulements de dérivation, les deux enroulements du dispositif inductif étant connectés dans un sens tel que la puissance d'entraînement de chacun desdits transistors du second étage est fournie par lesdits deux transistors du premier étage. 10 Afin que l'invention puisse être facilement mise en pratique, un mode de réalisation sera maintenant décrit en détail à titre d'exemple en se référant au dessin annexé dont la figure unique est le schéma des circuits d'un amplificateur push-pull à transistor à plusieurs étages. Brièvement, le circuit de l'amplificateur qui va être décrit en 15 détail ci-dessous possède deux étages dont chacun comporte une paire de transistors connectés en un arrangement dé circuit push-pull. Chaque transistor de la paire de transistors formant le premier étage est connecté dans une configuration émetteur suiveur et chaque transistor de la paire de transistors formant le second étage est connecté dans une configuration émetteur commun. 20 Les transistors du premier étage sont polarisés de façon à opérer dans les conditions de la classe A et les transistors du second étage sont polarisés de façon à opérer dans les conditions de la classe B. Les transistors de l'amplificateur sont d'un même type de conductivité, c'est-à-dire qu'ils sont tous de type n-p-n ou tous de type p-n-p. Dans le mode de réalisation de 25 l'invention qui va être décrit en détail ultérieurement, les transistors utilisés sont de type n-p-n. L'électrode émettrice de l'un des transistors du premier étage est couplée d'une façon conductrice à l'électrode de base de l'autre des transistors du second étage, au moyen d'une partie .d'un enroulement de deux enroule-30 ments à couplage serré d'un dispositif inductif. L'électrode émettrice de l'autre transistor du premier étage est couplée d'une façon conductrice à l'électrode de la base de l'autre transistor du second étage au moyen d'une partie de l'autre, enroulement du dispositif inductif. Les deux enroulements sont connectés à deux résistances qui fournissent un chemin conducteur pour les 35 courants émetteurs des transistors du premier étage et des tensions de polarisation pour les électrodes des bases des transistors du second étage. Par conséquent, en s'arrangeant pour que les enroulements du dispositif inductif soient connectés dans le circuit dans un sens approprié, la puissance d'entraînement d'un transistor du second étage dans la période de 40 temps pendant laquelle il est en fonction, est fournie non seulement par le 25720 3 2056899 transistor du premier étage auquel il est directement couplé mais en partie par l'autre transistor du premier étage, de sorte qu'une plus grande puissance est disponible pour l'entraînement des transistors du second étage fonctionnant en classe B, et de ce fait le rendement de l'amplificateur est amélioré* En 5 raison du partage de la charge par les transistors du premier étage, la régulation est améliorée et la distortion, due à l'effet de la charge intermittente imposée par chaque transistor du second étage, est réduite. En outre, en utilisant un dispositif inductif comprenant deux enroulements à plusieurs spires à couplage serré, en connectant l'une des 10 extrémités de chacun desdits enroulements à l'électrode émettrice de l'un des transistors de commande fonctionnant en classe A, en connectant l'autre extrémité de l'enroulement à la résistance de polarisation et en connectant l'électrode de la base du transistor correspondant fonctionnant en classe B à une prise de l'enroulement, l'impédance de sortie des étages de commande est 15 réduite. Si l'on se réfère maintenant à la figure, on voit que l'amplificateur de ce type qui est indiqué sur le dessin par la référence numérique générale 10, est alimenté, au moyen d'un transformateur 11, par un signal d'entrée ayant une fréquence qui se trouve dans la bande de deux à douze mégacycles par 20 seconde provenant d'une source de signaux de radiofréquence, non représentée sur le schéma, et connectée aux bornes 12 et.13. Le transformateur 11 possède un enroulement primaire 14 qui est connecté aux bornes 12 et 13 de la source de signaux et un enroulement secondaire 15 au moyen duquel une sortie de signal push-pull est fournie à l'aide 25 de la prise centrale 16 de l'enroulement secondaire. Les extrémités de l'enroulement secondaire 15 sont connectées aux électrodes des bases des premier et second transistors 17 et 18 respectivement, d'une paire de transistors formant le premier étage push-pull de l'amplificateur. Les transistors 17 et 18 sont du type n-p-n et sont connectés dans une 30 configuration émetteur-suiveur. La tension de polarisation est positive par rapport au châssis ou masse de l'amplificateur et cette tension est fournie pour les transistors 17 et 18 en connectant la prise centrale 16 au point de jonction d'un réseau potentiomètrique comportant deux résistances connectées en série 19 et 20. Les 35 résistances 19 et 20 sont connectées aux bornes d'alimentation 21 et 22 respectivement qui constituent les pôles respectivement positifs et négatifs d'une source d'alimentation en courant continu, non représentée sur le dessin. La source de tension est conçue de façon à offrir une impédance négligeable aux courants alternatifs de la fréquence du signal de l'amplificateur. La 40 borne 22 de la source d'alimentation est connectée au châssis. Les résistances 2572Q 4 2056899 19 et 20 ont une valeur telle que les transistors 17 et 18 fonctionnent en classe A. Une résistance 23 est connectée en parallèle avec la moitié de l'enroulement secondaire 15 du transformateur et une résistance 24 est connec-5 tée en parallèle avec l'autre moitié de l'enroulement du secondaire afin de fournir une charge sensiblement constante sur le transformateur, quels que soient les changements de l'impédance d'entrée des transistors 17 et 18. Les électrodes collectrices des transistors 17 et 18 sont connectées à une borne 21 d'une source d'alimentation en courant continu au moyen de 10 résistances de découplages 25 et 26 respectivement. Les courants alternatifs de la fréquence des signaux sont court-circuités par le châssis par les condensateurs 27 et 28 connectés respectivement aux électrodes collectrices des transistors 17 et 18. L'électrode émettrice du transistor 17 est connectée au châssis au 15 moyen d'un premier enroulement 29, 29b d'un dispositif inductif 30 et au moyen d'une résistance 31. L'électrode émettrice du transistor 18 est connectée au châssis au moyen d'un second enroulement 32a, 32b d'un dispositif inductif 30 et au moyen d'une résistance 33. Une paire de transistors 34 et 35 forme le second étage push-pull de 20 l'amplificateur. Les transistors 34 et 35 sont tous les deux de type n-p-n et connectés dans une configuration émetteur commun. Le dispositif inductif 30, peur lequel l'énergie est transférée d'une dérivation à l'autre de l'amplificateur comporte les deux enroulements avec prises bobinés dans la même direction sur un noyau de petite dimension et 25 les spires sont en contact intime pour procurer un couplage magnétique aussi serré que possible entre les deux enroulements. Les enroulements avec leurs prises sont figurés en 29a, 29b et 32a, 32b, respectivement, la prise de l'enroulement définissant les deux parties indiquées par les suffixes "a" et "b". L'électrode de la base du transistor 34 est connectée à la prise de 30 l'enroulement 29a, 29b et est de la sorte connectée d'une façon conductrice à l'électrode émettrice du transistor 17 et à la résistance 31. L'électrode de la base du transistor 35 est connectée à la prise de l'enroulement 32a, 32b et est connectée de la sorte d'une façon conductrice à l'électrode émettrice du transistor 18 et de la résistance 33. 35 Le renversement de phase désiré pour le transfert de l'énergie d'une des dérivations de l'amplificateur à l'autre dérivation est obtenu en connectant le début de la partie de l'enroulement 29a et la fin de la partie de l'enroulement 29b, respectivement indiqués sur le dessin par SI et Fl, à l'électrode émettrice du transistor 17 et à la résistance 31 respectivement, 40 et en connectant le début de la partie de l'enroulemcm. 32a et la fin lu 25720 5 2056899 partie de l'enroulement 32b indiqués sur la figure par les références 32 et F2 respectivement, à l'électrode émettrice du transistor 18 et à la résistance 33 respectivement. Comme décrit précédemment, les résistances 31 et 33 fournissent un 5 passage conducteur pour les courants émetteurs des transistors 17 et 18 et ont des tensions de polarisation d'une valeur telle que les transistors 34 et 35 fonctionnent dans les conditions de la classe B. Les électrodes émettrices des transistors 34 et 35 sont connectées au châssis au moyen de résistances 36 et 37 respectivement, et les électrodes 10 collectrices des transistors 34 et 35 sont connectées aux extrémités de l'enroulement primaire 38 d'un transformateur de sortie push-pull 39. L'enroulement primaire 38 est pourvu d'une prise centrale 40 qui est connectée à la borne 21, de sorte que le courant est fourni aux électrodes collectrices des transistors 34 et 35 au moyen de l'enroulement primaire du 15 transformateur. Lorsque les transistors 34 et 35 sont connectés en une configuration émetteur commun, une faible quantité de courant de réaction est fournie par les résistances 36 et 37 élevant de la sorte l'impédance d'entrée du second étage de l'amplificateur et protégeant les transistors 34 et 35 des dommages dûs à 20 un écart thermique. Le transformateur de sortie 39 possède un enroulement secondaire 41 connecté aux bornes de sortie 42 et 43, d'où la puissance est appliquée à une charge qui s'y trouve connectée. Le nombre de spires de l'enroulement secondaire 41 et le taux d'enroulement peuvent être choisis pour convenir à une 25 large zone d'impédance externe que la charge soit équilibrée ou déséquilibrée. Selon line variante, les résistances des circuits émetteurs 31 et 33, utilisées pour la polarisation des transistors 34 et 35 du second étage peuvent être remplacées par une seule résistance. De même, les résistances 36 et 37 des circuits des électrodes émettrices des transistors de l'étage de 30 sortie peuvent être remplacées par une seule résistance. Cependant, 1'arrangement décrit utilisant des résistances séparées est préféré puisqu'il n'est plus alors nécessaire de sélectionner pour cet étage une paire de transistors possédant des caractéristiques électriques similaires. 35 A titre d'exemple seulement, on donne ci-dessous les numéros des types et les valeurs des éléments de circuit de l'amplificateur représenté sur la figure : Transformateur 11 s rapport d* impédance 50/100+100 ohms : enroulements 14 et 15 respectivement. 40 Transistors 17 et 18 s RCA (marque enregistrée) 25720 6 2056899 type n-p-n N" 2M2631. Résistance 19 : 470 ohms. Résistance 20 s 56 ohms. Résistances 23 et 24 : 120 ohms. Résistances 25 et 26 : 30 ohms. Condensateurs 27 et 23 s 0,1 microfarad. Transistors 34 èt 35 s RCA (marque enregistrée) type n-p-n N* 40341. Dispositif inductif 30 10 Résistances 31 et 33 Résistances 36 et 37 décrit en détail ci-dessous. 3>3 ohms. 0,5 ohm. Transformateur 39 s rapport d'impédance 6+6 / 75 ohms s enroulements 38 et 41 respectivement. Alimentation en courant continu : + 24 volts (borne 21)• 15 Dans l'exemple décrit, le dispositif inductif 30 est une construction du type coquille, pourvue d'un noyau en ferrite au zinc-manganèse, ayant pour dimensions 0,63 cra x 0,71 cm x 0,43 cm (1/4 de pouce x 9/32 de pouce x ll/64 de pouce). Les deux enroulements 29a, 29b et 32a, 32b ont chacun an total deux spires d'un fil 32 SWG à trois brins recouvert de vernis. Les parties 20 d'enroulements 29a et 32a ont chacun une spire et les parties 29b et 32b ont chacun une spire. Les spires des deux enroulements sont bobinées en contact intime pour fournir un couplage serré et sont bobinées dans la mime direction autour de la branche centrale du noyau. Chacun des enroulements possède une inductance d'environ 26 microhenrys. 25 Un courant continu d'environ 150 milliampères passe des électrodes émettrices des transistors 17 et 18 dans chacun des enroulements. En utilisant un dispositif inductif de cette forme dans l'arrangement de circuit déjà décrit et représenté sur la figure, il est possible d'obtenir un transfert efficace de puissance du premier au second étage de l'amplificateur sur une zone de 30 fréquences de 200 kilocycles par seconde à 40 mégacycles par seconde de façon à fournir une sortie de puissance de sortie de radio fréquence dans une charge de 25 vatts. Dans un amplificateur, convenable pour l'amplification des audiofréquences comprises dans la zone de fréquence de 30 cycles par seconde à 35 30.000 cycles par seconde, le dispositif inductif 30 est pourvu d'un noyau de type E d'un alliage en fer nickel laminé possédant des dimensions approximatives de 3,81 cm x 3„8l cm x 3981 cm ( 1 pouce -g- x 1 pouce | x 1 pouce J) et possédant deux enroulements, chacun de 300 spires, les deux enroulements étant des bobinages bifilaires pour fournir un couplage étroit entre eux. L'induc-40 tance totale de chaque enroulement est environ de 100 millihenrys. Les deux 25720 7 2056899 enroulements de 300 spires ont à la fois une prise pour fournir des premières parties d'enroulements 29a et 32a de 100 spires et des secondes parties d'enroulements 29b et 32b de 200 spires. Dans l'amplificateur de l'invention, tel qu'il a été décrit, l'impédance de sortie des étages de commande est réduite dans la proportion du carré du nombre des spires à la jonction des enroulements au nombre total de tours de l'enroulement, c'est-à-dire dans les proportions de ,2. ( 29b y \29a + 29b/ 10 et .2 ( 32b \ V32a + 32bJ Dans le cas de l'amplificateur de radio-fréquence décrit, ce rapport est de l/4. 15 Dans le cas de l'amplificateur d'audiofréquence décrit, ce rapport est de 4/9. 25720 8 2056899 REVENDICATIONS 1°) Amplificateur à transistor à plusieurs étages pour signaux d'ondes électriques possédant une première et une seconde dérivation pour l'obtention d'un fonctionnement en push-pull de l'amplificateur comprenant en 5 cascade : un premier étage pour fonctionner dans les conditions de la classe A, un second étage pour fonctionner dans les conditions de la classe B et un dispositif inductif possédant une paire d'enroulements avec prise de dérivation, une électrode de sortie d'un transistor dans la première dérivation du premier étage étant connectée à une extrémité de l'un desdits enroulements à prise de 10 dérivation, une électrode de sortie d'un transistor de la seconde dérivation du premier étage étant connectée à une extrémité de l'autre enroulement, desdits enroulements avec prises de dérivation, une entrée d'un transistor dans la première dérivation du second étage étant connectée à la prise dudit second enroulement et une électrode d'entrée d'un transistor dans la seconde 15 dérivation du second étage étant connectée à la prise de l'autre enroulement desdits enroulements à prise de dérivation, les deux enroulements du dispositif inductif étant connectés dans un sens tel que la puissance de commande de chacun desdits transistors du second étage est fournie par les deux transistors du premier étage. 20 2°) Amplificateur à plusieurs étages tel que décrit à la revendication 1 dans lequel le dispositif inductif comporte une paire d'enroulements possédant une haute inductance mutuelle. 3*) Amplificateur à plusieurs étages tel que décrit à la revendication 2 dans lequel le dispositif inductif comporte deux enroulements dont les spires 25 correspondantes sont enroulées dans le mène sens et situées c8te à côte. 4*) Amplificateur à plusieurs étages tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les transistors du premier et du second étages sont d'un même type de conductivité, c'est-à-dire qu'ils sont tous de type n-p-n ou tous de type p-n-p, l'émetteur de chaque 30 transistor du premier étage étant connecté à l'une des extrémités d'un enroulement à prise de dérivation, l'autre extrémité de chaque enroulement étant connectée au moyen d'une résistance à un point commun et les électrodes des bases de chacun des transistors du second étage étant connectées à la prise de l'enroulement auquel le transistor du premier étage de la même dérivation est 35 connecté, lesdeux dites résistances connectées au point commun procurant des chemins conducteurs pour les courants émetteurs des transistors correspondants du premier étage et la polarisation des électrodes des bases des transistors correspondants du second étage