Brevet FR2098363A1 — publié le 19720310

La présente invention concerne des circuits d'amplificateurs utilisant des transistors, et plus particulièrement des circuits dAmplificateurs à transistors à couplage direct, utilisant des transistors du type NPN seulement (ou du type PNP seulement). 5 Pour les circuits d'amplificateurs de puissance transistorisés - on emploie généralement une méthode suivant laquelle les transistors sont reliés l'un à l'autre directement ou par des résistances (et non par l'intermédiaire de capacités ni de transformateurs). Un exemple type de ce genre de circuit est le circuit d'amplifica-10 teur complémentaire utilisant des transistors PNP et NPN en combinaison. Dans un tel circuit complémentaire il est difficile d'établir une caractéristique d'équilibrage entre les transistors PNP et NPN. H y a en outre des difficultés de formation d'un circuit d'amplificateur de puissance complémentaire dans une plaque (tran-15 che) constitué en dispositif de circuit intégré ou un dispositif de circuit complexe comprenant des transistors PNP et NPN carac-téristiquement équilibrés. Un circuit d'amplificateur de puissance utilisant des transistors du type NPN seulement (ou de type PNP seulement) est décrit dans la publication de brevet n° 45-2402 20 (1970). Ce circuit d'amplificateur comprend un circuit de transistor d'entrée connecté de-façon différentielle, un circuit à source de courant constante, un circuit de décalage de niveau et deux circuits à transistor de sortie. Suivant cette méthode précédente, un grand nombre de transistors sont nécessaires, et le ré-25 sultat en est un amplificateur coûteux, ou bien le rendement est abaissé quand l'amplificateur est construit dans une tranche de semi-conducteur sous forme de dispositif à semi-conducteur intégré ou d'un circuit complexe. En raison de ce qui précède, un objet de cette invention est de 30 proposer un circuit d'amplificateur de puissance structuralement simple utilisant des transistors de type NPN seulement (ou de type PNP seulement), et dans lequel le nombre des transistors est réduit. Un autre objet de cette invention est de proposer un circuit 35 d'amplificateur de puissance structuralement simple et de fonctionnement efficace formé sans utilisation d'un circuit à transistor d'entrée connecté de façon différentielle, un circuit de source de courant stabilisé et un circuit de décalage de niveau. Un autre objet de cette invention est de proposer un circuit 40 d'amplificateur de puissance pouvant être facilement construit 71 25437 2 2098363 dans l'émetteur du transistor d'entrée à l'aide d'un circuit de réaction négative à courant continu connecté entre le côté de sortie du circuit à transistor de sortie et l'émetteur du transistor d'entrée, la tension continue de référence et la variation de 5 tension de référence continue due à la différence de gain entre le premier et le second transistor de sortie étant maintenues aux valeurs désirées, et les formes d'onde de sortie étant convenablement adaptées. Suivant la présente invention il est désirable que le circuit 10 à transistor d'entrée et les transistors de sortie soient couplés l'un à l'autre à l'aide d'un circuit de classe A à émetteur accompagnateur. comprenant un transistor ou plusieurs transistors connectés dans la forme Darlington. Cette disposition rend possible d'établir un équilibrage d'impédance complet entre le circuit à 15 transistor de sortie et d'entrée et l'entrée du transistor de sortie • L'invention va être décrite plus en détail à l'aide de l'exemple non limitatif suivant, conjointement avec le dessin qui accompagne cette description. 20 Ce dessin est un schéma de circuit représentant un amplificateur de puissance à transistor constitué suivant cette invention. En se reportant au dessin, on y voit un circuit dans lequel une zone entourée d'un trait mixte désigne un circuit qui peut être facilement formé de façon unitaire dans une tranche à semi-25 conducteur sous forme de circuit à semi-conducteur intégré. La partie à l'extérieur de la ligne d'encerclement en traits mixtes est formée de façon indépendante du circuit intégré, et est plus tard reliée au circuit intégré formé séparément par la voie des bornes indiquées par des points en wo" (petits ronds 30 blancs) qui sont les points d'intersection de la ligne en traits mixtes avec les lignes en traits pleins du circuit. Au dessin, la référence Q1 désigne un transistor d'entrée, 331 un variateur pour compensations de température et tension, EL, R2 et R3 des résistances pour polariser la base du transistor d'en-35 trée, Cl une capacité de blocage à courant continu, R6 une résistance d'émetteur, C3 et R8 un filtre passe-haut pour compenser la caractéristique de fréquence du circuit, R5 une résistance collectrice de charge, et C2 un filtre d'ondulation pour la source de courant. 40 La référence Q4 désigne un premier transistor de sortie, Q5 un 71 25437 3 2098363 second transistor de sortie, D4 une diode pour coupler les transistors de sortie Q4 et Q5, D2, D3 et Rll représentent respectivement des diodes et une résistance pour la compensation de la zone mcrte produite par la chute de tension aux bornes de l'émetteur de 5 base du second transistor de sortie Q5 et par la chute de tension en avant aux bornes de la diode D4, et enfin R9 et RIO sont des résistances de polarisation de base pour le second transistor de sortie. La référence R7 désigne une résistance de réaction connectée 10 entre le point de sortie QUT des deux transistors de sortie et l'émetteur du transistor d'entrée Ql. C5 est une capacité pour le transistor Q5 pour l'action de l'amplificateur à contre-réaction. Les transistors Q2 et Q3, connectés en forme Darlington, cons-15 tituent un circuit d'amplificateur à transistor type classe A à émetteur accompagnateur, qui est connecté entre le collecteur du transistor d'entrée Ql et la base du premier transistor de sortie Q4. La résistance R12 est une résistance de charge d'émetteur pour le transistor Q3. Dans le circuit ayant un circuit d'amplifi-20 caleur transistorisé, des précautions doivent être prises quand le courant est amené au collecteur du transistor de sortie. Plus précisément, suivant cette invention, aucun amplificateur différentiel n'est utilisé pour le circuit du transistor d'entrée, et par suite il est important pour la résistance RI et la capacité 25 G2 d'avoir de grandes constantes de temps. En d'autres termes, il est produit un retard considérable pour mettre le circuit en action après la connexion de la source de courant à la borne de puissance Vcc. Pendant ce temps de retard, la base du transistor d'entrée Ql se trouve à environ OV, et une haute tension est ap-30 pliquée au collecteur du transistor d'entrée Ql et à la base du transistor Q2. Si dans ce circuit les collecteurs des transistors Q2 et Q3 sont reliés directement à la borne d'amenée de courant Vcc, une grande intensité de courant passe dans les collecteurs des transistors Q2 et 03, et ces transistors peuvent alors être 35 endommagés. Pour l'éviter il est nécessaire de prévoir un circuit de limitation de courant (par exemple une résistance) à relier aux collecteurs des transistors Q2 et Q3« Dans cette réalisation, les résistances R9 et RIO sont utilisées aussi en vue de la limitation du courant, ce qui fait que le nombre des éléments du cir-40 cuit n'a pas besoin d'être augmenté. Une autre méthode pour éviter 71 25437 4 2098363 le grand afflux de courant est celle qui consiste à relier les collecteurs des transistors Q2 et Q3 au collecteur du premier transistor de sortie. Il n'est toutefois pas recommandable d'appliquer cette méthode aux circuits d'amplificateur de puissance 5 qui doivent fonctionner avec une grande intensité de courant, parce que la caractéristique de croissance du courant de collecteur du premier transistor de sortie est altérée. A la figure, la référence C4 désigne une capacité à contre-réaction, et C6 une capacité de compensation de phase de bande à 10 haute fréquence utile pour la stabilisation du circuit. Les références C7 et R13 désignent respectivement une capacité de compensation de phase de bande à haute fréquence et une résistance. D'autre part, C8 désigne un condensateur nécessaire pour faire fonctionner le circuit ci-dessus par une source de courant unique. 15 Pour C8 on emploie un condensateur de grande capacité, pour qu'il fonctionne de façon satisfaisante sur une bande de basse fréquence, et le parleur SP est relié au condensateur C8 comme charge. La présente invention est caractérisée en outre par le fait que lorsque la base du second transistor de sortie est court-cir-20 cuitée à la borne de l'électrode de terre GND, le transistor Q5 se met hors circuit, les potentiels à la borne de sortie OUT et au collecteur du transistor Q4 relié au transistor Q5 par l'intermédiaire des diodes D2 et D3, deviennent presque zéro, le potentiel à l'émetteur du transistor d'entrée devient aussi presque 25 zéro, et par suite le potentiel de base du transistor Q2 devient suffisamment faible. Quand les collecteurs des transistors Q2 et 03 sont reliés à la base du second transistor de sortie 05, la tension de collecteur du transistor Q5 devient presque nulle. Par conséquent, dans le cas où un courant de grande intensité passe 30 dans le transistor de sortie, pour une raison telle que le court-circuitage de charge, un tel courant est immédiatement décelé, ce qui fait que la base du second transistor de sortie Q5 est court-circuitée à la borne GND. Par cette disposition, les transistors Q2, Q3, Q4 et Q5 sont tous aisément et parfaitement protégés 35 contre le courant de grande intensité, sans employer une appréciable quantité de force. A cet effet, une résistance de détection de courant en excès est reliée à l'émetteur du premier transistor de sortie Q4, et un élément de commutation à résistance négative bistable SW, par exemple une SCR, est intercalée dans le 40 circuit comme représenté à la figure. Cette disposition simple 71 25437 5 2098363 est suffisante pour protéger les transistors contre un courant fort. Une méthode de protection des transistors conforme à cette invention prévoit qu'une région ayant le même type de conductivi-té que les régions de collecteur des transistors est formée dans 5 la tranche de semi-conducteur pendant l'opération pour former les transistors, deux régions ayant le même type de conductivité que les bases des transistors sont formées dans la surface de la région précitée pendant l'opération de diffusion pour former les bases, une région ayant le même type de conductivité que l'émet-10 teur des transistors est formée dans la surface de l'une de ces deux régions pendant l'opération de diffusion pour former les émetteurs des transistors, et ainsi un élément de commutation à résistance négative ayant une structure PNPN est formé dans le dispositif à circuit intégré à semi-conducteur. 15 Cependant qu'une réalisation spécifique de l'invention a été décrite ci-dessus, il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à ou par cette description. Par exemple, les diodes D2 à D4 ne doivent pas nécessairement avoir une jonction du type PN. Diverses diodes, comprenant une structure de transistor ayant son 20 collecteur relié à la base, collecteur relié à l'émetteur, ou base reliée à l'émetteur peuvent être utilisées. Ce qui est essentiel pour la diode, c'est qu'un tel élément soit capable de changer son impédance suivant la direction du courant qui y passe. De même, tout transistor utilisé pour cette invention n'est pas limi-25 té à un transistor simple de type NPN ou PNP. Par exemple, un dispositif à circuit complexe comprenant des transistors connectés dans la forme Darlington est considéré comme équivalent d'un transistor suivant cette invention. 71 25437 6 2098363 REVENDICATION Circuit d'amplificateur de puissance transistorisé comprenant : un circuit de transistor d'entrée capable de fonctionner comme amplificateur de classe A suivant l'entrée de base et la sortie 5 de collecteur; un premier et un second transistor de sortie; et un circuit de couplage à diode recevant la sortie de collecteur de ce circuit de transistor d'entrée comme signal d'entrée de celui-ci, mettant ainsi en circuit ces transistors de sortie à chaque demi-cycle de ce signal d'entrée; dans lequel un circuit 10 de réaction négative à courant continu est connecté entre la borne de sortie de ces transistors de sortie et l'émetteur du transistor d'entrée, et où tous les transistors utilisés sont de la même caractéristique de conduction.