Brevet FR2427007A1 — publié le 19791221

La présente invention a pour objet un dispositif qui permet de réaliser des modules d'amplificateurs haute fidélité, puissants, notamment pour les installations haute fidélité ou musicales. De tels modules d'amplification sont connus et ont été réalisés antérieurement à l'aide de tubes électroniques puis de transistors. Actuellement on commence à utiliser des amplificateurs opérationnels qui, par leur très grand gain permettent, par une contre réaction entre l'entrée et la sortie dudit module, d'améliorer la qualité en supprimant pratiquement les distorsions et le réglage du courant de repos de l'éta- ge final. On sait que la puissance transmise aux enceintes acoustiques dépend desdits modules et de l'impédance Zc de l'enceinte anoustique. Si l'on appelle V la tension d'alimentation de l'étage de sortie dudit module, la puissance maximum transmise à l'enceinte acoustique s'exprime sous la forme suivante : P maxi = V2/8 Zc, par exemple pour une tension V de 80 volts et Zc = 8 ohms, la puissance sera de 100 watts. 100 W étant actuellement la puissance demandée-et comme la plupart des enceintes acoustiques actuelles ont une impédance proche de 8ohms, il s'ensuit que la tension d'alimentation doit être de 80 volts. I1 semble que la tendance actuelle soit de fabriquer des amplifica- teurs de plus en plus puissants, or la plupart des amplificateurs opérationnels de faible coût ne peuvent être alimentés que sous des tensions relativement basses, inférieures à 50 VDC d 25 VDC). Pour réaliser des amplificateurs de puissance sans transformateur de sortie, on utilise actuellement des amplificateurs opérationnels haute tension, c'est à dire sensiblement 80 VDC (+ 40 VDC) de coAut élevé, qui grèvent le prix de revient des amplificateurs de puissance. Des exemples de telles réalisations sont décrits dans les éditions spécialisées et il est connu que la haute fidélité de ces modules d'amplificateurs puissants est obtenue par la forte contre-réaction de la sortie dudit module vers l'entrée de l'amplificateur opérationnel. L'objet de la présente invention est de remédier à l'inconvénient précité et concerne à cet effet un module d'amplificateur haute fidélité, puissant, notamment mais non exclusivement, pour les installations haute fidélité et musicales, lequel~module est constitué d'une alimentation générale en courant continu, d'un étage de sortie de puissance, alimenté directement par ladite alimentation, relié à un ensemble comprenant une charge extérieure, telle une enceinte acoustique, connectée en série avec un dispositif de protection de l'étage de sortie de puissance, d'un amplificateur opérationnel, de commande de l'étage de sortie de puissance, à gain contre réactionné fortement par la tension de sortie de l'étage de sortie, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à permettre l'alimentation de l'amplificateur opérationnel sous une tension d'alimentation inférieure à celle de l'étage de sortie de puissance. Autrement dit, le module d'amplificateur haute fidélité, puissant, selon l'invention peut également être défini comme étant un dispositif d'amplification puissant comprenant, au moins deux étages d'amplifications dont le premier est un amplificateur opérationnel, l'entrée et la sortie étant reliées par une forte contre-réaction définissant le gain total en tension. La compréhension de la présente invention sera facilitée par la description suivante, d'exemples non limitatifs de réalisations, d'un tel dispositif module d'amplificateur haute fidélité puissant, en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 représente schématiquement ledit module avec les moyens d'alimentation objet de l'invention. Les figures2 et 4 représentent un premier mode de réalisation, selon l'invention, des moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande ainsi, qu'un exemple connu d'étage de sortie de gain 10 et d'un dispositif de protection dudit étage. La figure 3 représente un autre mode de réalisation, selon l'invention, des moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande ainsi, qu'un exemple connu d'étage de sortie de gain 1 et d'un dispositif de protection dudit étage. Les figures 5 à 10 représentent différents modes de réalisation, selon l'invention, des moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande. Ledit module d'amplificateur haute fidélité représenté schématiquement par la figure 1 comporte des moyens connus tels un amplificateur opérationnel de grand gain 4 qui commande un étage de sortie 9, protégé par le dispositif de protection 14 relié à la charge 15, une alimentation générale 16 qui alimente l'ensemble de ces éléments et des moyens de contre réaction 8. Lesdits modules ne comprenant généralement pas de transformateur et de condensateur de sortie, l'entrée I dudit module est reliée par un condensateur 2 à l'entrée non inverseuse 44 de l'amplificateur opérationnel de commande 4. L'impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel 4 est limitée par la résistance 3 qui relie l'entrée non inverseuse 44 et le pale négatif 5. Le pont diviseur constitué des résistances 81 et 82 relie la sortie 924 de l'étage de sortie de puissance 9, l'entrée inver seuse 43 de l'amplificateur opérationnel 4 et le pôle négatif 5. La protection de l'étage de sortie de puissance est assurée par le dispositif de protection 14, la liaison 10 et la résistance 901 en série entre la sortie 45 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 et l'entrée 923 de l'étage de sortie de puissance 9.La protection contre lesfsurtensions produites par une charge selfique 15 est assurée par les diodes 18 et 19 montées en inverse par rapport aux bornes 161 et 162 de l'alimentation générale 16. Dans les modules d'amplificateur haute fidélité puissants, connus à ce jour, l'alimentution de l'amplificateur opérationnel de commande se fait directement en reliant dgune part la borne positive 161 de l'alimentation générale 16 et la borne d'alimentation positive 41 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 et, d'autre part, la borne négativel62 de l'alimentation générale 16 et la borne d'alimentation négative 42 de l'amplificateur opérationnel de commande 4. Conformément à l'invention on insère respectivement entre les bornes 161 et 162 de l'alimentation générale 16 et les bornes d'alimentation 41 et 42 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 des moyens d'ali- mentation 6 et 7 de l'amplificateur opérationnel 4, moyens tels qu'ils permettent l'alimentation de l'amplificateur opérationnel 4 par une tension d'alimentation inférieure à celle de l'étage de sortie de puissance. Suivant les divers modes de réalisation; ces moyens d'alimentation 6 et 7 peuvent nécessiter une liaison 12 entre ces moyens d'alimentation et des liaisons 13 et 13A entre les moyens d'alimentation et la sortie 924 de l'étage de sortie de puissance. On comprendra mieux le fonctionnement du mode de réalisation représenté par les figures 2 et 4, et plus particulièrement adapté à un gain en tension de l'étage de sortie supérieur à un, en se référant à la figure 2 qui représente un mode de réalisation de module électronique, haute fidélité, d'amplificateur puissant avec les moyens d'alimentation 6 et 7 de l'amplificateur opérationnel de commande 4. L'étage de sortie de puissance 9, de réalisation connue, est constitué d'une paire de transistors complémentaires 9D3, 909, qui commande un étage de sortie du type "PUSH---PULL" composé des transistors 912, 914, 917 et 922. Cet étage de sortie de puissance 9 a un gain sensiblement égal au rapport du pont de résistances 906, 907, gain qui dans l'exemple choisi est compris entre cinq et dix. Il est connu d'ajouter des condensateurs tels 908, 910, 916 et 83 dans le but d'éviter des oscillations parasites. Le dispositif de protection 14, également connu, de l'étage de sortie de puissance 9 est constitué par la paire de transistors complémentaires 142, 143. Le courant de sortie est limité, par l'intermédiaire de la liaison 10, au rapport entre le VBE des transistors 142, 143 et la résistance 141. De manière connue, la stabilisation des étages d'amplification est effectuée par l'intermédiaire de résistances, telles que les résistances 902, 904, 905, 911, 913, 915, 918, 920 et 921. De même la protection de l'amplificateur opérationnel 41 peut etre assurée par une résistance 901. Dans ce premier mode de réalisation et conformément à l'invention, les moyens d'alimentation 6 et 7 permettant l'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande de l'étage de sortie de puissance sous une tension d'alimentation inférieure à celle de l'étage de sortie de puissance sont constitués par la résistance 71 qui relie la borne positive 161 de l'alimentation générale 16 et la borne d'alimentation positive 41 de l'amplificateur opérationnel 4 ; de la résistance 61 qui relie la borne négative 162 de l'alimentation 16 et la borne a'alimenta- tion négative 42 de l'amplificateur opérationnel 4.Ce mode de réalisation comporte également des moyens permettant d'abaisser la différence entre les tensions des bornes d'alimentation 41 et 42, ces moyens sont constitués d'une diode zener 72, dont la cathode est reliée à la borne 41 et l'anode au pôle négatif 5, et drune diode 62 dont la cathode est connectée au pale négatif 5 et l'anode à la borne 42 de l'amplificateur opérationnel 4 dans le cas d'une alimentation générale 16, symétrique par rapport au pAle négatif et inversement dans le cas d'une alimentation non symétrique. Le fonctionnement sera mieux compris au regard des explications suivantes : Si G1 est le gain en tension de l'étage de sortie et si l'alimentation générale délivre + U par rapport au pale négatif, on sait que la tension de la borne de sortie 45 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 variera entre les deux extrêmes F U/G1. D'autre part si G2 est le gain en tension dudit module, G2 étant dépendant de la contre-réaction 8 assurée par les résistances 81 et 82, la tension des bornes 43 et 44 varieraentreles deux valeurs extrèmes F U/G2. En ctiois.issant G1 et G2 compris entre cinq et dix les tensions des bornes 43, 44 et 45 resteront comprises entre + U/5 et - U/5 et llampli- ficateur opérationnel fonctionnera sous une tension d'alimentation inférieure à celle de l'étage de sortie de puissance en raison de l'utilisa tion des moyens 6 et 7. Le second mode de réalisation de l'invention (voir figure 5) ne diffère du premier (voir figure 4) qu'en ce que la diode zener 72 est remplacée par un premier ensemble constitué de la résistance 701 et du condensateur 703 en parallèle. La diode zener 62 est remplacée par un second ensemble constitué de la résistance 702 et du condensateur 704 en parallèle aux bornes de la résistance 702. La différence entre les tensions des bornes 41 et 42 de l'amplificateur opérationnel 4 et le pale négatif du dispositif est donc abaissée Le troisième mode de réalisation (voir figure 6) ne diffère du premier mode qu'en ce que les moyens d'abaissement et la différence entre les tensions des bornes d'alimentation 41 et 42 sont constitués d'une diode zener 705 dont la cathode est reliée à la borne 41 et l'anode à la borne 42 et une diode zener 706 de filtrage des variations de tension apparaissant à la borne 41 de l'amplificateur opérationnel 4. Le quatrième mode de réalisation (voir figure 7) ne diffère du troisème mode qu'en ce que les moyens permettant de filtrer les variations de tension à la borne 41 de l'amplificateur opérationnel 4 sont constitués d'un condensateur 707 connecté entre la borne 41 et le pôle négatif 5. Le cinquième mode de réalisation (voir figure 8) ne diffère du quatrième mode qu'en ce que les moyens d'abaissement de la différence entre les bornes 41 et 42 sont constitués par une résistance 708 qui relie les bornes 4T et 42. Dans ce cinquième mode de réalisation les moyens de filtrage des variations de tension sont constitués par deux condensateurs 709 et 710, le condensateur 709 relie la borne 41 au pôle négatif 5 ; le condensateur 710 relie la borne 42 au pale négatif 5. Le sixième mode de réalisation (voir figure 9) ne diffère du cinquième qu'en ce que le condensateur 710 est remplacé par un condensateur 711 qui relie les bornes 41 et 42. Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment l'écart entre les tensions des bornes 41 et 42, bornes d'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande 4 a été abaissé et les tensions des bornes 41 et 42 ont été rendues pratiquement fixes par rapport au pale négatif 5 en raison de l'utilisation d'un étage de sortie de gain en-tension supérieur à un. Un septième mode de réalisation est réalisable (voir figure 3) lorsque le gain en tension de l'étage de sortie est de l'ordre de un. De la même façon que dans les modes de réalisation précédemment décrits on abaisse l'écart entre les tensions des bornes 41 et 42 mais les tensions à ces bornes sont rendues pratiquement fixes par rapport à la sortie 924 de l'étage de sortie de puissance. L'étage de sortie 9A, par ailleurs connu, et représenté par la figure 3 est constitué de transistors 903A, 914A, 909A, et 922A couplés respectivement en "EMIllER-FOLOWER" de type "PUSH-PULL" a un gain en tension de l'ordre de 1. La stabilisation des étages d'amplification est assurée de façon connue par les résistances 902, 9Q4A, 905A et 921 A. La résistance 901 assure la protection contre les courts-circuits de l'amplificateur opérationnel 4. Conformément à l'invention, les moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande 4 sont constitués d'un premier ensemble comprenant un port de résistances 73 et 74 qui relie la borne positive 161 de l'alimentation générale 16 et la borne positive 41 de l'am- plificateur opérationnel 4; d'une diode zener 76 dont la cathode est reliée à la borne 41 de l'amplificateur opérationnel 4 et dont l'anode est connectée à la sortie 924 de l'étage de sortie de puissance, d1un condensateur 75 qui relie le point milieu da pont de résistances 73et74 à la sortie 924 ; d'un second ensemble qui concerne les bornes négatives 42 et 162, lequel second ensemble est constitué des résistances 63 et 64, du condensateur 65, de la diode zener 66. Ces deux ensembles limitent l'écart de tension entre les deux bornes 41 et 42, à la somme des tensions zener des diodes 76 et 66, et maintiennent fixes les tensions de ces bornes par rapport à la sortie 924 de l'étage de sortie. On sait que si G1 et G2 sont tous deux égaux à 1, les bornes 43,44 et 45 de l'amplificateur opérationnel auront des tensions pratiquement égales à la demi-somme de celles des bornes 41 et 42. Un huitième mode de réalisation (voir figure 10) ne diffère du septième qu'en ce que les diodes zener 66, 76 sont remplacées par une unique diode zener 710 dont la cathode est reliée à la borne 41 et l'anode à la borne 42. L'écart de tension entre ces deux bornes est ainsi fixé à la valeur de la diode zener 710. il est bien entendu que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation decrits, sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention, on peut, par exemple, concevoir un circuit intégré, servant de premier étage d'amplification dudit module, lequel circuit intégré comprenant un amplificateur opérationnel de grand gain, basse tension, ainsi que les moyens d'alimentation objet de l'invention, lesquels moyens réalisés avec des transistors assureront des filtrages efficaces. D'autre part, il est également possible d'utiliser dans ce circuit intégré un amplificateur opérationnel puissant, basse tension, permettant de simplifier l'étage de sortie de puissance. REVENDICATIONS 1 - 110dule d'amplificateur haute fidélité, puissant, constitué d'une alimentation générale, en courant continu, d'un étage de sortie de puissance, alimenté directement par ladite alimentation, relié à un ensemble constitué d'une charge extérieure en série avec un dispositif de protection de l'étage de sortie de puissance, d'un amplificateur opérationnel de commande de étage de sortie de puissance, ledit module étant contre-réactionné entre son entrée et sa sortie, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à assurer l'alimentation dudit amplificateur opérationnel sous une tension d'alimentation inférieure à celle de l'étage de sortie de puissance dudit module d'amplificateur haute fidélité. 2 - t'taule d'amplificateur haute fidélité selon la revendication 1, caractérisé; en ce que les moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande sont constitués d'une première résistance 71, reliée à la borne positive 161 de l'alimentation générale 16 et à la borne positive 41 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 ; d'une seconde résistance 61 reliée à la borne négative 162 de l'alimentation générale 16 et à la borne d'alimentation négative 42 de l'amplificateur opérationnel 4 et de moyens permettant d'abaisser la différence entre les tensions des bornes d'alimentation positive et négative 41 et 42 de l'amplificateur opérationnel 4. 3 - Module d'amplificateur haute fidélité selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'abaissement de la différence entre les tensions des bornes d'alimentation positive et négative 41 et 42 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 sont constitués d'une première diode zener 72 dont la cathode est reliée à la borne positive 41 et l'anode au pôle négatif et d'une seconde diode zener 62 dont la cathode est reliée au pôle négatif de l'anode à la borne négative 42. 4 - Module d'amplificateur haute fidélité selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens d'abaissement de la différence entre les tensions des bornes d'alimentation positive et négative 41 et 42 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 sont constitués d'un premier ensemble comprenant une résistance 701 et un condensateur 703 connecté en parallèle aux bornes de la résistance 701, l'une des extrémités de la résistance 701 étant reliée à la borne positive 41 de l'amplificateur opérationnel 4 et l'autre extrémité de ladite résistance au pale négatif 5 ;; d'un second ensemble comprenant une résistance 702 et un condensateur 704 connecté en parallèle aux bornes de la résistance 702 dont une extrémité est reliée à la borne négative 42 de l'amplificateur opérationnel 4, et dont l'autre extrémité est connectée au pôle négatif 5. 5 - Module d'amplificateur haute fidélité selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens d'abaissement de la différence entre les tensions des bornes d'alimentation positive et négative 41 et 42 de l'amplificateur opérationnel de commande 4, sont constitués d'une part d'une diode zener 705 dont la cathode est reliée à la borne positive 41 et l'anode à la borne négative 42 et, d'autre part, des moyens permettant de filtrer les variations de tension sur l'une desdites bornes. 6 - Module d'amplificateur haute fidélité selon les revendications 1,2 et 5 caractérisé en ce que les moyens de filtrage des variations de tension sur la borne positive 41 de l'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande 4 sont constitués d'une diode zener 706 dont la cathode est reliée à la borne positive 41 et l'anode au pôle négatif5 7 - Module d'amplificateur haute fidélité selon les revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce que les moyens de filtrage des va rations de tension sur la borne positive 41 de l'amplificateur opérationnel de commande 4 sont constitués d'un condensateur 707 qui relie la borne positive 41 au pôle négatif 5. 8 - Module d'amplificateur haute fidélité selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'abaissement de la différence entre les tensions des bornes d'alimentation positive et négative 41 et 42 de l'amplificateur de commande 4 sont constitués d'une part d'une résistance 708 reliée aux dites bornes et d'autre part, de moyens de filtrage des variations de tension desdites bornes. 9 - MOdule d'amplificateur haute fidélité selon les revendications 1,2 et 8 caractérisé en ce que les moyens de filtrage des variations de tension sur les bornes positive et négative 41 et 42 de l'amplificateur opérationnel de commande 4, sont constitués d'un premier condensateur 709 qui relie la borne positive 41 et le pôle négatif 5 et d'un deuxième condensateur 710 qui relie la borne négative 42 et le parole négatif 5. 10 - Module d'amplificateur haute fidélité, selon les revendications 1,2 et 8 caractérisé en ce que les moyens de filtrage des variations de tension sur les bornes d'alimentation positive et négative 41 et 42 de de l'amplificateur opérationnel de commande 4, sont constitués du premier condensateur 709 qui relie la borne positive 41 et le pale négatif 5 et d'un second condensateur 711 qui relie lesdites bornes 41 et 42. Il - Module d'amplificateur haute fidélité selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'alimentation de l'amplificateur opérationnel de commande 4 sont constitués d'une premier ensemble 7 comprenant un pont de deux résistances 73 et 74 qui relie la borne positive 161 de l'alimentation générale 16 et la borne 41 d'alimentation positive de l'amplificateur opérationnel de commande 4 i d'une diode zener 76 dont la cathode est reliée à la borne d'alimentation positive 41 et l'anode à la sortie 924 de l'étage de puissance 9A d'un condensateur 75 qui relie le point milieu du pont de résistances 73 et 74 à la sortie 924 de l'étage de puissance 9A ; d'un second ensemble 6 qui comprend un pont de deux résistances 63 et g qui relie la borne négative 162 de l'alimentation générale 16 et la borne d'alimentation négative Q de l'amplificateur opérationnel de commande 4 ; d'une diode zen-er 66 dont la cathode est reliée à la sortie 924 de l'étage de puissance 9A et l'anode à la borne négative Q ; d'un condensateur 65 qui relie le point milieu du pont de résistance 63 et 64 à la sortie 924 de l'étage de puissance ÇA, de manière telle que l'écart entre les tensions des bornes 41 et 42 est abaissé et que lesdites bornes 41 et 42 ont des tensions constantes par rapport à la sortie 924-de l'étage de puissance 9A.