Brevet FR2412199A1 — publié le 19790713

ta présente invention concerne un dispositif de protection de l'étage de sortie à symétrie complémentaire ou push-pull d'un module amplificateur de puissance à transistors, équipant un amplificateur de type haute fidélité, contre les élévations importantes du courant dans la résistance émetteur de ses transistors de puissance. Un module amplificateur de puissance comporte : un étage d'entrée préamplificateur qui peut etre composé par exemple par deux transistors montés en entrées différentielles, et un transistor amplificateur de tension (désigné par le terme anglais "driver") qui comporte dans son circuit collecteur les bases de deux transistors de puissance appariés(c'est à dire de jeu de polarités opposées) montés en symétrie complémentaire. Les transistors de puissance peuv'n entre remplacés par deux montages équivalents à deux transistors de puissance appariés, comme par exemple plusieurs transistors montés en Darlington. Ces deux transistors ds puissance présentent des caractéristiques pratiquement identiques, l'un qui sera appelé transistor de puissance TP1 est du type NPN et l'autre qui sera appelé transistor de puissance TP2 est du type PNP. Un montage à symétrie complémentaire est équivalent à deux montages collecteur commun et est généralement polarisé en classe B. Des signaux basses fréquences sont appliqués à l'entré. du module amplificateur de puissance au niveau de la base 'un des transistors d'entrées différentielles. Les signaux résultants, amplifiés en puissance, sont recueillis en sortie de l'étage à symétrie complémentaire, au point commun des deux résistances émetteurs des deux transistors de puissance Lorsque le transistor de puissance TP1 conduit, le transistor TP2 est bloqué et réciproquement. Le transistor de puissance TP1 amplifie donc l'alternance positive du signal d'entrée et le transistor de puissance TP2 l'alternance négative. Un dispositif de protection serait très intéressant pour un tel module amplificateur de puissance, car il permettrait d'éviter la destruction des transistors de puissance en les protégeant par exemple contre un court-circuit dez fils haut parleurs branchés à sa sortie. Un dispositif connu de protection consiste à util r ser deux transistors appariés PNP-NPN supprimant la tension base émetteur des transistors de puissance TP1 et TPZ lorsque le courant dans leurs résistances d'émetteur devient trop important, c'est-a-dire lorsque ce courant atteint une valeur susceptible de détruire ces transistors de puissance.Le transistor de protection NPM supprime la tension base-émQtteur du transistor TP1 et le transistor de protection PNP la tension du transistor TP Cependant un tel dispositif connu présente l'inconvénient d'etre à transistors et dseAtre donc a' fonctionnement progressif. En effet les transistors de protection passent progressivement d'un état totalement bloqué (rourant collecteur nul, tension collecteurémetteur très élevée) à un état totalement passant (courant collecteur, tension collecteur-émetteur très faible) afin de supprimer la tension base-émetieur des transistors de puissance TP1 et TP2. Tant que le courant dans les résistances d'émetteur des transistors de puissance est faible ou normal les transistors de protection restent bloqués. Lorsque l5amplificateur fonctionne dans les hautes puissances , ce courant a une valeur insuffisante pour permettre un déblocage total des transistors de protection. Mais elle est suffisante pour provoquer sur les transistors de protection l'apparition d'une tension collecteur-émetteur, plus faible qu'en état bloqué, et d'un courant collecteur. Cet état intermédiaire entre les etats bloqués et passants va modifier le comportement en régime dynamique des transistors de puissance. Cette modification dans les hautes puissance va se traduire par une distorsion du signal amplifié recueilli en sortie de étage à symétrie complémentaire. Pour remédier à cet inconvénient on pourrait remplacer les transistors de protection par des thyristors qui supprimeraient à leurs tours la tension base-émetteur des transistors de puissance, mais sans apporter de distorsion aux hautes puissances, car eux sont à déclenchement brusque. Cependant il n'existe pas dans le commerce des thyristors de jeu de polarités opposés comme c'est le cas pour les transistors. Le seul disponible estle thyristor de type PEPS, On est donc dans l'impossibilité d'assurer à la fois la protection des deux transistors de puissance car il faudrait disposer d'un thyristor de polarités inverses de ceux disponibles pour protéger le transistor de puissance PEP, TP2. L'invention a pour originalité d'utiliser un thyristor classique et de le brancher de telle manière qu'il supprime la polarisation des transistors de l'étage d'entrées différentielles du module amplificateur de puisSance, et ceci dès l'apparition d'une valeur élevée du courant dans les résistances d'émetteur des transistors de puissance. Cette suppression de polarisation va interdire à l'étage d'entrées différentielles d'amplifier le signal d'entrée basse fréquence. On ne trouvera en sortie de cet étage et en entrée de l'étage suivant (transistor amplificateur de tension) qu'une tension résiduelle continue et plus négative par rapport à la masse qu'en fonctionnement normal de cet amplificateur. On retrouve donc une tension continue positive, dans le circuit collecteur du transistor .amplificateur de tension, qui comporte les bases des deux transistors de puissance. Cette tension continue et positive se substitue au signal basse fréquence. Or le transistor de puissance UP2 n'amplifie que l'alternance négative d'un signal basse fréquence. I1 ne sera donc pas concerné par ce signal continu positif. Le transistor de puissance TP2 se retrouve donc hors conduction. D'autre part un deuxième thyristor est branché, d'une manière classique, entre la base et l'émetteur du transistor de puissance TPl et met celui-ci à son tour hors conduction. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent - la figure 1, un schéma d'un module amplificateur de puissance équipé d'un système de protection classique, - la figure 2, un schéma d'un module amplificateur de puissance équipé d'un système de protection selon l'invention. Le module amplificateur de puissance représenté figure I se compose d'un étage d'entrée formé par deux transistors T1 et T2 montés en entrées différentielles. L'entrée du signal basse fréquence à amplifier se fait sur la base du transistor T1 (entrée E). La sortie de cet étage différentiel s (collecteur du transistor T1) est reliée à l'entrée e du transistor amplificateur de tension h (base du transistor T3). Le circuit collecteur de ce transistor T3 comporte les deux bases des transistors de puissance TP1 et TP2. Enserré entre ces deux bases, on trouva un transistor TA et un potentiomètre PA qui permettent de supprimer la distorsion de raccordement des alternances positives et négatives en sortie du haut parleurs HP de l'amplificateur de puissance. Deux transistors de protection T4 et T5 ont leurs bases polarisées par les résistances R1 R2, R3 et R4. Les bases des transistors T4 et T5 sont respectivement reliées au travers des résistances RB1 et RB2 aux émetteurs des transistors de puissance TP1 et TP2 Leurs collecteurs sont respectivement reliés aux bases des transistors de puissance TP1 et TP2 et leurs émetteurs au point de sortie haut-parleur HP. En fonctionnement normal de l'amplificateur, un haut parleur étant branché à sa sortie HP, les transistors de protection T4 etT5 présentent un état bloqué et un courant collecteur nul. Les transistors de puissance fonctionnent donc normalement. Lors d'une augmentation du courant dans les résistances d'émetteur RE1 et RE2, provoqué par exemple par un court-circuit des fils haut-parleurs, le courant dans les résistances RB1 et RB2 augmente, dépasse un seuil fixé par les polarisations des transistors T4 et T5, et provoque la conduction de ces transistors T et T5- Leurs tensions collecteur-émetteur deviennent quasiment nulle. Cette conduction entraine la suppression des tensions base-émetteur des transistors de puissance TP1 et TP2. Ceux-ci se retrouvent donc dans un état de non-conduction, ce qui évite leur destruction par un courant émetteur trop élevé. Le module amplificateur de puissance représenté figure 2 est le meme que celui de la figure l ; seuls diffèrent les systèmes de protection. Ici, un thyristor TH1 a son anode reliée à la base du transistor de puissance TP1 et sa cathode à l'émetteur du transistor de puissance TP Sa gachette ou électrode de commande est reliée a l'émetteur du transistor TP1. Une résistance RG1 sert à limiter le courant gachette. Le thyristor TH2 a son anode reliée à la source de polari sation + par l'intermédiaire des résistances de polarisations Rî R2 des transistors d'entrées différentielles T1 e t T2, et sa cathode à l'émetteur du transistor de puissance TP2. Sa gachette est reliée tout comme précédemment, à l'émetteur du transistor TP2. Une résistance RG2 limite aussi son courant gachette. En fonctionnement normal de l'amplificateur, les thyristors n'étant amorcés par aucun courant gachette, se trouvent dans un état bloqué. Ils ne sont traversés par aucun courant et présentent une impédance très grande. Les transistors de puissances accomplisserit donc leurs -rôles normalement. Lors d'un court-circuit des fils hauts parleurs, branchés en sortie HP, il apparat aussitôt un courant élevé dans les résistances d'émetteur RE1 et REz et un courant gachette suffisant pour amorcer les deux thyristors TH1 et TH2. Ceux-ci deviennent passants. Ils sont traversés par un courant et présentent une impédance quasiment nulle. Le thyristor TH2 supprime la polarisation des transistors de l'étage d'entrée T1 et T2. Ceux-ci n'amplifient plus le signal d'entrée basse fréquence appliqué en E.. On ne trouve donc en sortie ss de cet étage qu'une tension continue, plus négative par rapport à la masse qu'avant l-tamorcage du thyristor TH2. Celle-ci est applique a' l'entrée e de l'étage amplificateur de tension (transistor T3). On a donc une tension continue, positive en sortie collecteur-masse du transistor T3 Or le transistor TP2, n'amplifie que l'alternance négative du signal d'entrée basse tIéquence. Il n'est donc pas concerné par ce signal positif et continu. Le transistor TP2 se retrouve hors conduction. En cet instant, seul le transistor TP1 conduit et fournit une tension continue position n sortie flaut- parleur HP. Ce transistor de puissance TP1 est mis à son tour hors conduction par le thyristor TH1 qui supprime sa tension base émetteur. On obtient donc le résultat souhaité, c' es t-a-dire une sauvegarde des transistors de puissance T > 1 et TPz r tout en n'ayant pas de distorsion, vers les hautes puissances, du signal amplifié Car en effet les thyristors ont un temps d' amorçage de l'ordre de là microseconde et ne passent d'un tat bloqué à un état passant que pour une valeur bien précise de courant gachette. Le schéma de la figure 2 ne représente qu'un exemple de module amplificateur équipé du dispositif de protection selon l'invention. En effet l'étage à entrées différentielles peut être remplacé par un transistor polarisé en émetteur commun sans nuire au fonctionnement du système de protection par thyristors. De meAme les transistors de puissance de l'étage de sortie à symétrie complémentaire pourraient être remplacés par des transistors montés en Darlington ou des circuits intégres de puissance Ce système de protection selon l'invention n'est pas seulement efficace contre les court-circuits des fils haut-parleurs. Il est efficace contre toutes surintensités du courant dans les résistances d'émetteur REl et RE2 des transistors de puissance TP1 et TP2 et donc contre toutes surintensités des courants collec- teurs des transistors TPl et TP2. Ces surintensités sont directement liées à des variations de puissance en sortie HP de l'amplificateur. Il peut donc protéger les transistors de sortie chaque fois que la puissance de sortie de l'amplificateur dépasse celle pour laquelle il a été étudié. Ce dépassement de puissance entraine la mise en marche du système de protection par thyristors. Ce dépassement de puissance peut être occasionné par l'em- ploi de haut-parleursdont l'impédance est inférieure à l'impédance optimum pour une utilisation normale de l'amplificateur de puissance ou encore dont l'impédance descend en dessous de cette impédance optimum pour certaines fréquences D'autre part, le déclenchement des thyristors ayant pour effet d'annuler la conduction des transistors de puissance, ils n'ont plus ni de tension collecteur-émetteur ni de courant collecteur et restent froids, ce qui n'est pas le cas dans le système de protection a' transistors, car le courrant collecteur gardait au moins la valeur correspondant à.la puissance maximum autorisée ce qui entrainait un échauffement dangereux des transistors de puissance. Dé tels modules amplificateurs de puissance à dispositif de protection sont utilisés en particulier dans des amplificateurs de type haute fidélité à une ou plusieurs voies. Dans le cas par exemple d'un amplificateur haute fidélité stéréophonique (deux voies), on a.un module amplificateur à dispositif de protection selon l'invention, par voie. Après un déclenchement du dispositif de protection, il y a lieu d'arrêter l'amplificateur haute fidélité et d'attendre quelques secondes avant de remettre celui-ci en service, afin de permettre aux circuits d'amorçage (thyristors) .de se désamoreer. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif de protection par thyristors des sorties d'un amplificateur de puissance à symétrie complémentaire contre des courants trop élevés dans les circuits d'émetteur des transistors de puissance caractérisé en ce qu'il comporte deux thyristors qui passent, sans état intermédiaire, d'un état bloqué à un état passant dès l'apparition d'une valeur dangereuse de ce courant ; l'un placé entre la source de polarisation (+) par l'intermédiaire des résistances de polarisation de l'étage d'entrée de l'amplificateur, et l'émetteur du transistor de puissance (TP2), supprime la polarisation de cet étage d'entrée, ce qui a pour conséquences l'apparition en sortie (S) de l'amplificateur d'une tension continue positive, et la mise hors conduction du transistor de puissance (TP2) ;; l'autre (tri) placé entre la base et l'émetteur du transistor de puissance (TP1), le met hors conduction. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'intensité trop élevée des courants dans les circuits d'émetteur des transistors de puissance entrainant la mise hors conduction de ces transistors est due au court-circuit des fils haut-parleurs branchés à la sortie de l'amplificateur de puissance. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le choix, par l'intermédiaire des thyristors et des résistances de gachette, d'une valeur du courant dans les circuits d'émetteur des transistors de puissance entraînant la mise hors conduction de ces transistors de puissance,permet le fonctionnement en limiteur de puissance du dispositif de protection. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que les transistors de puissance de l'étage à symétrie complémentaire sont remplacés par des systèmes à plusieurs transistors assumant les mêmes fonctions que ces transistors de puissance complémentaires. 5. Amplificateur haute fidélité à une ou plusiéurs voies caractérisé en ce que ses étages de puissance sont équipés d'un système de protection conforme à l'une des revendications 1 à 3.