Brevet FR2453537A1 — publié le 19801031

La présente invention se rapporte à un amplificateur de puissance de classe B + C pouvant être utilisé dans le domaine de la télédiffusion, ainsi que dans celui de la sonorisation des entreprises, des écoles, des casernes, etc., où le rendement de l'installation d'amplification a une importance primordiale et exige l'utilisation d'un transformateur de sortie. On connalt un amplificateur de puissance de classe B + C ayant un rendément élevé. Cet amplificateur connu comprend un préamplificateur opérant en classe A à la sortie duquel sont couplées les bases de deux transistors de commande complémentaires ayant des modes de conduction différents. Les émetteurs de ces deux transistors de commande sont reliés directement l'un à l'autre, tandis que leurs collecteurs sont connectés, au moyen de résistances, aux bases d'une paire de transistors d'un étage d'amplification symétrique push-pull de classe B et directement aux bases d'une paire de transistors d'un étage d'amplification de puissance symétrique push-pull de classe C.Les collecteurs destransistors de l'étage de puissance de classe B sont reliés ensemble au travers de deux diodes orientées dans le sens de la conduction, la borne commune de ces deux diodes étant reliée à l'une des extrémités de la charge et, par une résistance de faible valeur ohmique et un condensateur de forte capacité, a l'un des piles de la source électrique d'alimentation. La borne commune de la résistance de faible valeur ohmique et de la charge est couplée à ltémetteur du transistor de commande.Les collecteurs des transistors de l'étage d'amplification de classe C sont reliés, au moyen de l'enroulement correspondant d'une inductance à deux enroulements, aux pôles de la source électrique d'alimentation et par deux condensateurs, ayant également une capacité élevée, à la borne commune des diodes ou à la charge. Dans ce montage, lorsque les signaux appliqués à l'entrez de l'amplificateur ont un niveau ne dépassant pas 50 % de l'amplitude maximale, seul l'étage d'amplification de classe B, qui est alimenté-avec 50 % de la tension normale de la source électrique continue d'alimentation, opère. Lorsque la valeur instantanée du signal d'entrée dépasse 50 % de la valeur maximale, les conditions pour le déclenchement du transistor correspondant de l'étage d'amplification de puissance C sont crées, ce dernier étant, comme l'on sait, alimenté, à travers l'inductance à deux enroulements, avec la tension totale de la source électrique d'alimentation.Les condensateurs de forte capacité sont traversés par les composantes variables du courant de collecteur du transistor correspondant opérant en classe C, en traversant la charge, fournissant ainsi la puissance nécessaire correspondant aux intervalles de fonctionnement avec une amplitude de pointe. Les inconvénients de cet amplificateur de puissance connu à rendement élevé opérant en classe B + C sont les suivants : le fonctionnement normal en classe B (avec des signaux d'entrés faibles) exige en principe deux condensateurs électrolytiques de forte capacité et supportant une tension relativement élevée, qui déterminent le potentiel moyen du point de jonction des collecteurs des transistors montés en classe B, car tout le courant de la charge passe dans ces condensateurs. Or, ceux-ci augmentent considérablement le volume, le poids et le prix de l'amplificateur et sont la cause de distorsions aux basses fréquences.Un autre inconvénient de ce schéma connu réside dans le fait que les transistors de l'étage final doivent obligatoirement opérer en émetteurs communs, ce qui provoque d'importantes distorsions non-linéaires de fréquence. Le but de la présente invention est de procurer un amplificateur de puissance ayant une structure plus simple, assurant une meilleure qualité de reproduction et qui se prête à une intégration poussée. Pour atteindre les buts qu'elle s'est fixés, l'invention a pour objet un amplificateur de puissance de classe B + C qui comprend un étage de préamplification connecté,par deux transistors de commande identiques ayant des polarités différentes, aux bases de deux transistors ayant des polarités différentes, ces derniers formant un étage d'amplification push-pull symétrique de faible puissance de classe B, l'étage de préamplification étant aussi connecté aux bases de deux transistors ayant des polarités différentes et qui, de leur côté, forment un datage d'amplification push-pull symétrique de puissance de classe C, les collecteurs des transistors de l'étage de puissance de classe C étant reliés aux pôles d'une source électrique d'alimentation à courant continu, tandis que leurs émetteurs sont connectés, d'une part, aux collecteurs des transistors de l'étage d'amplification de faible puissance et, d'autre part, à des diodes de commutation montées dans le sens de la conduction du courant des transistors, les émetteurs des transistors-de l'étage d'amplification de classe B étant couplés à la charge, cet amplificateur de puissance étant caractérisé en ce que ltétage de préamplification est un étage push-pull symétrique à transistors complémentaires ayant des polarités différentes associés à des résistances d'émetteurs de rétrocouplage, sa première sortie étant connectée à la base d'un transistor de commande p-n-p dont l'émetteur est, de son côté, relié à la borne positive d'une source électrique d'alimentation continue ayant une prise médiane à la masse et dont le collecteur est relié à la base du transistor n-p-n de ltétage d'amplification de faible puissance de classe B par l'in termédiaire d'une diode de déclenchement et à la base du transistor n-p-n de l'étage d'amplification de puissance de classe C par l'intermédiaire d'une diode de sécurité, cependant que la seconde sortie de l'étage de préamplifi cation est reliée à la base d'un transistor de commande n-p-n dont l'émetteur est, de son côté, connecté à la borne négative d'une source électrique d'alimentation à courant continu et dont le collecteur est relié par l'intermédiaire d'une seconde diode de déclenchement identique à la base du transistor p-n-p de ltétage d'amplification de faible puissance de classe B, ainsi que, par l'intermédiaire d'une seconde diode de sécurité identique a la base du transistor p-n-p de l'étage d'amplification de puissance de classe C, cependant que les émetteurs des transistors de l'étage d'amplification de faible puissance de classe B sont, par l'intermédiaire d'un enroulement primaire correspondant du transformateur de sortie, couplés inductivement à la charge, et reliés electriquement aux pôles de la source électrique d'alimentation à courant continu, tout en étant reliés par des résistances de retrocouplage identiques correspondantes aux émetteurs des transistors de l'étage de préamplification, cependant que les secondes bornes des diodes de commutation sont mises à la masse. Les avantages de l'amplificateur de puissance de classe B + C selon l'invention sont les suivants : schéma de montage plus simple, meilleure qualité des signaux reproduits, élargissement de la bande passante et diminution du pourcentage d'harmoniques, réduction de son volume, de son poids et de son coût et possibilite de réaliser le montage sous une forme hautement intégrée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence à la figure unique du dessin annexé qui est un schéma de principe d'un amplificateur conforme à l'invention. L'amplificateur de puissance représenté comprend un étage de préamplification symétrique en push-pull 1 équipé de deux transistors complémentaires ayant des polarités différentes et des résistances de rétroaction d'émetteur 2. L'une des sorties de l'étage de préamplification 1 est connectée à la base d'un transistor de commande p-n-p 3, l'émetteur de ce dernier étant connecté à la borne positive d'une source électrique d'alimentation à courant continu dont la prise médiane est à la masse. Le collecteur du transistor 3 est relié, à travers une diode de déclenchement 4, à la base d'un transistor n-p-n 5 d'un étage d'amplification asymétrique en push-pull de faible puissance opérant en classe B et, par une diode de sécurité 6, à la base d'un transistor n-p-n 7 d'un étage d'amplification symétrique en push-pull opérant en classe C. La seconde sortie de l'étage de préamplification 1 est reliée à la base d'un transistor de commande n-p-n 8 dont ltémetteur est connecté à la borne négative d'une source électrique d'alimentation. Le collecteur du transistor 8 est relié, par une seconde diode de déclenchement 4', à la base d'un transistor p-n-p 9 de l'étage d'amplification de classe B et par une diode de sécurité 6' à la base d'un transistor n-p-n 10 de l'étage d'amplification de classe C.L'émetteur de chacun des transistors 5 et 9 de l'étage d'amplification de faible puissance opérant en classe B est couplé, au travers de l'enroulement primaire correspondant 11 ou 12 du transformateur de sortie, inductivement à la résistance de charge et électriquement aux pôles de la source d'alimentation continue et, par des résistances de rétrocouplage appropriées 13 et 14, aux émetteurs des transistors de l'étage de préamplification 1.Les collecteurs des transistors 5 et 9 de l'étage d'amplification de classe B sont mis à la masse par l'intermédiaire de diodes de commutation correspondantes 15 et 15', orientées dans le sens de la conduction du courant des transistors 5 et 9 et sont couplés aux émetteurs des transistors 7 et 10 correspondants de l'étage d'amplification de classe C, cependant que les collecteurs de ces derniers sont reliés au pôle correspondant de la source électrique continue. Le fonctionnement de l'amplificateur de puissance de classe B + C selon l'invention est le suivant l'application d'un signal d'entrée relativement faible a pour effet de déclencher les transistors de la branche supérieure 3 et 5 ou ceux de la branche inférieure 8 et 9, selon la polarité instantanée desdits transistors. Les transistors 5 et 9, qui opèrent en classe B et qui sont alimentés avec la moitié de la tension d'alimentation, délivrent de l'énergie à la charge. Pendant cet intervalle, les transistors 7 et 10 sont bloqués, du fait qu'ils opèrent en classe C. A mesure que le signal croît, il arrive un moment où sa valeur instantanée atteint un niveau proche de 50 % de sa valeur maximale, de sorte que les transistors 5 et 9 de l'étage d'amplification de classe B parviennent dans un état qui est proche de la saturation. Ainsi sont réalisées les conditions nécessaires pour le déclenchement des transistors de ltétage d'amplification de classe C. Alors intervient un intervalle de commutation pendant lequel le passage du courant dans la diode déclenchée 15 (15') décroît et à la fin de l'intervalle sa valeur instantanée est égale à zéro. A partir de ce point, intervient l'intervalle de fonctionnement de pointe pendant lequel les transistors 7 et 10 opérant en classe B deviennent conducteurs. La valeur instantanée du courant de sortie est déterminée par le transistor 7 ou 10. La puissance instantanée délivrée à la charge est fournie par le transistor correspondant, qui est alimenté avec la totalité de la tension d'alimentation. Les diodes 6 et 6' sont des diodes de sécurité. REVENDICATION Amplificateur de puissance de classe B + C qui comprend un étage de préamplification connecté, par deux transistors de commande identiques ayant des polarités différentes, aux bases de deux transistors ayant des polaritésdif- férentes, ces derniers formant un étage d'amplification push-pull symétrique de faible puissance de classez, l'étage de préamplification étant aussi con necté aux bases de deux transistors ayant des polarités différentes et qui, de leur côté, forment un étage d'amplification push-pull symétrique de puissance de classe C, les collecteurs des transistors de l'étage de puissance de classe C étant reliés aux pôles d'une source électrique d'alimentation à courant continu, tandis que leurs émetteurs sont connectés, d'une part, aux collecteurs des transistors de l'-étage d'amplification de faible puissance et, d'autre part, à des diodes de commutation montées dans le sens de la conduction du courant des transistors, les émetteurs des transistors de l'étage d'amplification de classe B étant couplés à la charge, caractérisé en ce que l'étage de prdamplification (1) est un étage push-pull symétrique à transistors complé- mentaires ayant des polarités différentes associés à des résistances d'émet- teurs de rétrpeouplage (2, 2'), sa première sortie étant connectée à la base d'un transistor de commande p-n-p (3) dont l'émetteur est, de son côté, relié à la borne positive d'une source électrique d'alimentation continue ayant une prise médiane à la masse et dont le collecteur est relié à la base du transistor n-p-n (5) de l'étage d'amplification de faible puissance de classe B par l'intermédiaire d'une diode de déelenehement (4) et à la base du transistor np-n (7) de l'étage d'amplification de puissance de classe C par une diode de sécurité (6), cependant que la seconde sortie de l'étage de préamplification est reliée à la base d'un transistor de commande n-p-n (8) dont l'émetteur est, de son côté, connecté à la borne négative d'une source électrique d'alimentation à courant continu et dont le collecteur est relié par l'intermédiaire d'une seconde diode de déclenchement (4') identique à la première à la base du transistor p-n-p (9) de l'étage d'amplification de faible puissance de classe B, ainsi que, par l'intermédiaire d'une seconde diode de sécurité (6') identique à la première à la base du transistor p-n-p (10) de liage d'amplification de puissance de classe C, cependant que les émetteurs des transistors (5, 9) de l'étage d'amplification de faible puissance de classe B sont, par l'intermé- diaire d'un enroulement primaire correspondant (11 ou 12) du transformateur de sortie, sont couplés inductivement à la charge (16) et sont reliés électriquement aux pôles de la source électrique d'alimentation à courant continu tout en étant reliés,par l'intermédiaire de résistances de rétrocouplage identiques correspondantes (13, 14), aux émetteurs des transistors de l'étage de préamplifi cation (1), cependant que les secondes bornes des diodes de commutation (15, 15') sont mises à la masse.