Brevet FR2462057A1 — publié le 19810206

L'invention concerne un amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, comportant deux bornes d'entrée pour recevoir la tension à amplifier, une première, une deuxième borne de sortie pour fournir à un circuit de charge une tension amplifiée et un amplificateur opérationnel. Un tel amplificateur trouve ces applications importantes. Par exemple sa sortie peut-être connectée aux premières extrémités d'une ligne téléphonique qui présente une certaine impédance caractéristique et dont les deuxièmes extrémités sont connectées sur un circuit de charge présentant cette même impédance caractéristique. Si on veut que ce système ainsi décrit fonctionne bien, il faut que l'impédance de sortie de l'amplificateur soit égale à cette impédance caractéristique. Il y a ainsi adaptation d'impédance. Une solution évidente pour réaliser un amplificateur à impédance de sortie déterminée consiste à utiliser un amplificateur qui peut-être formé à partir d'un amplificateur opérationnel muni d'une contre-réaction en tension pour limiter son gain. En pratique un tel amplificateur a une impédance de sortie nulle de sorte que pour obtenir l'adaptation on branche ensuite à la sortie de l'amplificateur une résistance dont la valeur est égale à l'impédance d'adaptation. Or une telle solution n'est pas satisfaisante en ce qui concerne le rendement de l'amplificateur. En effet, la résistance rajoutée consomme pour les signaux amplifiés autant d'énergie que le circuit de charge. L'invention propose un amplificateur du genre mentionné dans le préambule ayant un rendement amélioré. Pour cela un amplificateur présentant une impédance de sortie déterminé est remarquable en ce qu'il comporte un transistor dont l'électrode de commande est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel, dont l'électrode de sortie est reliée à la première borne de sortie et dont l'électrode d'entrée est reliée à la deuxième borne de sortie par l'intermédiaire d'une impédance d'électrode d'entrée, un premier réseau de rétroaction pour appliquer à une entrée de l'amplificateur opérationnel une tension représentative de ladite tension présente aux bornes de sortie et un deuxième réseau de rétroaction pour appliquer à l'autre entrée de l'amplificateur opérationnel une tension représentative du courant traversant ledit transistor tandis que les bornes d'entrée sont insérées dans l'un desdits réseaux. La description suivante, faite en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut-être réalisée. Les dessins représentent à la figure 1, un schéma de principe d'un premier amplificateur conforme à l'invention, à la figure 2, un schéma de principe d'un deuxième amplificateur conforme à l'invention, à la figure 3, un premier schéma de réalisation pratique d'un amplificateur -conforme à l'invention, à la figure 4, un deuxième schéma de réalisation pratique d'un amplificateur conforme à l'invention, à la figure 5, un schéma de principe d'un troisième amplificateur conforme à l'invention dans lequel le transistor est compris dans l'amplificateur opérationnel, à la figure 6, un schéma de réalisation pratique correspondant au schéma de principe de la figure 5. Les schémas représentés aux figures 1 et 2 sont relatifs aux signaux variables et ne montrent pas les circuits de polarisation. L'amplificateur est destiné à amplifier les signaux V e d'une source de tension 1 appliqués à ses bornes d'entrée El et E2 ; la tension amplifiée V apparaît à ses bornes de sortie SI -s et S2 auxquelles est connecté un circuit de charge 2 représenté, ici, par une résistance de valeur R'. L'amplificateur doit donc présenter une résistance de sortie égale aussi à R'. L'amplificateur de l'invention est constitué à partir d'un amplificateur opérationnel 5. Conformément à l'invention, il comporte un transistor 10 à jonction dont la base est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 5, dont l'émetteur est relié à la borne S2 par l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur 12 de valeur RE et dont le collecteur est relié à la borne de sortie S1, un premier réseau de rétroaction formé des résistances 15 et 16 de valeur RB et RA respectivement pour appliquer à l'entrée (+) de l'amplificateur opérationnel 5 une tension re présentative de la tension V et un deuxième réseau de rétroaction s formé par une connexion reliant l'émetteur de transistor 10 à l'entrée (-) de l'amplificateur opérationnel 5 pour fournir une tension représentative du courant traversant ledit transistor tandis que les bornes d'entrée El et E2 sont insérées dans le premier réseau de rétroaction entre une extrémité de la résistance 16 et la borne de sortie S2, l'autre extrémité de la résistance 16 est reliée d'une part à l'entrée (+) de l'amplificateur opérationnel 5 et d'autre part à une extrémité de la résistance 15 dont l'autre extrémité est reliée à la borne S1 On montre que le gain G1 de l'amplificateur représenté à la figure 1 s'écrit, en admettant que le gain en courant du transistor 10 est élevé et de là on montre que la résistance de sortie RO de l'amplificateur est égale à En choisissant les valeurs RA, RB et RE on peut obtenir l'adaptation, c'est-à-dire :: RO = R' le gain devient alors (3) GIA = - 1 R' 2 IVRE - I) Si on examine le montage de la figure 1, l'énergie correspondant à la tension V se dissipe uniquement dans les résistances de va s leur RA et RB et dans la résistance d'émetteur de valeur RE, on considère le transistor 10 comme un générateur de courant parfait. Pour avoir le meilleur rendement, il faut prendre des valeurs RA et RB élevées et des valeurs RE faibles. Le montage de la figure 2 differe de celui de la figure 1 par le fait que les bornes El et E2 sont insérées dans la connexion reliant l'entrée (-) à l'émetteur du transistor 10, la borne El étant reliée à l'entrée (-) la borne E2 à l'émetteur. La valeur du gain G2 de ce montage est alors que la résistance de sortie RO est toujours donnée par la formule 2. Le gain à l'adaptation G2A est R' (5) G2A = - 2RE On donne ci-dessous à titre d'exemple illustratif les valeurs numériques des différentes résistances des montages montrés aux figures 1 et 2. Pratiquement pour une valeur R' = 600 ohms et un gain GlA et G2A de l'ordre de 30 on a pour les deux montages, RE = 10 ohms, RA = 10 kilo-ohms et RB ~ 590 kilo-ohms on voit bien alors que l'énergie dissipée dans RA et RB est négligeable par rapport à l'énergie fournie à la charge de valeur R'. L'énergie perdue dans la résistance 12 est faible puisque RE R'. A la figure 3 qui représente un amplificateur conforme à l'invention réalisée en pratique, les éléments communs avec ceux des figures précédentes portent les mêmes références, les bornes El et E2 sont insérées de la même manière qu'à la figure 1. L'amplificateur de la figure 3 comporte un transformateur 20 dont le primaire interconnecte le collecteur du transistor 10 de type "npn" avec le pôle (+) d'une source de tension d'alimentation 25 le pôle (-) de cette source est en contact électrique avec la borne E2. Les bornes de sortie SI et S2 sont reliées aux extrémités du secondaire du transformateur. Pour être alimenté, l'amplificateur 5 est muni de deux accès pour tensions d'alimentation 28 et 29 qui sont connectés respectivement au pôle (+) et au pôle (-) de la source 25. A la figure 4 où les éléments communs avec ceux des figures précédentes portent les mêmes références. On montre un amplificateur conforme à l'invention de même structure que celui montré à la figure i , utilisé dans une installation téléphonique. La source de tension 1 est constituée, ici, par un microphone du type électrodynamique se trouvant dans un combiné d'appareil téléphonique non montré sur la figure ; l'amplificateur est alors téléalimenté depuis le central téléphonique 50 par l'intermédiaire d'une ligne téléphonique 55 transmettant à la fois la tension d'alimentation et les signaux de conversation. La source de tension d'alimentation 25 est placée dans le central, elle est reliée à la ligne téléphonique par l'intermédiaire d'inductances 60 et 61 ; deux condensateurs 62 et 63 empêchent que les courants fournis par la source 25 soient transmis vers le réseau de commutation 65. Ce réseau présente pour les signaux de conversation une impédance typique de 600 ohms, la ligne téléphonique ayant pour respecter les conditions d'adaptation une impédance caractéristique égale aussi à 600 ohms.La ligne téléphonique 55 se connecte aux bornes S1 et S2. L'accès 28 est relié d'une part à une armature d'un condensateur 71, l'autre extrémité de l'inductance 70 est reliée à la borne S1 et l'autre armature à la borne SA. Au lieu de rajouter un transistor 10, on peut profiter des transistors finals des amplificateurs opérationnels. La figure 5 montre une structure d'amplificateur opérationnel qui illustre un montage possible de ces transistors finals. Un de ces transistors doit être considéré comme le transistor 10 et pour cela il porte la même référence. Ce transistor 10 et un transistor 80 forment un montage symétrique (push-pull) à transistors complémentaires. Le collecteur du transistor 10 est relié à l'accès pour alimentation 28 et celui du transistor à l'accès 29 ; une résistance 82 de sécurité coopérant avec le reste de l'amplificateur portant la référence 85 protège contre d'éventuels courtscircuits ces transistors finals. Cette résistance 82 interconnecte les émetteurs des transistors 10 et 80.La résistance 12 a une de ses extrémités connectée à la sortie de l'amplificateur 5, c'est-à-dire à 11 émetteur du transistor 80, et son autre extrémité à la borne S2. On doit bien remarquer que la borne S1 est connectée au collecteur du transistor 10, c'est-à-dire à l'accès pour alimentation 28 ; cette structure d'amplificateur opérationnel se trouve dans certains amplificateurs opérationnels par exemple l'amplificateur LM 558. La figure 6 montre un amplificateur conforme à l'invention, répondant au schéma de la figure 5 et utilisé de la même manière que l'amplificateur montré à la figure 4. On remarque alors sur ce montage, outre le fait qu'il n'est pas nécessaire de rajouter le transistor 10, celui-ci faisant partie de l'amplificateur opérationnel 5, qu'il n'est pas nécessaire non plus de prévoir la cellule de découplage formée par l'inductance 70 et le condensateur 71, à condition toutefois que le montage 85 consomme peu de courant vis-à-vis du courant parcourant la résistance 12 ; cette condition est respectée dans l'amplificateur opérationnel précité ; ainsi l'accès 28 constitue la borne de sortie SI et l'accès 29 est relié à la borne S2. Il est bien évident que les amplificateurs opérationnels comportant un seul transistor final monté en suiveur de tension peuvent convenir pour les montages montrés aux figures 5 et 6. REVENDICATIONS : 1. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, comportant deux bornes d'entrée pour recevoir la tension à amplifier, une première et une deuxième borne de sortie pour fournir à un circuit de charge une tension amplifiée et un amplificateur opérationnel caractérisé en ce qu'il comporte un transistor de sortie dont l'électrode de commande est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel, dont l'électrode de sortie est reliée à la première borne de sortie et dont l'électrode d'entrée est reliée à la deuxième borne de sortie par l'intermédiaire d'une impédance d'électrode d'entrée, un premier réseau de rétroaction pour appliquer à une entrée de l'amplificateur opérationnel une tension représentative de ladite tension présente aux bornes de sortie et un deuxième réseau de rétroaction pour appliquer à l'autre entrée de l'amplificateur opérationnel une tension représentative du courant traversant ledit transistor tandis que les bornes d'entrée sont insérées dans liun desdits réseaux. 2. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bornes d'entrée sont insérées dans le premier réseau. 3. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bornes d'entrée sont insérées dans le deuxième réseau. 4. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le transistor est un transistor à jonction. 5. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon l'une. des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier réseau de rétroaction est formé par un diviseur de tension résistif connecté aux bornes de sortie et dont la tension divisée est appliquée à l'une des entrées de l'amplificateur opérationnel. 6. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième réseau de rétroaction est formé par une connexion reliant l'autre entrée de l'amplificateur opérationnel à l'électrode d'entrée dudit transistor. 7. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon l'une des revendications 1 à 6, destiné à être téléalimenté par l'intermédiaire d'une ligne transmettant à la fois les signaux variables et une tension d'alimentation, caractérisé en ce que les bornes de sortie de l'amplificateur sont reliées à ladite ligne et que les accès pour tensions d'alimentation de l'amplificateur opérationnel sont reliés auxdites bornes de sortie. 8. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est prévu une cellule de découplage connectée auxdits accès pour tensions d'alimentation de l'amplificateur opérationnel, cette cellule étant formée par une inductance interconnectant l'un de ces accès à l'une des bornes de sortie et un condensateur interconnectant ce même accès pour tension d'alimentation avec l'autre borne de sortie. 9. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée, selon l'une des revendications 1 à 8 comportant un amplificateur opérationnel du type muni d'au moins un transistor final, caractérisé en ce que ce transistor final constitue ledit transistor de sortie. 10. Amplificateur présentant une impédance de sortie déterminée selon la révendication 9, comportant un amplificateur opérationnel dont le collecteur dudit transistor final est relié à un accès pour tension d'alimentation, caractérisé en ce que ledit accès pour tension d'alimentation constitue la première borne de sortie.