Brevet FR2481538A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne un amplificateur de puissance de classe BC pouvant être utilisé dans des dispositifs amplificateurs, pour les- quels un volume minimal, un faible poids, un faible prix de revient et une faible consommation d'énergie électrique par unité de puissance utile sont de première importance. De tels dispositifs amplificateurs sont, par exemple, ceux utilisés dans les appareils radiophoniques cablés, pour lesquels l'emploi d'un transformateur de sortie est obligatoire, les amplificateurs pour orches- tre qui ne comprennent pas de transformateurs de sortie (circuit sans trans- formateur), des appareils portatifs comprenant des amplificateurs basses fré- quences, etc. Un amplificateur de puissance de classe BC connu est réalisé à partir d'un circuit à push-pull. Il comprend un préamplificateur à push-pull symétrique, dont les deux sorties sont reliées aux deux branches de l'amplifi- cateur, une branche étant reliée aux pôles positifs des sources d'alimentation, tandis que l'autre branche est reliée aux pôles négatifs des sources d'alimen- tation, les deux branches étant entièrement symétriques mais les transistors respectif étant de conductivité opposée. Une sortie du préamplificateur à push-pull symétrique est reliée à la base d'un transistor saturé n-p-n dont le collecteur est relié, par l'in- termédiaire d'une diode de commutation en sens direct par rapport à son cou- rant de collecteur, au pôle positif d'une source d'alimentation basse tension dont le point central est mis à la masse. L'émetteur du transistor saturé est mis à la masse à travers une résistance d'émetteur pour le -transistor saturé et d'une résistance d'émetteur pour le transistor comparateur. L'émetteur du transistor saturé est relié directement en outre à la base d'un transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe B, dont l'émetteur est relié au collecteur d'un transistor saturé n-p-n et directement au collecteur d'un transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, dont l'émetteur est relié directement au pôle positif d'une source d'alimentation à tension élevée dont le point central est mis à la masse. Le collecteur du transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe B est relié par l'intermédiaire de la charge à la masse et, par l'intermédiaire d'unediode de protection montée en sens direct par rapport au courant de base, il est relié à la base du transistor comparateur dont l'émetteur est relié au point commun des résistances d'émetteurs des transistors saturé et comparateur, tandis que son collecteur est connecté directement à la base d'un transistor 2 48 153 8 p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C. Lorsque l'entrée de l'amplificateur reçoit un signal d'un niveau correspondant sensiblement au rapport entre les sources de faibles tensions et de tensions élevées multiplié par le niveau d'entrée nominal, seul l'ampli- ficateur de classe B, alimenté par la source de faible tension, entre en ac- tion. Lorsque la valeur momentanée du signal d'entrée dépasse le niveau pré- cité, les conditions sont présentes pour rendre conducteur le transistor cor- respondant de l'amplificateur fonctionnant en classe C, lequel est alimenté par la source de tension élevée. Le courant de collecteur du transistor ferme son circuit à travers la charge à la masse. Un inconvénient de ce circuit réside dans le fait que l'efficacité sur toute la gamme d'amplification, et notamment lorsqu'il s'agit de faibles signaux, est relativement faible. On connait d'autres amplificateurs de puissance de classe BC, dans lesquels la commutation est assurée par diode Zener. L'inconvénient de ces amplificateurs réside dans le fait que l'efficacité diminue beaucoup au voisi- nage de l'intervalle de commutation des sources. En conséquence, un but principal de l'invention est de réaliser un amplificateur de puissance de classe BC qui fonctionne avec une meilleure efficacité, tout en permettant d'utiliser un transformateur de sortie, et qui n'entraîne pas une complication ou un prix de revient plus élevé, respective- ment, du circuit du redresseur de courant et de son filtre. Pour atteindre ce but, un amplificateur de puissance de classe BC conforme à l'invention est réalisé à partir d'un circuit à push-pull. Il comprend un préamplificateur à push-pull symétrique, dont les deux sorties sont reliées aux deux branches de l'amplificateur, une branche étant reliée aux pâles positifs des sources d'alimentation, tandis que l'autre branche est reliée aux pôles négatifs. Les deux branches sont entièrement symétriques et les transis- tors respectifs sont de conductivité opposée. Une sortie du préamplificateur à push-pull symétrique est reliée à la base d'un transistor saturé n-p-n dont le collecteur est relié, par l'intermédiaire d'une diode de commutation montée en sens direct par rapport à son courant de collecteur, à la source d'alimen- tation. L'émetteur du transistor saturé est relié par l'intermédiaire de résis- tances, montées en série, des émetteurs du transistor saturé et du transistor comparatif, à la source d'alimentation. L'émetteur du transistor saturé est relié directement à la base d'un transistor p-n-p de l'étage de puissance fonc- tionnant en classe B, dont l'émetteur est relié au collecteur du transistor 248 1538 saturé n-p-n et au collecteur d'un transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, dont l'émetteur est relié directement au pôle posi- tif d'une source d'alimentation à faible tension dont le point central est mis à la masse. Le collecteur du transistor p-n-p de l'étage de puissance fonc- tionnant en classe B est relié à la borhe: active de la charge et est relié, par l'intermédiaire d'une diode de protection montée en sens direct par rap- port à son courant de base, à la base du transistor comparatif, dont l'émetteur est relié au point commun des résistances des émetteurs des transistors satu- ré et comparatif, tandis que son collecteur est relié à la base d'un transis- tor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C. Entre les résis- tances des émetteurs des transistors saturé et comparatif, on prévoit en outre une résistance d'émetteur d'un second transistor comparatif, dont la base est reliée, par l'intermédiaire d'une diode de protection montée dans le même sens que le courant de base, à la borne' active de la charge, tandis que son collecteur est relié directement à la base d'un second transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C. Son émetteur est relié au pâle positif de la source d'alimentation basse tension, tandis que son collecteur est relié à la cathode de la diode de commutation dont l'anode est mise à la masse. La cathode de la diode de commutation est en outre reliée à la cathode d'une seconde diode de commutation, dont l'anode est reliée au collecteur du transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C. La base de ce dernier est relié à l'anode d'une troisième diode de protection, dont la cathode est reliée au collecteur d'un transistor comparatif. Le pôle, auquel la résistance d'émetteur du transistor comparatif est reliée,est le pâle néga- tif de la source d'alimentation basse tension. La charge est reliée aux sorties des deux branches par l'intermédiaire de l'enroulement secondaire d'un trans- formateur de sortie à trois enroulements, une des extrémités des deux enroule- ments primaires étant reliée aux branches, tandis que les autres extrémités sont reliées aux pâles respectifs de la source de tension basse tension à point centralmis à la masse. Un tel amplificateur permet, si besoin en est, de relier la char- ge directement, sans transformateur de sortie, à la sortie de l'amplificateur. Dans ce cas, les collecteurs des transistors fonctionnant en classe B sont court-circuités, tandis que leur point commun est relié à une extrémité de la charge, l'autre extrémité de la charge étant mise à la masse. En outre, l'émetteur du transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe B, est relié à la cathode de la diode de commutation dont l'anode est reliée au pôle positif d'une troisième source d'alimentation à point central à la masse, tandis que le pôle, auquel la résistance d'émetteur du transistor comparatif est reliée, est à la masse. Les avantages de l'amplificateur de puissance de classe BC que l'on vient de décrire résident dans le fait qu'il fonctionne avec un rendement beaucoup plus élevé, sans utilisation d'un transformateur de sortie, et n'en- traîne pas une complication ou une augmentation du prix de revient, respecti- vement, du redresseur de courant et de son filtre. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci- après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe du circuit d'un amplifi- cateur relié à la charge par l'intermédiaire d'un transforma- teur; - la figure 2 est un schéma de principe du circuit d'un amplifi- cateur relié directement à la charge. L'amplificateur de puissance de classe BC représenté sur la fi- gure 1 est réalisé selon le principe de push-pull et comprend un préamplifi- cateur à push-pull symétrique 1, dont les deux sorties sont reliées aux deux branches de l'amplificateur, une des branches 2 étant reliée aux pôles posi-' tifs des sources d'alimentation +E1 et +E2 tandis que l'autre branche 2' est reliée aux pôles négatifs des sources d'alimentation -E1 et -E2. Les-deux branches 2 et 2' sont entièrement symétriques et les transistors respectifs sont de conductivitésopposées. L'une des sorties du préamplificateur a push- pull symétrique est reliée à la base d'un transistor saturé n-p-n 3, dont le collecteur est relié, par l'intermédiaire d'une diode de commutation 4 montée en sens direct par rapport à son courant de collecteur, à une source d'ali- mentation. L'émetteur du transistor saturé 3 est relié à la source d'alimenta- tion par l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur 5 du transistor saturé 3 et d'une résistance d'émetteur 6 du transistor comparatif 7, montées en série. L'émetteur du transistor saturé 3 est relié directement à la base d'un tran- sistor p-n-p 8 de l'étage de puissance fonctionnant en classe B, dont l'émet- teur est relié au collecteur du transistor saturé n-p-n 3 et au collecteur du transistor p-n-p 9 de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, dont l'émetteur est relié directement au pôle positif +E1 d'une source d'alimenta- tion basse tension à point central à la masse. Le collecteur du transistor p-n-p 8 de l'étage de puissance fonctionnant en classe Best relié à la borne active de la charge et, par l'intermédiaire d'une diode de protection 10 montée en sens direct par rapport au courant de base, à la base du transistor comparatif 7, dont l'émetteur est relié au point commun des résistances d'émetteurs 5 et 6 des transistors saturé 3 et comparatif 7, respectivement. Son collecteur est relié à la base du transistor p-n-p 9 de l'étage de puissan- ce fonctionnant en classe C. Entre les résistances d'émetteurs 5 et 6 des transistors saturé 3 et comparatif 7, respectivement, on prévoit en outre une résistance d'émetteur Il d'un second transistor comparatif 12, dont la base est reliée par l'intermédiaire d'une diode de protection 13 montée dans le même sens que le courant de base, à la borne active de la charge. Son collecteur est relié directement à la base d'un second transistor p-n-p 14 de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, tandis que son émetteur est relié au pôle positif +E2 de la source d'alimentation haute tension. Son collecteur est re- lié à la cathode de la diode de commutation 4, dont l'anode est mise à la masse. La cathode de la diode.de commutation 4 est reliée également à la catho- de d'une seconde diode de commutation 15, dont l'anode est reliée au collec- teur du transistor p-n-p 9 de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, tandis que la base de ce dernier est relié à l'anode d'une troisième diode de protection 16, dont la cathode est reliée au collecteur du transistor compara- tif. Le pôle, auquel la résistance d'émetteur 6 du transistor comparatif 7 est relié, est le pôle négatif -E1 de la source d'alimentation basse tension. La charge est reliée à l'amplificateur par l'intermédiaire de l'enroulement secon- daire d'un transformateur de sortie à trois Einoulementsl7 (voir la figure 1), une extrémité de chacun des enroulements primaires étant reliée aux branches 23 et 23', tandis que les autres extrémités sont reliées aux pôles respectifs de la source d'alimentation basse tension à point central à la masse. Sur la figure 2, montrant une variante de réalisation de l'inven- tion, le transformateur de sortie a été supprimé mais on voit trois sources d'alimentation à point central à la masse, au lieu de deux. Les deux sorties des branches sont courtciretées et reliées directement à la charge, tandis que l'autre extrémité de la charge est mise à la masse. En outre, l'émetteur du transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe B est relié à la cathode de la diode de commutation, dont l'anode est reliée au pôle positif d'une troisième source d'alimentation à point central à la masse, tandis que le pôle, auquel la résistance d'émetteur 6 du transistor comparatif 7 est reliée, est à la masse. Le fonctionnement de l'amplificateur de puissance de classe BC dépend du montage particulier des composants que l'on vient de décrire et se caractérise comme suit: Au repos, à travers les transistors saturés, il s'établit un cou- rant de repos, proche de la valeur maximale du courant de base des transistors 8 et 8' de l'étage de puissance fonctionnant en classe B; après quoi, les transistors 3 et 3' se trouvent près de saturation. Lorsqu'un signal est reçu, en fonction de sa polarité, le courant d'un des transistors 3'ou 3' diminue, rendant ainsi conducteur le transistor respectif de l'étage de puissance fonc- tionnant en classe B, le transistor 8 par exemple. De l'énergie n'est consom- mée que par la source d'alimentation basse tension entre la masse et son pôle négatif. Une augmentation du signal a pour effet de débloquer le transistor 9 de l'étage de puissance qui fonctionne en classe C. De l'énergie est consommée entre les pôles positif et négatif de la source d'alimentation basse tension, c'est-à-dire la tension équivalente correspond à 2E. Si le signal augmente davantage, il en résulte la conduction du second transistor 14 de l'étage de puissance fonctionnant en classe C. La tension de la source équivalente est trois fois plus élevée (3E). 248 1538 REVENDICATION Amplificateur de puissance de classe BC réalisé à partir d'un circuit à push-pull comprenant un préamplificateur à push-pull symétrique dont les deux sorties sont reliées aux deux branches de l'amplificateur, une des branches étant reliée aux pôles positifs des sources d'alimentation, tandis que l'autre branche -est reliée aux pôles négatifs de celle-ci; les deux branches sont entièrement symétriques et les transistors respectifs sont de conductivi- tés opposées; l'une des sorties du préamplificateur à push-pull symétrique est reliée à la base d'un transistor n-p-n saturé dont le collecteur est relié par l'intermédiaire d'une diode de commutation, montée en sens direct par rap- port à son courant de collecteur à une source d'alimentation, tandis que l'émetteur du transistor saturé est relié à la source d'alimentation par une résistance d'émetteur du transistor saturé et une résistance d'émetteur du transistor comparatif, ces résistances étant en série; l'émetteur du transis- tor saturé est connecté directement en outre à la base d'un transistor pn-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe B, dont l'émetteur est relié au collecteur du transistor n-p-n saturé et au collecteur du transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, dont l'émetteur est relié di- rectement au pôle positif +E1 d'une source d'alimentation basse tension à point central à la masse; et le collecteur du transistor p-n-p de l'étage de puis- sance fonctionnant en classe B est relié à la borne active-de la charge et, par l'intermédiaire d'une diode de protection montée en sens direct par rapport au courant de base, à la base d'un transistor comparatif, dont l'émetteur est relié au point commun des résistances d'émetteurs des transistors saturé et comparatif, tandis que son collecteur est relié à la base d'un transistor p-n-p de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre les résistances d'émetteurs (5 et 6) du transistor saturé (3) et le transistor comparatif (7), une résistance d'émetteur (11) d'un second tran- sistor comparatif (12), dont la base est reliée par l'intermédiaire d'une diode de protection (13), montée dans le même sens que le courant de base, à l'extré- mité active de la charge, tandis que son collecteur est relié directement à la base d'un second transistor p-n-p (14) de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, et son émetteur est relié au pôle positif (+E2) d'une sour- ce d'alimentation haute tension, tandis que son collecteur est relié à la cathode d'une diode de commutation (4), dont l'anode est mise à la masse; et la cathode de la diode de commutation (4) est reliée également à la cathode 2 4815 3 8 d'une seconde diode de commutation (15), dont l'anode est reliée au collecteur d'un transistor p-n-p (9) de l'étage de puissance fonctionnant en classe C, tandis que la base de ce dernier est relié à l'anode d'une troisième diode de protection (16), dont la cathode est reliée au collecteur d. transistor compa- ratif (7), tandis que le pôle, auquel la résistance d'émetteur,(6) du transis- tor comparatif (7) est reliée, est le pôle négatif (-Ej) de la source d'ali- mentation basse tension.