Brevet FR2512299A1 — publié le 19830304

La présente invention concerne un étage final en pont pour un amplificateur à basse fréquence en réception, à basse tension d'alimentation, se prêtant à une intégration monolithique, uti- lisable dans des appareils téléphoniques d'abonnés et dans des appareils électro-médicaux pour personnes qui entendent mal, 'Pour la commande d'un transducteur électro-acoustique. L'étage final d'un amplificateur en réception pour un appareil téléphonique d'abonné doit présenter une absorption de courant rigoureusement constante lorsque le signal varie. En effet, les bornes de la ligne téléphonique bifilaire auxquelles est connecté l'appareil sont en même temps les bor- nes d'alimentation de ce dernier et les bornes de sortie du signal que l'appareil doit convertir, ce qui fait que des variations de l'absorption de courant de l'amplificateur en réception seraient interprétées par erreur comme des variations du signal. L'étage final d'un amplificateur en réception branché sur une ligne téléphonique bifilaire à basse tension d'alimenta- tion doit avoir en outre une faible absorption de courant et une faible "perte de tension", définie comme la différence, dans des conditions normales de fonctionnement, entre la tension aux bornes de la ligne et la tension résultante aux bornes de l'étage final auxquelles est raccordé le transducteur électro- acoustique. A une moindre perte de tension de l'étage final correspond une moindre limitation de l'excursion dynamique du signal am- plifié. En téléphonie, il est toujours important de chercher à réduire au minimum l'absorption de courant, même s'il en résul- te une perte de tension légèrement accrue. A égalité d'absorption de courant, les étages finals pour amplificateurs à basse fréquence en réception qui offrent la meilleure excursion dynamique du signal sont ceux qui sont réalisés suivant un montage "en pont". Dans la technique connue, un étage final en pont pour amplificateurs à basse fréquence en réception susceptible d'intégration monolithique et utilisable par exemple en télé- phonie comprend, comme le montre la fig 1, un montage en pont, constitué par une paire de générateurs de courant constant, désignés par Al et A 3, et par une paire de transistors bipolai- res de type NPN, T 2 et T 4. Le collecteur de T 2 et le collecteur de T 4, auxquels sont raccordées respectivement la première et la seconde bornes d'un transducteur électroacoustique TR, respectivement au point A et au point B, sont connectés au pôle positif +Vcc d'un géné- rateur de tension d'alimentation, par l'intermédiaire du généra- teur Al et du générateur A 3 respectivement. Les émetteurs de T 2 et T 4 sont connectés au p 8 le négatif -Vcc du générateur de tension d'alimentation. les bases de T 2 et T 4 sont connectées respectivement aux émetteurs de deux transistors bipolaires de type NPN, T 12 et T 14, qui commandent T 2 et T 4, ces émetteurs étant également raccordés au p 8 le négatif -Vcc du générateur de tension d'alimentation, par l'intermédiaire d'une résistance R 2 et d'une résistance R 4 respectivement. Le collecteur de T 12 et le collecteur de T 14 sont raccordés à +Vcc; les bases de T 12 et T 14 sont connectées à une source de signal, non représentée sur la figure, qui commande ces transis- tirs en opposition de-phase. L'absorption de courant d'un étage final en pont de ce type est constante et égale, méme en l'absence de signal, à la somme des courants délivrés par les générateurs de courant Al et A 3. Typiquement, les générateurs de courant Al et A 3 sont constitués par des transistors bipolaires de type PNP fonction- nant en zone active et ayant leur émetteur raccordé à +Vcc et leur collecteur au collecteur de T 2 et T 4 respectivement, ce qui fait que la perte de tension totale de l'étage connu est égale à la somme de la tension collecteur-émetteur d'un transis- tor, T 2 ou T 4, de type NPN à la saturation (VOE sat) et de la tension collecteur-émetteur d'un transistor, Al ou A 3, à la saturation (VCE eat), à la limite de la zone active. Le but de la présente invention est de réaliser un étage final en pont pour un amplificateur à basse fréquence en récep- tion, à basse tension d'alimentation, susceptible d'être inté- gré monolithiquement, qui présente une absorption de courant inférieure à celle des étages finals en pont de l'état connu de la technique, avec une perte de tension pratiquement égale. Ce but est atteint avec l'étage final en pont suivant l'invention, qui comprend deux paires de transistors bipolaires complémentaires, les collecteurs des transistors de chaque paire étant raccordés entre eux, pour constituer les deux bornes auxquelles est connecté le transducteur Les émetteurs des _ transistors de type NPN et ceux des transistors de type PNP sont raccordés respectivement au pôle négatif et, par l'inter- médiaire d'un générateur de courant constant, au pôle positif d'un générateur de tension d'alimentation Le générateur de courant constant est constitué par une petite résistance à laquelle est appliquée une tension constante au moyen d'un élément de circuit approprié Les bases des transistors du pont sont raccordées, par l'intermédiaire d'éléments de circuit appropriés, à une source de signal qui commande les transistors du même type en opposition de phase entre eux, les transistors complémentaires étant en même temps commandés en opposition de phase entre eux. L'invention pourra être bien comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, donnée purement à titre d'exem- ple et, par conséquent, non limitatif, en référence aux dessins ci-annexés. la fig 1 est le schéma du circuit, déjà décrit précédem- ment, d'un étage final en pont connu, pour un amplificateur à basse fréquence en réception. La fig 2 illustre un étage final en pont suivant l'inven- tion. Sur les figures, on a utilisé les m 8 mes lettres et chiffres de référence pour désigner les éléments correspondants. Un étage final en pont suivant l'invention pour un ampli- ficateur à basse fréquence en réception, étage dont le schéma est présenté sur la fig 2, comprend une paire de transistors bipolaires de type PNP, désignés par Tl et T 3, et une paire de transistors bipolaires de type If PN, désignés par T 2 et T 4. Les collecteurs de T 1 et T 3 sont raccordés respectivement aux collecteurs de T 2 et T 4, ces jonctions constituant une paire de bornes, désignées par les lettres A et B, auxquelles sont connectées respectivement la première et la seconde bornes d'un transducteur électro-acoustique, désigné par TR. L'émetteur de T 1 est relié à l'émetteur de T 3; le point de jonctiôn: résultant est raccordé, par l'intermédiaire d'une- résistance RE, au pôle positif +Vcc d'un générateur de tension d'alimentation et à l'émetteur d'un transistor bipolaire T 7, de type PNP, dont la base est court-circuitée au collecteur et dont le collecteur est raccordé au pôle négatif -Vcc du généra- teur de tension d'alimentation par l'intermédiaire d'un généra- teur de courant constant A 2. Les émetteurs de T 2 et T 4 sont raccordés directement au pôle négatif -Vcc. La base de T 2 est raccordée à -Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R 2, ainsi qu'à l'émetteur d'un transistor bipolaire T 12 de type NPN. La base de T 4 est raccordée à -Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R 4, ainsi qu'à l'émetteur d'un transistor bipolaire T 14 de type NPN. Les collecteurs de T 12 et T 14 sont reliés à +Vcc. l Des bases de T 12 et T 14 sont raccordées à une source de 12299 signal, non représentée sur la figure, qui commande ces transis- tors en opposition de phase. Le schéma de la fig 2 comprend aussi une paire de transis- t Ors bipolaires T 5 et T 6, de type NPN, dont les bases sont raccordées elles aussi à la source de signal, qui commande ces transistors en opposition de phase entre eux et en phase avec T 12 et T 14 respectivement. Les émetteurs de T 5 et T 6 sont tous deux raccordés à -Vcc par l'intermédiaire d'un même générateur de courant constant, désigné par AI. Le collecteur de T 5 et le collecteur de T 6 sont raccordés respectivement à la base de T 3 et à la base de TI aux points de jonction E et F Ces points de jonction E et F sont reliés tous les deux, par l'intermédiaire d'une résistance R 3 et d'une résistance Rl respectivement, au collecteur d'un transistor bipolaire T 8 de type PNP, dont l'émetteur est raccordé à +Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R 8. La base de T 8 est reliée directement au collecteur de T 7. On considérera maintenant le fonctionnement du circuit - représenté sur la fig 2. Le courant de collecteur du transistor T 8 aui, en l'absen- ce des courants de base de Tl et T 3, passe à travers les transistors T 5 et T 6, est délivré par le générateur de courant constant Al et est constant. Par conséquent, le courant d'émetteur de T 8 est également constant et il détermine donc, sur la résistance R 8, une chute de tension constante VR 8. Etant donné que y' +V = + R 8 BE T 8 RE B+E T 7 si l'on impose, par des moyens connus dans la technique (par exemple en rendant semblables les générateurs de courant constant Ai et A 2), l'égalité de la tension base-émetteur de T 7, VBE T 7 et de celle de T 8, VBEI 8 ' c'est-à-dire BE T 7 BE T 8 ' la tension appliquée à la résistance R, VRE, est égale à la chute de tension sur la résistance R 8: VRB = VRB. La tension V est donc constante, ce qli fait que la valeur du courant IR qui passe à travers la résistance R est. déterminée et constante. On peut considérer la résistance RE, aux extrémités de laquelle est appliquée la tension V, comme un générateur de courant constant. Une partie aliquote constante du courant iâ, IA 2 V déli- vrée par le générateur de courant constant A 2, passe à travers le transistor T 7, tandis que le reste de IM passe dans les transistors Tl, T 2, T 3 et T 4 du pont et dans le transducteur TR en passant par les deux bornes A et B. La distribution du courant constant i -I 2 dans les éléments du pont et le flux net de courant qui en résulte dans le transducteur sont déterminés par le signal; en l'absence de signal, le courant dans Tl et T 2 est égal au courant dans T 3 et T 4 et le flux net de courant dans TR est égal à zéro. Dans l'étage final suivant l'invention, il est effectué, en fonction du signal à amplifier et à convertir, un réglage, _ non seulement du courant dans T 2 et T 4, mais aussi, au moyen des transistors T 5 et T 6, du courant dans Tl et T 3: lorsque le signal dépasse un niveau donné, tout le courant i,-I,2 passe dans un seul des deux transistors Tl et T 3, ce qui fait qu'on obtient, en comparaison de l'étage final de l'état connu de la technique, une absorption de courant pratiquement diminuée de moitié, à égalité de puissance au niveau du transducteur. On supposera par exemple que le signal à convertir déter- mine une augmentation du courant de collecteur de T 4 et une diminution de celui de T 2 avéc, en conséquence, un passage-de courant de la borne A vers la borne B à travers TR Un même temps, le courant de collecteur de T 6 augmente et le courant de collecteur de T 5 diminue, ce qui provoque une plus grande chute de tension au niveau de Rl et une plus petite chute de tension sur R 3; en outre, la tension base-émetteur et le courant de base de Tl augmentent, tandis que la tension base-émetteur et le courant de base de T 3 diminuent, ce qui fait que le courant de collecteur de Tl augmente et que celui de T 3 diminue, d'o il résulte que, par rapport au circuit de l'état connu de la tech- nique, le courant absorbé par le circuit est moindres à égalité de passage de courant à travers TR. L'étage final en pont suivant l'invention fonctionne de manière analogue et symétrique à ce qui a été décrit ci-dessus lorsque le signal détermine au contraire une augmentation du courant de collecteur de T 2 et une diminution de celui de T 4. La perte de tension est égale à la somme de la tension de saturation collecteur-émetteur d'un transistor NPN, de la ten- sion de saturation collecteur-émetteur d'un transistor PNP et de la chute de tension au niveau de la résistance RE. La résistance R 8 est dimensionnée de telle manière que VR 8 et, par suite, VRE soient très petites (typiquement 0,06 V ou moins); par conséquent, la somme de la tension de saturation collecteur-émetteur d'un transistor PNP et de la chute de ten- sion au niveau de la résistance R est pratiquement égale à la tension de saturation du transistor PNP. Pour cette raison, la perte de tension d'un étage final en pont suivant l'invention est pratiquement égale à celle d'un étage final en pont de l'état connu de la technique. Un étage final en pont suivant l'invention, pour un ampli- ficateur à basse fréquence en réception, se prote particulière- ment bien à l'intégration en un bloc monolithique de semiconduc- teur, d'après les techniques connues d'intégration. Etant donné qu'il a été représenté et décrit un seul exemple d'eçécution de l'invention, il est évident que de nom- breuses variantes sont possibles, sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, la résistance R 3 et la résistance Rl peuvent être remplacées par des diodes. Au lieu d'être raccordées directement à la source de signal, les bases de T 5 et T 6 peuvent être connectées respectivement à l'émetteur de T 12 et à l'émetteur de T 14. Le montage différentiel constitué pat T 5 et T 6 peut être remplacé par un montage différentiel plus complexe et les transistors Tl et T 3 peuvent être remplacés tous deux par un circuit du type Darlington. Les transistors bipolaires contenue dans le circuit peu- vent être remplacés, en totalité ou en partie, par des transis- tors à effet de champ, avec des modifications appropriées du circuit, à la portée du spécialiste compétent. ? 512299 REVUNDICATIONS 1 Etage final en pont pour un amplificateur à basse fréquence en réception, à basse tension d'alimentation, susceptible d'in- tégration monolithique, utilisable pour commander un transduc- teur électro-acoustique (TR) muni de deux bornes, comprenant un premier (T 1), un second (T 2, T 12), un troisième (T 3) et un quatrième (T 4, T 14) éléments de circuit à semiconducteur qui présentent chacun une première borne, une seconde borne et une borne de commande au moins, le premier (T 1) et le troisième (T 3) éléments de circuit ayant un premier type de conductibilité, le second (T 2, T 12) et le quatrième (T 4, T 14) éléments de circuit ayant un second type de conductibilité, opposé au premier, las premièresbornesdu premier (T 1) et du troisième (T 3) éléments de circuit étant raccordées toutes deux à un premier pôle (+Vcc) d'un générateur de tension d'alimentation par l'intermédiaire d'un même composant générateur de courant constant (RE), les premières bornes du second (T 2, T 12) et du quatrième (T 4, T 14) éléments de circuit étant raccordées au second pôle (-Vcc), opposé au premier (+Vcc), du générateur de tension d'alimentation, la seconde borne du premier élément de circuit (T 1) étant raccordée à la seconde borne du second élément de circuit (T 2, T 12), cette jonction constituant une première borne (A) à laquelle est raccordée l'une des bornes du transducteur électro- acoustique (TR), la seconde borne du troisième élément de cir- cuit (T 3) étant raccordée à la seconde borne du quatrième élément de circuit (T 4, T 14), cette Jonction constituant une seconde borne (B) à laquelle est raccordée la seconde borne du transduc- teur (TR), la borne de commande du second élément de circuit (T 2, T 12) et la borne de commande du quatrième élément de circuit (T 4, T 14) étant raccordées à une source de signal qui commande ces éléments de circuit en opposition de phase entre eux, caractérisé en ce qu'il comprend un cinquième (T 5) et un sixième (T 6) éléments de circuit à semiconducteur, ayant une conductibi- lité du second type et présentant chacun au moins une première borne, une seconde borne et une borne de commande, la première borne de chacun de ces éléments de circuit étant raccordée au second pole du générateur de tension d'alimentation par l'in- termédiaire d'un mêeme générateur de courant constant (A 1), les bornes de commande du cinquième (T 5) et du sixième (T 6) éléments de circuit étant raccordées à la source de signal qui commande le cinquième (T 5) et le sixième (T 6) éléments de circuit en opposition de phase entre eux et en phase respectivement avec le second (T 2, T 12) et le quatrième (T 4, T 14) éléments de circuit, la seconde borne du cinquième élément de circuit (T 5) étant raccordée d'une part à la borne de commande du troisième élément deircuit (T 3) et, par l'intermédiaire d'un premier élément résistant (R 3), à un constituant de référence de tension, la seconde borne du sixième élément de circuit (T 6) étant raccordée d'une part à la borne de commande du premier élément de circuit (T 1) et d'autre part, par l'intermédiaire d'un second élément résistant (Rl), au même composant de référence de ten- sion. 2 Etage final selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesbornesde commande du cinquième (T 5) et du sixième (T 6) éléments de circuit sont raccordées à la source de signal, res- pectivement par l'intermédiaire du second (T 2, T 12) et du qua- trième (T 4, T 14) éléments de circuit. d Etage final selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier (R 3) et le second (Rl) éléments résistants sont des résistances -. 4 Etage final selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier et le second éléments résistants sont des diodes. 5 Etage final selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce nue le composant générateur de courant constant comprend un troisième élément résistant (RE) et un septième élément à semiconducteur (T 7) ayant une conductibilité du premier type et présentant une première borne, une seconde borne et une borne de commande, sa seconde borne étant raccor- dée au second pôle (-Vcc) du générateur de tension d'alimenta- tion par l'intermédiaire d'un générateur de courant constant (A 2) et sa borne de commande étant raccordée directement à la seconde borne du même élément (T 7), la première: borne étant raccordée au point de Jonction entre la première borne du pre- mier élément de circuit (T 1) et la première borne du troisième élément de circuit (T 3), ainsi qu'au premier pÈle (+Vcc) du générateur de tension d'alimentation par l'intermédiaire du troisième élément résistant (RE); et en ce que le composant de référence de tension comprend un huitième élément de circuit à semiconducteur (T 8), ayant une conductibilité du premier type et présentant une première borne, une seconde borne et une borne de commande, sa première borne étant raccbrdée, par l'in- termédiaire d'un quatrième élément résistant (R 8), au premier pôle (+Vcc) du générateur de tension d'alimentation, sa borne de commande étant raccordée à la seconde borne du septième élément de circuit (T 7) et sa seconde borne étant raccordée, respectivement par l'intermédiaire du premier (R 3) et du second MI) éléments résistants, à la seconde borne du cinquième (T 5) et du sixième éléments de circuit (T 6). 6 Etage final selon la revendication 5, caractérisé en ce que le quatrième élément résistant (R 8) est une résistance. 7 Etage final selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments de circuit à semiconducteur est un transistor présentant une première borne, une seconde borne et une borne de commande, ces bornes étant respectivement la première borne, la seconde borne et la borne de commande dudit élément de circuit. 8 Etage final selon n'importe quelle combinaison de la reven- dication 1 avec l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que le second (T 2, T 12) et le quatrième (T 4, T 14) éléments de circuit comprennent chacun un premier (T 2 et T 4) et un second (T 12 et T 14) transistors, ayant l'un et l'autre le même type de conductibilité et présentant chacun une première borne, une seconde borne et une borne de commande, la première et la seconde bornes du premier transistor (T 2 et T 4) et la borne de commande du second transistor (T 12 et T 14) com- pris dans chacun de ces éléments de circuit constituant respec- tivement la première borne, la seconde borne et la borne de commande de l'élément de circuit en question, la première borne du second transistor (T 12 et T 14) étant raccordée à la borne de commande du premier transistor (T 2 et T 4), cette borne de com- mande étant également raccordée au second pôle ( Vcc) du généra- teur de tension d'alimentation par l'intermédiaire d'une résis- tance (R 2 et R 4) et la seconde borne du second transistor étant raccordée au premier pôle (+Vcc) du générateur de tension d'ali- mentation. 9 Etage final selon n'importe quelle combinaison de la reven- dication 2 avec l'une quelconque des revendications 3, 4, 5, 6-et 7, caractérisé en ce que le second (T 2, T 12) et le quatrième (T 4, T 14) éléments de circuit comprennent chacun un premier (T 2 et T 4) et un second (T 12 et T 14) transistors, ayant l'un et l'autre le même type de conductibilité et présentant chacun une première borne, une seconde borne et une borne de commande, la première et la seconde bornes du premier transistor (T 2 et T 4) et la borne de commande du second transistor (T 12 et T 14) compris dans chacun de ces éléments de circuit constituant respective- ment la première borne, la seconde borne et la borne de commande de l'élément de circuit en question, la première borne du second transistor (T 12) du second élément de circuit étant raccordée à la borne de commande d 4 u premier transistor (T 2) du second élé- ment de circuit, à la borne de commande du cinquième élément de circuit (T 5) et également, par l'intermédiaire d'une résistance (R 2), au second pôle (-Vcc) du générateur de tension d'alimenta- tion, la première borne du second transistor (T 14) du quatrième élément de circuit étant raccordée àa la borne de commande du premier transistor (T 4) du quatrième élément de circuit, à. la borne de commande du sixième élément de circuit (T 6) et, par l'intermédiaire d'une résistance (R 4), également au second pôle (-Vcc) du générateur de tension d'alimentation, la seconde borne du second transistor du second et du quatrième éléments de circuit (T 12 et T 14) étant raccordée au premier pôle (+Vcc) du générateur de tension d'alimentation. Etage f'inal selon l'une quelconque des revendications i à. 9, caractérisé en ce que le premier et le troisième éléments de circuit comprennent chacun un premier et un second transistors, ayant le même type de conductibilité et présentant chacun une première borne, une seconde borne et une borne de commande, la première et la seconde bornes du premier transistor et la borne de commande du second transistor de chacun de ces éléments de circuit étant respectivement la première borne, la seconde borne et la borne de commande de l'élément de circuit en ques- tion, la première et la seconde bornes du second transistor étant raccordées respectivement a% la borne de commande-du pre- mier transistor et au second pôle (-Vcc) du générateur de ten-. si on d'alimentation. 11 Etage final selon l'une quelconque des revendications 7, Si 9 et 10, caractérisé en ce que les transistors compris dans cet étage final sont des transistors bipolaires, la première borne, la borne de commande et la seconde borne de chacun d'entre eux étant respectivement l'émetteur, la base et le collecteur. 12 Etage final selon l'une quelconque des revendications 7, 8, 9 et 10, caractérisé en ce que les transistors compris dans cet étage final sont des transistors à effet de champ, la première borne, la borne de commande et la seconde borne de chacun d'en- tre eux étant respectivement la "source", la "gâchette" et le "drain". 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