Brevet FR2533779A1 — publié le 19840330

La présente invention concerne un amplificateur audio- fréquence de puissance doté d'une capacité de régulation automa- tique du courant de polarisation absorbé par l'étage final. Il est connu que les amplificateurs audiofréquence de puissance tendent à être affectés de distorsions de commutation, ou passage, du type de celles apparaissant lors du passage d'un demi- étage à l'autre en amplification symétrique, d'o peuvent dériver d'ennuyeuses perturbations, en particulier dans le cas des trans- missions audiofréquence. il est également connu qu'on peut éviter des distor- sions en maintenant le courant de polarisation absorbé par l'étage final, également appelé "courant de repos" & une valeur relativement élevée de 10 à 15 m A. Toutefois, s'il peut être acceptable pendant le fonc- tionnement normal en charge, un courant de ce genre est excessif pendant le fonctionnement à vide, en particulier si l'alimentation est assurée par un accumulateur et si l'amplificateur est destiné a être logé dans une enveloppe relativement petite En effet, dans ce cas, le fort courant de polarisation absorbé pendant la fonction- nement à vide entraîne une décharge rapide de l'accumulateur et, d'autre part, il donne lieu à un dégagement de chaleur indésirable. D'un autre côté, ainsi qu'on l'a déjà dit, des courants de polarisation plus limités comme, par exemple, de 1 m A, ne déchar- geraient pas l'accumulateur et dégageraient beaucoup moins de chaleur mais, pendant le fonctionnement en charge, ils donneraient lieu aux phénomènes de distorsion de commutation décrits plus haut. Compte tenu de cela, le but de l'invention est de réa- liser un amplificateur audiofréquence de puissance qui soit capable de concilier les deux exigences consistant à éviter les phénomères de distorsion de commutation pendant le fonctionnement en charge et à limiter la décharge-de l'accumulateur et le dégagement de chaleur pendant le fonctionnement à vide. Selon l'invention, ce but est atteint à l'aide d'un amplificateur, caractérisé en ce-qu'il comprend un circuit de com- mande du courant associé à son étage final de manière à faire varier automatiquement et continûment le courant de polarisation dudit étage d'une valeur minimale à une valeur maximale au moment du passage de l'état de fonctionnement à vide à celui de fonction- nement en charge. En d'autres termes, l'smplificateur selon l'invention résout le problème exposé plus haut en faisant varier le courant de polarisation de l'étage final en fonction de l'état de fonction- nement Plus précisément, dans le fonctionnement à vide, ledit courant de polarisation est maintenu à une valeur minime (par exemple 1 m A) capable de limiter convenablement la consommation d'électricité et le dégagement de chaleur, tandis que, dans le fonc- tionnement en charge, le même courant est automatiquement élevé à une valeur supérieure qui dépend de l'amplitude du sigml 1 et de la valeur de la résistance de chaleur et limitée vers le haut (par exemple 15 m A) à une valeur capable d'éviter les distorsions de commutation Les deux exigences évoquées plus haut sont donc ainsi conciliées sans autresproblêmes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure I est un schéma bloc général de l'ampli- ficateur selon l'invention; et la figure 2 montre les détails des circuits d'une partie dudit amplificateur qui comprend ledit circuit de contrôle du courant. Sur la figure 1, on a représenté un amplificateur de puissance 1 à la sortie duquel est appliquée une charge 2. L'amplificateur 1 comprend un ou plusieurs étages d'amplification 3 auxquels fait suite un étage final de puissance composé de deux demi-étages 4, le demi-étage supérieur pour la demi- onde positive et le demi-étage inférieur pour la demi-onde négative de la tension d'alimentation Chacun des deux demi-étages est équipé de sa propre chaîne de polarisation 5, d'un type connu en soi. En supplément des parties de circuit connues précitées, l'amplificateur 1 comprend un circuit 6 de commande du courant qui reçoit du demi-étage supérieur 4 (relatif à la demi-onde positive) un courant Ia représentant une fraction du courant exigée par la charge En fonction de ce courant Ia, il engendre de son côté un courant Ib capable d'agir sur les chaînes de polarisation 5 des deux demi-étages, de manière à faire varier le courant absorbé par les demi-étages eux-mêmes entre une valeur faible ( 1 m A) dans les conditions de fonctionnement a vide et une valeur plus grande limitée vers le haut (', 15 m A) dans les conditions de fonctionnement en charge. Les détails de ce circuit de commande 6 sont illus- trés sur la figure 2, en même temps que ceux di demi-étage supérieur 4 et de la chatne de polarisation 5 correspondante Sur cette figure, on peut voir que le demi-étage supérieur 4 comprend un transistor NPN 7 interposé entre une alimentation en courant alternatif A et la charge et piloté sur sa base par un signal présent à un noeud central 8 relié à l'émetteur du transistor 7 à travers un circuit série composé d'une diode 9 et d'une résistance 10 et à l'alimenta- tion A à travers un transistor PNP 11 La base de ce dernier est reliée à un noeud intermédiaire 12 situé entre une diode 13 et un transistor NPN 14 qui sont eux-mêmes connectés en série à l'alimen- tation A et constituent la chaîne de polarisation 5 (ou au moins une partie de cette chaîne) Le courant I envoyé au circuit de commande du courant 6 est prélevé sur une électrode supplémentaire du transistor PNP 11. Le circuit de commande 6 comprend 3 son tour un cir- cuit transformateur d'impédance et de tension 15 du type Darlington qui est p loté par le courant Ia par l'intermédiaire d'un détecteur 16 à seuil d'intervention, et qui pilote à son tour un circuit actionneur constitué par un transistor PNP 17 et par un transistor NPN, 13, qui assure des fonctions de régulateur pour le courant IX qui le traversa. Plus précisément, les fonctionsde seuil d'intervention sont assurées par des diodes 19 et 20 et par une résistance 21 connectée en série entre la masse et un noeud de circuit 32 relié à ladite électrode sup- plémentaire du transistor 11, sur laquelle le courant Ia est prélevé. Le détecteur 16 est formé à son tour d'une diode 22 et d'un condensa- teur 23 connectés d'une façon traditionnelle en soi Le circuit de Darlington 15 comprend,d'autre part, deux transistors NPN 24 et 25 dont le premier est piloté sur sa base par le détecteur 16 et dont le deuxième alimente une résistance 26 lorsqu'il est en état de conduction i l'émetteur du transistor 25 est connectée la base du transistor FNP 17, interposé P son tour entre la base du transis- tor NPN 18 et la masse Une résistance 26 relie ladite base du transistor 18 à un noeud de circuit 27 alimenté par un générateur de courant 28 et connecté h la masse à travers le circuit série composé de deux diodes 29 et 30 Une résistance 31 est finalement interposée entre la masse et l'émetteur du transistor 18, dont le collecteur est connecté à l'alimentation A à travers le transistor 14 et la diode 13 pour assurer la transmission du courant Ib. Dans le fonctionnement à vide, le transistor 7 du demi- étage supérieur final 4 est traversé par un courant de polarisation ou de repos I dont la valeur est approximativement égale à 1 m A. o La dissipation d'énergie et le dégagement de chaleur sont donc extrêmement limités. Dans ces conditions, le courant I (fraction prédé- a terminée du courant demandé par la charge) qui est prélevé sur le transistor FNP 11 est tellement petit que la tension au noeud du circuit 32 et, par conséquent, aux bornes du condensateur 23 du capteur 16 n'est pas en mesure de rendre conducteur le transistor 24 du circuit de Darlington 15 Le transistor 25 du même circuit de Darlington est don bloqué, tandis que le transistor PFNP 17 est conducteur, transistor qui, en prélevant le courant sur la résis- tance 26, maintient le base du transistor NPN 18 à un niveau suffi- samment bas pour provoquer le blocage de ce même transistor 18 et. par conséquent, l'nnulation du ccurant Ib Le courant Ib nul maintient naturellement le courant I à une valeur basse. Le passage du fonctionnemerz à vide au fonctionnement en charge peut être détecté par le demi-étege supérieur 4, aussi bien sous le forme d'une augmentation du courant demandé par la charge que sous la forme d'un signal e Dpiqué su noeud 8 En tout cas on est en présence d'une plus grande conductiorn des transistors 7 et, par conséquent, d'une augnentation du courant Ia, qoui produit dans le noeud 32 une tension supérieure au seuil d'intervention du circuit de Darlington 15 En chargeant le condensateur 23, cette tension provoque la conduction du circuit de Darlingtcn 15 et, par conséquent, le blocage progressif du transistor NIP 17 qui, à son tour, met en conduction le transietcr NPN 18, au travers duquel il s'établit un passage de courant Ib dont la valeur croit jusqu'à un maximum égal au rapport entre la tension base/émetteur du tran- sistor et la valeur ohmique de la résistance 31 Ledit courant I * b influe de son c 8 té sur la chaîne de polarisation 5 du demi-étage supérieur 4, ainsi que sur la chaîne de polarisation correspondante du demi-étage inférieur, de manière à provoquer l'accroissement du courant de polarisation I à une valeur plus forte (par exemple à o m A), capable d'éviter les distorsions de commutation qui sont à craindre. Cette situation qui prend son origine dans le cours de la demi-onde positive de la tension d'alimentation A, c'est-à- dire pendant la phase de caiduction du demi 6-étage supérieur 4, per- siste encore dans le cours de la demi-onde négative suivante, crest- â-dire pendant la phase de conduetion du demi-étage inférieur, grâce au condensateur 23 qui se décharge à travers le circuit de Darlington et la résistance 26 avec un temps de décharge (déterminé par la valeur ohmique de la résistance 26 multipliée par le gain du cir- cuit de Darlington 15) qui est suffisamment long pour maintenir l'ensemble dans l'état établi précédemment pendant tout le temps de déroulement de la demi-onde inférieure Ceci est naturellement valable à condition que la fréquence en jeu soit suffisamment élevée pour donner un temps de demi-onde inférieur au temps de décharge du condensateur 23 Autrement, la valeur de IO pendant la demi-onde négative tendrait à diminuer D'un autre c 8 té, cet inconvénient serait compensé par le fait que, pour les basses fréquences, la dis- torsion de commutation est beaucoup moins évidente. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement A titre d'exemple sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D 1 C A T 1 O N S 1 Amplificateur audiofréquence de puissance, carac- térisé en ce qu'il comprend un circuit de commande de courant ( 6) associé à son étage final ( 4) de manière à faire passer automati- quement le courant de polarisation dudit étage ( 4) d'une valeur faible à une valeur plus forté lorsqu'on passe de l'état de fonctionnement à vide à l'état de fonctionnemernt en cÂlarge, 2 Amplificateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ledit circuit de commande du courant ( 6) comprend des moyens ( 32) qui captent une fraction du courant qui dépend du courant absorbé par ledit étage final ( 4), un détecteur ( 16) muni d'un seuil d'intervention, un circuit transformateur ( 15) piloté par ladite fraction de courant par l'intermédiaire dudit détecteur ( 16) et des moyens actionneurs ( 17) qui sont pilotés par ledit circuit transformateur ( 15) de manière à déterminer l'établis- sement d'un courant de variation de la polarisation dudit étage final ( 4) lorsque ladite fraction de courant devient supérieure audit seuil d'intervention. 3 Amplificateur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit détecteur ( 16) comprend un condensateur ( 23) possédant un temps de décharge fixé par une résistance ( 26) placée en cascade à la suite dudit circuit transformateur ( 15). 4 Amplificateur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit circuit transformateur ( 15) comprend un circuit de Darlington ( 24, 25). Amplificateur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que lesdits moyens actionneurs ( 17, 18) comprennent un transistor NFT ( 18) piloté par un transistor (PNP ( 17), qui est a son tour piloté par ledit circuit transformateur ( 15). It