Brevet FR2524756A1 — publié le 19831007

Détecteur d'impédance charge pour des amplificateurs de puissance audio et circuit d'alimentation pour ce détecteur La présente invention concerne un détecteur d'impédance de charge pour détecter une variation de l'impédance de charge d'un circuit, particulièrement d'un amplificateur de puissance audio, et elle a trait, en outre, à une alimentation pour l'amplificateur de puissance audio utilisant le détecteur d'impédance pour commander la tension d'alimentation en réponse à une variation de l'impédance d'un ou plusieurs haut-parleurs. Dans un amplificateur de puissance audio qui commande un ou plusieurs haut-parleurs agencés de manière à être mis en circuit ou hors circuit pendant la lecture d'un disque, il est souhaitable que la puissance fournie à ces haut-parleurs soit maintenue constante malgré une variation de l'impédance de charge Si on utilise un seul haut-parleur, le remplacement du haut-parleur par un haut-parleur ayant une valeur d'impé- dance différente exige que la puissance de sortie transmise au hautparleur soit commutée manuellement de telle sorte que la différence d'impédance soit compensée Dans des applications o plusieurs hautparleurs sont reliés à l'amplificateur de puissance par un réseau commuté, un circuit de commande auto- matique de puissance exige un relais pour commuter le niveau de puissance de sortie si l'état commuté impose une impédance de charge différente. Une approche consisterait à utiliser un détecteur à montage en pont dans lequel l'impédance de charge est connectée dans l'une des branches du pont Toutefois, la composante réactive de l'impédance de charge entraîne une ambiguïté dans le détecteur de sorte que celui-ci a tendance à percevoir de façon erronée la valeur d'impédance désirée. C'est pourquoi, un objet de la présente invention est de réaliser un détecteur d'impédance de charge fiable qui réduit à un minimum l'effet de la composante réactive de l'impédance. Le détecteur d'impédance de charge de l'invention t 524756 convient particulièrement pour d 6 ecter une variation d'une impédance de charge d'un amplificateur push-pull à sortie unique comportant une paire de premier et second transistors de types de conductivité opposés, les émetteurs de ces transistors étant reliés mutuellement par une paire de première et seconde résistances montées en série L'impédance de charge est montée entre, d'une part, un premier noeud entre les première et seconde résistances et$ d'autre part, la masse. Le détecteur comprend des troisième et quatrième résistances montées en série entre l'émetteur du premier transistor et la masse de manière à définir un second noeud entre cet émetteur et cette masse Un moyen différentiel est couplé aux premier et second noeuds pour détecter une différence de tension entre ces noeuds et pour engendrer à partir de cette différence de tension un signal de sortie en réponse à une présence simul- tanée d'un premier état dans lequel la différence de tension détectée est supérieure à une première valeur prédéterminée et d'un second état dans lequel le potentiel aux bornes de l'impédance de charge est supérieur à une seconde valeur prédéterminée Le signal de sortie est utilisé pour commander le volume de la tension fournie à l'amplificateur de puissance pour compenser la variation d'impédance. On va maintenant décrire de façon plus détaillée la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'un circuit d'alimentation pour un amplificateur de puissance audio selon la présente invention; la figure 2 est un schéma de circuit du détecteur d'impédance de charge de la figure 1; la figure 3 est un graphique illustrant la caracté- ristique de fonctionnement du détecteur de charge; et la figure 4 est un schéma de circuit d'une variante de réalisation de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit que l'on y a représenté schématiquement une section d'alimentation d'un circuit audio L'enroulement primaire d'un transformateur 10 3 2524756 abaisseur de tension ebt relié à une source Il de courant alternatif et son enroulement secondaire fournit une tension alternative réduite qui est redressée et filtrée par un circuit comprenant une diode 12 ainsi qu'un thyristor 13 et un condensateur 14 L'anode de la diode 12 est couplée à une prise intermédiaire 15 de l'enroulement secondaire et la cathode de cette diode est couplée à une des extrémités du condensateur 14 dont l'autre extrémité est reliée à la masse. L'anode du thyristor 12 est reliée à une prise d'extrémité 16 de l'enroulement secondaire et la cathode de ce thyristor est de même reliée au condensateur 14 L'électrode de commande du thyristor 13 est reliée à la sortie d'un circuit classique de déclenchement ou amorçage 17 et est amenée de façon répétée dans l'état conducteur en réponse à une impulsion de déclen- chement ou amorçage qui lui est appliquée de manière qu'une tension alternative plus élevée soit appliquée au condensateur 14 Lorsque le circuit de déclenchement est neutralisé, le thyristor 13 reste à l'état non-conducteur et la diode 12 applique une tension alternative plus faible au condensateur 14 Un détecteur 18 de tension est monté aux bornes du con- densateur 14 de manière à engendrer un signal de commande proportionnel à la tension continue fournie à une charge ou amplificateur 19 Cet amplificateur comprend une paire de transistors de types de conductivité opposés reliés suivant une configuration de circuit push-pull complémentaire à sortie unique (SEPP). Cette tension de commande est appliquée au circuit de déclenchement 17 de manière à commander la phase de l'impulsion de déclenchement de telle sorte que la tension continue soit maintenue constante L'amplificateur 19 est un étage de puis- sance d'un circuit audio qui amplifie un signal d'entrée appliqué à la borne 20 jusqu'à un niveau suffisant pour com- mander un haut-parleur 21 L'impédance du haut-parleur, c'est-à-dire l'impédance de charge de l'amplificateur 19, est contrôlée à l'aide d'un détecteur 22 d'impédance de charge. Lorsque l'impédance du haut-parleur 21 est de 8 ohms, le détecteur 22 n'émet aucun signal de sortie et si le haut- parleur de 8 ohms est remplacé par un haut-parleur de 4 ohms, le détecteur 22 fournit un signal de neutralisation au circuit de déclenchement 17 de manière à réduire la tension continue jusqu'à un niveau qui, de façon caractéristique, est 30 5 f inférieure à la tension antérieure de sorte que le haut- parleur de 4 ohms peut être commandé par la même quantité d'énergie que le haut-parleur de 8 ohms Afin d'éviter un courant inverse de pointe qui, sans cela, serait engendré en réponse au passage à l'état non-conducteur du thyristor 13, une diode 23 est de préférence montée en série avec ce thyristor. Sur la figure 2, on a représenté des détails de l'amplificateur de puissance audio 19 et du détecteur 22 d'impédance de charge L'amplificateur 19 est du type push- pull complémentaire à sortie unique comprenant un transistor NPN Qi et un transistor PNP Q 2 montés en série entre les bornes de tension +Vcc et Vcc, une combinaison en série de résistances Rl et R 2 étant interposée entre les émetteurs des transistors Qi et Q 2 Les résistances Rl et R 2 définissent un noeud A o une sortie audio Vo peut 8 tre prélevée Le haut- parleur 21 est représenté par une impédance de charge RL qui est reliée au noeud A et à' la masse Les transistors Qi et Q 2 sont polarisés de façon opposée l'un par rapport à l'autre par des sources de tension continue El et E 2 La borne d'entrée 20 est reliée à la jonction entre les sources de tension El et E 2. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le détecteur 22 d'impédance de charge comprend essentiellement un premier amplificateur différentiel Ai et un second amplifi- cateur différentiel A 2 reliés à la sortie du premier amplifi- cateur différentiel Ai Le premier amplificateur différentiel Ai comprend une paire de transistors NPN Q 3 et Q 4 dont les émetteurs sont couplés mutuellement à la masse par un circuit série comprenant une diode D 2 et une résistance Re Cette diode est rendue conductrice lorsque la tension Vo est positive Les collecteurs des transistors Q 3 et Q 4 sont reliés par des résistances R 5 et R 6, respectivement, 'a la borne de tension +Vcc. La base du transistor Q 3 est reliée au noeud A, tandis que la base du transistor Q 4 est reliée à un noeud B entre les résistances R 3 et R 4, la résistance R 3 étant reliée à l'émetteur du transistor Qi et la résistance R 4 étant reliée à la masse par une diode Dl La base du transistor Q 4 est reliée en outre par une résistance R 7 à l'émetteur du tran- sistor Q 2. Le -second amplificateur différentiel A 2 comprend une paire de transistors PNP Q 5 et Q 6 dont les émetteurs sont reliés en commun à la borne de tension +Vcc par l'intermédiaire d'une résistance Re' Le collecteur du transistor Q 5 est mis à la masse, tandis que le collecteur du transistor Q 6 est relié par une résistance R 9 à la masse pour engendrer un signal de neutralisation qui est appliqué au circuit 17 de commande de déclenchement La base du transistor Q 6 est reliée au collec- teur du transistor Q 4 ainsi qu'à la masse par une résistance R 8, tandis que la base du transistor Q 5 est reliée au collec- teur du transistor Q 3. Les résistances Rl, R 3 et R 4 sont choisies en fonction de l'impédance de charge RL, qui est normalement de 8 ohms, grâce à quoi on obtient Rl x R 4 = R 3 x RL pour former un circuit en pont La valeur ohmique de la résistance R 7 est égale ou légèrement inférieure à celle de la résistance R 3, et les résistances Rl et R 2 ont sensiblement des valeurs ohmiques égales Les tensions continues de polarisation El et E 2 sont choisies de telle sorte que les transistors Qi et Q 2 fonctionnent en classe AB avec dominante en B En l'absence de tout signal audio d'entrée à la borne 20, un courant de repos ou courant déwatté d'environ 10 milli- ampères circule Ceci provoque l'apparition d'une tension de plusieurs dizaines de millivolts aux bornes de chacune des résistances Ri et R 2 Si la résistance R 7 était absente, le potentiel au noeud À serait de plusieurs dizaines de milli- volts plus élevé que le potentiel au noeud B et le transistor Q 4 serait polarisé de manière à être conducteur et le tran- sistor Q 3 serait polarisé de manière à être non-conducteur. Il en résulte qu'il n'y a pas une marge suffisante dans le transistor Q 4 pour loger des incréments du courant de collec- teur La résistance R 7 a pour effet d'égaliser les potentiels aux noeuds A et B de sorte que les transistors Q 3 et Q 4 fournissent des courants de repos ou courants déwattés égaux. La figure 3 est un diagramme de charge des transistors Qi et Q 2; dans ce diagramme, le courant d'émetteur Ie du transistor Qi est tracé en fonction du potentiel au noeud A. En 31 et 32, on a représenté les droites de charge des transistors Qi et Q 2, respectivement, lorsqu'ils fonctionnent à une fréquence à, laquelle il existe une différence de phase tension-courant de 45 degrés, l'impédance de charge RL ayant une valeur absolue de 8 ohms En 33 et 34, on a représenté les droites de charge lorsque l'impédance de charge a des valeurs de résistance pures de 8 et 4 ohms, respectivement, le tran- sistor Ql fonctionnant dans les premier et second quadrants et le transistor Q 2 fonctionnant dans les troisième et qua- trième quadrants. Les résistances Re, R 5 et R 6 sont choisies de manière que le premier amplificateur différentiel Ai puisse fonctionner lorsque la valeur absolue de la tension Vo au noeud A est supérieure à la tension de seuil Vl du diagramme de-charge. Le fonctionnement du circuit de la figure 2 a lieu de la façon suivante Avec un potentiel Vo négatif au noeud A, la diode D 2 est polarisée en sens inverse et aucun courant ne circule à travers la résistance Re, grâce à quoi les tran- sistors Q 3 et Q 4 sont bloqués (c'est-à-dire que le circuit fonctionne dans le premier quadrant de la droite de charge 31). Par conséquent, l'amplificateur différentiel Ai est inactif. Si le potentiel Vo est positif, la diode D 2 est polarisée en sens direct de sorte qu'un courant circule dans la résistance Re Lorsque le potentiel Vo dépasse Vl, l'amplificateur diffé- rentiel Ai devient actif de manière à fonctionner comme un détecteur d'impédance de charge Le premier amplificateur différentiel Ai étant actif, le second amplificateur diffé- rentiel A 2 devient alors actif lorsque les tensions apparais- sant aux bornes des résistances R 5 et R 6 atteignent un niveau suffisant pour faire passer les transistors Q 5 et Q 6 à l'état conducteur. Avec un potentiel Vo positif et une valeur prédé- terminée de l'impédance de charge, on peut considérer que la résistance R 7 est montée en parallèle entre les noeuds A et B et qu'une condition d'équilibre est établie dans le circuit en pont formé par les résistances Rl, R 3, R 4 et l'impédance de charge RL Le transistor Q 6 est polarisé par la chute de tension apparaissant aux bornes de la résistance R 8 de sorte qu'aucun courant de collecteur ne circule dans le transistor Q 5 et que, par conséquent, aucune tension n'apparaît dans la résistance R 9 et le circuit 17 de commande de déclenchement reste en fonction Si l'impédance de charge diminue en dessous de la valeur prédéterminée, le potentiel au noeud B devient supérieur au potentiel au noeud A, ce qui engendre un courant de collecteur dans le transistor Q 6 et fait apparaître aux bornes de la résistance R 9 une tension qui est appliquée sous la forme d'un signal de neutralisation au circuit de déclenche- ment 17. Du fait que le premier amplificateur différentiel Ai présente un seuil Vi, cet amplificateur est considéré comme fonctionnant dans la zone hachurée de la figure 3 On voit par conséquent que même si l'impédance de charge présente une composante réactive et si sa valeur absolue est encore 8 ohms, le détecteur 22 d'impédance de charge cesse de fonctionner de façon erronée en détectant des impédances garantissant la neutralisation du circuit de déclenchement 17. La figure 4 est une illustration d'une variante de réalisation du détecteur d'impédance de charge dont les parties qui correspondent à celles de la figure 2 portent les mêmes références que sur cette figure L'émetteur du transistor Qi est couplé par un circuit série comprenant une résistance R 20 et une résistance R 21 à l'entrée de non-inversion d'un ampli- ficateur différentiel Ail et le noeud A est relié par une résistance R 23 à l'entrée d'inversion de l'amplificateur Ail. Une résistance R 24 forme un circuit de rétroaction entre la sortie de l'amplificateur Ail et son entrée inverseuse et une 8 t 524756 résistance R 22 relie l'entrée non-inverseuse à la masse Le noeud A est en outré relié par une résistance R 25 à l'entrée non-inverseuse d'un comparateur A 21 de tension dont l'entrée inverseuse est polarisée par une tension de référence Vi fournie par une source E 3 de courant continu Les sorties de l'amplificateur différentiel Ail et du comparateur A 21 sont appliquées à une porte ET 40 de manière à engendrer une sortie de détecteur de charge. Les résistances R 21 àa R 24 présentent la relation suivante: R 21 = R 23 R 22 = R 24 Les résistances R 21 et R 22 fonctionnent comme un diviseur de tension pour réduire la tension à l'émetteur du transistor Qi jusqu'à un niveau approprié pour l'amplificateur différentiel Ali De même, les résistances R 23 et R 24 agissent comme un diviseur de tension pour réduire la tension au noeud A jusqu'à un niveau approprié pour l'amplificateur Ail Pour les calculs, on considère que le noeud B se trouve à un point de jonction entre les résistances R 20 et R 21, et on peut considérer que les résistances R 21 et R 22 forment l'une des branches du circuit en pont dont l'état d'équilibre est satisfait par la relation suivante: RI x (R 21 + R 22) = R 20 x RL Le circuit de la figure 4 est analysé quantitativement comme suit Le gain Ga de l'amplificateur Ail compte tenu de la tension au noeud A est donné par Ga = -R 24/R 23 a ( 1) De même, le gain Gb de l'amplificateur Ail compte tenu de la tension au noeud B est donné par Gb = R 23 + R 24 x R 22 La tension de sortie de l'amplificateur Ail, lorsqu'il est mis en fonction, est donnée par: Vab x (R 24/R 23) ( 3) o Vab est la différence de tension entre les noeuds A et B. Si le hautparleur d'une impédance de 8 ohms est remplacé par un haut-parleur d'une impédance de 4 ohms, 9 2524756 l'état d'équilibre cesse et il apparaît, entre les noeuds A et B, une tension qui, à son tour, amène l'amplificateur All a engendrer la tension définie par l'équation 3 En même temps, la tension à l'entrée noninverseuse du comparateur A 21 augmente et passe au-dessus du seuil V 1 de manière à le mettre en fonction et un signal de neutralisation apparaît à la sortie de la porte ET 40. 2524 M 56 REVENDICATIONS 1 Détecteur d'impédance de charge pour détecter une variation d'une impédance de charge (RL) d'un amplificateur ( 19) push-pull à sortie unique comprenant une paire de premier et second transistors (Ql, Q 2) de types de conductivité opposés, lesdits transistors comportant des émetteurs reliés mutuellement par une paire de première et seconde résistances (Rl, R 2), lesdites impédances de charge étant reliées à un premier noeud (A) entre lesdites première et seconde résis- tances, caractérisé par le fait qu'il comprend: des troisième et quatrième résistances (R 3, R 4) reliées en série à l'émetteur dudit premier transistor de manière à former un circuit en pont avec ladite première résistance et ladite impédance de charge de telle sorte que lesdites troisième et quatrième résistances forment entre elles un second noeud (B); et un moyen différentiel couplé auxdits premier et second noeuds de manière former un circuit en pont avec lesdites première, troisième et quatrième résistances et ladite impédance de charge pour détecter une différence de tension entre lesdits premier et second noeuds et pour engendrer à, partir de cette différence de tension un signal de sortie en réponse à une présence simultanée d'un premier état dans lequel ladite différence de tension détectée est supérieure à une première valeur prédéterminée et d'un second état dans lequel le potentiel aux bornes de ladite impédance de charge est supérieur à une seconde valeur prédéterminée. 2 Détecteur d'impédance de charge suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen différentiel comprend un amplificateur différentiel (Ai) comportant des première et seconde entrées couplées auxdits premier et second noeuds, respectivement, et un moyen pour rendre actif ledit amplificateur différentiel lorsque le potentiel aux bornes de ladite impédance de charge dépasse ladite seconde valeur prédéterminée. 3 Détecteur d'impédance de charge suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen différentiel comprend une paire de troisième et quatrième transistors (Q 3, Q 4) du même type de conductivité et comportant des émetteurs couplés mutuellement a la masse par un circuit d'émetteur et des électrodes de base couplées respectivement auxdits premier et second noeuds, lesdits troisième et quatrième transistors comportant des collecteurs reliés par des cinquième et sixième résistances (R 5, R 6) à une source de tension; et une septième résistance (R 7) par laquelle ledit second noeud est relié à l'émetteur dudit second transistor. 4 Circuit d'impédance de charge suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit circuit d'émetteur comprend une diode (D 2) et une résistance (Re). 5 Détecteur d'impédance de charge suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit moyen différentiel comprend, en outre t une paire de cinquième et sixième transistors (Q 5, Q 6) de m 9 mestypesde conductivité mais de types opposés aux types de conductivité desdits troisième et quatrième transistors, lesdits cinquième et sixième transistor compor- tant des émetteurs reliés par une résistance commune (Re) à ladite source de tension et des électrodes de base couplées respectivement auxdites cinquième et sixième résistances, ainsi que des circuits de collecteur reliés à la masse; une huitième résistance (R 8) pour polariser la base dudit sixième transistor; et une neuvième résistance (R 9) reliée au circuit de collecteur dudit cinquième transistor pour engendrer à ses bornes ledit signal de sortie. 6 Détecteur d'impédance de charge suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen différentiel comprend un amplificateur différentiel (Ail) dont les première et seconde entrées sont couplées auxdits premier et second noeuds (A, B) respectivement pour engendrer un premier signal correspondant à la différence de tension entre lesdits premier et second noeuds, un comparateur (A 21) pour comparer le potentiel aux bornes de ladite impédance de charge (RL) avec ladite seconde valeur prédéterminée pour engendrer un second signal et une porte de coïncidence ( 40) pour détecter si ledit premier signal coïncide avec ledit second signal pour engendrer ledit signal de sortie. 7 Alimentation pour un amplificateur push-pull à sortie unique comportant une paire de premier et second transistors (Q 1, Q 2) de types de conductivité opposés, lesdits transistors comportant des émetteurs reliés mutuel- lement par une paire de première et seconde résistance (R 1, R 2), et un haut-parleur ( 21) dont l'impédance est reliée à un premier noeud (A) entre lesdites première et seconde résistances, caractérisée par le fait qu'elle comprend: un transformateur ( 10) comportant un enroulement primaire pouvant être connecté pendant l'utilisation à une source de tension et un enroulement secondaire comportant une première prise pour engendrer une haute tension et une seconde prise pour engendrer une basse tension; un condensateur de filtrage ( 14) pour fournir une tension filtrée aux collecteurs desdits premier et second transistors; un premier moyen ( 13) à conduction unidirectionnelle déclenché par une électrode de commande, ce moyen reliant ladite première prise audit condensateur de filtrage; un second moyen ( 12) à conduction unidirectionnelle reliant ladite seconde prise audit condensateur de filtrage; et un moyen ( 17) pour neutraliser ledit premier moyen & conduction unidirectionnelle lorsque ladite impédance est différente d'une valeur préétablie, ce moyen de neutralisation comprenant: des troisième et quatrième résistances (R 3, R 4) montées en série entre l'émetteur dudit premier transistor et la masse de manière à former entre elles un second noeud (B); et un moyen différentiel couplé auxdits premier et second noeuds de manière à former un circuit en pont avec lesdites première, troisième et quatrième résistances et ladite impédance pour détecter une différence de tension entre lesdits premier et second noeuds et pour engendrer ' partir de cette différence de tension un signal de neutra- lisation en réponse à une présence simultanée d'un premier état dans lequel ladite différence de tension détectée est supérieure à une première valeur prédéterminée et d'un second -état dans lequel le potentiel aux bornes de ladite impédance est supérieur à une seconde valeur prédéterminée pour neutra- liser, c'est-à-dire faire venir à l'état non-conducteur, ledit premier moyen à conduction unidirectionnelle. 8 Alimentation suivant la revendication 7, caractérisée par le fait qu'elle comprend, en outre, un moyen pour déclencher ledit premier moyen à conduction unidirection- nelle à des intervalles, ledit signal de neutralisation étant appliqué audit moyen de déclenchement pour le neutraliser. 9 Alimentation suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un détecteur de tension ( 19) pour commander le cycle de déclenchement dudit moyen de déclenchement en fonction de ladite tension filtrée.