Brevet FR2554993A1 — publié le 19850517

La présente invention concerne un circuit amplificateur de signaux électriques couvrant une large bande prédéterminée de fréquences. La présente invention concerne plus précisé- ment la transmission et l'amplification de signaux dans la bande dite UHF (Ultra-High Frequency) allant de 470 MHz à 960 MHz. La présente invention s'applique en particulier à l'amplification de signaux de télévision, dont la lar- geur de bande couvre, pour chaque canal, plusieurs Megahertz. L'invention sera décrite par la suite dans le cadre de cette application aux signaux de télévision sans que cette application toutefois puisse 8tre considérée comme limitative. D'une façon générale, il serait souhaitable de disposer de circuits amplificateurs large bande opérant dans la bande UHF. Cela est en particulier le cas pour les si- gnaux de télévision qui nécessitent très fréquemment une amplification pour permettre une bonne réception. On a déjà proposé différents circuits amplifi- cateurs à large bande notamment sous forme de circuits hybrides, adaptés pour la transmission de signaux de la bande UHF. De tels circuits sont par exemple décrits dans le manuel "Wideband Transistors and Wideband Hybrid IC Modules', Sept. 81 édité par Philips. On constate cependant, dans la pratique que les systèmes jusqu'ici proposés ne donnent pas entière satisfaction dans la mesure, en particulier, o leur facteur de bruit limite de façon importante leur utili- sation dans les dispositifs de réception. De ce fait, il était nécessaire jusqu'ici, dans la plupart des cas, - 2554993 d'adjoindre un étage supplémentaire à faible bruit associé à un ou plusieurs filtres limiteurs de bande. La présente invention vient maintenant propo- ser un nouveau circuit amplificateur large bande de si- gnaux électriques UHF qui présente en particulier des caractéristiques de bruit, de gain de transmission et de linéarité, sur toute la bande considérée, nettement améliorés par rapport aux réalisations antérieures. A cet effet, la présente invention propose un circuit amplificateur large bande de signaux électri- ques UHF qui comprend au moins deux étages amplifica- teurs à transistors non contre-réactionnés, un filtre d'entrée et un filtre de sortie, lesdits filtres étant adaptés pour favoriser la transmission des signaux élec- triques de la bande UHF et atténuer au moins les signaux électriques de fréquence inférieure à cette bande UHF. La Demanderesse a ainsi remarqué que en uti- lisant des étages amplificateurs à transistors non contre- réactionnés, à l'opposé des réalisations antérieures qui proposaient constamment des contre-réactions sur lesdits étages amplificateurs, et, dans la grande majorité des cas, des contre-réactions simultanément en tension et en cou- rant, les caractéristiques de bruit et de gain des cir- cuits amplificateurs étaient très nettement améliorées. Par ailleurs, selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, les transistors des étages amplificateurs sont montés en émetteur commun. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention et qui permet notamment d'obte- nir une bonne linéarité du circuit amplificateur, en op- timisant le gain aux fréquences élevées de la bande UHF, l'un au moins des étages amplificateurs comporte une charge réactive. Dans le même but, il est avantageux qu'un cir- cuit de couplage soit prévu entre les deux étages ampli- ficateurs, ledit circuit de couplage comprenant une capa- cité qui relie la sortie de l'étage attaqué par le fil- tre d'entrée et la masse, d'une part, et d'autre part un circuit résonant série connecté entre la sortie de l'étage attaqué par le filtre d'entrée et l'entrée de l'autre étage amplificateur. En outre, selon une caractéristique très im- portante de la présente invention, le circuit amplifica- teur précité est réalisé en technologie hybride. La réalisation des circuits amplificateurs précités, en technologie hybride, comme cela est proposé par la Deman- deresse, permet en particulier de résoudre, avec une bonne reproductibilité, les problèmes de bruit, de gain et de linéarité jusqu'ici posés avec les circuits ampli- ficateurs classiques. Ainsi, selon un mode de réalisation préfé- rentiel, le circuit conforme à la présente invention est un circuit hybride amplificateur large bande de signaux électriques UHF qui comprend un filtre d'entrée adapté pour favoriser la transmission des signaux électriques de la bande UHF et atténuer au moins les signaux élec- triques de fréquence inférieure à cette bande UHF, un premier étage amplificateur à transistor monté en émet- teur commun et non contre-réactionné, qui est attaqué par le filtre d'entrée, un circuit de couplage connecté en sortie du premier étage amplificateur et qui comprend d'une part une capacité reliant la sortie du premier étage et la masse, et d'autre part, un circuit résonant série reliant la sortie du premier étage amplificateur et l'en- trée d'un second étage amplificateur à transistor monté en émetteur commun et non contre-réactionné, ainsi qu'un filtre de sortie sensible au signal de sortie du second étage amplificateur, adapté pour favoriser la transmission des signaux électriques de la bande UHF et atténuer au moins les signaux électriques de fréquence inférieure, et une charge réactive pour au moins l'un des étages ampli- ficateurs. Selon une autre caractéristique préféren- tielle de l'invention, les filtres d'entrée et de sortie sont adaptés pour fixer respectivement l'impédance d'en- trée et de sortie de ce circuit amplificateur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les filtres d'entrée et de sortie sont des filtres du type passe haut. Enfin, on remarquera que la présente inven- tion concerne également les dispositifs de traitement de signaux électriques, en particulier des dispositifs de réception, par exemple de signaux de télévision, qui comprennent au moins un circuit amplificateur du type précité. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente le schéma général d'un circuit amplificateur conforme à la présente inven- tion, - la figure 2 représente un graphe illustrant le gain (mesuré en dB) d'un circuit amplificateur conforme à la présente invention en fonction de la fréquence expri- mée en MHz. - L'amplificateur représenté sur la figure 1 est destiné à amplifier des signaux de la bande UHF appli- qués sur l'entrée référencée 1 et représentée sur la gau- che de la figure 1, les signaux amplifiés par le circuit étant prélevés sur la sortie référencée 2 et représentée sur la droite de la figure 1. Bien entendu, les connexions d'entrée 1 et de sortie 2 seront de préférence réalisées par câble coaxial. D'une façon générale, on reconnaît sur la figure 1 deux étages amplificateurs comportant des transis- tors respectifs T1 et T2. Plus précisément, on aperçoit sur la figure 1 un filtre d'entrée passe haut formé de différentes cellules en T connectées en série. Ainsi, le filtre d'en- trée est formé selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1 de trois capacités référencées C1, C2 et C3 connectées en série, par l'intermédiaire d'une self S1, entre l'entrée 1 et la base d'un transistor NPN T1 appartenant au premier étage amplificateur. La self S1précitée étant connectée entre l'en- trée 1 et la capacité C1, une seconde self S2 est con- nectée entre le point commun aux capacités C1 et C2 et la masse du montage, tandis qu'une troisième capacité S3 est connectée entre le point commun aux capacités C2 et C3 et la masse du montage. Le filtre d'entrée ainsi formé permet d'élimi- ner les fréquences inférieures à la bande utilisée et d'autre part de fixer l'impédance d'entrée de l'amplifi- cateur, dans toute la bande. Le transistor T1 appartenant au premier étage amplificateur est monté en émetteur commun, ledit émet- teur étant connecté directement à la masse. Comme Cela a été précédemment évoqué, ceci apporte comme avantage une augmentation importante du gain de l'étage ainsi qu'une amélioration très sensible du facteur du bruit par rapport aux propositions antérieures dans lesquelles les transistors étaient constamment contre-réactionnés on remarquera en effet qu'en l'absence de résistance d'émetteur, aucune contre-réaction d'intensité n'est réalisée. De même, la contre-réaction de tension dûe à la résistance R1 de très forte valeur connectée entre la base et le connecteur du transistor T1 est tout à fait négligeable. Outre la résistance R1 le transistor T1 est associé à une résistance R2 connectée entre le collec- teur de ce même transistor et la tension d'alimentation positive + VCC du montage, par exemple de 20 Volts. Une capacité de découplage C8 est prévue entre la masse du montage et la borne de la résistance R2 précitée connectée à la tension positive + VCC d'alimentation. Les deux étages à transistors T1 et T2 sont reliés par un circuit de couplage qui va maintenant être décrit. Le circuit de couplage est constitué de deux capacités C4 et C5 associées à une self S4. Le circuit de couplage est étudié en liaison avec l'impédance de sortie du premier étage T1 et l'impédance d'entrée du second étage T2 pour obtenir une bonne linéarité de l'amplificateur et assurer en particulier une limita- tion de l'amplification des fréquences inférieures à la bande UHF considérée. Pour cela, la capacité C4 connectée entre le collecteur du transistor T1 et la masse du montage est étudiée pour présenter une impédance faible par rapport à l'impédance collecteur du transistor T1, pour des si- gnaux de fréquence inférieure à la bande UHF, afin d'atténuer ces derniers. Cependant, on remarquera que l'impédance collecteur du transistor T1 évoluant très rapidement avec l'élévation de la fréquence des signaux, l'influence de la capacité C4 pour des signaux de la bande UHF devient négligeable. De plus, la self S4 et la capacité C5 connectées en série entre le collecteur du transistor T1 et la base du transistor T2 forment un circuit résonant favorisant la transmission et par conséquent l'amplification des signaux de fréquence du domaine UHF. De façon similaire au transistor T1, le tran- sistor NPN T2 du second étage est monté en émetteur commun, ce qui permet, en raison de l'absence de contre-réaction d'intensité, et de la contreréaction de tension quasi inexistante, d'obtenir un gain très appréciable ainsi qu'un facteur de bruit nettement amélioré par rapport aux propositions antérieures.. Pour cela, bien entendu, la résistance R3 connectée entre la base du transistor T2 et le collec- teur de celui-ci possède une valeur très grande. Le collecteur du transistor T2 est chargé par une self S7 reliée à la tension positive de l'alimentation + VCC par l'intermédiaire d'une résistance R4. Le point commun à la self S7 et à la résis- tance R4 est découplé à la masse du montage par l'inter- médiaire d'une capacité C9. La valeur de la self S7 est déterminée en liaison avec les capacités parasites du montage pour former un circuit résonant dont la fréquence de résonance est située dans le domaine supérieur de la bande de fréquences UHF retenue. Ainsi, cette charge selfique S7, en liaison avec les capacités parasites inhérentes au montage permet une optimisation du gain aux fréquences élevées de la bande, comme cela ressort en particulier de la figure 2 annexée. La tension positive d'alimentation + VCC est également découplée à la masse grâce à une capacité C10 Enfin, le filtre de sortie est constitué des selfs S5 et S6 associées aux capacités C6 et C7. Plus précisément, le filtre de sortie est formé d'une cellule en T comprenant une branche consti- tuée des capacités C6 et C7 connectées en série entre le collecteur du transistor T2 et, par l'intermédiaire de la self S6,la borne de sortie 2, d'une part,et la self S5 connectée entre le point commun aux capacités C6 et C7 et la masse d'autre part. De façon similaire au filtre d'entrée, le filtre de sortie permet d'éliminer les fréquences infé- rieures à la bande utilisée et d'autre part de fixer l'impédance de sortie de l'amplificateur dans toute la bande. Selon le mode de réalisation représenté et considéré comme préférentiel, les filtres d'entrée et de sortie sont des filtres passe-haut, bien entendu, en variante, des filtres passe-bande pourraient également être retenus. Les domaines d'application du circuit ampli- ficateur conforme à la présente invention sont notamment la réception et le traitement des signaux de la bande UHF (470-960 Mhz). Un mode de réalisation particulier à deux étages amplificateurs, d'un circuit conforme à la pré- sente invention, a permis d'obtenir les performances suivantes: - gain: 22 dB - 2 dB dans la bande 470- 860 Mhz (comme cela est représenté sur la figure 2), - facteur de bruit: F dont deux atténuées de 6 dB). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit, en particulier on notera qu'un nombre d'étages différent de deux est susceptible d'être retenu. On remarquera par ailleurs que, en raison de la structure du circuit proposé, tous les éléments sel- fiques présentent des impédances relativement faibles ce qui autorise la réalisation de ces éléments selfiques sous forme de circuits imprimés. De ce fait, selon une caractéristique très importante de la présente inven- tion, le circuit amplificateur est réalisé sous forme de technologie hybride. Outre des caractéristiques de gain et de linéarité exceptionnelles, la présente invention permet ainsi d'obtenir un facteur de bruit très proche de celui annoncé par les constructeurs pour les transis- tors. Selon un mode de réalisation non limitatif réalisé en technologie hybride, qui a été testé par la Demanderesse: - les transistors T1 et T2 sont des transis- tors BFR 93 A commercialisés par RTC, - les condensateurs C1 à C10 ont les valeurs suivantes: C1 = 5,6 pF C2 et C4 = 4,7 pF, C3 et C6 = 3,9 pF, C5 = 2,7 pF, C7 = 4,7 pF, C8, C9 et C10 = 1 000 pF. - les résistances R1 à R4 réalisées sur le circuit imprimé ont les valeurs suivantes: R1 et R3 = 18 k R = 1 k Q R4 =560 Q - les selfs réalisées également sur le circuit imprimé sont déterminées sur la base des valeurs précitées des composants et en fonction notamment des capacités parasites du circuit. REVENDICATIONS 1. Circuit amplificateur large bande de signaux électriques UHF caractérisé par le fait qu'il comprend: - au moins deux étages amplificateurs à transistors (T1, T2) non contre-réactionnés, - un filtre d'entrée (S2, S3, C1, C2, C3) et - un filtre de sortie (C6, C7, S5), lesdits filtres étant adaptés pour favoriser la transmission des signaux électriques de la bande UHF et atténuer au moins les signaux électriques de fréquence inférieure à cette bande UHF. 2. Circuit amplificateur selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que les transistors (T1, T2) des étages amplificateurs sont montés en émet- teur commun. 3. Circuit amplificateur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé par le fait que l'un au moins des étages amplificateurs (T2) comporte une charge réactive (S7). 4. Circuit amplificateur selon l'une des re- vendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il est prévu un circuit de couplage entre les deux étages am- plificateurs (T1, T2), qui comprend une capacité (C4) reliant la sortie de l'étage (T1) attaqué par le filtre d'entrée (C1, C2 C3, S2, S3) et la masse, et un circuit résonant série (S4, C5) connecté entre la sortie de l'étage (T1) attaqué par le filtre d'entrée et l'entrée de l'autre étage amplificateur (T2) 5. Circuit amplificateur selon l'une des re- vendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est réalisé en technologie hybride. 6. Circuit hybride amplificateur large bande de signaux électriques UHF selon la revendication 5, ca- ractérisé par le fait qu'il comprend: - au moins deux étages amplificateurs à tran- sistors (T1, T2) non contre-réactionnés, - un f. tre d'entrée (C1, C2, C3, S2, S3), et - un filtre de sortie (C6, C7, S5), lesdits filtres étant adaptés pour favoriser la transmission des signaux électriques de la bande UHF et atténuer au moins les signaux électriques de fréquence inférieure à cette bande UHF. 7. Circuit hybride amplificateur large bande de signaux électriques UHF selon l'une des revendications et 6, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un filtre d'entrée (C1, C2, C3, S2, S3) adapté pour favoriser la transmission des signaux élec-. triques de la bande UHF et atténuer au moins les signaux électriques de fréquence inférieure à cette bande UHF, - un premier étage amplificateur à transistor (T1) monté en émetteur commun et non contre-réactionné qui est attaqué par le filtre d'entrée, - un circuit de couplage connecté en sortie du premier étage amplificateur et qui comprend une capa- cité (C4) reliant la sortie du premier étage (T1) et la masse, et un circuit résonant série (S4, C5) reliant la sortie du premier étage amplificateur et l'entrée - d'un second étage amplificateur à transistor (T2) monté en émetteur commun et non contre-réactionné, ainsi que - un filtre de sortie (C6, C7, S5) sensible au signal de sortie du second étage amplificateur, adapté pour favoriser la transmission des signaux électriques de la bande UHF et atténuer au moins les signaux électri- ques de fréquence inférieure, et - une charge réactive (S7) pour au moins l'un des étages amplificateurs (T1, T2). 8. Circuit amplificateur selon l'une des re- vendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les fil- tres d'entrée et de sortie fixent respectivement l'im- pédance d'entrée et de sortie de ce circuit amplifica- teur. 9. Circuit amplificateur selon l'une des reven- dications 1 à 8, caractérisé par le fait que les filtres d'entrée et de sortie sont des filtres de type passe-haut. 10. Dispositif de traitement de signaux élec- triques, en particulier dispositif de réception, carac- térisé par le fait qu'il comprend au moins un circuit amplificateur conforme à l'une des revendications 1 à 9.