Brevet FR2567338A1 — publié le 19860110

Amplificateur à étages d'amplification commutables en fonction de l'amplitude du signal d'entrée à amplifier. La présente invention concerne un amplificateur à étages d'ampli- fication commutables en fonction de l'amplitude du signal d'entrée à amplifier. Les amplificateurs à étages commutables présentent l'avantage de fournir des signaux électriques amplifiés de forte puissance, ils trouvent notamment leur utilisation dans les émetteurs de radio à modulation d'amplitude pour l'amplification du signal audiofréquence. Un ampliia- cateur de ce type est décrit dans la demande de brevet européen 0066904. Cet amplificateur comprend plusieurs étages d'amplification commutables. Les signaux de sortie des étages d'amplification sont ajoutés à l'aide de diodes montées en cascade et placées respectivement en parallèle sur la sortie de chacun des étages amplificateurs. Les circuits d'entrée de l'amplificateur sont isolés galvaniquement des circuits de sortie par un transformateur dont l'enroulement primaire est alimenté par une source alternative de tension constante et dont les enroulements secondaires sont reliés respectivement à une pluralité d'étages d'amplification, chaque étage d'amplification étant constitué par un redresseur commandé électroniquement du type à thyristor qui redresse le signal apparaissant sur l'enroulement secondaire auquel il est couplé.Chaque redresseur est commandé par une logique de commande lorsque le signal d'entrée à amplifier atteint un niveau de tension prédéterminé, le niveau requis pour la commande d'un redresseur étant défini pour que le signal résultant qui apparaît à la sortie des diodes en cascade soit proprotionnel à tout instant à l'amplitude du signal présent à l'entrée de la logique de commande. Ce dispositif a pour inconvénient qu'il nécessite ben nombre important d'étages d'amplification pour restituer un signal avec un faible taux de distorsion. Le but de l'invention est de remédier à l'inconvénient précité. A cet effet, Pinvention a pour omets un arnplificateur à étages d'amplification commutables eln fonction de l'amplitude du signal d'entrée à amplifier du type comprenant, une pluralité d'étages d'amplification dont les sorties sont reliées en série au moyen de plusieurs diodes montées en cascade placées respectivement en parallèle sur les bornes de sortie de chacun des amplificateurs, un transformateur comprenant un enroulement primaire alimenté par une source de tension alternative et plusieurs enroulements secondaires reliés chacun à l'entrée d'un étage d'amplification, chaque étage d'amplification étant formé par au moins un interrupteur de courant placé entre un enroulement secondaire du transformateur et la diode placée en parallèle sur la sortie de l'étage d'amplification chaque interrupteur étant commandé par une logique de commande chaque fois que le signal à amplifier atteint un niveau prédéterminé caractérisé en ce qu'au moins n étages d'amplification sont formés chacun par un générateur d'impulsions à largeur variable commandé par la logique de commande, la largeur de chaque impulsion étant proportionnelle à l'amplitude du signal mesuré entre deux niveaux de commutation successifs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront également à l'aide de la description faite au regard des dessins donnés à titre d'exemple et dans lesquels: - La figure 1 représente un mode de réalisation d'un amplificateur selon l'invention. - La figure 2 est un graphe illustrant le fonctionnement de l'amplificateur représenté à la figure 1. L'amplificateur représenté en 1 à la figure 1 à l'intérieur de lignes en pointillées comprend, une logique de commande 2 couplée à une pluralité d'étages d'amplification commutables 3, un transformateur de tension 4 alimenté par son enroulement primaire 4a à un générateur de tension alternative 5, et un amplificateur 6 formé par un modulateur d'impulsion à largeur variable du type par exemple de celui qui est décrit dans la demande de brevet européen 0025234. La logique de commande 2 comprend, un convertisseur analogique numérique 7 pour convertir un signal analogique V à amplifier en e échantillons numériques, une mémoire 8 pour la mémorisation des échantillons numériques du signal fourni par la sortie du convertisseur analogique numérique 7, un organe de commande 9 pour délivrer les signaux de commande de l'amplificateur 1 en fenction de la valeur de chacun des échantillons numériques sus à l'intérieur de la mémoire 8, et une horloge 10 pour synchroniser les cycles de conversion du convertisseur analogique numérique 7, les cycles de lecture-écriture de la mémoire 8 et les instants d'application des signaux de commande délivrés par l'organe de commande 9 aux circuits de l'amplificateur 1. L'amplificateur 1 comprend une pluralité d'étages d'amplification dont seulement trois étages 11, 12, 13 sont représentés à la figure 1 coupiés à l'amplificateur 6. Chaque étage d'amplification 11, 12, 13 comprend une cellule de - redressement et de filtrage constituée par une diode notée respectivement 14, 15 et et 16 branchée par l'anode respective- ment à une première extrémité des enroulements secondaires 4b' 4c et 4d du transformateur 4, et un filtre composé d'une self notée respectivement 17, 18 et 19 et par un condensateur de filtrage noté respectivement 20, 21 et 22.La diode 14, la self 17 et le condensateur 20 de l'amplificateur 11 sont reliés en série aux bornes de l'enroulement secondaire 4b du transformateur 4. La diode 15, la self î et le condensateur 21 sont reliés en série aux bornes de l'enroulement secondaire etc du transformateur 4. La diode 16, la self 19 et le condensateur 22 de l'amplificateur 13 sont reliés en série aux bornes de l'enroulement secondaire 4d du transforma- teur 4. Chaque étage amplificateur 11, 12, 13 comprend deux sorties notées respectivement 23,24 ; 25,26 9 27 et 28, les bornes de sorties 24, 26 et 28 étant reliées respectivement aux points communs des selfs et des condensateurs de filtrage 17,20 ; 18,21 ; 19 et 22 au travers respectivement d'interrupteurs électroniques 29, 30 et 31 commandés par des signaux de commande appliqués par les sorties de l'organe de commande 9 sur des fils de liaison notés respectivement 32, 33 et 34. Les sorties 23, 25 et 27 de chacun des étages amplificateurs 11, iL2, 13 sont reliées respectivement à la deuxième extrémité de chacun des enroulements secondaires 4b, 4c, 4d du transformateur Qe Des diodes 35, 36 et 37 sont branchées respectivement entre les bornes de sortie 23, 24 ; 259 26 ; et 27, 28 de chacun des étages amplificateurs 11, 12 et 13. Les diodes 35 à 37 sont reliées entre elles en série de manière å autoriser un passage du courant entre la bonze de sortie 23 de l'étage amplificateur Il et la borne 28 de l'étage d'amplification 13.La borne 28 de sortie de l'amplificateur 13 est reliée à une charge d'utilisation 38 au travers d'un filtre 39. Le fonctionnement de l'amplificateur selon l'invention est maintenant décrit à l'aide du graphe représenté à la figure 2. Le signal analogique amplifié Ve est applique à l'entrée du convertisseur analogique numérique 7 et chaque échantillon obtenu à la sortie du convertisseur 7 est mémorisé à l'intérieur de la mémoire 8. Ltorgane de commande 9 lit la valeur de chacun des échantillons contenus dans la mémoire 8 et en fonction de sa grandeur numérique assure la commande d'un des interrupteurs 29, 30 ou 31.Chacune des cellules de redressement et de filtrage des étages amplificateurs 11, 12, 13 fournit une tension continue redressée filtrée aux bornes de chacun des condensateurs-20, 21 et 22, ces tensions ayant les niveaux notés U1, U2 et U3. Ces niveaux sont appliquées aux bornes respectives des diodes 35, 36 et 37 au moyen des interrupteurs 29, 30 et 31 lorsqu'ils sont commandés par Porgane de commande 9.Ces niveaux correspondent aussi à des niveaux prédéterminés Ve1, Ve2 et Ve3 du signal analogique dentée tels que V@ VeZ Ve3, Si le niveau Ve du signal d'entrée ne dépasse pas le seuil prédéterminé Ve1 aucun des interrupteurs 29, 30 et 31 n'est commandé, par contre, si le niveau Ve du signal d'entrée est intermédiaire entre les niveaux Y et Ve2 seul l'interrupteur 29 est commandé. De meme si le niveau du signal Ve est intermédiaire entre les seuils Ve2 et Ve3 les interrupteurs 30, 31 sont commandés et si le niveau du signal Ve est supérieur à un seuil prédéterminé Ve3 l'ensemble des interrupteurs 29, 30 et 31 est commandé. Pour amplifier correctement la valeur intermédiaire d'un signal compris entre deux seuils successifs, l'amplificateur 6 est constitué par un modulateur d'impulsion à la largeur variable, commandé sur une liaison 40 par l'organe de commande 9. La largeur des impulsions obtenues est proportionnelle à l'amplitude du signal V mesurée entre deux niveaux de commutation successifs La fréquence des impulsions est déterminée de manière a être plus élevée que la fréquence la plus haute du signal audiofréquence à amplifier. Le signal fourni par l'amplicateur 6 est ajouté aux différents signaux d'amplitude U1' U2 et U3 appliqués par les interrupteurs 29, 30 et 31 aux bornes des diodes 35, 36 et 37.L'allure du signal fournie par l'amplificateur 6 entre deux niveaux de tension successifs est représentée à la figure 2 qui représente un signal Ve dont l'amplitude en fonction du temps passe par un maximum et a suffisamment de dynamique pour faire commuter successivement les interrupteurs 29, 30 et 31 depuis un instant to jusqu'à un instant t7. En partant de l'instant to en allant jusqu'à l'instant tl correspondant à I'instant de basculement de l'interrupteur 29, la largeur des impulsions fournie par l'amplificateur 6 augmente progressivement en fonction de l'amplitude du signal Ve pour redevenir nulle directement après l'instant tl et augmenter à nouveau progressivement de l'instant t1 jusqu'à l'instant t2 de commutation de l'interrupteur 30.La largeur des impulsions redevient nulle directement après l'instant succèdent l'instant t2 et le même processus se répéte entre les instants t2 et t3 de basculement des interrupteurs 30 et 31. Entre les instants t3 et t4 le signal Ve passe par une valeur maximum et l'amplificateur 6 délivre des impulsions qui augmentent en largeur tant que le signal Ve est en phase croissante et qui diminue en largeur lorsque le signal Ve est en phase décroissante Lorsque le signal Ve atteint un niveau provoquant l'ouverture de l'interrupteur 31 et la disparition de la tension U3 fournie par l'amplificateur 13, l'amplificateur 6 fournit directement après l'instant t4 de disparition de la tension U3 une impulsion de largeur maximum puis des impulsions de largeur décroissante jusqu'à devenir nulle au passage d'un instant t5 correspondant à l'ouverture de l'interrupteur 30. Le même processus se répéte à l'instant t6 correspondant à l'ouverture de l'interrupteur 29 et à l'instant t7 correspondant à une valeur nulle du signal d'entrée, l'amplificateur 6 ne délivre plus qu'un signal dont la largeur est quasiment nulle. Naturellement entre chaque niveau successif le filtre 39 restitue la valeur moyenne du signal fourni par l'amplificateur 6, ce qui permet de lisser le signal de sortie de l'amplificateur entre les niveaux d'amplification successifs. Bien que le principe de l'invention ait été décrit ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation il faut comprendre que la description n'a été faite qu'à titre d'exemple, d'autres variantes de réalisations étant en effet possible en augmentant par exemple le nombre n d'amplificateurs à modulation de largeur d'impulsions mis en oeuvre pour lisser le signal amplifié entre deux niveaux de commutation successifs, et en adoptant selon les cas la plage de variation du rapport cyclique des signaux modulés en largeur de chacun de ces amplificateurs. REVENDICATION Amplificateur (1) à étages d'amplification commutables en fonction de l'amplitude du signal d'entrée à amplifier du type comprenant, une pluralité d'étages d'amplification (11, 12, 13) dont les sorties sont reliées en série au moyen de plusieurs diodes (35, 36, 37) montées en cascade placées respectivement en parallèle sur les bornes de sortie de chacun des amplificateurs, un transformateur (4) comprenant un enroulement primalre (4a) alimenté par une source de tension alternative (5) et plusieurs enroulements secondaire (4b, 4c' 4d) reliés chacun à l'entrée d'un étage d'amplification (11, 12, 13), chaque étage d'amplification étant formé par au moins un interrupteur de courant (29, 30, 319 placé entre un enroule- ment secondaire du transformateur et la diode placée en parallèle sur la sortie de l'étage d'amplification, chaque interrupteur étant commandé par une logique de commande (2) chaque fois que le signal à amplifier atteint un niveau prédéterminé, caractérisé en ce qu'au moins n étages d'amplifié cation (6) sont formés chacun par un générateur d'impulsions à largeur variable commandé par la logique de commande (2), la largeur de chaque impulsion étant proportionnelle à l'amplitude du signal mesuré entre deux niveaux de commutation successifs.