Brevet FR2570901A1 — publié le 19860328

La présente invention concerne un circuit am- plificateur 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 les bandes dites VHF-UHF (Very High Frequency - Ultra High Frequency) allant de 40 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 être consi- dérée comme limitative. D'une façon générale, il serait souhaitable de disposer de circuits amplificateurs large bande opérant dans les bandes VHF-UHF. On a déjà proposé différents circuits amplifi- cateurs à large bande notamment sous forme de circuits hybrides, adaptés pour la transmission de signaux des bandes VHF-UHF. De tels circuits sont par exemple décrits dans le manuel "Wideband Transistors and Wideband Hybrid IC Modules", Sept. 81 édité par Philips. Comme cela est représenté sur la figure 1 annexée, qui illustre l'état de la technique, ces cir- cuits amplificateurs classiques comprennent générale- ment un transistor amplificateur T1 dont la base reçoit le signal à amplifier par l'intermédiaire d'un conden- sateur de liaison d'entrée C1. L'émetteurdu transistor T1 est relié à la masse du montage par l'intermédiaire d'une résistance R1 for- mant contre-réaction en courant. Le collecteur du transis- tor T1 est relié à une borne d'alimentation positive +Vcc par l'intermédiaire d'une résistance de charge R2 qui fixe le courant de polarisation du transistor T1, en combinaison avec une résistance R3 de pola- risation, de forte valeur, reliant le collecteur et la base du transistor T1. Le signal amplifié est prélevé sur le collec- teur du transistor T1 par l'intermédiaire d'un con- densateur de liaison C2. Enfin, une boucle de contre-réaction en tension est branchée en parallèle sur la résistance R3 entre le collecteur et la base du transistor T1. Cette boucle de contre-réaction comprend en série, comme représenté sur la figure 1, une résistance R4 de faible valeur - 220n par exemple, une self S1 et un condensateur C3. Un grand nombre de ces circuits a déjà été utilisé. 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 uti- lisation dans les dispositifs de réception. De ce fait, il était nécessaire jusqu'ici, dans la plupart des cas, d'adjoindre un étage supplémentaire à faible bruit, au circuit précédemment décrit. La présente invention vient maintenant proposer un nouveau circuit amplificateur large bande de signaux électriques VHF-UHF qui présente en particulier des caractéristiques de bruit, de gain de transmission, de linéarité et de niveau de sortie, sur toute la bande considérée, nettement améliorées par rapport aux réali- sations antérieures. A cet effet, la présente invention propose un circuit amplificateur large bande de signaux électri- ques VHF-UHF qui comprend au moins: - un ensemble amplificateur comportant 35. un étage amplificateur à transistor non contre- réactionné en courant dans la bande d'utilisation, et un réseau d'adaptation d'entrée, - une boucle de contre-réaction en tension agissant sur cet ensemble amplificateur et - un réseau d'adaptation de sortie. Selon l'invention, les réseaux d'entrée et de sortie sont adaptés pour favoriser la transmission de signaux électriques des bandes VHF-UHF et atténuer au moins les signaux électriques de fréquence infé- rieure à la bande d'utilisation. La Demanderesse a ainsi remarqué qu'en utilisant des étages amplificateurs à transistors non-contre réactionnés en courant, à l'opposé des réalisations antérieures qui proposaient des contre- réactions sur lesdits étages amplificateurs, et dans la grande majo- rité des cas, des contre-réactions simultanément en tension et en courant, les caractéristiques de bruit et de gain des circuits amplificateurs étaient très nettement améliorées. En outre, et surtout le fait d'inclure le ré- seau d'adaptation d'entrée dans la boucle de contre- réaction en-tension, selon l'invention, permet de lindariser la réponse amplitudejfr6quence du circuit amplificateur sur une gamme de fréquences aussi large que les bandes VHF-UHF. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, les transistors des étages ampli- ficateurs sont montés en émetteur commun. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit amplificateur comprend un circuit d'adaptation de la sortie constitué d'un ré- seau parallèle résistance-capacité qui relie le collec- teur du transistor à la sortie du circuit amplifica- teur. Cette disposition permet notamment d'obtenir une bonne linéarité du circuit amplificateur, en optimisant le gain aux fréquences élevées de la bande UHF. De façon avantageuse, la boucle de contre-réac- tion en tension et le réseau d'adaptation d'entrée sont adaptés pour fixer en combinaison l'impédance d'entrée du circuit amplificateur et linéariser la réponse de celui-ci dans la partie inférieure de la bande d'utilisation. Le réseau d'adaptation de sortie fixe l'impédance de sortie du circuit. Par ailleurs, de façon préférentielle, le réseau d'adaptation d'entrée comprend deux capacités connectées en série entre l'entrée du circuit et la masse, le point commun médian des capacités étant relié à la base du transistor. La boucle de contre-réaction comprend avanta- geusement en série une résistance et une self. En outre, selon une caractéristique très impor- tante de la présente invention, le circuit amplificateur précité pourra être réalisé en technologie hybride. La réalisation des circuits amplificateurs précités, en technologie hybride, comme cela est proposé par la Demanderesse, permet en particulier de résoudre, avec- une bonne reproductibilité, les problèmes de bruit, de gain et de niveau de sortie jusqu'ici posés avec les circuits amplificateurs classiques, tout en conservant une bonne linéarité de la réponse amplitude/fréquence. Enfin, on remarquera que la présente invention 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 apparaltront à la lecture de la des- cription détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels; la figure 1 qui illustre l'état de la technique ayant déjà été décrite, - la figure 2 représente le schéma général d'un circuit amplificateur conforme à la présente invention, - la figure 3 représente en trait plein un graphe illustrant le gain (mesuré en dB) On fonction de la fréquence exprimée en MHz d'un circuit amplificateur conforme à la présente invention et représente en traitsinterrompus un graphe semblable obtenu avec un circuit amplificateur classique. L'amplificateur représenté sur la figure 2 est destiné à amplifier des signaux des bandes VHF-UHF appliques sur l'entrée référencée 10 et représentée sur la gauche de la figure 2, les signaux amplifiés par le circuit étant prélevés sur la sortie référencée 20 et représentée sur la droite de la figure 2. Bien entendu, les connexions d'entrée 10 et de sortie 20 seront de préférence réalisées par câble coaxial. D'une façon générale, on reconnait sur la figure 2, un étage amplificateur comportant un!transis- tor T10. Plus précisément, on aperçoit sur la figure 2 un réseau d'adaptation d'entrée formé, selon le mode de réalisation représenté, de deux capacités référencées C20 C30 connectées en série entre l'entrée du montage et la masse. Plus précisément encore, les capacités C20 et C30 sont reliées à l'entrée 10 du circuit par l'inter- médiaire d'une capacité de liaison d'entrée C10. Le point commun aux deux capacités du réseau d'adaptation C20, C30 est relié à la base du transistor T10. Le filtre d'entrée ainsi formé par les capacités C20 et C30 permet d'éliminer les fréquences inférieures à la bande utilisée et d'autre part contribue à lindariser la réponse amplitude/ fréquence et à fixer l'impédance d'entrée de l'amplificateur dans toute la bande. Le transistor T10 est monté en émetteur commun, ledit émetteur 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 de bruit par rapport aux pro- positions antérieures dans lesquelles les transistors étaient contre-réactionnés en courant. Une résistance de polarisation R20 de très forte valeur est branchée entre le collecteur la base du transistor T10. La contre-réaction en tension,due à la résis- tance R20 de très forte valeur,est tout à fait négli- geable. Par contre, l'ensemble série résistance R10, self S10 représenté sur la figure 2 connecté entre le collecteur du transistor T10 et le point commun des capacités C10, C20 apporte une contre-réaction de tension au travers du réseau d'entrée C20, C30 plus particulièrement aux fréquences comprises dans la bande VHF. Dans la bande UHF, la présence de S10 permet de lindariser la réponse amplitude-fréquence de l'ampli- ficateur, et contribue à l'adaptation des impédances d'entrée et de sortie de l'amplificateur. Enfin, le réseau d'adaptation de sortie cons- titué de la résistance R40 en parallèle avec la capa- cité C50 connecté entre le collecteur du transistor T10 et la sortie 20 de-l'amplificateur, par l'inter- médiaire d'une capacité de liaison'de sortie C60 en série, contribue à linéariser la réponse amplitude-fré- quence de l'amplificateur et à adapter l'impédance de sortie dans la bande d'utilisation. Les capacités C10 et C60 de forte valeur servent à isoler l'amplificateur en entrée et en sortie. La résistance R30, qui charge le collecteur du transistor T10, et relie celui-ci à la tension positive d'alimentation +Vcc, en association avec la résistance R20 fixe le courant de polarisation du transistor. La tension positive d'alimentation +Vcc est découplée à la masse grâce à une capacité C40. En raison de la structure du circuit proposé, l'élément selfique S10 présente une inductance relati- vement faible ce qui autorise la réalisation de cet élément selfique sous forme de circuits imprimés. De ce fait, selon une caractéristique très importante de la présente invention, le circuit amplificateur peut être réalisé sous forme de technologie hybride. Outre des caractéristiques de gain et de linéarité exception- nelles, la présente invention permet ainsi d'obtenir un facteur de bruit et un niveau de sortie très proches de ceux annoncés par les constructeurs pour les transis- tors. Les domaines d'application du circuit amplifi- cateur conforme à la présente invention sont notamment la réception et le traitement des signaux des bandes VHF-UHF (40-960 MHz). Selon un mode de réalisation particulier, non limitatif, à un étage amplificateur d'un circuit ampli- ficateur conforme à la présente invention: - le transistor T10 est du type BFR 91A ou BFR 93A com- mercialisé par RTC, - les condensateurs C10 à C60 ont les valeurs suivantes: C10 C40 et 60 1000 pF, c2= 15 pF, C20 C30 = 2,7 pF, C50 4,7 pF C50 - les résistances R10 à R40 ont les valeurs suivantes: 40 R10 = 4706 R20 = 18Kn R20 R30 = 1K R40 = 47. Ce circuit amplificateur a permis d'obtenir les performances suivantes: gain: 10 dB - 1dB dans la bande 40- 960 MHz (comme cela est représenté sur la figure 3), - facteur de bruit: F - niveau de sortie: 107 dBfV à -52dB d'intermodula- tion d'ordre 3 (mesuré à 3 porteuses dont 2 atténuées de 6dB). 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 supérieur à un est susceptible d'être retenu. REVENDICATIONS 1. Circuit amplificateur large bande de signaux électriques, notamment pour bandes VHF-UHF, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins: - un ensemble amplificateur comportant 5. un étage amplificateur à transistor (T10) non contre-réactionné en courant dans la bande d'utili- sation, et un réseau d'adaptation d'entrée (C20, C30), - une boucle de contre-réaction en tension (S10, R10) agissant sur cet ensemble amplificateur, et - un réseau d'adaptation de sortie (C50, R40). 2. Circuit amplificateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits réseaux d'entrée (C20, C30) et de sortie (C50, R40) sont adaptés pour favoriser la transmission de signaux électriques des bandes VHF-UHF et atténuer au moins les signaux élec- triques de fréquence inférieure à la bande d'utilisation; 3. Circuit amplificateur selon l'une des reven- dications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le transis- tor (T10) de l'étage amplificateur est monté en émetteur commun. 4. Circuit amplificateur selon l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisé par le fait que le réseau d'adaptation de sortie comprend un réseau parallèle résistance-capacité (R40- C50) qui relie le collecteur du transistor (T10) à la sortie (20) du circuit ampli- ficateur. 5. Circuit amplificateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la boucle de contre-réaction en tension (R10, S10) et le réseau d'adaptation d'entrée (C20, C30) sont adaptés pour fixer en combinaison l'impédance d'entrée du cir- cuit amplificateur et linéariser la réponse ce celui-ci dans la partie inférieure de la bande d'utilisation. 6. Circuit amplificateur selon l'une des reven- dications 1 à 5, caractérisé par le fait que le réseau d'adaptation de sortie (R40, C50) est adapté pour fixer l'impédance de sortie du circuit amplificateur et linda- riser la réponse de celui-ci dans la partie supérieure de la bande d'utilisation. 7. Circuit amplificateur selon l'une des reven- dications 1 à 6, caractérisé par le fait que le réseau d'adaptation d'entrée comprend deux capacités (C20, C30) connectées en série entre l'entrée du circuit et la masse, le point commun médian des capacités étant relié à la base du transistor (T10). 8. Circuit amplificateur selon l'une des reven- dications 1 à 7, caractérisé par le fait que la boucle de contre-réaction comprend en série une résistance (R10) et une self (S10). 9. Circuit amplificateur selon l'une des reven- dications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est réalisé en technologie hybride. 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.