Brevet FR2573262A1 — publié le 19860516

Amplificateur à large bande et faible bruit en endes métriques L'invention se rapporte à un amplificateur large bande et faible bruit en ondes métriques, particulièrement adapté à une utilisation dans un récepteur ondes métriques (VHF) susceptible de fonctionner en même temps qu'un émetteur dont l'antenne est fortement couplée à celle du récepteur. Le problème à résoudre dans ce type d'amplificateur est d'obtenir un produit gain bande passante aussi élevé que possible, tout en mainte- nant un facteur de bruit correct. En présence de signaux brouilleurs d'amplitude élevée, par exemple en présence d'une émission par un émetteur situé à proximité, il est en effet important que la linéarité reste bonne et, dans ce cas on admet une légère détérioration du facteur de bruit. Classiquement ce type d'amplificateur comporte un transistor monté en émetteur commun, associé à un transformateur de contre réaction entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur, c'est-à-dire entre le collecteur du transistor et sa base. De ce fait une tension haute fréquence élevée est présente aux bornes du transformateur, et les capacités parasites des enroulements de contre-réaction sont gênantes car elles limitent la bande passante. L'invention a pour objet un amplificateur large bande et faible bruit en ondes métriques qui ne présente pas ces inconvénients et qui en particulier présente un produit gain-bande passante élevé du fait de la réduction des capacités parasites, obtenue par une structure particulière du schéma électrique. Suivant l'invention un amplificateur à large bande et faible bruit, en ondes métriques, comportant un transistor associé à un circuit à transformateur de contre-réaction, est caractérisé en ce que le circuit à transformateur comporte deux transformateurs, le primaire du premier étant branché entre l'émetteur du transistor et sa base, le primaire du ?3262 second étant branché entre le collecteur du transistor et le point de potentiel commun, et les secondaires de ces deux transformateurs étant branchés en série dans le circuit d'émetteur du transistor, le signal de sortie de l'amplificateur étant prélevé sur une partie du primaire du second transformateur, les nombres de spires de ces secondaires étant très faibles pour limiter l'inductance de fuite. De plus, classiquement, une forte consommation du circuit est prévue pour maintenir une bonne linéarité en présence de signaux brouil- leurs. Mais cette consommation reste élevée même en l'absence de signaux brouilleurs. Un tel circuit n'est donc pas dans les conditions optimales de fonctionnement. Pour améliorer encore les performances de l'amplificateur, l'in- vention a pour objet un amplificateur tel que décrit ci-dessus et dans lequel la consommation est adaptée au niveau des signaux détectés, de façon à obtenir dans toutes les conditions de fonctionnement, le meilleur facteur de bruit possible. Selon l'invention l'amplificateur décrit ci-dessus est en outre caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de commande du courant dans le transistor amplificateur comportant des moyens de prélèvement cd'une fraction du signal de sortie, un comparateur du signal prélevé avec un signal de référence, dont le signal de sortie commande un circuit à commutation dont le signal de sortie peut prendre l'une ou l'autre de deux valeurs selon que le signal de sortie du comparateur est inférieur ou supérieur à un seuil prédéterminé, les valeurs inférieures à ce seuil étant caractéristiques de signaux d'amplitudes faibles à l'entrée de l'amplifica- teur, non brouillés tandis que les valeurs supérieures à ce seuil sont caractéristiques de signaux d'amplitudes élevées, comportant des signaux utiles et des signaux brouilleurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa- raîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. La figure 1 est le schéma électrique d'un mode de réalisation de l'amplificateur selon l'invention; La figure 2 est le schéma d'un mode de réalisation particulière- ment adapté à l'invention des deux transformateurs utilisés dans le schéma électrique de la figure I; La figure 3 est le schéma électrique détaillé d'un second mode de réalisation de l'amplificateur selon l'invention. Sur la figure I a été représenté un transistor amplificateur Q1. La tension d'entrée Ve est appliquée entre le point de potentiel commun relié à la masse et la base de ce transistor. Le primaire d'un premier transformateur T1 est disposé entre l'émetteur et la base de ce transistor. Le circuit d'émetteur comporte en outre, entre l'émetteur du transistor Q1 et la masse, le secondaire de ce premier transformateur T1 et le secondaire d'un second transformateur T2, en série. Le primaire du transformateur T2 relie le collecteur du transistor Q1 à la masse, et la tension de sortie du montage est prélevée entre une prise intermédiaire du primaire du transformateur T2 et la masse. Pour ne pas introduire une inductance de fuite trop importante dans le circuit d'émetteur du transistor QI, les deux secondaires des transformateurs T1 et T2 sont constitués chacun d'une seule spire. T1 est monté en transformateur du courant, et la tension haute fréquence entre le primaire et le secondaire est nulle; la capacite parasite n'a donc plus d'importance. T2 est monté en transformateur de tension. Sa capacité parasite est toujours gênante vu du collecteur, mais l'autre enroulement, réduit à une seule spire, étant à la masse et à très basse impédance, il n'y a pas de réinjection dans l'amplificateur. Soient P le nombre de spires du primaire du transformateur T1, N le nombre de spires du primaire du transformateur T2 et M le nombre de spires de ce même primaire aux bornes desquelles est prélevée la tension de sortie V de l'amplificateur. s Pour déterminer les valeurs à donner à P, M, et N, on suppose que le transistor Q1 est idéal, c'est-à-dire que son impédance d'entrée Ze est infinie, sa tension base émetteur étant nulle. La tension d'entrée Ve se retrouve aux bornes du secondaire du second transformateur T2, et la tension de sortie Vs est égale à -MVe. Le courant i à l'entrée du montage circule dans le primaire du transforma- teur T1 qui comporte P spires; le courant dans la spire du secondaire du transformateur T1 est donc P.i, qui est aussi le courant dans le secondaire du transformateur T2. Les conditions d'équilibre de courant dans le transformateur T2 nécessitent que le nombre d'ampères-tours dans les primaire et secondaire de ce transformateur soient opposés, c'est-àdire: Pi.1 = - [(P -1) i.N - M.is], is étant le courant de sortie. Ce courant de sortie étant égal à M. i, l'expression ci-dessus donne: N =M -P M est le gain en tension de l'amplificateur: Si l'on choisit un gain en tension M = 7, un certain nombre de solutions sont possibles pour le choix des nombres de spires P et N des primaires des transformateurs T1, et T2: Avec M = 7, les solutions suivantes sont possibles: si P = 2, N = 47; si P = 3, N = 23; si P = 4, N = 15; si P = 5, N= Il; si P = 6, N est fractionnaire; si P = 7, N = 7. Dans un mode de réalisation de l'invention la solution retenue est avec M = 7, P = 5 et N= 11. La figure 2 représente la structure particulière des deux transfor- mateurs, ou les secondaires en série ne font plus qu'un: deux tores en ferrite, 10 et 11, dans le prolongement l'un de l'autre sont séparés par une rondelle isolante 12. Sur le premier sont enroulées les cinq spires du primaire du transformateur T1, et sur le second sont enroulées les onze spires du primaire du transformateur T2. Compte tenu du faible nombre de spires du primaire de T1, les spires ont été formées de deux fils de 0,25 mm de diamètre en parallèle; le primaire de T2 est constitué d'un fil de 0,2 mm de diamètre. Les secondaires sont constitués d'un simple fil de cuivre qui traverse les deux tores. Une prise est prévue sur le primaire du transformateur T2, à quatre spires. Les points 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 qui sont les extrémités de bobinage des deux transformateurs sont repérés sur le montage de la figure 1 et sur la figure 2. La figure 3 représente un second mode de réalisation de l'amplifi- cateur selon l'invention qui comporte les mêmes éléments que l'amplifica- teur représenté sur la figure 1, désignés par les mêmes repères, et qui comporte en plus, principalement, des moyens pour adapter la consomma- ticn du montage aux signaux brouilleurs reçus, de façon à obtenir à tout moment le meilleur facteur de bruit possible. Ce schéma comporte également en plus dzs capacités de liaison, C1 entre l'entrée du montage et la base de Q1, C3 entre l'émetteur du transistor Q1 et la borne 2 du primaire du úransîornmaeur TI C6 entre la prise intermédiaire 7 et la sortie du montage, ainsi qu'une capacité de découplage Cl entre la borne 6 du primalre du '.ansformateur T2 e: la n asse e@ une capacité de cormpensation haute fréquence C2 entre la base du transistor Q1 et la brne 2 du vansformateur Tlo Pour adapter la consommation aux signaux reçus, e circuit comporte en outre un syst&me de comi mutation rapide du débit de arnalipfca-teucr consistué de la -amnière suivante o une diode CR en série avec trois rfsi.stances R2 R' et l est prévue entre la prisea de sortie, 7, du,ïtansftrrmateur T2 et la masse Un capacit deécouplage C5 se bF:nc2-eo entre le point cormnumn anu résistances R ec t et la masse0 La b-c o- G du priimare u i.,nsfrn'm eur -2 est reliée une résistance R5 r4e daut;re par ar une tensioon d'aiimentation + 12Vo L7informa'on conce2nanmz le signal brouiIleur et donc dtéec e a c léute impédance, pour nfe PaL dtlruire!es qualités de lnéarit de Ilamplificat5eur, et dlsponible entre F le oin't coâmmun au:: Fmsistances k, et R1:. melie l'entrée "-" de i'amDpli'ficar.eu9r oprationnel iA2 monté on comparateur, et l'entrée "-" elia s la be9rne 6 du primna0le du 'ansormateur 20 Le gsinal de sortie ú ce' armplinicaeur A2 est appliquê via une résistance R7 a l'entrée "-" d'un anmpificateur,eratinnel A1 dont le gain est commute en foncetion du snna de sor:tie ade Pa lificateur A2 Pour cela, un -potentiel de ré Xerence est egalement appliqu à l' entreée 7D_ de l'amplificateur par P3l'nt,;ermédiaire d'una diviseur de tension formé des résistances R$ et Rg9 entre la source d'zi mentation + 12 volts et la masseO L'entrée "e" de l'amplificateur Al est reliée au mCmo potentiel que l'entrée "%" du 3O comnparatour A2. Cet amplificateur A1 a sa sortie bouclée sur son entree par l'intermédiaire d'un circuit à résistance R9 et capacité C70 Cetae sortie est reliée par l'intermédiaire d'une résistance RI, à la borne 2 du primaire du transformateur Tle La résistance R1 et le pont de résistances R6, R8 ainsi que la résistance R9 dans le circuit de contre- réaction de l'amplificateur A1 permettent d'ajuster le signal de sortie de l'amplifica- W3262. teur A1. La résistance R7 placée entre la sortie du comparateur A2 et l'entrée "-" de l'amplificateur A1 permet d'ajuster la variation de gain obtenue par la commutation. L'information courant prélevée ainsi aux bornes d'une résistance de faible valeur R5 est appliquée à l'amplificateur A1 utilisé en régulateur de courant pour le transistor amplificateur Q1I Dans un mode de réalisation particulier, ce montage a permis d'obtenir les performances suivantes. Une commutation du courant con- sommé de 25 milliampères à 75 milliampères est commandée par ce circuit pour un seuil de tension d'entrée Ve de 150 millivolts. Son temps de commutation est égal à 30 microsecondes. L'amplificateur a un gain de !16db; le facteur de bruit avec un courant consommé égal à 25 milliam- pères est égal à 2,5 décibels tandis qu'avcc un courant consommé de 75 milliampères ce facteur de bruit cst égal à 5 décibels. Par ailleurs, avec !e courant élevé, soit 75 milliampères, le point de compression à 1 décibel est obtenu pour une tension dentré Ve = 700 millivolts; la bande pas- zante à 3 décibels de cet amplificatour est comprise entre 12 mégahertz et 200 mégahertz, eten pratique tDân utlisation est prévue dans la gamme à 90 mégahertz. L'inveantion n'es pas imlnt6e au:: modes de réalisation précisément décrits ci-dessus. En particulier la structure spéciale des deux transfor- mateurs dont les secondaires sont en séries tels que représentés sur la figure 2 peut être adaptée en fonction des besoins et les nombres de spires utilisés peuvent être modifiés en pariculier en suivant les valeurs indiquées ci-dessus, permettant d'obten&r l'équilibre des courants dans l'amplificateur. REVENDICATIONS 1. Amplificateur à large bande et faible bruit, en ondes métriques, comportant un transistor (Q1) associé à un circuit à transformateur de contre-réaction, caractérisé en ce que le circuit à transformateur com- porte deux transformateurs, le primaire du premier (T1) étant branché entre l'émetteur du transistor et sa base, le primaire du second (T2) étant branché entre le collecteur du transistor et le point de potentiel commun, et les secondaires de ces deux transformateurs étant branchés en série dans le circuit d'émetteur du transistor, le signal de sortie de l'amplifica- teur étant prélevé sur une partie du primaire du second transformateur (T2), les nombres de spires de ces secondaires étant très faibles pour limiter l'inductance de fuite. t 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secondaires des deux transformateurs comportent chacun une seule spire. 3. Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux transformateurs comporte chacun un tore de ferrite (10, 11), sur lesquels sont enroulées les spires des primaires des transformateurs, placés dans le prolongement l'un de l'autre et séparés par une rondelle isolante (12), les secondaires étant formés par un fil qui traverse les deux tores. 4. Amplificateur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le gain en tension de l'amplificateur étant égale à M, la tension de sortie est prélevée aux bornes de M spires du primaire du second transformateur, les primaires des deux transformateurs comportant res- pectivement P et N spires, P, M, N étant des nombres entiers satisfaisant 2 P l'expression N = M-P 1 5. Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de commande du courant dans le transistor amplificateur comportant des moyens de prélèvement d'une fraction du signal de sortie (CR, R2, R3, R4), un comparateur (A2) du signal prélevé avec un signal de référence, dont le signal de sortie commande un circuit à commutation (A1) dont le signal de sortie peut prendre l'une ou l'autre de deux valeurs selon que-le signal de sortie du comparateur est inférieur ou supérieur à un seuil prédéterminé, les valeurs inférieures à ce seuil étant caractéristiques de signaux d'amplitu- des faibles à l'entrée de l'amplificateur, non brouillés tandis que les valeurs supérieures à ce seuil sont caractéristiques de signaux d'ampli- tudes élevées, comportant des signaux utiles et des signaux brouilleurs. 6. Amplificateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit à commutation est un amplificateur opérationnel bouclé dont l'entrée "-" reçoit un signal fonction du signal de sortie du comparateur et dont l'entrée "r+" reçoit un signal de référence, le signal de sortie de cet amplificateur opérationnel étant appliqué au transistor amplificateur (QI).