Brevet FR2614741A1 — publié le 19881104

1. La présente invention se rapporte à un amplificateur audio dit à montage symétrique de sortie (ou, en bref, symétrique), spécialement destiné à un récepteur radiophonique d'automobile, habituellement appelé autoradio, du genre stéréo- phonique, du type comprenant un amplificateur de puissance de configuration non inverseuse, qui comporte une résistance de réaction entre la sortie et l'entrée inverseuse et une résistance entre ladite entrée et la masse, et connecté à un deuxième ampli- ficateur de configuration inverseuse. Ainsi qu'il est connu, les amplificateurs audio du type cité produisent respectivement sur leurs deux sorties des signaux d'égale amplitude et en opposition de phase susceptibles d'ali- menter une charge avec une tension maximale égale au double de la tension d'alimentation. Ces amplificateurs trouvent actuellement un champ d'application particulier dans les autoradios à haute puissance de sortie. Dans les autoradios à basse puissance de sortie, on utilise encore largement des amplificateurs stéréophoniques classiques, dits asymétriques (singleended), dont la dynamique maximale de sortie équivaut à la tension d'alimentation. Toutefois, les producteurs d'autoradios exigent qu'on leur fournisse des amplificateurs audio de haute puissance du type dit symétrique et qui puissent également travailler en amplificateurs stéréo- phoniques. Actuellement, ta technique connue propose diverses solutions pour réaliser un amplificateur du type symétrique comportant une paire d'amplificateurs opérationnels. Une première solution consiste à associer un amplifi- cateur, possédant une- seule entrée et une paire de sorties en opposition de phase, à une paire d'amplificateurs de puissance ayant leurs entrées non inverseuses connectées respectivement à ces deux sorties. Les sorties de cette paire d'amplificateurs sont connectées à la charge. Cette première solution a toutefois l'inconvénient d'être d'une réalisation de circuit compliquée; en outre, l'amplificateur 2614 7 4 1 ainsi constitué ne peut pas être utilisé comme ampLificateur stéréophonique. Une deuxième solution consiste à associer un amplifi- cateur inverseur et un autre, non inverseur, ayant des entrées communes et dont les sorties sont connectées à une charge constituée par un hautparleur stéréophonique. Néanmoins, cette solution demande un grand nombre de composants de connexion exté- rieurs, en particulier des condensateurs, et elle présente en outre une basse impédance d'entrée ou bien, si l'impédance d'entrée est élevée, elle présente un niveau de bruit élevé dans la configu- ration symétrique. Une troisième solution technique connue comprend deux amplificateurs de signal, ayant des entrées différentielles à haute impédance, connectés en sortie à leurs amplificateurs de puissance respectifs. En reliant entre elles les entrées en phase des ampli- ficateurs de signaux et en associant les sorties des amplificateurs de puissance à leurs charges respectives, on obtient la configu- ration stéréophonique pour l'ensemble de l'amplificateur entier. Toutefois, même cette solution est d'une grande complexité de circuit et elle demande en outre un grand nombre de broches sur ledit boîtier de support du circuit intégré constituant l'amplificateur, ainsi qu'un grand nombre de condensateurs extérieurs. Les autoradios actuels sont de dimension et d'encom- brement particulièrement réduits et comportent normalement quatre canaux d'amplification pour attaquer indépendamment quatre haut- parleurs, mais le grand nombre de broches des boîtiers des différents amplificateurs se prête mal au montage dans le boîtier des autoradios, pour lesquels on préfère des boîtiers de largeur limitée. Une quatrième solution consiste à disposer un amplifi- cateur opérationnel qui pilote en sortie un deuxième amplificateur de configuration inverseuse et de gain unitaire. Mais cette solution demande elle aussi un grand nombre de broches et de condensateurs de connexion extérieurs. 26 1 4 7 4 1 Le problème technique qui est à la base de l'invention est celui posé par la réalisation d'un amplificateur audio dit symétrique, particulièrement pour autoradio stéréophonique, qui ne demande qu'un nombre réduit de composants de connexion extérieurs, qui puisse être réalisé sous la forme d'un circuit intégré possédant un-petit nombre de broches, ce qui facilite son montage à l'intérieur de l'autoradio et supprime ainsi les inconvénients qui ont été cités à propos de la technique connue. Ce problème est résolu par un amplificateur audio du type précédemment cité, lequel est caractérisé en ce qu'il comprend une première paire de résistances formant un circuit en pont avec lesdites résistances dudit premier amplificateur, et une deuxième paire de résistances connectées entre elles entre un pôle d'ali- mentation positif et la masse, ledit premier et ledit deuxième amplificateur ayant leurs entrées non inverseuses connectées à un point situé entre les deux résistances de ladite première paire de résistances, à travers leurs résistances d'entrée respectives. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente le schéma électrique de l'amplificateur audio dit symétrique dans sa première forme de réalisation; - la figure 2 représente le schéma électrique de l'amplificateur de la figure 1 travaillant en amplificateur stéréophonique; - la figure 3 représente une variante du schéma de la figure 1; - la figure 4 représente une deuxième variante du schéma de la figure I; - les figures 5, 6 et 7 représentent respectivement d'autres variantes du schéma de la figure 1. Sur ces figures, on a désigné dans son ensemble et schématiquement en 1 un amplificateur audio selon l'invention. Cet amplificateur 1 est réalisé sous la forme d'un circuit intégré et il est supporté par ce qu'on appelle un boîtier 10 possédant un groupe de broches, qui seront décrites en détail dans La suite, servant pour les connexions extérieures. L'amplificateur 1 comprend un premier amplificateur de puissance A1 de configuration dite non inverseuse, muni d'une résistance de réaction R5 entre la sortie U1 et l'entrée inver- seuse, et d'une résistance R4 entre ladite entrée inverseuse et une broche 5 connectée à la masse. La sortie U1 de l'amplificateur A1 est connectée à une borne de hautparleur représentee par une charge résistive RL, via une broche de sortie 11. L'autre borne de ladite charge RL est connectée via une broche 7 à la sortie U2 d'un deuxième amplifi- cateur A2 de configuration inverseuse, muni d'une résistance de réaction R6 entre la sortie U2 et l'entrée inverseuse et d'une résistance R7 entre ladite entrée inverseuse et la broche 5 connectée à la masse. Selon une caractéristique avantageuse, une première paire de résistances, indiquées respectivement par R8 et R9, est connectée en parallèLe avec les résistances R4 et R5, associées au premier amplificateur A1, pour constituer un circuit en pont 12. L'amplificateur 1 est alimenté en basse tension via une broche 3 connectée à un pôLe positif d'alimentation VC. Une deuxième paire de résistances, indiquées respecti- vement par R1 et R2, est connectée entre ledit pôLe VC et la masse, c'est-à-dire qu'elle connecte les broches 3 et 5. Ledit premier et ledit deuxième amplificateur A1 et A2 ont leurs entrées non inverseuses connectées à un point situé entre les résistances R1 et R2, respectivement via les résistances R3 et R10. En outre, ces entrées non inverseuses des amplificateurs A1 et A2 sont connectées chacune, via leurs broches respectives 2 et 6, l'une à une borne d'entrée extérieure IL et l'autre à la masse, avec interposition de leurs condensateurs extérieurs respectifs C2 et C3. Entre lesdites résistances R1 et R2, est en outre connectée la broche 4, qui est à son tour connectée extérieurement à la masse, via un condensateur C1; en outre, une paire de broches de sortie 8 et 9 sont court-circuitées entre elles à l'extérieur du boîtier 10 par l'intermédiaire d'un conducteur 13 et elles sont connectées, l'une à l'entrée inverseuse de l'amplificateur A2 et l'autre à un point situé entre les résistances de la première paire R8 et R9. Comme le montre la figure 2, pour transformer l'amplifi- cateur 1 selon l'invention en amplificateur stéréophonique, il suffit de laisser ouverte la connexion entre les broches 8 et 9 de la configuration symétrique et de connecter en outre respectivement les broches 11 et 7, qui correspondent aux sorties U1 et U2, via des condensateurs respectifs C3 et C4, aux extrémités de charges RL1 et RL2 dont les extrémités opposées sont à la masse; et de connecter en outre la broche 6 à une borne d'entrée extérieure IR via le condensateur C3. En branchement stéréophonique, l'amplifi- cateur A2 se trouve lui aussi en configuration non inverseuse. Ces charges RL1 et RL2 constituent chacune un haut-parleur audio d'une configuration stéréophonique. Pour atteindre le but que l'invention s'est donné, les résistances de R4 à R9 devront avoir des valeurs liées aux valeurs des résistances R1 et R2 par des coefficients multiplicateurs n et m. En particulier, la résistance R4 a une valeur égale à n fois R2; la résistance R5 a une valeur égale à n fois la moitié de la différence entre R1 et R2; la résistance R8 a une valeur égale à m fois R2; la résistance R9 est égale à m fois la moitié de la différence entre R1 et R2. En outre, la résistance R7 sera égale à m fois la valeur de la résistance R2, alors que la résistance R6 sera m fois la moitié de la différence entre R1 et R2. Dans la suite, on décrira le fonctionnement de l'ampli- ficateur audio selon l'invention. La valeur de tension présente sur la broche 4, indiquée par V4, est égale aux valeurs de tension V2 et V6 présentes sur les broches correspondantes et elle est équivalente au produit de la tension VC et du rapport entre la résistance R2 et la somme des résistances R1 et R2. La vaLeur de tension Vll présente à la sortie de l'amplificateur A1 est donnée par le produit de La tension V2 par la somme du rapport des résistances R5 et R4 et de l'unité. En substituant aux résistances R5 et R4 leurs valeurs exprimées en fonction des valeurs des résistances R1 et R2, on peut démontrer que cette valeur de tension de sortie Vll est égale à la moitié de la tension d'alimentation VC. Ces remarques sont valables si l'on prend pour hypothèse que les amplificateurs opérationnels A1 et A2 ont une très basse impédance de sortie, une très haute impédance d'entrée, ainsi qu'un gain tendant vers l'infini. Dans cette hypothèse, la valeur de tension V7 à la sortie U2, broche 7, de l'amplificateur A2 est donnée par le gain de l'étage non inverseur, de V4 à V7, et par le gain de l'étage inverseur, de Vll à V7. En appliquant une méthode bien connue de superposition des effets, c'està-dire considérant séparément les parties de l'entrée de l'étage inverseur A2 qui sont dues aux tensions V6 et Vll, on peut démontrer que: la partie de la tension de sortie V7 qui est due à la seule tension V6, la tension Vll étant considérée comme nulle, est égale au produit de V6 et de la somme de l'unité et du rapport entre la résistance R6 et la résistance équivalente aux résistances paraLLèLes R7, R8 et R9. Cette vaLeur est égale à La valeur de La tension d'alimentation VC. La partie de V7 qui est au contraire due à la présence de la seule tension V11, la tension V6 étant considérée comme nulle, est donnée par Le produit changé de signe de la tension Vll et du rapport entre les résistances R6 et R9. Cette valeur est égale à la moitié de la tension d'alimentation VC, avec le signe négatif. Par conséquent, la valeur de la tension de sortie V7 de l'amplificateur A2 au repos est égale à la moitié de la tension d'alimentation; cette valeur permet l'excursion maximale de la tension de sortie. En outre, étant donné que le gain G1, donné par le rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée, entre la broche 11 et la broche 2 équivaut au rapport entre les résistances R5 et R4, plus un, alors que le gain G2 entre la broche 7 et la broche 11 considérée comme entrée du deuxième étage est de 1, iL en résulte que Le gain total donné par Le produit de G1 et de G2 est donné par la somme, changée de signe, de L'unité et du rapport entre Les résistances R5 et R4. L'amplificateur audio selon l'invention permet donc d'obtenir aux sorties U1 et U2 deux signaux de même amplitude et en opposition de phase, nécessaires pour le fonctionnement en confi- guration symétrique. Dans Le cas du fonctionnement en configuration stéréo- phonique, il est possible de démontrer que, même-dans ce cas, la valeur des tensions de sortie V7 et Vll est égale à la moitié des tensions d'alimentation VC. Sur la figure 3, on représente un amplificateur audio selon l'invention d'une configuration symétrique fixe. Dans cet exemple, les détails et les parties coopérantes identiques à l'exemple de réalisation précédemment décrit sont désignés par les mêmes numéros ou sigles de référence. Le circuit intégré constitué par l'amplificateur audio selon cette variante est logé dans un boîtier 14 possédant seulement six broches; en outre, les résistances R7 et R8, qui sont en parallèle entre elles dans le précédent exemple de la figure 1, ont été remplacées par une unique résistance Rll dont la valeur est égale à la moitié de la résistance R2 multipliée par le coefficient m. En outre, dans cette variante, l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A2 est seulement et directement connectée à un point entre les résistances R1 et R2 de la première paire. Le fonctionnement de l'amplificateur selon la variante de la figure 3 est tout à fait analogue à celui de L'amplificateur 1. En se référant en particulier à l'exemple de la figure 4, on décrit une deuxième variante de l'amplificateur selon l'invention. Dans cette variante, la résistance R2 a été remplacée par un circuit en pont constitué des résistances R12 et R13 connectées entre les broches 4 et 5 et des résistances R14 et R15 connectées à leur tour à un point situé entre les broches 4 et 5. La résistance R3 se trouve connectée à un point situé entre lesdites résistances R12 et R13 et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A1, alors que la résistance R10 est connectée entre un point situé entre lesdites résistances R14 et R15 et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur A2. En outre, entre les broches 3 et 4 est connectée une résistance R16 ayant une valeur différente de celle de la résistance R1, qui fait partie du circuit du premier exemple de réalisation. A égalité de courant absorbé par la résistance R6 et.par le circuit en pont 15, l'impédance, vue de la borne 4, est beaucoup plus grande que celle du premier exemple de réalisation. Ce fait démontre qu'à égalité de fréquence minimale à laquelle la capacité de réfection de l'amplificateur commence à se dégrader face à des perturbations de l'alimentation on peut utiliser un condensateur C10 de plus faible capacité que le condensateur C1 de l'exemple de réalisation de la figure 1. Les valeurs de résistance de R12 à R16 doivent être convenablement tarées afin que l'amplificateur de l'exemple de la figure 4 fonctionne comme celui de la figure 1. En particulier, les résistances R12 et R15 doivent être de valeur égale; de même, les résistances R13 et R14 doivent être égales entre elles et égales à la valeur de la résistance R2 de la figure 1. Le produit de la résistance R12 et de la résistance R5, divisé par la somme de ces mêmes résistances, doit être égal à la résistance R13 moins R2/2; en outre, la somme des résistances R1 et R2 de la figure 1 doit être égale à la somme de la résistance R6 et du produit des sommes des résistances R12 et R3 et des résistances R4 et R15 divisé par la somme de ces sommes. De cette manière, les prestations de l'amplificateur de la figure 4 sont identiques à celles de L'amplificateur de la figure 1. Sur la figure 5, on décrit une autre variante de réali- sation de l'amplificateur 2 en configuration stéréophonique. Dans cette autre variante, un transistor T1 npn ayant sa base D et son collecteur C connectés l'un à l'autre et à la broche 3, et son émetteur E connecté à la résistance Rl, est intercalé entre la broche 3 et la résistance Rl. Cette variante est avantageuse Lorsque l'amolificateur a une dynamique de sortie non symétrique, limitée vers le bas par La tension collecteurémetteur de saturation et vers le haut par la somme de cette tension et de la tension base-émetteur du transistor final. - Dans ce cas, la dynamique maximale du signal- de sortie est obtenue avec Vll égale à V7 et ces deux tensions toutes deux égales à la différence entre la tension d'alimentation VC et la tension base-émetteur de T1 divisée par deux. Si l'on se réfère en outre à l'exemple de la figure 6, en conservant sensiblement la même structure que dans l'exemple de la figure 1, en connectant en parallèle entre elles les résistances R8 et R? et en connectant en outre une borne de la résistance R9 à la sortie 11 de l'amplificateur à travers la broche 8, il est possible d'effectuer la commutation amplificateur symétrique-stéréophonique avec une configuration possédant une broche de moins. Dans le cas de la configuration stéréophonique de cette variante, représentée sur la figure 7, la résistance R9 est mise en parallèle avec la résistance de réaction du deuxième amplificateur et connectée à la broche 8, laquelle est en outre connectée à la broche 7 et par conséquent à une borne du deuxième haut-parleur RL2. L'amplificateur audio selon l'invention, dans ses variantes de réalisation, a le grand avantage de ne demander qu'un nombre de broches particulièrement réduit et, par conséquent, de limiter l'encombrement du boîtier de support du circuit intégré. En outre, cet amplificateur est facilement transformable en amplificateur stéréophonique. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Amplificateur audio (1) dit symétrique spécialement destiné pour autoradio stéréo, du type qui comprend un amplifi- cateur de puissance (A1) de configuration non inverseuse qui comporte une résistance de réaction (R5) entre la sortie (U1) et L'entrée inverseuse et une résistance (R4) entre ladite entrée et la masse et connecté à un second amplificateur (A2) de configu- ration inverseuse, caractérisé en ce qu'il comporte une première paire de résistances (R8, R9) formant un circuit en pont (12) avec lesdites résistances (R4, R5) dudit premier amplificateur (A1) et une deuxième paire de résistances (R1, R2) connectées entre elles entre un pôLe d'alimentation positif (V) et la masse, ledit C premier et ledit deuxième amplificateur (A1, A2) ayant Leurs entrées non inverseuses connectées à un point situé entre les deux résistances de la deuxième paire de résistances (Ri, R2) à travers leurs résistances d'entrée respectives (R3, R10). 2. Amplificateur audio selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un circuit intégré monté dans un boîtier (10) possédant une première et une deuxième broche d'entrée (2, 6) directement connectées respectivement aux entrées non inverseuses desdits premier et deuxième amplificateurs (A1, A2) et une troisième et une quatrième broche (3, 5) connectées entre eLLes par ladite deuxième paire de résistances (R1, R2) et une cinquième broche (4) connectée à un point situé entre les résistances de la deuxième paire de résistances (R1, R2). 3. Amplificateur audio selon La revendication 1, caractérisé en ce que les résistances (R4, R5, R6, R7) desdits premier et deuxième amplificateurs (A1, A2) et de Ladite première paire de résistances (R8, R9) ont des valeurs liées aux valeurs de résis- tance (R1, R2) formant ladite deuxième paire de résistances par des coefficients multiplicateurs n et m. 4. Amplificateur audio selon la revendiction 1, caractérisé en ce que les sorties respectives (U1, U2) desdits premier et deuxième amplificateurs (A1, A2) sont associées chacune à un haut- parleur stéréophonique (RL). 2 6 1 4 7 4 1 5. Amplificateur audio selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un transistor (T1) intercalé entre ledit pôle d'alimentation (VC) et ladite deuxième paire de résistances (R1, R2), ledit transistor (T1) ayant sa base (B) et son collecteur (C) connectés l'un à l'autre et audit pôle (VC) et son émetteur (E) connecté à la première résistance (R1) de ladite deuxième paire de résistances (R1, R2). 6. Amplificateur audio dit symétrique, particulièrement pour autoradio stéréophonique, du type comportant un amplificateur de puissance (A1) de configuration non inverseuse, comportant une résistance de réaction (R5) intercalée entre la sortie (U1) et l'entrée inverseuse et une résistance (R4) intercalée entre ladite entrée et la masse, et connecté à un deuxième amplificateur (A2) de configuration inverseuse, caractérisé en ce qu'il comporte une première paire de résistances (R8, R9) formant un circuit en pont (12) avec lesdites résistances (R4, R5) dudit premier amplificateur (A1) et un circuit (15) en pont de résistances (R12, R13, R14, R15) connecté à travers une résistance (R16) à un point situé entre un pâle positif d'alimentation (VC) et la masse, lesdits premier et deuxième amplificateurs (A1, A2) ayant leurs entrées non inver- seuses connectées à des bornes opposées dudit deuxième circuit à pont (15) à travers des résistances d'entrée (R3, R10) respectives. 7. Amplificateur audio dit symétrique, particulièrement pour autoradio stéréophonique, du type comportant un amplificateur de puissance (A1) de configuration non inverseuse connecté à un deuxième amplificateur (A2) de configuration inverseuse et comportant une résistance de réaction (R6) entre la sortie (U2) et l'entrée inverseuse et une résistance (R7) entre ladite entrée et la masse, caractérisé en ce qu'il comprend une autre résistance (R8) connectée entre ladite entrée inverseuse du deuxième ampli- ficateur (A2) et La masse et une deuxième résistance (R9) connectée entre cette entrée et la sortie dudit premier amplificateur (A1), ainsi qu'une paire de résistances (R1, R2) connectées entre elles entre le pôle positif d'alimentation (VC) et la masse, lesdits premier et deuxiéme amplificateurs (A1, A2) ayant leurs entrées non inverseuses connectées à un point situé entre les résistances de Ladite paire de résistances (R1, R2) à travers des résistances d'entrée respectives (R3, R10). 8. Amplificateur audio suivant la revendication 7, carac- térisé en ce que les sorties (U1, U2) desdits premier et deuxième amplificateurs (A1, A2) sont associées chacune à un haut-parleur stéréophonique (RL1, RL2), Ladite deuxième résistance (R9) étant connectée en parallèLe à ladite résistance (R6) de réaction du deuxième amplificateur (A2).