Brevet FR2677823A1 — publié le 19921218

La présente invention concerne un dispositif amplifica- teur. Sur la figure 4, est présenté un exemple d'un dispositif amplificateur selon la technique antérieure Dans cet amplifica- teur, le signal de sortie d'une source de signal 1 est fourni via une borne d'entrée 2 à la borne d'entrée positive (+) d'un amplifi- cateur différentiel 3 possédant un degré d'amplification G, et le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 3 est appliqué à un amplificateur tampon de sortie 4 possédant un degré d'amplification A Le signal de sortie de l'amplificateur tampon de sortie 4 est appliqué via un circuit de réaction 5, ayant un degré d'amplification B, à la borne d'entrée négative (-) de l'amplificateur différentiel 3 et est appliqué via une borne de sortie 6 à une charge RL. Dans le dispositif amplificateur ainsi conçu, le taux de réaction correspond au produit des degrés d'amplification G, A et B Lorsque le taux de réaction augmente, la distorsion diminue. Toutefois, puisqu'il est nécessaire que le dispositif amplificateur possède une certaine marge d'oscillation, il existe une limite supérieure au rapport de réaction, de sorte qu'il est difficile de diminuer suffisamment la distorsion. Ainsi, un but de l'invention est de produire un disposi- tif amplificateur dans lequel la distorsion peut être diminuée de façon suffisante. Un dispositif amplificateur selon l'invention comprend: un circuit amplificateur; un amplificateur différentiel servant à amplifier la différence entre les signaux d'entrée et de sortie du circuit amplificateur avec un degré d'amplification qui est sensi- blement égal à " 1 "; et un circuit d'addition servant à ajouter un signal d'entrée à un signal de sortie du circuit amplificateur différentiel et à appliquer le résultat de l'addition à la borne d'entrée du circuit amplificateur. Dans le dispositif amplificateur selon l'invention, le signal de sortie de l'amplificateur différentiel destiné à ampli- fier la différence entre les signaux d'entrée et de sortie du cir- cuit amplificateur est appliqué au circuit d'addition, dans lequel il est ajouté à un signal d'entrée appliqué au circuit d'addi- tion, si bien que la non-linéarité de la caractéristique de trans- fert du circuit amplificateur est corrigée, et que, par conséquent, le signal de sortie ne comporte pas de distorsion. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma fonctionnel montrant un exemple d'un dispositif amplificateur constituant un mode de réalisation de cette invention; la figure 2 est un schéma de circuit montrant de manière détaillée des éLéments de circuit du dispositif amplificateur; la figure 3 est une représentation graphique permettant de décrire le fonctionnement des éLéments de circuit représentés sur la figure 2; et la figure 4 est un schéma fonctionnel montrant un exemple d'un dispositif amplificateur selon la technique antérieure. Un exemple d'un dispositif amplificateur constituant un mode de réalisation de l'invention va être décrit en relation avec les figures I à 3. Sur la figure 1, un amplificateur différentiel 3, un cir- cuit de réaction 5 et une charge RL sont connectés de la même manière que sur la figure 4 Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 3 est appliqué à l'une des deux bornes d'entrée d'un circuit d'addition 8, à l'autre borne d'entrée duquel est appliqué le signal de sortie d'un autre amplificateur différentiel 9 La borne d'entrée positive (+) de l'amplificateur différentiel 9 est connectée à la borne d'entrée d'un amplicateur tampon de sortie 4, et la borne d'entrée négative (-) de l'amplificateur différentiel 9 est connectée à la borne de sortie de l'amplificateur tampon de sortie 4 La borne de sortie du circuit d'addition 8 est connectée à la borne d'entrée de l'amplificateur tampon de sortie 4. Avec le dispositif amplificateur ainsi conçu, les équa- tions ( 1) et ( 2) suivantes s'établissent: Vi' = (Vi' Vo) C + Vi ( 1) Vo = A Vi' ( 2) o A est le degré d'amplification de l'amplificateur tampon de sortie 4, C est le degré d'amplication de l'amplificateur différentiel 9, Vi est le signal de sortie de l'amplificateur dif- férentiel 3, Vi' est le signal de sortie du circuit d'addition 8, et Vo est le signal de sortie appliqué à la borne de sortie 6. Lorsqu'on résout l'équation ( 1) en Vi', on obtient l'équation ( 3) suivante: Vi' = (Vi Vo C) / ( 1 C) ( 3) En insérant l'équation ( 3) dans l'équation ( 2), on obtient l'équation ( 4) suivante: Vo = A (Vi -Vo C) / ( 1 C) ( 4) En modifiant l'équation ( 4), on obtient l'équation ( 5) suivante: Vo / Vi =A / ( 1 -C +A C) ( 5) Lorsque, dans l'équation ( 5), on fixe C, soit le degré d'amplification de l'amplificateur différentiel à 1, alors Vo/Vi = 1 Dans ce cas, la distorsion qui est affectée au degré d'amplification A de l'amplificateur de tampon de sortie devient nulle. Dans le dispositif amplificateur représenté sur la figure 1, lorsque la boucle de réaction qui est formée par l'amplificateur différentiel 3, le circuit d'addition 8, l'amplificateur tampon de sortie 4 et le circuit de réaction 5 est ouverte, la distorsion subit une compression à 1/1 El + (taux de réaction)l par rapport au cas o la boucle de réaction est fermée Par conséquent, on peut diminuer le facteur de distorsion en augmentant le taux de réaction Toutefois, il est impossible de diminuer suffisamment le facteur de distorsion au moyen de la seule boucle de réaction ci- dessus décrite, puisque la marge d'oscillation diminue lorsque le taux de réaction augmente Toutefois, puisqu'on peut théoriquement annuler l'amplificateur tampon de sortie en ce qui concerne la dis- torsion, le taux de distorsion qui est produit quand la boucle de réaction est ouverte subit une forte diminution Par conséquent, dans le dispositif amplificateur de la figure 1, on peut suffisam- ment réduire le facteur de distorsion sans augmenter beaucoup le taux de réaction. La figure 2 est un schéma de circuit montrant de manière détaillée une partie du dispositif amplificateur de la figure 1. Plus spécialement, la figure 2 représente le circuit d'addition 8, l'amplificateur tampon de sortie 4, l'amplificateur différentiel 9, la borne de sortie 6 et la charge RL Sur la figure 2, le signal d'entrée Vi est appliqué à une borne d'une résistance R 1 du circuit d'addition L'autre borne de la résistance R 1 est connectée à l'élecrode de base d'un transistor NPN Q 3 ainsi qu'à la borne de sortie de l'amplificateur différentiel 9 qui est destiné à ampli- fier la différence de potentiel entrée-sortie de l'amplificateur tampon de sortie 4 Grâce à la résistance R 1, le signal d'entr 4 e Vi est ajouté au signal de sortie de l'amplificateur différentiel 9. Une tension d'alimentation +Vc est appliquée à l'éLec- CC trode de collecteur du transistor Q 3 Une source de courant cons- tant I 3 est connectée entre l'électrode d'émetteur du transistor Q 3 et une ligne servant à fournir la tension d'alimentation -VEE Le transistor Q 3 et la source de courant constant I 3 forment un am- plificateur à émetteur suiveur Cet amplificateur à émetteur sui- veur soumet le signal de sortie d'addition obtenu de la résistance R 1 à une amplification tampon Le signal de sortie de l'amplifica- teur à émetteur suiveur est appliqué à l'amplificateur tampon de sortie 4. L'amplificateur tampon de sortie 4 est un amplificateur push-pull, c'està-dire symétrique, complémentaire comprenant un transistor NPN Q 1, un transistor PNP Q 2, des sources de courant constant I 1 et 12, et des diodes D 1 et D 2 Les électrodes d'émet- teur du transistor NPN Q 1 et du transistor PNP Q 2 sont connectées à la borne de sortie 6 et à la borne d'entrée négative (-) de l'am- plificateur différentiel 9 La tension d'alimentation +Vcc est appliquée à l'électrode de collecteur du transistor Q 1, tandis que la tension d'alimentation -VEE est appliquée au collecteur du tran- sistor Q 2 Le circuit série des diodes D 1 et D 2 de polarisation de base est connecté entre les électrodes de base des transistors Q 1 et Q 2 La source de courant constant I 1 est connectée entre l'élec- trode de base du transistor Q 1 et la ligne servant à fournir la tension d'alimentation +Vcc, tandis que la source de courant cons- tant I 2 est connectée entre l'électrode de base du transistor Q 2 et la ligne servant à fournir la tension d'alimentation -VEE Grâce aux diodes D 1 et D 2 et aux sources de constant I 1 et I 2, des ten- sions de polarisation sont appliquées aux électrodes de base des transistors Q 1 et Q 2 afin de permettre à des courants de fonction- nement "à vide", ou de repos, de circuler dans les transistors Q 1 et Q 2 Le point de connexion des diodes D 1 et D 2 constitue la borne d'entrée de l'amplificateur tampon de sortie 4 Le signal de sortie du circuit d'addition 8 est appliqué au point de connexion des diodes D 1 et D 2 et à la borne d'entrée positive (+) de l'amplificateur différentiel 9. L'amplificateur différentiel 9 possède une fonction de conversion tension-courant, et il est ainsi conçu qu'il satisfait la condition suivante: gml R 1 = 1 o gml est la conductance mutuelle de l'amplificateur différentiel, et R 1 est la valeur de la résistance R 1 du circuit d'addition Ainsi, en fonction de la conductance mutuelle gml, a lieu une action qui est sensiblement égale à celle ayant lieu dans le cas o l'amplificateur différentiel 9 ne possède pas de fonction de conversion tension-courant et o son degré d'amplification est 1. On suppose que, dans le dispositif amplificateur ainsi conçu, la tension d'entrée appliquée à la borne d'entrée de l'am- plificateur tampon de sortie 4 est représentée par Vi'; les cou- rants d'émetteur des transistors Q 1 et Q 2 respectivement par iel et ie 2; et le courant circulant dans la charge RL par io Les rela- tions existant entre Vi', iel, ie 2 et io sont telles qu'illustrées sur la figure 3 constituant une représentation graphique Sur la figure 3, la ligne en trait continu a est la courbe caractéris- tique donnant la relation entre Vi' et iel, la ligne en trait con- tinu b est une courbe caractéristique donnant la relation entre Vi' et ie 2, et la ligne c en trait interrompu est la courbe caractéris- tique donnant la relation entre Vi' et io De plus, sur la figure 3, les points Pl et P 2 désignent respectivement les courants de repos relatifs aux courants d'émetteur iel et ie 2 Les courants de repos ont des intensités mutuellement égales, mais sont de sens opposés Lorsque les courants de repos ont une petite intensité, la non-linéarité des courbes caractéristiques exprimant les relations entre Vi' et iel et entre Vi' et ie 2 affecte la courbe caractéris- tique exprimant la relation entre Vi' et io; ainsi, la distorsion dite de "croisement" augmente, comme cela est bien connu dans la technique Toutefois, avec l'amplificateur différentiel 9 et le circuit d'addition 8, la distorsion de croisement peut être éLiminée complètement. Comme décrit ci-dessus, dans le dispositif amplificateur selon l'invention, le signal de sortie de l'amplificateur diffé- rentiel conçu pour amplifier la différence entre les signaux d'entrée et de sortie du circuit amplificateur est ajouté au signal d'entrée à l'aide de l'additionneur de manière à éliminer la dis- torsion du circuit amplificateur Ainsi, dans le dispositif ampli- ficateur, pour diminuer le degré de distorsion, il est inutile d'augmenter le taux de réaction, ce qui diminue la marge d'oscilla- tion En outre, dans le dispositif amplificateur selon l'invention, on peut diminuer la distorsion de croisement sans augmenter les courants de repos dans l'amplificateur push-pull complémentaire. Ainsi, le dispositif amplificateur selon l'invention peut être efficacement appliqué à un amplificateur push-pull complémentaire, qui est limité, dans l'utilisation du courant, en raison de sa conception rayonnant de la chaleur. Bien entendu, L'homme de L'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif amplificateur dont La description vient d'être donnée à titre simplement i L Lustratif et nu L Lement Limi- tatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de L'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif amplificateur, caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit amplificateur ( 3, 4, 5); un amplificateur différentiel ( 9) servant à amplifier la différence entre l'entrée et la sortie dudit circuit amplificateur ( 4), avec un degré d'amplification qui est sensiblement égal à l'unité; et un circuit d'addition ( 8) servant à ajouter un signal d'entrée au signal de sortie dudit circuit amplificateur diffé- rentiel, et à appliquer le résultat de l'addition à la borne d'entrée dudit circuit amplificateur. 2 Dispositif amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit amplificateur différentiel comprend: un convertisseur tension-courant possédant une conduc- tance mutuelle (gml) prédéterminée, qui sert à convertir la tension d'entrée en un courant; et en ce que ledit circuit d'addition com- prend: une résistance (R 1) connectée entre la borne de sortie dudit circuit amplificateur différentiel et la borne d'entrée dudit circuit amplificateur, le produit de ladite conductance mutuelle (gml) et de la valeur (R 1) de ladite résistance étant sensiblement égal à l'unité. 3 Dispositif amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit amplificateur comprend un amplificateur push-pull complémentaire comprenant un transistor NPN (Q 1), un transistor PNP (Q 2), des première et deuxième sources de courant constant (I 1, I 2), et des première et deuxième diodes (D 1, D 2) qui sont connectées en série. 4 Dispositif amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les électrodes d'émetteur du transistor NPN et du transistor PNP sont connectées à la borne de sortie et à la borne d'entrée négative (-) de l'amplificateur différentiel, l'électrode de collecteur du transistor NPN est connectée à une alimentation en tension positive, tandis que l'électrode de collec- teur du transistor PNP est connectée à une alimention en tension négative, le circuit série des diodes est connecté entre les électrodes de base des transistors NPN et PNP, la première source de courant constant est connectée entre l'électrode de base du transistor NPN et l'alimentation en tension positive, tandis que la deuxième source de courant constant est connectée entre l'électrode de base du transistor PNP et l'alimentation en tension négative, et le point de connexion des première et deuxième diodes constitue la borne d'entrée dudit circuit amplificateur.