Brevet FR2728119A1 — publié le 19960614

Description La présente invention concerne un amplificateur comportant un premier module alimenté entre une première source d'alimentation et une deuxième source servant de référence de tension, composé d'une part d'un premier transistor d'une polarité determinée, agencé pour fonctionner en émetteur commun, dont la base constitue, pour l'amplificateur, une borne d'entrée destinée à recevoir un signal alternatif d'entrée et dont le collecteur est relié à la première source d'alimentation via une résistance de collecteur, module composé d'autre part d'un deuxième et d'un troisième transistor, de la même polarité déterminée, le deuxième transistor, agencé pour fonctionner en émetteur suiveur, ayant sa base connectée au collecteur du premier transistor et son émetteur constituant une borne de sortie de l'amplificateur, tandis que le troisième transistor, recevant sur sa base un signal en phase avec le signal d'entrée, est agencé pour fonctionner en émetteur commun et a son collecteur connecté à l'émetteur du deuxième transistor, les deuxième et troisième transistors fonctionnant en push- pull. Un tel amplificateur est notamment connu du document JP-A-58-195306. Il peut être réalisé sous forme intégrée en utilisant seulement des transistors de type NPN de sorte que cet amplificateur est apte à travailler à fréquence relativement élevée. En tant qu'amplificateur à fréquence intermédiaire pour des signaux de télévision, l'amplificateur connu n'est pas totalement satisfaisant à differents points de vue: - les contraintes de polarisation du premier et du troisième transistor ne permettent pas de choisir librement la valeur d'une résistance d'émetteur du premier transistor ni la valeur d'une résistance d'émetteur du troisième transistor en vue d'une optimisation de la distorsion, - il serait souhaitable d'appliquer une contre-réaction au circuit pour accroître encore la linéarité de l'amplification. Or, le fait d'appliquer au circuit connu une contre- réaction qui soit efficace en courant alternatif aussi bien qu'en courant continu, par la simple liaison entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur par une résistance, crée des difficultés de stabilité et de variation du point de fonctionnement de l'amplificateur en fonction des variations de la température et de la tension d'alimentation. L'invention a notamment pour but de proposer un amplificateur ne présentant pas les limitations mentionnées précédemment et dont les performances de linéarité soient encore améliorées. En effet, selon la présente invention, un amplificateur du type mentionné dans le paragraphe introductif est caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième module semblable au premier module, dans lequel le premier transistor est agencé en paire différentielle avec le premier transistor du premier module, les émetteurs des transistors de cette paire différentielle étant alimentés chacun par une source de courant & partir de la deuxième source d'alimentation et étant couplés entre eux par une première résistance d'émetteur, en ce que chacun des modules comporte encore un quatrième transistor de la même polarité déterminée, qui, au sein du même module, a sa base connectée à la base du deuxième transistor et son émetteur relié à la deuxième source d'alimentation par l'intermédiaire d'un pont diviseur de tension, et en ce que la base du troisième transistor de l'un des modules est reliée à un point intermédiaire du pont diviseur de l'autre module présentant ledit signal en phase avec le signal d'entrée. L'amplificateur selon l'invention présente plusieurs avantages par rapport à l'amplificateur connu. Le troisième transistor est maintenant découplé du signal d'entrée de sorte que l'amplificateur fonctionne selon un mode réellement différentiel et offre ainsi un pouvoir de réjection élevé du mode commun. Une duplication pure et simple de l'amplificateur connu en vue de réaliser une version symétrique de cet amplificateur ne conduirait pas à une structure à réjection élevée de mode commun. D'autre part, le signal de tension présent sur l'émetteur du quatrième transistor est un signal déjà amplifié par le premier transistor. Par conséquent, le pont diviseur connecté au collecteur du quatrième transistor permet de choisir en toute liberté l'amplitude du signal à appliquer A la base du troisième transistor pour obtenir un signal de courant sur le collecteur de ce transistor dont l'amplitude soit celle désirée pour atteindre les perfromances de linéarité envisagées du signal de sortie. La structure symétrique de l'amplificateur permet de choisir des conditions de polarisation en courant continu des transistors du circuit de manière indépendante des dispositions spécifiques correspondant A la réduction de distorsion du signal amplifié. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'émetteur du troisième transistor du premier module et l'émetteur du troisième transistor du deuxième module sont couplés entre eux par une deuxième résistance d'émetteur. Un degré de liberté supplémentaire est obtenu pour le réglage du fonctionnement du premier étage de l'amplificateur contitué par la paire différentielle de premiers transistors au moyen du choix de ladite première résistance d'émetteur, tandis que le choix de la deuxième résistance d'émetteur permet indépendamment un réglage du fonctionnement de la paire de troisièmes transistors, contrôlant le signal de courant alternatif délivré par ces transistors et la linéarité de ce signal. Pour garantir une bonne stabilité du point de fonctionnement statique de l'amplificateur en fonction de la température et de la tension d'alimentation, le pont diviseur reliant l'émetteur du quatrième transistor & la deuxième source d'alimentation, comporte une jonction semiconductrice disposée dans le sens direct, entre le point intermédiaire du pont et la deuxième source d'alimentation. Cette jonction permet de compenser la tension base-émetteur du troisième transistor, à toute température. Comme le point de repos de l'amplificateur selon l'invention peut être réglé de manière précise sans devoir satisfaire & un compromis come c'était le cas avec l'amplificateur connu, il est alors possible de lui appliquer une contre-réaction par la connexion, dans chacun des modules de l'amplificateur, d'une résistance directement entre la borne d'entrée et la borne de sortie. Par l'application de cette contre-réaction, dont l'effet peut être contrôlé par le choix de la résistance de contre-réaction, l'amplificateur fournit un signal de sortie dont le taux de distorsion est amélioré. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés & titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente un schéma d'un amplificateur de l'art antérieur, et la figure 2 montre le schéma électrique d'un exemple d'amplificateur selon l'invention. La figure 1 représente le schéma d'un amplificateur connu qui comporte un module 1 alimenté entre une première source d'alimentation Vl et une deuxième source d'alimentation V2 servant de référence de tension, module qui est composé d'une part d'un premier transistor T1 de type NPN agencé pour fonctionner en émetteur commun et qui reçoit sur sa base un signal alternatif d'entrée Vi à partir d'une borne d'entrée 11. L'émetteur du transistor T1 est connecté à la source d'alimentation de référence V2 à travers une résistance d'émetteur R1. Le collecteur du transistor T1 est relié à la source d'alimentation Vi, positive, à travers une résistance de collecteur R2. Le module 1 comporte d'autre part un deuxième transistor NPN T2 qui fonctionne en émetteur-suiveur de la tension développée sur le collecteur du transistor T1, tension qui est appliquée sur sa base. Il délivre un signal de sortie Vo à une borne de sortie 12 connectée à son émetteur, borne qui est destinée à être connectée à une résistance de charge RL connectée par ailleurs à la tension de référence V2. Le module 1 comporte enfin un troisième transistor T3 également de type NPN qui a sa base connectée à l'émetteur du premier transistor T1 et est agencé pour fonctionner en émetteur commun, son collecteur étant connecté à l'émetteur du deuxième transistor T2 et son émetteur relié à la tension de référence V2 à travers une résistance d'émetteur R3. De ce fait le transistor T3 reçoit sur sa base un signal en phase avec le signal d'entrée Vi et son collecteur débite sur la résistance de charge RL un courant alternatif qui est en opposition de phase avec la tension fournie par l'émetteur du deuxième transistor T2. Ainsi les deuxième et troisième transistors T2, T3 fonctionnent en mode push-pull. En prenant comme critères d'optimisation la puissance du signal délivré sur la charge et la distorsion de ce signal, il apparait que les meilleures conditions de fonctionnement sont celles o l'amplitude du courant alternatif délivré par T3 serait sensiblement égale à celle du courant délivré par T2. Un calcul trés simplifié des conditions correspondantes aboutit alors à la relation entre les valeurs de résistances 22 RL R1 R3 relation dans laquelle les valeurs des résistances sont représentées par le signe de référence de ces résistances. Or le rapport -2 fixe la valeur du gain en tension de cet RI amplificateur alors que la valeur de R1 doit être suffisamment élevée pour qu'une tension continue appliquée à la base du transistor T3 soit susceptible de faire conduire ce transistor. Lorsque la tension d'alimentation (Vl - V2) n'est pas plus élevée que 5 Volts, il est donc nécessaire d'utiliser un rapport R2 faible (proche de l'unité) auquel cas Rl la linéarité de l'amplificateur sera satisfaisante mais son gain en tension insuffisant. Il serait souhaitable au contraire de disposer d'un amplificateur qui ne soit pas sujet à de telles limitations, qui présente un gain en tension plus élevé, de l'ordre de 10 par exemple, et pour lequel une contre-réaction puisse être appliquée indépendamment de la fréquence du signal, par liaison directe entre la sortie et l'entrée au moyen d'une résistance de contre-réaction. La figure 2 présente le schéma électrique d'un amplificateur selon l'invention. L'amplificateur de la figure 2 est maintenant d'un type différentiel par l'adjonction à un premier module 100 d'un deuxième module 200 qui est semblable au premier module. Le premier module 100 comporte une borne d'entrée 11 pour un signal d'entrée Via et une borne de sortie 12 pour un signal de sortie Voa tandis que le deuxième module 200 dispose d'une borne d'entrée 21 pour un signal d'entrée Vib et une borne de sortie 22 pour un signal de sortie Vob. Les signaux d'entrée Via et Vib ne sont pas nécessairement des signaux complémentaires du point de vue alternatif, tandis que les signaux de sortie Voa et Vob sont rendus complémentaires. Ils correspondent à la différence (Via - Vib) des signaux d'entrée multipliée par le gain de 1' amplificateur. La borne d'entrée 11 du module est reliée à la base d'un premier transistor Tla agencé pour fonctionner en émetteur commun, dont le collecteur est relié à une source d'alimentation positive V1 à travers une résistance de collecteur R2a. De manière symétrique, l'entrée de signal 21 du module 200 est reliée à la base d'un premier transistor Tlb, symétrique du transistor Tla, dont le collecteur est couplé à la source d'alimentation Vl via une résistance de collecteur R2b. Les transistors Tla et Tlb sont agencés en paire différentielle du fait de leurs émetteurs réunis à travers une résistance d'émetteur R11. Chacun de ces émetteurs est couplé par ailleurs à la source d'alimentation de référence V2 via respectivement une source de courant Sa dans le premier module 100 et une source de courant Sb dans le deuxième module 200. Le module 100 comporte également un deuxième transistor T2a dont la base est connectée au collecteur du transistor Tla et qui est agencé en émetteur-suiveur, son émetteur étant connecté à la borne de sortie 12. Un troisième transistor T3a a son collecteur connecté à l'émetteur du deuxième transistor T2a et son émetteur couplé à la deuxième source d'alimentation V2 via une résistance d'émetteur R10a. Une disposition symétrique est réalisée dans le deuxième module 200 avec le transistor T2b dont la base est connectée au collecteur du transistor Tlb, dont l'émetteur est connecté à la borne de sortie 22 ainsi qu'au collecteur d'un troisième transistor T3b lequel à son émetteur relié à la source d'alimentation V2 via une résistance d'émetteur R10b. Pour que les paires de transistors T2a, T3a et T2b, T3b fonctionnent en mode push- pull comme c'était le cas de l'amplificateur connu de la figure 1, il est nécessaire que les transistors T3a respectivement T3b, reçoivent sur leur base un signal en phase avec le signal d'entrée correspondant du même module. Dans ce but, le module 100 comporte encore un quatrième transistor T4a ayant sa base couplée à la base du transistor T2a ainsi qu'au collecteur du transistor Tla et, de manière symétrique, le module 200 comporte également un quatrième transistor T4b dont la base est couplée à la base du transistor T2b ainsi qu'au collecteur du transistor Tlb. Les transistors T4a et T4b fonctionnent en émetteurs-suiveurs, ayant leur collecteur alimenté par la source d'alimentation V1 tandis que l'émetteur de chacun de ces transistor est connecté à un pont diviseur formé respectivement et dans l'ordre d'une résistance R41a, une diode Dl et une résistance R42a en ce qui concerne le pont diviseur du module 100 et en ce qui concerne le module 200, un pont diviseur comportant successivement une résistance 41b une diode D2 et une résistance R42b. Si sur la figure, des diodes ont été représentées en D1 et D2, il est clair toutefois que celles- ci peuvent être avantageusement réalisées sous la forme de transistors NPN, connectés en diode dans le sens direct. Le point intermédiaire du pont diviseur du module 200, entre la résistance R41b et la diode D2, est connecté à la base du transistor T3a du module 100. Réciproquement, le point intermédiaire du pont diviseur du module 100, entre la résistance R41a et la diode D1, est connecté à la base du transistor T3b du module 200. Dans chacun des modules, en effet, le pont diviseur est soumis à une tension en opposition de phase avec la tension d'entrée du mêe module. Par contre, la base du troisième transistor de l'un des module étant connectée au point intermédiaire du pont diviseur de l'autre module, la condition que le signal appliqué sur la base du troisième transistor d'un module soit en phase avec le signal d'entrée du même module, se trouve réalisée. Le point intermédiaire des deux ponts diviseurs détermine, en fonction du rapport de division, la tension de polarisation continue appliquée à la base des transistors T3a et T3b ainsi que l'amplitude de la tension de signal alternatif qui y est fournie. Les résistances d'émetteur RlOa et RlOb des transistors T3a et T3b permettent toutefois d'ajuster l'amplitude du courant alternatif débité par ces transistors en fonction des valeurs choisies pour ces résistances. Dans cet amplificateur, il est aisé d'obtenir que l'amplitude du courant alternatif débité par les transistors T3a et T3b soit pratiquement égale à celle du courant débité par les transistors T2a et T2b, et sans avoir de contrainte particulière en ce qui concerne le gain de l'amplificateur. Un degré de liberté supplémentaire concernant l'indépendance de réglage des conditions de polarisation en courant continu vis-à-vis des conditions de fonctionnement en alternatif (gain et linéarité) est fourni par la présence d'une résistance d'émetteur RlOc reliant les émetteurs des transistors T3a et T3b. Cette résistance n'a pas d'effet sur la polarisation des transistors T3a et T3b en courant continu alors que sa valeur agit, en parallèle avec les résistances R10a et R10b, sur l'amplification en courant de ces mêmes transistors. Il en va de manière similaire à propos des transistors Tla et Tlb et de leur résistance d'émetteur Rll qui permet d'ajuster précisément le gain et la distorsion de l'amplificateur compte-tenu des performances du second étage formé par les transistors T2a, T2b, T3a, T3b, T4a et T4b. L'amplificateur décrit à la figure 2 est apte à délivrer des signaux de forte amplitude en sortie contrairement à l'amplificateur connu représenté à la figure 1. D'autre part, l'amplificateur selon l'invention peut être réglé avec une précision suffisante pour qu'une contre-réaction soit possible par connexion directe d'une résistance entre l'entrée et la sortie sans difficulté de stabilité du circuit en fonction de la température. Ce réglage peut être réalisé par un choix approprié des valeurs des résistances ainsi que des courants d'alimentation fournis par les sources de courant Sa et Sb. Conmme représenté à la figure 2, dans le premier module , la borne de sortie 12 est reliée à la borne d'entrée 11 via une résistance de contre-réaction R100 et de même dans le deuxième module 200, la borne de sortie 22 est reliée à la borne d'entrée 21 via une résistance de contre-réaction R200. Lorsqu'une telle contre-réaction, qui reste optionelle, est appliquée, il est alors avantageux de prévoir une résistance en parallèle entre la base de chacun des transistors Tla et Tlb, et la tension de référence V2, comme indiqué par les références R110 et R210 sur la figure. Ces résistances permettent, par la chute de tension produite dans les résistances R100 et R200, d'augmenter la tension base-collecteur des transistors Tla et Tlb. Ces transistors Tla et Tlb sont donc susceptibles de produire des signaux dont l'excursion de tension sur leur collecteur est relativement élevée permettant d'obtenir un signal différentiel de sortie de 2,5 Volts crête conservant une bonne linéarité. Le spécialiste du domaine est à-même d'apporter des modifications de détail par rapport à l'amplificateur décrit à titre d'exemple, notamment en ce qui concerne le point de fonctionnement en courant continu et sa stabilité par rapport aux variations de la température et aux variations de la tension d'alimentation (V2-V1). De telles modifications restent néanmoins dans le cadre de l'invention telle que revendiquée ci-après. REVENDICATIONS 1. Amplificateur comportant un premier module alimenté entre unme première source d'alimentation et une deuxième source servant de référence de tension, composé d'une part d'un premier transistor d'une polarité determinée, agencé pour fonctionner en émetteur commun, dont la base constitue, pour l'amplificateur, une borne d'entrée destinée & recevoir un signal alternatif d'entrée et dont le collecteur est relié à la première source d'alimentation via une résistance de collecteur, module composé d'autre part d'un deuxième et d'un troisième transistor, de la même polarité déterminée, le deuxième transistor, agencé pour fonctionner en émetteur suiveur, ayant sa base connectée au collecteur du premier transistor et son émetteur constituant une borne de sortie de l'amplificateur, tandis que le troisième transistor, recevant sur sa base un signal en phase avec le signal d'entrée, est agencé pour fonctionner en émetteur commun et a son collecteur connecté à l'émetteur du deuxième transistor, les deuxième et troisième transistors fonctionnant en push- pull, caractérisé en ce que l'amplificateur comporte un deuxième module semblable au premier module, dans lequel le premier transistor est agencé en paire différentielle avec le premier transistor du premier module, les émetteurs des transistors de cette paire différentielle étant alimentés chacun par une source de courant à partir de la deuxième source d'alimentation et étant couplés entre eux par une première résistance d'émetteur, en ce que chacun des modules comporte encore un quatrième transistor de la même polarité déterminée, qui, au sein du même module, a sa base connectée & la base du deuxième transistor et son émetteur relié à la deuxième source d'alimentation par l'intermédiaire d'un pont diviseur de tension, et en ce que la base du troisième transistor de l'un des modules est reliée à un point intermédiaire du pont diviseur de l'autre module présentant ledit signal en phase avec le signal d'entrée. 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur du troisième transistor du premier module et l'émetteur du troisième transistor du deuxième module sont couplés entre eux par une deuxième résistance d'émetteur. 3. Amplificateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans chacun des modules, une résistance de contre- réaction est directement connectée entre la borne d'entrée et la borne de sortie. 4. Amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que. dans chacun des deux modules, une résistance, dite de base, est connectée entre la base du premier transistor et la deuxième source d'alimentation. 5. Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le pont diviseur de chacun des modules comporte une diode en série entre le point intermédiaire et la deuxième source d'alimentation.