Brevet FR2762726A1 — publié le 19981030

t1OGE DE SORTIE D'AMPLIFICATEUR A PROT=ICN CONTRE LES COURTS- CIRCUITS La présente invention concerne un étage de sortie d'amplificateur et plus particulièrement un circuit de protection d'un tel étage contre les courts-circuits de sa sortie. La figure 1 représente partiellement un étage de sortie classique muni d'un circuit de limitation du courant de sortie de l'étage. Cet étage comprend un premier transistor de sortie NPN Q1 dont l'émetteur est relié à un potentiel d'alimentation bas Vee et dont le collecteur constitue la sortie Vo de l'étage et de l'amplificateur. Un deuxième transistor de sortie Q2 relie la sortie Vo à un potentiel d'alimentation haut Vcc. Le transistor Qi, comme cela est représenté à titre d'exemple, est connecté en Darlington, c'est-à-dire qu'il est commandé par 1 intermédiaire d'un transistor supplémentaire Q3, par exemple de type NPN. L'émetteur du transistor Q3 est relié à la base du transistor Q1 et au potentiel Vee par une source de courant de polarisation 10. Le collecteur du transistor Q3 est relié au potentiel Vcc, mais il pourrait également être relié au collecteur du transistor Q1. La base du transistor Q3 est reliée au potentiel haut Vcc par une source de courant de commande 12 et au potentiel bas Vee par une source de courant 13. L'invention ne concernant qu'un demi-étage de sortie, un seul des demi-étages, celui associé au transistor Q1, a été représenté pour des raisons de clarté. L'autre demi-étage, celui associé au transistor Q2, est, par exemple, complémentaire et symétrique à celui du transistor Q1. Alors, commue cela est représenté, le transistor Q2 est de type PNP. La source de courant 12 comprend, par exemple, un transistor PNP Q4 dont 1'émetteur est relié au potentiel Vcc par une résistance 15 et dont le collecteur est relié à la base du transistor Q3. La base du transistor Q4 reçoit un signal servant à la mande du transistor de sortie Q1. De préférence, on prévoit un circuit de limitation du courant de l'étage de sortie. Dans un étage du type de la figure 1, un tel circuit de limitation peut comprendre un transistor NPN Q5 con 8 en parallèle sur le transistor Q1 par sa base et son émetteur. Le collecteur du transistor Q5 est relié au potentiel Vcc par une résistance 17. Une diode D est reliée par son anode à l'émetteur du transistor Q4 et par sa cathode au collecteur du transistor Q5. Avec cette oonfiguration, le courant de collecteur du transistor Q5 est proportionnel au courant de collecteur du transistor Q1. La résistance 17 est choisie pour que, en fonctionnement normal, la diode D ne soit pas passante. Lorsque le courant de collecteur du transistor Q1 devient trop important, la tension aux bornes de la résistance 17 devient supérieure à la tension aux bornes de la résistance 15, augmentée du seuil de la diode D. Alors, une partie du courant dans la résistance 15 est dérivée vers le potentiel Vee par la diode D et le transistor Q5, ce qui diminue la oommaoe du transistor Q3, et donc du transistor Q1. Un tel montage permet donc, en théorie, de limiter le courant dans le transistor Q1 lorsque la sortie Vo est accidentellement forcée à un potentiel plus élevé que le potentiel imposé par l'amplificateur, par exemple dans le cas d'un court-circuit entre la sortie Vo et le potentiel Voc. En pratique, ce circuit de limitation ou un autre peut ne pas suffire dans un cas courant où l'on prévoit un condensateur de compensation en fréquence Cc relié entre la sortie Vo et la base du transistor Q3. En effet, lors d'un oourtcircuit de la sortie Vo au potentiel Vcc, par exemple, la tension sur la sortie Vo croît si rapidement que le condensateur Cc n'a pas le temps de se charger. Tandis qu'il se charge, le condensateur Cc se comporte came une faible impédance entre la sortie Vo et la base du transistor Q3, d'où il résulte que le transistor Q1 est forcé à rester conducteur et provoque un fort courant de court-circuit. Ce est si rapide que le transistor Q1 est souvent détruit avant qu'un circuit de limitation de courant ne carence à intervenir. De plus, l'exemple particulier de circuit de limitation de la figure 1 ne peut agir qu'en diminuant le courant de la source 12. Tout courant parveant à la base du transistor Q3 en dehors de la source 12, notaient par le condensateur Cc, ne peut être supprimé. Un objet de la présente invention est de prévoir une protection d ' étage de sortie qui puisse agir particulièrement rapidement. Cet objet est atteint grâce à un circuit de protection dynamique qui agit pendant la phase de montée brusque de la tension de sortie provoquée par un court-circuit. Après la phase de montée, le circuit de protection dynamique devient inopérant et c'est un circuit de limitation de courant classique, c'est-àdire un circuit de protection statique, qui assure la protection de l'étage de sortie, le cas échéant. La présente invention vise plus particulièrement un étage de sortie d'amplificateur comprenant un transistor de sortie bipolaire dont l'émetteur est relié à un premier potentiel d'alimentation et dont le collecteur constitue la sortie de l'amplificateur; des moyens de amande en courant de la base du transistor de sortie ; une capacité couplée entre le collecteur et la base du transistor de sortie ; et un circuit de protection dynamique comportant un élément dérivateur de la tension de sortie de l'amplificateur et un transistor de protection connecté pour réduire la amande du transistor de sortie lorsque le signal fourni par 1 'élément dérivateur dépasse un seuil prédéterminé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 1 'élément dérivateur comprend un oonoensateur relié entre la sortie de 1 ' amplificateur et la base du transistor de protection et une résistance reliée entre la base du transistor de protection et le premier potentiel d'alimentation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 1 'élément dérivateur est dimensionné de manière que le seuil prédéterminé soit dépassé lorsque la vitesse de montée de la tension de sortie de 1 'amplificateur est supérieure à la vitesse de montée de l'amplificateur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le transistor de sortie est oonecté en Darlington avec un troisième transistor, le transistor de protection étant connecté entre la base du troisième transistor et le premier potentiel d'alimentation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits transistors sont de type NPN. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 1 'étage comprend en outre un circuit de protection statique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit de protection statique comprend un cinquième transistor de même type que le transistor de sortie, cottecté en parallèle par son émetteur et sa base sur le transistor de sortie, et des moyens pour diminuer le courant de anxnarde du transistor de sortie lorsque le courant de collecteur du cinquième transistor excède un seuil prédéterminé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de commode en courant de la base du transistor de sortie asmprennent un sixième transistor dont 1 'émetteur est relié à un potentiel d'alimentation par une première résistance, et le circuit de protection statique comprend une deuxième résistance reliée entre le collecteur du cinquième transistor et le potentiel d'alimentation, et une diode reliée entre 1 'émetteur du sixième transistor et le collecteur du cinquième transistor. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d ' autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente partiellement un étage de sortie classique muni d ' un circuit de limitation de courant statique la figure 2 représente partiellement 1 'étage de sortie de la figure 1, muni d'un mode de réalisation de circuit de protection dynamique selon la présente invention ; la figure 3A représente des variations de tension et de courant illustrant le fonctionnement de l'étage de la figure 2 dans un cas où le circuit de protection dynamique selon 1 'invention n ' intervient pas ; et la figure 3B représente des variations de tension et de courant illustrant le fonctionnement de 1 'étage de la figure 2 dans un cas où le circuit de protection dynamique intervient. A la figure 2, des mêmes éléments qu'à la figure 1 sont désignés par des mêmes références. Pour des raisons de clarté, certains des éléments de la figure 1 ont été omis, notamment le circuit de protection statique Q5, 17, D. Selon la présente invention, un élément dérivateur est connecté pour surveiller la variation de la tension de sortie Vo et comnander un transistor Q6 afin de court-circuiter la base du transistor Q3 au potentiel bas Vee lorsque les variations de la tension de sortie Vo sont trop rapides. L'élément dérivateur comprend, dans le mode de réalisation représenté, un cosldensateur C2 relié en série avec une résistance R entre la sortie Vo et le potentiel bas Vee, le condensateur C2 étant connecté du côté de la sortie Vo. Le transistor Q6 est un transistor NPN dont le collecteur est relié à la base du transistor 93, dont l'émetteur est relié au potentiel bas Vee, et dont la base est reliée au point de connexion entre le condensateur C2 et la résistance R. En résumé, lorsque la tension de sortie Vo croît trop rapidement, par exemple à cause d'un court-circuit, le condensateur C2 n'a pas le temps de se charger à travers la résistance R et se comporte carme une faible impédance connectée entre la sortie Vo et la base du transistor Q6. I1 en résulte que le transistor Q6 devient fortement conducteur et dérive vers le potentiel Vee tout courant parvenant à la base du transistor Q3. Les transistors Q3 et Q1 se bloquent. Une fois que la tension de sortie Vo s'est stabilisée, le condensateur C2 termine de se charger par la résistance R et le transistor Q6 se bloque. Si le oourt-circuit persiste, c'est un circuit de limitation de courant statique qui continue à assurer la protection. Si les variations de la tension de sortie Vo sont suffisamnent lentes, le condensateur C2 a le temps de se charger et de se décharger en correpondace à travers la résistance R, sans que la tension aux bornes de cette résistance R ne dépasse le seuil base-émetteur Vbe du transistor Q6. Le transistor Q6 reste donc bloqué. La figure 3A représente un exemple d' allure de la tension de sortie Vo, de la tension de base Vb6 du transistor Q6, et du courant de collecteur Icl du transistor Q1 dans un cas où le circuit de protection selon l'invention n'agit pas. Jusqu' à un instant tO, la tension de sortie Vo est à une valeur de repos, par exemple nulle. La tension de base Vb6 du transistor Q6 est nulle et le courant de collecteur Ic6 du transistor Q1 est à une valeur de repos, par exemple nulle. Entre l'instant tO et un instant tl, la tension de sortie Vo croit jusqu'au potentiel Voue, oeci étant dû, par exemple, à une variation normale de la tension de sortie Vo, imposée par l'amplificateur. La tension Vb6 ccxtEnnce par suivre l'évolution de la tension Vo. Puis, au fur et à mesure que le condensateur C2 se charge par la résistance R, la tension Vb6 s'écarte de la tension Vo pour décroître vers la valeur 0 à partir de l'instant tl. Comme cela est représenté, la vitesse de variation de la tension Vo est insuffisante pour que la tension Vb6 dépasse la tension Vbe du transistor Q6, d'où il résulte que le transistor Q6 reste bloqué. Entre les instants tO et tl, le courant Icl dans le transistor Q1 a une allure similaire à celle de la tension Vb6. A partir de l'instant tl où la tension Vo s'est stabilisée, le courant Icl décroît vers une valeur de fonctinnent normal ou, si la sortie est surchargée, vers le courant maximal Im fixé par le limiteur de courant Q5, 17, D de la figure 1. On remarquera que le courant Icl dépasse le courant maximal Im, ce dépassement dépendant de la pente de la tension Vo. Cette pente étant relativement faible dans le cas de la figure 3A, le dépassement du courant Icl reste dans des limites acceptables. La figure 3B représente un exemple d'allure des tensions Vo et Vb6, et du courant Icl dans le cas où le circuit de protection dynamique selon l'invention entre en action. Les courbes de cette figure 3B, comme celles de la figure 3A, sont représentées à des échelles arbitraires volontairement distordues pour faciliter la comprésension. L'évolution de la tension Vo est similaire à celle de la figure 3A sauf que la pente entre les instants tO et tl est plus raide. Du fait de la rapidité d'évolution de la tension Vo, la tension Vb6 atteint la tension Vbe du transistor Q6 à un instant tO', avant l'instant tl où la tension Vo atteint sa valeur maximale Vcc. Alors, la tension Vb6, au lieu de poursuivre son évolution carme cela est représenté par des pointillés, est écrêtée à la tension Vbe par la diode base-émetteur du transistor 06. Ainsi, à partir de l'instant tO', le transistor Q6 devient conducteur et force la base du transistor Q3 au potentiel Vee. Le transistor Q3, et donc le transistor Q1, se bloquent. En conséquence, le courant Icl s'annule à l'instant tO', au lieu de continuer à croître campe cela est représenté en pointillés. A l'instant tl, où la tension Vo cesse de croître, la tension Vb6 se met à décroître vers zéro. Le transistor 06, qui était conducteur de l'instant tO' jusqu'à l'instant tl, se bloque en autorisant le fonctiormeiment normal de l'étage. Ainsi, les transistors Q3 et Q1 retrouvent progressivement leurs courants de fonctionnement, éventuellement limités par le circuit limiteur Q5, 17, D de la figure 1, si le court-circuit persiste. Avec le circuit de protection dynamique selon l'invention, le courant maximal dans le transistor Q1 est atteint à 1' instant tO', tout au début d' une asnsion vers une valeur beauooup plus importante qui serait atteinte à l'instant tl sans l'intezventiion du circuit de protection. L'amplitude maximale atteinte par la tension de base Vb6 du transistor Q6 dépend de la pente de la tension Vo et des valeurs du condensateur C2 et de la résistance R. Les valeurs C2 et R permettent donc de régler la pente à laquelle le circuit de protection se déclenche. Ces valeurs sont bien entendu choisies pour que la pente de déclenchent soit supérieure à la pointe maximale, ou vitesse de montée, de l'amplificateur. Ceci évite que le circuit de protection ne se déclenche au cours d ' un fonctionnement normal de 1 'amplificateur. A titre d'exemple, pour un amplificateur ayant une vitesse de montée de 1 V/ps, on pourra choisir des valeurs de 1 pF et 40 kRi respectivement pour le condenoateur C2 et la résistance R. Dans ce cas, le dispositif de protection se déclenche sensiblement pour une pente de 18 V/ps. Bien entendu, un dispositif de protection symétrique à celui qui vient d' être décrit peut être employé pour le deuxième transistor de sortie de l'étage, le transistor PNP Q2. Toutefois, ceci n'est souvent pas nécessaire car le transistor PNP Q2, pour avoir les mêmes caractéristiques que le transistor NPN Ql, doit être choisi plus grand et est donc plus lent et plus robuste. REVENDICATIONS 1. Etage de sortie d'amplificateur comprenant - un transistor de sortie bipolaire (Ql) dont 1 ' émetteur est relié à un premier potentiel d' alimentation (Vee) et dont le collecteur constitue la sortie (Vo) de 1 ' amplificateur - des mayens de commande en courant (12) de la base du transistor de sortie - une capacité (Cc) couplée entre le collecteur et la base du transistor de sortie caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de protection dynamique canportant un élément (C2, R) dérivateur de la tension de sortie (Vo) de 1 ' amplificateur et un transistor de protection ( Q6 ) oocnecté pour réduire la oainnoe du transistor de sortie lorsque le signal (Vb6) fourni par 1 'élément dérivateur dépasse un seuil prédéterminé (Vbe). 2. Etage de sortie d'amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1 'élément dérivateur comprend un condensateur (C2) relié entre la sortie (Vo) de 1 'amplificateur et la base du transistor de protection ( Q6 ) et une résistance (R) reliée entre la base du transistor de protection et le premier potentiel d'alimentation (Vee). 3. Etage de sortie d'amplificateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément dérivateur (C2, R) est dimensionné de manière que le seuil prédéterminé (Vbe) soit dépassé lorsque la vitesse de montée de la tension de sortie (Vo) de 1' amplificateur est supérieure à la vitesse de montée de l'amplificateur. 4. Etage de sortie d' amplificateur selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le transistor de sortie (Ql) est oonecté en Darlington avec un troisième transistor (Q3), le transistor de protection ( Q6 ) étant conecté entre la base du troisième transistor et le premier potentiel d'alimentation (Vee). 5. Etage de sortie d'amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits transistors sont de type NPN. 6. Etage de sortie d'amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de protection statique (Q5, 17, D). 7. Etage de sortie d'amplificateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de protection statique comprend un cinquième transistor (Q5) de même type que le transistor de sortie, connecté i en en parallèle par son émetteur et sa base sur le transistor de sortie, et des mayens (17, D) pour diminuer le courant de commande du transistor de sortie lorsque le courant de collecteur du cinquième transistor excède un seuil prédéterminé. 8. Etage de sortie d'amplificateur selon la revendication 7, caractérisé en cs que les moyens de commande en courant de la base du transistor de sortie comprennent un sixième transistor (Q4) dont 1 émetteur est relié à un potentiel d'alimentation (vau) par une première résistance (15), et en ce que le circuit de protection statique comprend une deuxième résistance (17) reliée entre le collecteur du cinquième transistor (Q5) et le potentiel d'alimentation (Vcc), et une diode (D) reliée entre l'émetteur du sixième transistor et le collecteur du cinquième transistor.