Brevet FR2817411A1 — publié le 20020531

La présente invention est relative à un amplificateur audio du genre de ceux dont l'étage d'entrée et celui de sortie utilisent des tubes électroniques (triode, tétrode, pentode, etc. ) ou des semi- conducteurs (transistors, mosfets, etc.). Les amplificateurs actuels comportent souvent des circuits avec l'étage final "symétrique", utilisant des paires de tubes électroniques ou des semiconducteurs ayant des caractéristiques similaires ou compatibles, dit push-pull, qui opère de la façon suivante :L'étage de puissance utilise un transformateur de sortie, dont le primaire comporte une prise centrale, reliée à la haute tension. Les deux autres terminaux sont reliés à des tubes ou à des semi-conducteurs de puissance, pilotés par le ou les étages précédents, qui comportent nécessairement un circuit déphaseur (ou inverseur de phase), dont le rôle est de cloner ou diviser le signal unique qu'il a reçu, en produisant deux signaux de même amplitude, mais opposés à 180 , destinés aux tubes (ou transistors) de puissance, pour qu'ils puissent travailler alternativement et en symétrie. Le déphaseur comporte généralement des difficultés de mise au point et il n'existe pas, parmi les alternatives de circuits connus à ce jour, une solution qui ne présente pas d'inconvénients. L'objectif serait donc de s'en passer, sans toutefois perdre les bénéfices de la configuration Push-pull. Un des mérites de cette dernière configuration réside dans le fait que les deux enroulements symétriques du primaire sont, au repos (c'est à dire sans aucun signal de pilotage alternatif présent à leurs électrodes de contrôle), parcourus, en sens opposé l'un par rapport à l'autre, par le courant continu fourni par l'alimentation haute tension. De ce fait, le flux magnétique résultant dans le noyau du transformateur de sortie est nul, ou très faible. Le résultat pratique est que l'on peut utiliser des transformateurs de sortie plus réduits pour transmettre, du primaire au secondaire, les alternances du signal amplifié, étant donné que le danger de saturation du noyau est plus éloigné. Ceci se traduit par une amélioration du rapport qualité/prix de revient des amplificateurs. La présente invention permet à l'étage de sortie d'utiliser un transformateur du type"push-pull", donc de format réduit, grâce aux courants de sens opposé parcourant ses enroulements, sans toutefois nécessiter d'un étage déphaseur. Elle sera mieux comprise par la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé à titre d'exemple indicatif, seulement, relatif à un montage utilisant des tubes électroniques La fig. 1 montre le schéma d'un amplificateur d'un type connu, la fig. 2 celle du montage objet de l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit que l'étage final (ou de puissance), comporte deux tubes électroniques, respectivement (V1) et (V2). Les anodes, les grilles et les cathodes de chaque tube sont désignées, respectivement, par les références (a1), (a2), (g1), (g2), (k1), (k2). Les références (Rg1) et (Rg2) désignent, respectivement, les résistances de grille des grilles (g1) et (g2) ; les références (Rk1), (Rk2), respectivement les résistances cathodiques des électrodes (k1) et (k2), qui assurent la polarisation, c'est à dire l'application aux grilles de la tension continue fixant le point de fonctionnement moyen et le courant anodique, au repos. L'anode (a1) est reliée au terminal (Pa1) de l'enroulement primaire du transformateur de sortie (T1), tandis que l'anode (a2) est reliée au point (Pa2) de l'enroulement primaire du transformateur de sortie (T1) Le point milieu (Pm) du primaire est relié au pôle positif (Ap) de la source d'alimentation (AL) en haute tension, le pôle négatif (An) de cette dernière étant relié à la masse. En ce qui concerne les deux moitiés (L1) et (L2) du primaire du transformateur de sortie (T1), le début du sens de l'enroulement est indiqué par un point, la fin par un astérisque et le sens du parcours du courant continu fourni par l'alimentateur (AL), par des flèches. Ce courant, partant du point milieu (Pm), se partage et se dirige vers les deux anodes (a1) et (a2) des tubes électroniques (V1) et (V2), en parcourant les deux moitiés symétriques du primaire en sens inverse, ce qui a pour effet, si les intensités des courants et les caractéristiques électriques des enroulements (L1) et (L2) sont équilibrées, de ne pas "magnétiser" le noyau. Par conséquent, la capacité de ce dernier à transférer les courants alternatifs du primaire au secondaire, sans risque de saturation précoce, n'est pas entamée. Le secondaire du transformateur, désigné par (S1), est connecté au haut parleur usuel, non représenté. Deux signaux de phase opposée, comme requis pas la configuration d'amplification symétrique ("push-pull"), sont appliqués aux grilles de (V1) et (V2), aux points (e1) et (e2). Si l'alternance appliquée en (e1) est positive, celle appliquée à (e2) est négative, dans lequel cas le courant anodique du tube (V1) augmente tandis que celui du tube (V2) diminue. Ces variations sont recueillies par les sections (L1) et (L2) du primaire du transformateur (T1), qui transmettent, par induction, les alternances au secondaire (S1) et donc au haut parleur raccordé à ce dernier (non représenté). Il est à noter qu'en l'absence de signal, le choix de la valeur des résistances cathodiques (Rk1) et (Rk2) permet de varier la polarisation des tubes, afin d'égaliser les courants anodiques respectifs La saturation précoce du noyau magnétique du transformateur, phénomène qui est responsable de graves distorsions du son, étant à éviter, il faut faire en sorte que ces deux courants continus, parcourant les deux moitiés symétriques du primaire en sens opposé, soient bien équilibrés C'est une condition indispensable pour bien exploiter les caractéristiques physiques du noyau et permettre aux variations en courant alternatif d'atteindre le maximum d'amplitude sans distorsion excessive. Malheureusement, en pratique, cette condition est très difficile à réaliser, et, surtout, à maintenir, car les caractéristiques des composants et des tubes changent avec le temps. En résumant, pour obtenir un bon fonctionnement du montage à amplification symétrique ("push-pull"), il faut :a) disposer de deux signaux de même amplitude et en opposition de phase, d'où la nécessité d'un étage déphaseur bien réglé et stable. b) prévoir un système, également stable, pour régler les courants anodiques des deux tubes (ou semi-conducteurs) de l'étage final. c) utiliser des tubes électroniques (ou semi-conducteurs) ayant des caractéristiques très proches et compatibles, ce qui implique une sélection laborieuse et donc coûteuse. La présente invention permet d'éviter ces trois conditions compliquées et onéreuses et, par conséquent, de simplifier la construction de l'amplificateur audio et d'en réduire le coût, tout en conservant les qualités d'un montage "push-pull". La fig 2 illustre l'invention, appliquée à un amplificateur du genre de celui de la figure 1, avec un transformateur de sortie (T2) ayant un enroulement (Lt) spécifiquement destiné à équilibrer le courant anodique réparti dans plusieurs primaires (Lp1, Lp2 dans la Fig. 2 et Lp1... Lpn, dans les Fig. 3 et 4) ayant le même nombre de spires, raccordés en parallèle. Dans la figure 2, le nombre de primaires a été limité à deux (Lp1 et Lp2), par simplicité. Chaque primaire comporte un ou plusieurs enroulements secondaires préférablement intercalés dans les enroulements primaires (S1 et S2), qui seront ensuite raccordés ensemble pour obtenir l'impédance de sortie requise par le haut parleur. Cette fabrication est à la portée de l'homme de l'art. Le nombre de spires de l'enroulement (Lt), que l'on pourrait définir comme le"tertiaire", sera égal au nombre de spires de chaque primaire divisé par le nombre d'enroulements primaires. Comme indiqué dans la fig. 2, l'enroulement "tertiaire" dessert soit le circuit magnétique de l'enroulement (Lp1) soit celui de l'enroulement (Lp2) Il exercera son action aussi bien sur l'un que sur l'autre. En cas de quatre primaires, l'enroulement "tertiaire" sera sur le corps magnétique central d'une formation avec quatre primaires satellites. La fig. 3 représente le transformateur (T2) à quatre primaires et la fig. 4 une version de (T2) à primaires multiples, à titre d'exemple indicatif seulement, vue en section, d'autres solutions étant possibles. Selon l'invention, le courant anodique continu du tube électronique (V) du stade de puissance de la figure 2 (la haute tension étant fournie par un bloc alimentateur (AL), dont la fabrication est à la portée de l'homme de l'art), produit dans les circuits magnétiques (d'un côté l'enroulement tertiaire (Lt) sur le noyau central commun et, de l'autre côté, les enroulements primaires périphériques (Lp1) et (Lp2), sur leurs noyaux respectifs) des flux qui s'annulent, du fait que leur orientation et les produits ampères-tours, contrastants, se compensent, ce qui réalise donc une des conditions essentielles du montage classique en "push-pull", c'est à dire l'absence de magnétisation des noyaux au repos (sans signal de pilotage). Les variations du courant anodique, dues au signal de pilotage en (e) appliqué à la grille (g) de (V), engendreront dans les enroulements primaires (Lp1) et (Lp2) des alternances qui se transmettront, par induction, aux secondaires (S1) et (S2), donc au haut parleur y relié. L'enroulement tertiaire sera lui aussi concerné par ces variations, mais, du fait qu'il comporte un nombre de spires relativement réduit, il pourra être court-circuité, en courant alternatif, par un condensateur de valeur adéquate (C), sans causer une pénalisation excessive au rendement du transformateur. La présente invention permet d'éviter d'avoir un étage déphaseur, le transformateur de sortie étant contrôlé par une seule lampe (ou éventuellement plusieurs lampes en parallèle, en fonction de la puissance de sortie désirée). Le vieillissement de cette (ces) dernière (s) n'aura pas comme conséquence de déséquilibrer le réglage de magnétisation nulle du noyau au repos. Elle permet également l'utilisation de transformateurs de sortie du genre "push-pull", où la capacité de saturation est entamée uniquement par les alternances et non pas par le courant anodique au repos, ce qui est un avantage économique et qualitatif important. REVENDICATIONS 1) Amplificateur audio, utilisant des tubes électroniques (V) ou des semi- conducteurs, caractérisé par l'utilisation d'un transformateur de sortie (T2) dont les enroulements primaires (Lp1, Lp2... Lpn) sont situés sur la partie externe de leur circuit magnétique, leur partie interne ayant en commun un enroulement"tertiaire" (Lt), ayant un nombre de spires réduit par rapport au nombre de spires de chaque primaire, annulant la magnétisation des noyaux produite par les courants continus traversant les enroulements primaires (Lp1, Lp2, etc. ), en vertu du courant qui le traverse en sens opposé et dont l'intensité est supérieure, en fonction du nombre de ces derniers, à celle parcourant chaque primaire. 2) Amplificateur audio selon la revendication 1), caractérisé par l'emploi du transformateur (T2), adapté, dans lequel le nombre de spires du tertiaire est égal au nombre de spires de chaque primaire (Lp1, Lop2.. Lpn), divisé par le nombre d'enroulements primaires, ce qui permet également l'annulation de tout champ magnétique du transformateur de sortie (T2), d'une façon autonome, après la mise au point initiale, indépendamment des altérations des caractéristiques des composants du circuit, suite à leur vieillissement.