Brevet FR2817410A1 — 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 de semi-conducteurs ayant des caracténstiques 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 semiconducteurs 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 1800 1 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 sorte est nul, ou très faible Le résultat pratique est que l'on peut utiliser des transformateurs de sortie plus réduits pour transmettre, du pnmaire 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 1 prIX de revient des amplificateurs ta 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 primaires sans toutefos 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 figure 1 montre le schéma d'un amplificateur d'un type connu. La figure 2 montre le schéma de l'amplificateur 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) et les références (Rk1) et (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 pnmaire du transformateur de sorte (T1), tandis que l'anode (a2) est reliée au point (Pa2) de l'enroulement primaire du transformateur de sorte (T1) Le point milieu (Pm) du primaire est relié au pole positif (Ap) de la source d'alimentation (AL) en haute tension, le pole 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 de 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 mottes 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 nsque 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 par 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 absence de signal, le choix de la valeur des résistances cathodiques (Rk1) et (Rk2) permet de varier la polarisation des tubes, afin d'égaliser leurs 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 trots 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 figure 2 Illustre l'invention, appliquée à un amplificateur du genre de celui en regard de la figure 1, mais n'en présentant pas les inconvénients et les contraintes La haute tension nécessaire, ainsi que la tension pour le chauffage des filaments des tubes électroniques utilisés, sont fournies par un bloc alimentateur (AL) dont la fabrication est à la portée de l'homme de l'art. Selon l'invention, on n'a plus besoin d'utiliser des tubes (ou semi-conducteurs) appairés, comme dans la figure 1 (V1) et (V2), pour effectuer l'amplification symétrique ( push-pull ) En outre, le déphaseur est suppnmé, de même que la nécessité d'équilibrer les courants anodiques Selon l'invention, appliquée à titre d'exemple au montage de la figure 2, le tube électronique (V) du stade de puissance effectue la fonction de pilotage symétrique du transformateur de sortie (T2), en partant du signal alternatif appliqué à sa grille, du fait qu'il génère dans deux sections séparées du primaire (L3) et (L4) de la Figure 2, de caractéristiques appropriées, les forces électromotrices, en opposition de phase, requises par le système push-pull et, en plus, oppose les tensions continues, dans ces mêmes sections Le transformateur de sorte utilisé (T2) comporte deux enroulements pareils et isolés électriquement entre eux. Ce type de transformateur existe déjà dans le commerce et sa construction est à la portée de l'homme de l'art. La figure 2 indique le sens et le raccordement des enrobements qui devront être respectés afin d'obtenir ce résultat, ainsi que les composants additionnels nécessaires, en l'occurrence les diodes (D1) et (D2). Les points indiquent le début du sens de l'enroulement, les astérisques la fin du sens d'enroulement et les flèches la direction du courant anodique. Dans la figure 2, le tube électronique M'ou éventuellement plusieurs tubes en parallèle (pour augmenter la puissance), reçoit le signal de pilotage sur sa grille (g) , l'amplifie et l'applique, sous forme de variations de courant, aux sections (L3) et (L4) du primaire Ces variations. par Induction, apparaîtront dans le secondaire (S2), relié au haut parleur (non représenté) Les tensions alternatives présentes aux bornes des deux sections du pnmaire, sans la présence de (D1) et (D2), formeraient un court circuit. D'où la nécessité d'insérer ces deux diodes (D1) et (D2), qui empêcheront la circulation du courant alternatif entre les deux sections du primaire du transformateur (T2), tout en permettant au courant continu de la haute tension de traverser l'une et l'autre de ces sections dans le sens désiré, c'est à dire celui qui permet, en absence de signal, l'annulation de la chute de tension sur l'ensemble (L3) + (L4) du pnmaire du transformateur de puissance (T2) La répartition du courant anodique et ses effets sur la production de flux magnétique dépendant de la conception des enroulements (L3) et (L4), il est nécessaire d'en tenir compte (comme d'ailleurs normalement fait pour les transformateurs destinés aux montages symétriques classiques), pour obtenir les meilleurs résultats, car le transformateur (T2) assume, en quelque sorte, à lui tout seul, la triple responsabilité du déphasage, de l'annulation du flux dans le noyau en l'absence de signal et de la transmission des alternances du primaire au secondaire Le cas échéant, en présence de différences entre les caractéristiques électromagnétiques des deux enroulements (L3) et (L4), la situation pourra être améliorée en remplaçant une des diodes (D1) ou (D2), par deux ou plusieurs diodes afin de réduire la tension aux bornes de l'enroulement responsable d'un excès de flux dans le noyau. REVENDICATION Amplificateur audio, utilisant des tubes électroniques ou des semi-conducteurs, caractérisé par l'utilisation d'un transformateur de sortie (T2 de la figure 2), ayant le primaire divisé en deux enroulements similaires, séparés, (L3) et (L4), disposés avec les sens d'enroulement opposés, les côtés (L3a) et (L4b) étant en direction de la ligne de la haute tension reliée au pole positif (Ap) de l'alimentateur (AL) et les côtés (L3b) et (L4a) étant en direction de l'anode (a) du tube (V), le côté (L3b) de l'enroulement (L3) étant raccordé directement à l'anode (a) du tube (V) et à la cathode (kD2) de la diode (D2), le côté (L3a) de l'enroulement (L3) étant raccordé directement et uniquement à la cathode (kD1) de la diode (D1) ; te côté (L4b) de l'enroulement (L4) étant raccordé directement au pole positif (Ap) de la haute tension et à l'anode (aD1) de la diode (D1), le côté (L4a) l'enroulement (L4) étant raccordé directement et uniquement à l'anode (aD2) de la diode (D2). Le courant anodique traversant le tube électronique (V), ou un semi-conducteur ayant la même fonction (non représenté), se boucle par le pole négatif (An), relié à la masse générale, de l'alimentateur (AL), après avoir subi la modulation correspondante au signal appliqué au point (e) de son électrode de contrôle g. Les autres références présentes sur la figure 2 désignent (k) la cathode, (Rg) la résistance de grille, (Rk) la résistance cathodique assurant la polarisation du tube électronique