Brevet FR2960719A1 — publié le 20111202

Les amplificateurs audio traditionnels comportent un étage de sortie dit « push pull )). Ce circuit est constitué de deux branches de sorties : une branche de sortie positive connectée entre l'alimentation positive et la sortie, une branche de sortie négative connectée entre l'alimentation négative et la sortie. Ces branches de sortie sont constituées d'un ou plusieurs transistors. Sous l'effet du signal d'entrée, ces composants laissent circuler un courant variable entre les alimentations et la sortie. On note « courant interne », le courant traversant simultanément les 2 branches de sortie. 10 On note « courant de repos » la valeur du courant interne en l'absence de signal. L'art antérieur décrit les amplificateurs de classe A et de classe AB. Ces classes d'amplification se distinguent par la proportion -- temporelle - du signal d'entrée qui pilote effectivement chaque branche de sortie. Ainsi : Lorsque chaque branche de sortie est pilotée pendant 100% de la période du signal 15 d'entrée, on parle de classe A. En classe A, lorsque le courant de sortie augmente, le courant interne diminue linéairement par rapport à celui-ci mais reste non nul. Lorsque les branches de sortie sont alternativement pilotées pendant 50 à 100% de la période du signal d'entrée (avec une zone de recouvrement), on parle de classe AB. En classe AB, le courant interne s'annule (sortie de la zone de recouvrement) pour une valeur du 20 courant de sortie de l'ordre de celle du courant de repos. La classe A permet une linéarité inconditionnelle mais un faible rendement énergétique. La classe AB permet un meilleur rendement carte courant interne est beaucoup plus faible qu'en dasse A. Cependant au voisinage du zéro du courant interne les branches de sortie ont un comportement non linéaire. 25 En pratique, on constate que la linéarité des amplificateurs de classe AB est très sensible à la valeur du courant de repos. En outre les amplificateurs de classe AB ont une stabilité thermique limitée, se traduisant par une forte dépendance du courant de repos vis-à-vis de la température de fonctionnement des transistors de sortie. 30 il en résulte que le courant de repos - ainsi que la linéarité - peuvent être soumis à de sensibles fluctuations en cas de variation du niveau de puissance produit. La solution proposée décrit un dispositif amplificateur dans lequel chaque branche de sortie est pilotée pendant 100 % du temps. Cependant les branches de sortie ne sont pas directement pilotées par le signal 35 d'entrée, mais par un signal composite différencié pour chaque branche de sortie. Le courant de repos est faible devant le courant de sortie maximum assurant une bonne efficacité énergétique. a courant au courant de repda quelle çue soit l'amplitude du signai ce qui assure un comportement linéaire des branches de sortie. Par ailleurs le procédé de contrôle du courant interne est insensible à la température des transistors de sortie et garantit un courant interne stable. Le dispositif comporte deux demi-amplificateurs : « demi » car chacun ne produit qu'une des composantes (positives ou négatives) du courant de sortie, « amplificateurs » car chacun dispose de sa propre boucle de contre réaction. Les deux demi-amplificateurs ont leurs sorties reliées à la sortie du dispositif via deux résistances de couplage. Le dispositif comporte également un circuit de redressement connecté à une résistance 10 capteur de courant, ledit circuit produisant deux signaux représentatifs des demi-alternances positives et négatives du courant de sortie du dispositif. Les demi-amplificateurs ont leurs entrées couplées d'une part aux sorties du circuit de redressement, d'autre part à deux tensions de polarisation, enfin au signal d'entrée. Les tensions de polarisation compensent la différence de potentiel due au passage du 15 courant interne dans les résistances de couplage et les signaux du circuit de redressement compensent la différence de potentiel due au passage du courant de sortie dans l'une ou l'autre des résistances de couplage, Ainsi tout en contrôlant le courant interne, le dispositif produit au point de jonction des résistances de couplage, une tension proportionnelle au signal d'entrée. 20 La vue d'ensemble est présentée Figure 1. Le dispositif se compose du demi-amplificateur (91), du demi-amplificateur (92), d'un circuit de redressement (90), de deux résistances de couplages (3) et (4) et d'une résistance capteur de courant (IO). Le demi-amplificateur (91) est pourvu d'au moins les entrées (51), (53), (57). Ces 25 entrées de poids différenciés commandent un amplificateur petits signaux qui pilote un jeu de transistors constituant la branche de sortie positive. Ladite branche de sortie est connectée d'une part à l'alimentation positive, d'autre part à la sortie (61) du demi-amplificateur (91). Le gain de l'ensemble est défini par une boucle de contre-réaction dont l'entrée (59 est connectée à la sortie (61) du demi-amplificateur. La tension de la sortie (61) est une 30 combinaison linéaire des tensions des entrées (51), (53), et (57). Le demi-amplificateur (92) est pourvu d'au moins les entrées (52), (54), (58). Ces entrées de poids différenciés - mais respectivement identiques aux poids des entrées (51), (53), (57) - commandent un amplificateur petits signaux qui pilote un jeu de transistors constituant la branche de sortie négative. Ladite branche de sortie est connectée d'une part à 35 l'alimentation négative, d'autre part à la sortie (62) du demi-amplificateur. Le gain de l'ensemble est défini par une boucle de contre-réaction dont l'entrée {60) est connectée à la sortie (62 du demi-amplificateur. La tension de la sortie 62 est une combinaison linéaire des tensions des, entrées (52), (54), et (58). it de redressement se base sur un amplificateur petits signaux dont la boucle de entre-réaction est dédoublée en deux branches alimentées depuis ia sortie par des diodes de sens opposés. Les deux sorties ainsi définies séparent les demi-alternances positives et négatives du signal d'entrée dudit circuit de redressement. Le circuit de redressement (90) est présenté Figure 2. Le circuit de redressement (90) se compose d'un amplificateur petits signaux (80), de deux diodes (5), (6) d'une entrée (83) et des sorties (81) et (82). L'amplificateur petits signaux (80) comporte une sortie (65), une entrée (66), une bou de contre-réaction dédoublée en deux branches de même poids, d'entrées (63) et (64). La sortie (81) du circuit (90) est connectée à la branche de contre-réaction d'entrée (63) de l'amplificateur (80) et reliée à la sortie (65) de l'amplificateur (80) par l'intermédiaire de la diode (5). La sortie (82) du circuit (90) est connectée à la branche de contre-réaction d'entrée (64) de l'amplificateur (80) et reliée à la sortie (65) de l'amplificateur (80) par l'intermédiaire de la diode (6). L'entrée (83) du circuit (90) est connectée à rentrée (66) du circuit (80). La diode (5) est orientée afin que la sortie (81) du circuit (90) produise un si+ représentatif de la demi-alternance positive du signal appliqué à l'entrée (83). C'est-à-dire qu'elle est connectée à la sortie (81) par son anode si le gain de l'amplificateur (80) est positif 20 et par sa cathode si le gain dudit amplificateur est négatif. La diode (6) est orientée afin que la sortie (82) du circuit (90) produise un signal représentatif de la demi-alternance négative du signal appliqué à l'entrée (83). C'est-à-dire qu'elle est connectée à la sortie (82) par sa cathode si le gain de l'amplificateur (80) est positif et par son anode si le gaindudit amplificateur est négatif. 25 L'identité des deux branches de contre-réaction d'entrées (63) et (64) assure la linéarité de la somme des signaux des sorties (81) et (82) du circuit de redressement (90) vis-à-vis -du signal appliqué à l'entrée (83). Les éléments définis ci-dessus du dispositif, sont ainsi connectés: La sortie (61 de l'amplificateur (91) est reliée à la borne de sortie (40) par l'intermédiaire 30 de la résistance de couplage (3). La sortie (62) de l'amplificateur (92) est reliée à la borne de sortie (40) par l'intermédiaire de la résistance de couplage (4). La borne de sortie (30) est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance capteur de courant 1O). 35 La borne de sortie (30) est également reliée à l'entrée (83) du circuit de redressement La sortie (81) du circuit de redressement (90) est connectée à l'entrée (57) du demiamific°teu 2960719 - 4 - La sortie (82) du circuit de redressement (90)_est connectée à rentrée (58) du demi-amplificateur (92). Les entrées (53) et (54) des demi-a ti dateur (91) et (92) sont connectées à l'entrée (20) du dispositif, 5 L'entrée (51) du demi-amplificateur (91) est connectée à 1a tension continue de polarisation POL+. Centrée (52) du plificateur (92) est connectée à ta tension continue de polarisation POL-. Les gains des entrées du demi-amplificateur (91) sont définis sur le modèle suivant: 10 L'entrée (53) reçoit le signal d'entrée, son gain définit la tension sur la sortie (40). L'entrée (51): apporte la contribution correspondant à la fraction de la différence de potentiel aux bornes de ta résistance (3) due au passage du courant interne. L'entrée (57) apporte la contribution correspondant à la fraction de la différence de potentiel aux bornes de la résistance (3) due au passage du courant de sortie. Les gains des entrées du demi-amplificateur (92) sont définis symétriquement. C'est-à- dire que les gains des entrées (52), (56), (58) sont respectivement égaux aux gains des entrées (51), {55), (57) du demi-amplificateur (91). Ce dispositif définit un fonctionnement linéaire maintenant un courant interne constant indépendamment du courant et de la tension de sortie. Chaque demi-amplificateur ne produit qu'une demi-alternance du courant de sortie. Néanmoins les deux demi-amplificateurs contribuent simultanément à l'élaboration de chaque demi-alternance de la tension de sortie. La Figure 3 décrit une première variante du dispositif dans laquelle le demi-amplificateur (91) comporte une entrée supplémentaire (55) reliéeà la sortie (82) du circuit de redressement (90), et le demi-amplificateur (92) comporte une entrée supplémentaire (56) reliée à la sortie el) du circuit de redressement (90). Dans ce cas les gains des entrées du demi-amplificateur (91) sont définis sur le modèle suivant: L'entrée (53) reçoit signal d'entrée, son gain définit la tension entre les bornes de 30 sortie (30, 40). :entrée (51) apporte une contribution correspondant à la fraction de la différence de potentiel aux bornes de la résistance (3) due au passage du courant interne. Ventrée (57) apporte d'une part la contribution correspondant à la fraction de la différence de potentiel aux bornes de la résistance (3) due au passage du courant de sortie. 35 Et d'autre part l'entrée (57) conjointement avec l'entrée (55) apporte la contribution correspondant à la différence de potentiel aux bornes de la résistance-(1 0). Les gains des entrées du demi-amplificateur (92) sont définie symétriquement C'est-à-dire que les gains des entrées (52), (54) (56), (58) sont respectivement égaux aux gains des entrées (51), (53), (55), (57) du demi-amplificateur (91). En d'autres ternies, cette variante permet d'annuler l'impact de la résistance (10) sur l'impédance de sortie du dispositif. II existe égaiement une deuxième variante du dispositif dans laquelle : le demi-amplificateur (91) comporte une entrée supplémentaire (55) reliée directement ou non la borne de sortie (30) et le demi-amplificateur (92) comporte une entrée supplémentaire (56) reliée directement ou non à ta bonté dé sortie (30). Dans ce cas les gains des entrées du demi-amplificateur (91) sont définis sur le modèle suivant: 10 L'entrée (53) reçoit le signal d'entrée, son gain définit la tension entre les bômes de sortie (30), (40). L'entrée (51) apporte une contribution correspondant à la fraction de la différence dee potentiel aux bornes de la résistance (3) due au passage du courant interne. L'entrée (57) apporte la contribution correspondant à la fraction de la différe 15 potentiel aux bornes de la résistance (3) due au passage du courant de sortie. L'entrée (55) apporte la contribution correspondant à la différence de potentiel aux bornes de la résistance (10). Les gains des entrées du demi-amplificateur (92) sont définis symétriquement. C'est-à--dire que les gains des entrées (52), (54), (56), (58) sont respectivement égaux aux gains des 20 entrées (51), (53), (55), (57) du demi-amplificateur «91). Cette variante permet également d'annuler l'impact de la résistance (1 O) sur l'impédance de sortie du dispositif. Il existe également une troisième variante du dispositif dans laquelle : L'entrée (51) du demi-amplificateur (91) est remplacée par une modification de ta 25 symétrie électrique interne du demi-amplificateur (91) produisant un décalage de sa tension de sortie (61) identique à celui induit par l'application de la tension POL+ à l'entrée (51). L'entrée (52) du demi-amplificateur (92) est remplacée par une modification de la symétrie électrique interne du demi-amplificateur (92) produisant un décalage de sa tension de sortie (62) identique à celui induit par l'application de la tension POL- à rentrée (52). 30 existe également une quatrième variante du dispositif dans laquelle le signai d'entrée du circuit de redressement n'est plus prélevé sur la résistance capteur de courant (1 0) mais aux bornes des résistances de couplage (3) et (4). Cette variante permet la suppression de la résistance capteur de courant par raccordement direct de la sortie (30) à la masse. La réalisation ci-après est un mode non exclusif de mise en oeuvre de la première 35 variante du dispositif. s'agit d'un amplificateur d'une puissance d'environ 7 watts sous 8 ohms, La description porte sur un mode de réalisation des modules demi-amplificateurs (91), (92) et de l'amplificateur petits signaux (80).. Les interconnexions entre ces modules sont décrites dans la description générale Le demi-amplificateur (91) est constitué d'un amplificateur opérationnel (33) d'un transistor (37), du condensateur (35) et des résistances (29), (27), (31), (25) et (41). Crées (51), (53), (55), (57) sont respectivement raccordées aux résistances (29), (27), (31), (25). Ces résistances sont par ailleurs connectées à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel (33). Ladite entrée inverseuse est également connectée à la résistance (41); ladite résistance est par ailleurs connectée à l'entrée de centre-réaction (59). L'entrée inverseuse est également connectée au condensateur (35); ledit condensateur est par ailleurs connecté à la sortie de l'amplificateur opérationnel (33). L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel (33) est raccordée à la masse. La sortie de l'amplificateur opérationnel (33) est également connectée à la base du transistor (37). Ledit transistor qui constitue la branche de sortie positive est connecte par son collecteur à la ratimentation positive et par son émetteur à la sortie (61) du demi-amplificateur. 15 Le demi-amplificateur (92) est constitué d'un amplificateur opérationnel (34), d'un sistor (38), du condensateur (36) et des résistances (30), (28), (32), (26) et (42). Les entrées (52), (54), (56), (58) sont respectivement raccordées aux résistances (28), (32), (26). Ces résistances sont par ailleurs connectées à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel (34), Ladite entrée inverseuse est également connectée à la 20 résistance (42) ; ladite résistance est par ailleurs connectée à l'entrée de contre-réaction (60). L'entrée inverseuse est également connectée au condensateur (36) ledit condensateur est par ailleurs connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel (34). L'entrée non inverseuse de ramplrïicateur opérationnel (34) est raccordée à la masse. La sortie de t'amplificateur opérationnel (34) est également connectée à la base du 25 transistor (38). Ledit transistor qui constitue la branche de sortie négative est connecté par son collecteur à la l'alimentation négative et par son émetteur à la sortie (62) du demi- amplificateur. Le circuit amplificateur (80) est c+ nstitué de l'amplificateur opérationnel (70), des résistances (11), (12), (50). L'entrée (66) est connectée à la résistance (50), ladite résistance est par ailleurs connectée à rentrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel (70). t'entré" e inverseuse est également connectée à la résistance (11) ; ladite résistance est par ailleurs connectée à l'entrée de contre-réaction (63). 35 L'entrée inverseuse est également connectée à la résistance (12) ; ladite résistance est par ailleurs connectée é rentrée de contre-réaction (64). L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel (70) est raccordée à la masse. Les amplificateurs opérationnel (33), (34), (70) sont des amplificateurs audio à faible tension de décalage. Les transistors (37) et (38) sont respectivement de polarité NPN et PNP et présentent les caractéristiques minimales suivantes . Pd = 30W, 1c = 3A, Ft = 10IVIhz,l-ife = 50 Les diodes (5) et (6) sont des diodes schottky petits signaux. Les autres composants ont tes valeurs suivantes: Condensateurs (35) et (36) Résistances (3) et (4) Résistance (10) Résistances (11) et (12) Résistances (29) et (30) Résistances (2i) et (28) Résistances (31) et (32) Résistances (25) et (26) Résistances (41) et (42) Résistance (50) Tension d'alimentation Vit Tension d'alimentation V- 33 ',farad 0,5 Ohm, 1 Watt 0.25 Ohm, 1 VVatt 5KOhms 6000KOhms 2KOhms 100KOhrns 3,3KOhms 1 OKOhms 500 Ohms +15 volts -15 volts Tension de polarisation POL+ : -15 volts Tension de polarisation POL- : +15 volts Le dispositif éventuellement muni d'un étage pré-amplificateur est susceptible d'application à tout système de reproduction audio « haute fidélité ». REVENDICATIONS1) Dispositif amplificateur audio caractérisé en ce que: j I1 comporte un demi-amplificateur (91), un demi-amplificateur(92), un circuit de redressement (90), deux résistances de couplage (3) et (4), une résistance capteur de courant (10). - Le demi-amplificateur (91) comporte au moins les entrées (51), (3), (57), une branche de sortie positive connectée à sa sortie (61) et sa propre boucle de contre= réaction d'entrée (59) également connectée à sa sortie (61). Le demi-amplificateur (92) comporte au moins les entrées (52), (54), (58), une branche de sortie négative connectée à sa sortie (62) et sa propre boucle de contre-10 réaction d'entrée (60) également connectée à sa sortie (62). - Le circuit de redressement (90) comporte un amplificateur petits signaux (80), deux diodes (5), (6), une entrée (83) et des sorties (81) et (82). - Les sorties (81) et (82) du circuit de redressement (90) sont reliées à la sortie (65) de l'amplificateur (80) via les diodes (5) et (6), l'amplificateur (80) comporte également 15 une entrée de contre réaction dédoublée en deux branches identiques connectées aux sorties (81) et (82) dudit circuit de redressement. - Les sorties (81) et (82) du circuit de redressement (90) sont connectées aux entrées (57) et (58) des demi-amplificateurs (91) et (92). - L'entrée (83) du circuit de redressement (90) est connectée à la résistance capteur de 20 courant (10). - Les entrées (53) et (54) des demi-amplificateurs (91) et (92) sontconnectées à l'entrée audio (20) dudit dispositif. - Les entrées (51) et (52) des demi-amplificateurs (91) et (92) sont connectées aux tensions continues de polarisation POL+ et POL-. 25 - Les sorties (61) et (62) des demi-amplificateurs (91) et (92) sont reliées à la borne de sortie (40) dudit dispositif par l'intermédiaire des résistances de couplage (3) et (4). - La borne de sortie (30) dudit dispositif est reliée à la masse par l'intermédiaire de la résistance capteur de courant (10). 2) Dispositif selon la revendications 1, caractérisé en ce que: 30 L'entrée (51) du demi-amplificateur (91) est remplacée par une modification de ta symétrie électrique interne du demi-amplificateur (91) produisant un décalage de sa tension de sortie (61) identique à celui induit par l'application de la tension POL+ à l'entrée (51). - L'entrée (52) du demi-amplificateur (92) est remplacée par une modification de la 35 symétrie électrique interne du demi-amplificateur (92) produisant un décalage de sa tension de sortie (62) identique à celui induit par l'application de la tension POL- à `E+r+tree t t,) Dispose selon la revendication-1 ou la revendication- Z. caractérisé en. ceque: Le demi-amplificateur (91) comporte une entrée Supplémentaire (55) reliée àla-sortie (82) du circuit de redressement (90).. ^ Le demi7amplificateur (92) comporte une entrée supplémentaire (56) reliée ila sortie (81) du circuit de redressement (90). 4) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2,. caractérisé én ce. que.: - Le demi-amplificateur (91) comporte une entréesupplémentaire (55) reliée. directement ou non a la orne de sortie (30). - Le demi-amplificateur (92) comporte une entrée supplémentaire (56) reliée directement ou non à borne de sortie (30), 5) Dispositif selon tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: Le signal d'entrée du circuit de redressement n'est plus sur la résistance capteur cie courant (1V) mais aux bornes ces resistances ue sqe ;3) et 1_4).