Brevet FR3042601A1 — publié le 20170421

La présente invention est un nouveau procédé de contrôle du bon fonctionnement d'un amplificateur de puissance. Un amplificateur de puissance est un dispositif conçu pour délivrer à sa sortie, un signal de forme identique au signal introduit à son entrée mais dont la tension et/ou l'intensité est augmentée de manière à assurer le bon fonctionnement de l'appareil qu'il est chargé de piloter. En particulier, un amplificateur audio à l'entrée duquel on introduit un signal des quelques millivolts sous haute impédance doit être capable de délivrer à sa sortie plusieurs ampères d'intensité sous des tensions de plusieurs volts afin d'assurer le bon fonctionnement du ou des haut-parleurs qu'il doit piloter. Chaque amplificateur de puissance est conçu pour fonctionner à l'intérieur de certaines limites. Ces limites sont ses caractéristiques que le constructeur fournit, ce qui permet à l'utilisateur de choisir un appareil dont les caractéristiques sont compatibles avec l'utilisation prévue. Les caractéristiques principales d'un amplificateur de puissance sont : sa tension de sortie maximale Vsm son gain maximum en tension Giv - les puissances maximum délivrées pour les impédances de charges courantes Lorsque la tension d'entrée VEest trop élevée, la tension de sortie demandée est supérieure à Vsm et l'amplificateur écrête. Certains appareils et notamment les appareils professionnels sont équipés d'un système de visualisation de la tension de sortie qui est en général une rampe de leds. Les premières leds à s'allumer sont vertes et indiquent que tout va bien puis des leds orange indiquent que la tension de sortie s'approche de la tension maximale et lorsque que la tension de sortie atteint ou dépasse la tension maximale, au moins une led 3042601 2 rouge s'allume pour signaler à l'utilisateur que l'amplificateur écrête. Le contrôle de l'écrêtage est à notre connaissance le seul dispositif qui soit mis à la disposition des utilisateurs en 5 matière de contrôle du bon fonctionnement des amplificateurs de puissance. Pourtant, l'écrêtage n'est pas la seule cause de distorsion. Notamment, lorsque l'impédance de charge est trop faible, l'alimentation ne fournit pas la puissance demandée, la 10 tension de sortie est inférieure à ce qu'elle devrait être et donc l'amplificateur fonctionne mal. La présente invention est un nouveau procédé de contrôle du bon fonctionnement d'un amplificateur de puissance capable de détecter toute forme de distorsion et pouvant fournir en temps 15 réel à l'utilisateur une indication sur le taux de distorsion de l'amplificateur. La méthode classique pour mesurer la distorsion d'un amplificateur est d'introduire à son entrée un signal sinusoïdal et d'examiner le signal de sortie au travers d'un appareil de 20 mesure spécialisé capable de fournir en temps réel le taux de distorsion total THD et toutes ses composantes harmoniques H2 , H3 ... \111,2 + + THD= (1) F Mais, à notre connaissance, il n'existe pas de dispositif 25 capable de fournir en temps réel une indication assez précise du taux de distorsion d'un amplificateur à l'écoute d'un morceau de musique quelconque. La présente invention est un procédé permettant de réaliser un dispositif fournissant en temps réel une indication sur le 30 taux de distorsion d'un amplificateur de puissance sur un quelconque morceau de musique. Ce procédé est basé sur le contrôle du gain instantané de l'amplificateur. En effet, pour que le signal de sortie soit au gain près, identique au signal d'entrée, il est obligatoire que 35 le gain soit constant. Toute variation de ce gain signifie une modification du signal de sortie par rapport au signal d'entrée et donc de la distorsion. 3042601 3 En mesurant le gain instantané d'un amplificateur et en comparant des mesures successives on peut donc détecter les variations de gain et donc les distorsions. Nous allons examiner les rapports entre distorsion et 5 variation de gain pour les harmoniques 2 et 3 pour un amplificateur dont nous supposerons le gain en tension égal à 1 pour simplifier la présentation. La figure 1 montre en traits fins une période d'un signal sinusoïdal et deux périodes de son harmonique 2 au taux de 10%. 10 La courbe en trait fort est le signal distordu, addition du signal pur et de son harmonique. La courbe de la figure 2 est le rapport des tensions du signal distordu au signal d'origine. Ici, le gain varie de 0,8 à 1,2 soit dans un rapport de 1,5. 15 La figure 3 montre en traits fin une période du même signal sinusoïdal et trois périodes de son harmonique 3 au taux de 10%. La courbe en trait fort est le signal distordu, addition du signal pur et de son harmonique. La courbe de la figure 4 est le rapport des tensions du 20 signal distordu au signal d'origine. Ici, le gain varie de 0,9 à 1,3 soit dans un rapport de 1,46. La figure 5 montre en traits fin une période du même signal sinusoïdal et l'addition de ses harmoniques 2 et 3 au taux de 10%. La courbe en trait fort est le signal distordu, addition du 25 signal pur et de ses harmoniques. La courbe de la figure 6 est le rapport des tensions du signal distordu et du signal d'origine. Ici, le gain varie de 0,87 à 1,5 soit dans un rapport de 1,72. Les distorsions harmoniques provoquent donc des 30 pourcentages de variations de gain instantanés 4 à 5 fois plus importantes que le pourcentage de distorsion. Nous allons introduire la notion de taux de distorsion de gain. Si GsJ) est le gain sans distorsion et GR le gain réel à un instant donné, le taux de distorsion de gain instantané MD, 35 est : 3042601 4 TGD =iGsD GR1 (2) I GsD Comme le montre la courbe de la figure 2, pour la distorsion par harmonique 2 et aussi pour toutes les distorsions par harmoniques paires le gain moyen est de 1 ce qui permet en 5 calculant la moyenne des gains de retrouver GsD. Mais comme le montre la courbe de la figure 4, pour la distorsion par harmonique 3 et pour toutes les distorsions d'ordre impair le gain moyen n'est pas égal à 1 ce qui ne permet pas de connaître GSD sauf pour les amplificateurs à gain fixe. 10 Nous devons donc trouver une autre méthode d'évaluation de la distorsion de gain. En examinant les courbes des figures 2, 4 et 6 on s'aperçoit que le gain réel GR passe successivement par des maximums GM et des minimums G.. 15 En mettant en mémoire les valeurs de GM et de Gm à chaque fois que la pente de la courbe de gain s'inverse nous pouvons en déduire un taux de distorsion de gain séquentiel TGDR comme le rapport de la différence deux GM et Gm successifs à la moyenne du gain pendant cette séquence. Nous avons : 20 TGD = 2x m (3) s +Gm Pour H2 TGD = 2x 1,2 -0,8 =0 40=40% Pour H3 s 1,2+0,8 TGD, = 2x 1'3-0'9 =0 36=36% - 1,3+0,9 1,5-0,9 Pour H2 et H3 TGDs =2x = 0,50=50% 1,5+0,9 Si on divise TGD par 4, on obtient une valeur proche de 25 la distorsion harmonique, et donc une indication d'une précision suffisante du taux de distorsion THD de l'amplificateur. 3042601 5 La réalisation d'un dispositif de mesure du taux de distorsion de gain conforme au procédé suivant la présente invention ne posera aucune difficulté à l'homme de l'art du calcul numérique. 5 Lorsqu'un appareil sera équipé de plusieurs amplificateurs de puissance, on pourra mesurer la distorsion de gain pour chacun d'eux et pour des raisons d'économie ne communiquer à l'utilisateur que la distorsion la plus élevée. L'interface utilisateur pourra prendre plusieurs formes, 10 dont la forme classique qui consistera à allumer des leds vertes tant que la distorsion sera très inférieure au seuil audible, à allumer au moins une led orange dès que la distorsion s'approche du seuil d'audibilité et à allumer au moins une led rouge dès que l'on atteint et/ou dépasse le seuil de distorsion audible. 15 De cette manière l'utilisateur saura en permanence de manière certaine si son amplificateur de puissance reproduit correctement ou non la modulation qu'il est chargé d'amplifier. 20 25 30 REVENDICATIONS1 - Procédé d'évaluation du taux de distorsion d'un amplificateur de puissance caractérisé par le fait qu'on mesure en permanence sa tension d'entrée et sa tension de sortie, que l'on calcule en permanence le rapport entre sa tension de sortie et sa tension d'entrée, que lorsqu'il y a distorsion ce gain varie entre des minimum Gm et des maximum GM et que l'on 10 utilise le rapport entre les GM et les Gm consécutifs ou une fonction de ce rapport pour évaluer le taux de distorsion de l'amplificateur. 2 - Dispositif d'évaluation du taux de distorsion d'un amplificateur de puissance comportant un moyen de mesure de la 15 tension d'entrée, un moyen de mesure de la tension de sortie, un moyen de calcul du rapport de la tension de sortie à la tension d'entrée, un moyen de mise en mémoire de ce rapport lorsqu'il passe par des maximum GM et lorsqu'il passe par des minimum G. un moyen de calcul du rapport ou d'une fonction de ce rapport 20 entre les GM et les G. consécutifs et une interface fournissant à l'utilisateur une indication sur la distorsion de l'amplificateur en fonction des résultats de ce calcul. 3 - Amplificateur de puissance équipé d'un dispositif conforme à la revendication 2. 25 4 - Appareil de reproduction sonore comportant plusieurs amplificateurs de puissance équipés d'un dispositif conforme à la revendication 2 et caractérisé par le fait que l'on communique au moins à l'utilisateur une indication sur la distorsion la plus élevée relevée. 30