Fonction Amplification de Puissance EN2- IUT GEII Juan Bravo 1 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Généralités Pourquoi amplifier un signal en puissance? Entrée : Signal issu d’un transducteur o signal en mV ou V et mA ⇒ μW ou mW en entrée Sortie : Dispositif Electromécanique (Haut parleur 100W) o signal en V et qq centaines de mA voir qq A⇒ W EN2- IUT GEII Juan Bravo 2 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Généralités Architecture typique d’un ampli de puissance Miroir de courant Etage d’entrée: amplificateur de Driver puissance type AB tension Impédance d’entrée élevée o Gain en tension élevée indépendant de la source d’entrée en entrée o Quadripôle de contre-réaction H Etage de sortie : amplificateur de courant o Impédance de sortie – Adaptation d’impédance vis-à-vis de la charge Paire différentielle o Amplification en courant =Av1(Ve- H.Vs) – Transistor de puissance – Classification de la structure en fonction de la durée de conduction Polarisation de Q1 et Q2 en limite de conduction Paire différentielle amplification en tension EN2- IUT GEII Juan Bravo 3 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Généralités Classification On classe les amplificateurs en fonction de l’angle de conduction des transistors : les caractéristiques essentielles sont le rendement et la distortion T est la période du signal à reproduire α est l’angle d’ouverture c’est l’angle électrique pendant lequel le transistor est actif sur une période Classe A : α = 360° ⇒ très faible distorsion - mauvais rendement Classe B push-pull : α = 180⇒ distorsion importante - bon rendement Classe AB push-pull : α = 180°+ ε, ⇒ distorsion faible - bon rendement Classe C : α < 180°, ⇒ distorsion très importante - très bon rendement Classe D: α ≈0°, ⇒ Transistor en commutation- très forte puissance, très bon rendement EN2- IUT GEII Juan Bravo 4 Classification des amplificateurs de puissance Calcul de puissance Boîte à outils Influence des impédances Dynamique de sortie d’un amplificateur Classes d’amplificateur Puissances Bilan de puissance d’un amplificateur La puissance active fournie par l’alimentation : (Vcc, Ialim) en monotension La puissance fournie par la source d’entrée: négligeable en général La puissance délivrée à la charge qui se décompose en 2 termes: Une puissance ‘de polarisation’ (non utile): PDC o Une puissance utile: PU o alimentation en énergie ve1 is1 amplificateur ie2 is2 vs1 GND GND η PU PTOTAL PU Palim Ne pas confondre le bilan de puissance avec le gain en puissance de la source d’entrée par rapport à la sortie 𝐺𝑃𝑑𝐵 = 10log(𝐴𝑣 𝐴𝑖 ) source ie1 Le rendement est défini par: charge GND calcul d’une puissance active Soit des signaux électriques X(t) décomposable en une composante continue : X0 o une composante alternative : Δx(t) o – Valeur moyenne NULLE! Pour des grandeurs sinusoïdales o 𝑇 PU= 0 ∆𝑣(𝑡)∆𝑖 𝑇 EN2- IUT GEII 1 1 𝑇 𝑣 𝑡 𝑖 𝑡 𝑑𝑡 = (𝑉 +∆𝑣(𝑡))(𝐼0 + ∆𝑖 𝑡 )𝑑𝑡 𝑇 0 0 0 1 𝑇 𝑃 = 𝑉0 𝐼0 + ∆𝑣(𝑡)∆𝑖 𝑡 𝑑𝑡 𝑇 0 1 𝑃= 𝑇 PDC 1 𝑡 𝑑𝑡=VeffIeffcosϕ= 𝑇 Re(V.I*) PAC= Pu 2 Juan Bravo 5 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Calcul de puissance Influence des impédances Dynamique de sortie d’un amplificateur Impédances Adaptation d’impédance Ps est maxi lorsque Z1=Z2* Solution : R1=R2 Correcteur d’impédance Se rapprocher de l’adaptation d’impédance pour une bande de fréquence Assurer la stabilité des ampli qui sont rebouclés en général EN2- IUT GEII Juan Bravo 6 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Calcul de puissance Influence des impédances Dynamique de sortie d’un amplificateur Dynamique de sortie Droite de charge STATIQUE o Défini le point de repos DYNAMIQUE o trajectoire du point de fonctionnement instantané – Passe par (VCE0,IC0) – Défini l’excursion des signaux EN2- IUT GEII Juan Bravo 7 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Calcul de puissance Influence des impédances Dynamique de sortie d’un amplificateur Dynamique de sortie Excursion maximale de sortie Influence du point de repos o Ecrêtage au blocage du transistor Ic=0 o Ecrêtage à la saturation du transistor VCE=0 Point optimal pour un maximum d’excursion VCE0= 𝑽𝑪𝑪 𝟐 Influence du point Q EN2- IUT GEII Juan Bravo 8 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Classe A Structure de base Point de repos o o ic(t) fixer par la droite de charge STATIQUE Un optimum: IC(t) vce(t) 𝑉𝐶𝐶 2 Dynamique de sortie VCE(t)∈ 0; 𝑉𝐶𝐶 IC(t)∈ 0; 2𝐼𝐶0 o 𝑣𝑐𝑒 dépend de la droite de charge dynamique o o Un optimum: 𝑣𝑐𝑒= 𝑣𝑐𝑒 𝑉𝐶𝐶 2 ic(t) vce(t) EN2- IUT GEII 𝑖𝑐 Juan Bravo 9 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Calcul de rendement Bilan de puissance Puissance utile T PRL (VCC VCE 0 ) I C 0 Rendement PUmax Palim ηmax T 1 1 PRL (VCC VCE (t )).I C (t )dt (VCC VCE 0 vce (t )).( I C 0 ic (t ))dt T0 T0 PU vce .ic 2 vce .ic 2 VCC .I C 0 2 1 2 25%! VCC .I C 0 4 Conclusion Montage assez peu utilisé car rendement exécrable o Impossible à utiliser pour de très forte puissance (perte transistor trop grande) o EN2- IUT GEII Juan Bravo 10 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Classe A modifiée Variante Classe A Dispositif d’adaptation de charge 𝐕𝐂𝐄 𝐭 − 𝐕𝐂𝐄𝟎 = −𝐑𝐋′(𝐈𝐂𝐄 𝐭 − 𝐈𝐂𝟎) 2 Pumax EN2- IUT GEII 2 VSeff RL mVpmax 2 mVcc 2 RL 2 RL Juan Bravo Point de repos optimal lorsque la droite dynamique coupe l’axe Vce en 2VCC => Vcc=RL’IC0 11 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Classe A modifiée: courbes de puissances Puissances PAL= VCC(IAL)moyen PTmax Rendement 100% = 0,5 PTR = PAL - Pu Le rendement maximum est de 50% 50% Pumax PU PU Pu 0 Pumax=0,5 PTmax Pu 0 Pumax C’est au repos que le transistor chauffe le plus EN2- IUT GEII Juan Bravo 12 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D push-pull classe B Fonctionnement PUSH-PULL Grosse distorsion: PEU utilisé EN2- IUT GEII Juan Bravo 13 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B et AB Amplificateur de classe D Influence du point de repos Push-Pull en classe B ou AB En fonction de I0 o Transistor en limite de conduction – classe B (α = 180°) o Transistor légèrement passant – Classe AB (α = 180°+ ε) Classe A Classe AB Classe B Classe B*( crossover) EN2- IUT GEII Difficulté de polariser en classe B Juan Bravo 14 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Principe de fonctionnement Source: Marc Correvon (HES) EN2- IUT GEII Juan Bravo 15 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Calcul du rendement Puissance en classe B ou AB Intégrale calculée pour 1 transistor Q=Q1+Q2 Puissance fournie par l’alim rendement EN2- IUT GEII Juan Bravo 16 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Courbes des puissances Dimensionnement du dissipateur (2 transistors sur un dissipateur par exemple) EN2- IUT GEII Juan Bravo 17 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Mise en œuvre Stabilisation en température(anti emballement thermique) Réalisations pratiques Réglage du point de repos Alimentation mono-tension Couplage capacitif EN2- IUT GEII Juan Bravo 18 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Mise en œuvre Polarisation par contre réaction EN2- IUT GEII Préampli de driver push-pull Juan Bravo 19 Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateur Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B ou AB Amplificateur de classe D Principe de fonctionnement Structure Transistors en commutation p(t)=v(t).i(t)=0 en théorie => ηthéorique=100% o Commande par Modulation de Largeur d’Impulsions o Filtre passe-bas o Suppression des harmoniques de découpages EN2- IUT GEII Juan Bravo 20