Amplificatur de puissance : Montage Push-Pull en classe B

Montage Amplificateur Push-Pull de classe B page 1 07/02/2003
Amplificateur de puissance,
montage Push-Pull en classe B
Partie Manipulation
Montage de base et points de mesure
-15V
R
2N2907
2N2222
u
v
e
+15V
Vers voie
A
Vers
masse
Vers voie
B
Q1
Q2
Figure 1 : Schéma du montage push-pull et points de mesure
Fonctionnement du push-pull
Ce montage est composé d’une paire complémentaire assortie de transistors (NPN et PNP, de
caractéristiques identiques). Les transistors fonctionnent en émetteur-suiveur!: seule la tension d’entrée
actionne les transistors en état de conduction. À l’état de repos, les deux transistors sont bloqués. Q1
conduit pendant l’alternance positive et Q2 pendant l’alternance négative.
Relevé des courbes
Le relevé de la tension à l’entrée du montage et à la sortie (aux bornes de la résistance) à l’oscilloscope
conduit aux courbes suivantes (calibre en tension 2V/div, base de temps 200µs/div).
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-6
-4
-2
0
2
4
6
Temps (ms)
T
e
n
s
i
o
n
s
(
V
)
Entrée
Sortie
Figure 2 : Réponse du montage push-pull

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Explication de la distorsion de croisement
Lorsque la tension de polarisation à la base des transistors est nulle, les deux transistors ne conduisent pas
et la tension du signal doit être supérieure à VBE pour qu’un des transistors conduise.
Ainsi il existe un intervalle de temps entre les alternances positives et négatives pendant lequel aucun
transistor ne conduit. On observe la distorsion résultante sur la tension de sortie du montage.
Détermination de la tension Eo
En déterminant la valeur de la tension d’entrée pour laquelle la tension de sortie commence à ne plus être
nulle, il est possible de déterminer Eo. Ceci nous permet de trouver une tension Eo de 0,55 Volts. Une autre
méthode consiste à mesurer la différence tension entre les maxima des tensions d’entrée et de sortie.
Une méthode plus précise consiste à alimenter le montage par une tension continue réglable afin de pouvoir
mesurer plus finement la tension Eo. Une telle mesure conduit à un Eo de 0.6V.
Compensation de la distorsion de croisement
Le montage suivant permet de réaliser une compensation de la distorsion de croisement.
Figure 3 : Montage push-pull avec compensation de la distorsion de croisement par Ampli Op
Principe de la compensation de la distorsion de croisement par AO.
La tension de sortie peut être exprimée à partir de la tension VBE et de la tension U.
UVV BES +=
Sachant que la tension de sortie de l’amplificateur opérationnel s’exprime en fonction de son gain et de la
différence de potentiel entre ses entrées + et -, e, nous obtenons!:
e AVS=
e s’écrit encore!:
UVE-= e
Ceci conduit donc à
UAAVV EBE )1( +-=
Le transistor conduit quand la tension VBE est supérieure à Eo. Juste avant que le transistor ne se mette à
conduire, la tension U est nulle, la tension d’entrée requise pour mettre en conduction le transistor est donc
Eo/A.
Moralité!: Comme le gain de l’amplificateur opérationnel est très grand, la valeur seuil de la tension d’entrée à
partir de laquelle le transistor se met à conduire est très faible (c’est-à-dire très petite devant celle
obtenue pour le montage initial).
-15V
R
2N2907
2N2222
u
ve
+15V
+
_
vs
e
vBE
TL081

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Le montage peut-il être considéré comme amplificateur!?
Dans la mesure où U(t) ª VE(t) on ne comprend pas bien la notion d'amplification : le gain en tension est de 1 !
Dans ce montage, la notion d'amplification est liée à la puissance : le courant débité par ce montage
"amplificateur"
R
U
iech =
arg
est plus important que celui prélevé à la source initiale Ve(t) : i+(t) ª 0 !
Bien que l'on parle d'amplificateur, on ne peut pas associer de valeur numérique au gain de cet amplificateur.
En effet : tout d'abord la puissance en entrée est nulle mais surtout, la puissance délivrée en sortie dépend
de la charge ! On voit donc que la valeur du gain si on considérait une puissance en entrée non nulle,
dépendrait de la charge : le gain ne serait pas propre à l'amplificateur (ce qui est la notion traditionnelle d'un
gain d'un ampli).
Vérification du fonctionnement du montage
L’effet de l’amplificateur opérationnel sur le comportement du montage peut être déterminé à partir du
relevé des tensions d’entrée et de sortie du montage (mêmes réglages que précédemment). On obtient bien
une tension de sortie identique à la tension d’entrée.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-6
-4
-2
0
2
4
6
Temps (ms)
T
e
n
s
i
o
n
s
(
V
)
Entrée
Sortie
Figure 4 : Compensation de la distorsion de croisement
La tension de sortie de l’amplificateur opérationnel est la suivante!:
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
-6
-4
-2
0
2
4
6
Temps (ms)
T
e
n
s
i
o
n
(
V
)
Figure 5 : Tension de sortie de l'amplificateur opérationnel
La tension de sortie de l’amplificateur correspond à la tension d’entrée «!décalée!» de Eo en amplitude. Ceci
permet alors de ne plus avoir de zones pendant lesquelles l’amplitude de la tension d’entrée est inférieure à
Eo (phénomène entraînant les distorsions de croisement).

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Partie simulation
Montage push-pull de base
Le montage réalisé sous Pspice est le suivant!:
Figure 6 : Montage push-pull réalisé sous Pspice
Le temps de simulation choisi est de 500µs afin d’avoir un nombre entier de périodes du signal). Ce montage
conduit aux résultats suivants (ligne 1!: courants dans les collecteurs, ligne 2!: tension d’entrée et de sortie).
Time
0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400us 450us 500us
V(V1:+) V(R1:1)
-5.0V
0V
5.0V
IC(Q1) IC(Q2)
-50mA
0A
50mA
SEL>>
Figure 7 : Réponse du montage push-pull sous Pspice
On observe bien le phénomène de distorsion de croisement, expliqué auparavant. On détermine la valeur de la
tension Eo!: 0.6V.

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Ce phénomène sera peu pénalisant dès que l’on aura des signaux d’amplitude élevée (pour lesquels la tension
Eo est négligeable devant l’amplitude de la tension). Par ailleurs, plus la fréquence des signaux sera élevée,
moins le phénomène sera pénalisant (car se produisant rapidement).
Compensation de la distorsion de croisement par des sources de tension
L’amplitude des tensions V4 et V5 doit être choisie de manière à compenser la tension base-émetteur qui
entraîne le phénomène de distorsion de croisement. Ainsi l’amplitude doit donc être de 0.6V. La réponse du
montage est alors la suivante.
Time
0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400us 450us 500us
V(V4:-) V(R1:1)
-5.0V
0V
5.0V
IC(Q1) IC(Q2)
-50mA
0A
50mA
SEL>>
Figure 8 : Compensation des distorsions par sources de tension
Dans ce cas de fonctionnement, la valeur maximale des courants est de l’ordre de 48mA.
Evolution de la température (de 27°C à 125°C)
La simulation conduit aux résultats suivants.
Time
0s 50us 100us 150us 200us 250us 300us 350us 400us 450us 500us
V(V4:-) V(R1:1)
-5.0V
0V
5.0V
IC(Q1) IC(Q2) I(R1)
-100mA
0A
100mA
SEL>>
Figure 9 : Réponse du montage pour une température de 125°C
Le courant dans la charge a augmenté. La tension de sortie est quasiment identique à son évolution
précédente. La température élevée conduit à une diminution de la tension base-émetteur!: on déplace alors le
point de polarisation du montage. Par ailleurs, on constate que les deux transistors se conduisent ensemble
alors que le courant dans la charge est nul!; il existe un courant de «!circulation!».