EN2- IUT GEII Juan Bravo

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Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurGénéralitésPourquoi amplifier un signal en puissance? Entrée : Signal issu d’un transducteurosignal en mV ou V et mA μW ou mW en entrée Sortie : Dispositif Electromécanique (Haut parleur 100W)osignal en V et qq centaines de mA voir qq A WEN2- IUT GEIIJuan Bravo2

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurGénéralitésArchitecture typique d’un amplide puissanceMiroirdecourant Etage d’entrée: amplificateur deDriver puissance typeABtensionImpédance d’entrée élevéeo Gain en tension élevée indépendantde la source d’entrée en entréeoQuadripôle decontre-réaction H Etage de sortie : amplificateur decourantoImpédance de sortie– Adaptation d’impédance vis-à-visde la chargePaire différentielleo Amplification en courant Av1(Ve- H.Vs)– Transistor de puissance– Classification de la structure enfonction de la durée de conductionPolarisation de Q1 et Q2 enlimite de conductionPaire différentielleamplification en tensionEN2- IUT GEIIJuan Bravo3

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurGénéralitésClassification On classe les amplificateurs en fonction de l’angle de conduction des transistors : lescaractéristiques essentielles sont le rendement et la distortion T est la période du signal à reproduireα est l’angle d’ouverture c’est l’angleélectrique pendant lequel le transistorest actif sur une périodeClasse A :α 360 très faible distorsion - mauvais rendementClasse B push-pull : α 180 distorsion importante - bon rendementClasse AB push-pull : α 180 ε, distorsion faible - bon rendementClasse C : α 180 , distorsion très importante - très bon rendementClasse D: α 0 , Transistor en commutation- très forte puissance, très bon rendementEN2- IUT GEIIJuan Bravo4

Classification des amplificateurs de puissanceCalcul de puissanceBoîte à outilsInfluence des impédancesDynamique de sortie d’un amplificateurClasses d’amplificateurPuissancesBilan 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): PDCo Une puissance utile: PUoalimentation en énergieve1is1amplificateurie2is2vs1GNDGNDη PUPTOTALPUPalimNe pas confondre le bilan depuissance avec le gain enpuissance de la sourced’entrée par rapport à la sortie𝐺𝑃𝑑𝐵 10log(𝐴𝑣 𝐴𝑖 )sourceie1Le rendement est défini par:chargeGNDcalcul d’une puissance active Soit des signaux électriques X(t) décomposable enune composante continue : X0o une composante alternative : Δx(t)o–Valeur moyenne NULLE! Pour des grandeurs sinusoïdaleso𝑇PU 0 𝑣(𝑡) 𝑖𝑇EN2- IUT GEII11 𝑇𝑣 𝑡 𝑖 𝑡 𝑑𝑡 (𝑉 𝑣(𝑡))(𝐼0 𝑖 𝑡 )𝑑𝑡𝑇 0 001 𝑇𝑃 𝑉0 𝐼0 𝑣(𝑡) 𝑖 𝑡 𝑑𝑡𝑇 01𝑃 𝑇PDC1𝑡 𝑑𝑡 VeffIeffcosϕ 𝑇Re(V.I*)PAC Pu2Juan Bravo5

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurCalcul de puissanceInfluence des impédancesDynamique de sortie d’un amplificateurImpédancesAdaptation d’impédance Ps est maxi lorsque Z1 Z2*Solution : R1 R2Correcteur d’impédance Se rapprocher de l’adaptationd’impédance pour une bande defréquence Assurer la stabilité des ampli quisont rebouclés en généralEN2- IUT GEIIJuan Bravo6

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurCalcul de puissanceInfluence des impédancesDynamique de sortie d’un amplificateurDynamique de sortieDroite de charge STATIQUEoDéfini le point de repos DYNAMIQUEotrajectoire du point de fonctionnement instantané– Passe par (VCE0,IC0)– Défini l’excursion des signauxEN2- IUT GEIIJuan Bravo7

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurCalcul de puissanceInfluence des impédancesDynamique de sortie d’un amplificateurDynamique de sortieExcursion maximale de sortie Influence du point de reposoEcrêtage au blocage du transistorIc 0oEcrêtage à la saturation du transistorVCE 0 Point optimal pour un maximum d’excursionVCE0 𝑽𝑪𝑪𝟐Influence du point QEN2- IUT GEIIJuan Bravo8

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DClasse AStructure de base Point de reposooic(t)fixer par la droite decharge STATIQUEUn optimum:IC(t)vce(t)𝑉𝐶𝐶2 Dynamique de sortieVCE(t) 0; 𝑉𝐶𝐶IC(t) 0; 2𝐼𝐶0o 𝑣𝑐𝑒 dépend de la droite decharge dynamiqueooUn optimum: 𝑣𝑐𝑒 𝑣𝑐𝑒𝑉𝐶𝐶2ic(t)vce(t)EN2- IUT GEII𝑖𝑐Juan Bravo9

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DCalcul de rendementBilan de puissance Puissance utileTPRL (VCC VCE 0 ) I C 0 RendementPUmaxPalimηmaxT11PRL (VCC VCE (t )).I C (t )dt (VCC VCE 0 vce (t )).( I C 0 ic (t ))dtT0T0PU vce .ic2vce .ic2VCC.I C 0212 25%!VCC .I C 04 ConclusionMontage assez peu utilisé car rendement exécrableo Impossible à utiliser pour de très forte puissance (perte transistor trop grande)oEN2- IUT GEIIJuan Bravo10

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DClasse A modifiéeVariante Classe A Dispositif d’adaptation de charge𝐕𝐂𝐄 𝐭 𝐕𝐂𝐄𝟎 𝐑𝐋′(𝐈𝐂𝐄 𝐭 𝐈𝐂𝟎)2PumaxEN2- IUT GEII2 VSeff RL mVpmax 2 mV2 cc RL2 RLJuan BravoPoint de reposoptimal lorsque ladroite dynamiquecoupe l’axe Vce en2VCC Vcc RL’IC011

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DClasse A modifiée: courbes de puissancesPuissancesPAL VCC(IAL)moyenPTmax Rendement100% 0,5PTR PAL - PuLe rendement maximum est de 50%50%PumaxPUPUPu0Pumax 0,5 PTmaxPu0PumaxC’est au repos que le transistor chauffe le plusEN2- IUT GEIIJuan Bravo12

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe Dpush-pull classe BFonctionnement PUSH-PULLGrosse distorsion:PEU utiliséEN2- IUT GEIIJuan Bravo13

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B et ABAmplificateur de classe DInfluence du point de reposPush-Pull en classe B ou AB En fonction de I0oTransistor en limite de conduction– classe B (α 180 )oTransistor légèrement passant– Classe AB (α 180 ε)Classe AClasse ABClasse BClasse B*( crossover)EN2- IUT GEIIDifficulté de polariser en classe BJuan Bravo14

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DPrincipe de fonctionnementSource: Marc Correvon (HES)EN2- IUT GEIIJuan Bravo15

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DCalcul du rendementPuissance en classe B ou ABIntégrale calculée pour 1 transistorQ Q1 Q2Puissance fournie par l’alimrendementEN2- IUT GEIIJuan Bravo16

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DCourbes des puissancesDimensionnement dudissipateur (2 transistors surun dissipateur par exemple)EN2- IUT GEIIJuan Bravo17

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DMise en œuvreStabilisation en température(antiemballement thermique)Réalisations pratiquesRéglage du point de reposAlimentation mono-tensionCouplage capacitifEN2- IUT GEIIJuan Bravo18

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DMise en œuvrePolarisation par contre réactionEN2- IUT GEIIPréampli de driver push-pullJuan Bravo19

Classification des amplificateurs de puissanceBoîte à outilsClasses d’amplificateurAmplificateur de classe AAmplificateur de classe B ou ABAmplificateur de classe DPrincipe de fonctionnementStructure Transistors en commutationp(t) v(t).i(t) 0 en théorie ηthéorique 100%o Commande par Modulation de Largeur d’Impulsionso Filtre passe-basoSuppression des harmoniques de découpagesEN2- IUT GEIIJuan Bravo20

Amplificateur de classe A Amplificateur de classe B et AB Amplificateur de classe D Classification des amplificateurs de puissance Boîte à outils Classes d’amplificateu 14 Push-Pull en classe B ou AB En fonction de I 0 o Transistor en limite de conduction – classe B (α 180 ) o Transistor légèrement passant – Classe AB (α 180 ε)