{"id":43008,"date":"2024-07-21T18:49:54","date_gmt":"2024-07-21T22:49:54","guid":{"rendered":"https:\/\/www.tedpublications.com\/fr\/?p=43008"},"modified":"2025-02-19T13:24:55","modified_gmt":"2025-02-19T18:24:55","slug":"les-differentes-classes-doperation-des-amplis-de-puissance","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tedpublications.com\/fr\/les-differentes-classes-doperation-des-amplis-de-puissance\/","title":{"rendered":"Les diff\u00e9rentes classes d’op\u00e9ration des amplis de puissance"},"content":{"rendered":"

La technologie qui se cache sous le capot des beaux appareils qui nous permettent d’appr\u00e9cier la musique peut comporter son lot de myst\u00e8res pour l’audiophile\u00a0\/\u00a0m\u00e9lomane. Les nombreux termes techniques utilis\u00e9s par les manufacturiers pour d\u00e9crire les circuits utilis\u00e9s dans leurs cr\u00e9ations demeurent souvent des concepts vagues pour les non-initi\u00e9s. Le flou \u00e9tant l’ennemi du choix \u00e9clair\u00e9, nous entreprenons ce mois-ci une s\u00e9rie visant \u00e0 d\u00e9mystifier le concept de classe d’op\u00e9ration (A<\/em>, B<\/em>, AB<\/em>, C<\/em>, D<\/em>, etc.) des amplificateurs de puissance, un \u00e9l\u00e9ment qui prend une importance particuli\u00e8re avec la vague des amplis en classe\u00a0D<\/em> de tous niveaux de prix qui d\u00e9ferle pr\u00e9sentement sur le march\u00e9.<\/strong><\/span><\/p>\n

– Cr\u00e9dit croquis<\/strong><\/em> :\u00a0 Normand Daigle<\/p>\n

En introduction, il conviendrait de pr\u00e9ciser la terminologie utilis\u00e9e et certains concepts que nous retrouverons en cours de route. Le but principal des composantes \u00e9lectroniques actives (tubes ou transistors de diverses familles) dans un circuit audio analogique est de fournir un gain en amplitude du signal, que ce soit en voltage (symbole V, unit\u00e9 = Volts ou V) ou en courant (symbole I, unit\u00e9 = Amp\u00e8res ou A), et dans certains cas les deux. Cette amplification permettra de passer d’une source aussi faible que quelques millivolts dans certains cas \u00e0 pr\u00e8s d’une centaine de volts pour un amplificateur de puissance \u00e9lev\u00e9e. \u00c0 ces notions s’ajoute celle de l’imp\u00e9dance (Z, en ohms ou \u03a9) qui, dans le cas de l’audio, passera de haute en d\u00e9but de cha\u00eene \u00e0 basse au niveau de l’interface avec les enceintes acoustiques.<\/p>\n

Les circuits que nous verrons seront compos\u00e9s de transistors de diff\u00e9rents types, soit bipolaires (BJT<\/em> pour B<\/em><\/strong>ipolar J<\/strong>unction T<\/strong>ransistor<\/em>), \u00e0 effet de champ (FET<\/em> pour F<\/em><\/strong>ield E<\/strong>ffect T<\/strong>ransistor<\/em>) ou encore MOSFET<\/em> (pour M<\/em><\/strong>etal O<\/strong>xyde FET<\/strong><\/em>). Ce sont des composantes \u00e0 trois broches dont une sert \u00e0 contr\u00f4ler le courant qui circulera de la seconde vers la troisi\u00e8me. Dans le cas du BJT<\/em>, on parlera de Base<\/em> (B<\/em>), Collecteur<\/em> (C<\/em>) et d’\u00e9metteur<\/em> (E<\/em>) alors que les \u00e9quivalents du c\u00f4t\u00e9 des FET<\/em> et MOSFET<\/em> seront la Grille<\/em> (G<\/em>), le Drain<\/em> (D<\/em>) et la Source<\/em> (S<\/em>). Chaque type de transistor est disponible en versions de polarit\u00e9s diff\u00e9rentes et oppos\u00e9es, NPN<\/em> ou PNP<\/em> pour les BJT<\/em>, et N<\/em> ou P<\/em> pour les FET<\/em> et MOSFET<\/em>, ce qui permet la conception de circuits sym\u00e9triques et compl\u00e9mentaires offrant une meilleure lin\u00e9arit\u00e9. Chacun offrira certains avantages, mais aura aussi ses limitations dont il faudra tenir compte dans la conception d’un circuit. On retrouve aussi, dans chaque cas, des versions de basse et de haute puissance.<\/p>\n

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Types de transistors<\/strong><\/span><\/p>\n

Aux composantes actives s’ajouteront des \u00e9l\u00e9ments passifs tels des r\u00e9sistances (R<\/em>, quantifi\u00e9es en Ohms<\/em> ou \u03a9) et des condensateurs (C<\/em>, quantifi\u00e9s en Farads<\/em> ou F<\/em>). Les symboles en question seront parfois pr\u00e9c\u00e9d\u00e9s d’un pr\u00e9fixe diviseur ou multiplicateur de la valeur, soit \u00ab\u00a0p<\/em>\u00a0\u00bb (pico<\/em>, ou 10 exposant -12, par exemple pF<\/em>), \u00ab\u00a0n<\/em>\u00a0\u00bb (nano<\/em>, ou 10 exposant -9, nF<\/em>), \u00ab\u00a0u<\/em>\u00a0\u00bb (micro<\/em>, ou 10 exposant -6, uF<\/em> ), \u00ab\u00a0m<\/em>\u00a0\u00bb (mili<\/em>, ou 10 exposant -3, m\u03a9<\/em>), \u00ab\u00a0k<\/em>\u00a0\u00bb (kilo<\/em>, ou 10 exposant 3, k\u03a9<\/em>) ou \u00ab\u00a0M<\/em>\u00a0\u00bb (meg<\/em>, ou 10 exposant 6, M\u03a9<\/em>). Ces composantes passives ont pour but de d\u00e9terminer les param\u00e8tres d’op\u00e9ration des circuits, de modeler leur performance et d’assurer leur qualit\u00e9 de fonctionnement et leur stabilit\u00e9.<\/p>\n

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Composantes passives et autres \u00e9l\u00e9ments de circuits<\/span><\/strong><\/p>\n

Un circuit utilisant des composantes actives pourra \u00eatre configur\u00e9 de diff\u00e9rentes fa\u00e7ons, chaque configuration portant un nom particulier bas\u00e9 sur la broche commune, et elle aura des caract\u00e9ristiques sp\u00e9cifiques. Dans le cas des BJT<\/em>, on aura la configuration en base commune qui offrira du gain en voltage seulement, le collecteur commun qui ne fournit qu’un gain en courant, et l’\u00e9metteur commun qui permet le gain en voltage et en courant. Les \u00e9quivalents FET<\/em> et MOSFET<\/em>, soit grille commune, drain commun et source commune, ont en gros les m\u00eames caract\u00e9ristiques.<\/p>\n

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\nConfigurations d’amplification<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Les BJT<\/em> sont les plus commun\u00e9ment utilis\u00e9s, en partie parce qu’ils sont moins dispendieux. Leur imp\u00e9dance de base relativement faible en fait des composantes contr\u00f4l\u00e9es par courant, alors que la haute imp\u00e9dance de grille des FET<\/em> et MOSFET<\/em> permet un contr\u00f4le en voltage, \u00e0 l’instar des tubes auxquels leur performance ressemble. En utilisation de haute puissance, les avantages des BJT<\/em> sont une r\u00e9sistance interne faible entre le collecteur et l’\u00e9metteur en mode de saturation, ainsi qu’une bonne lin\u00e9arit\u00e9. Ils ont par contre une vitesse de commutation relativement lente, ainsi que certains probl\u00e8mes de stabilit\u00e9 thermique qui exigent des circuits de compensation afin de ne pas mener \u00e0 une trouble d’emballement thermique qui d\u00e9truirait l’\u00e9tage de sortie. Les FET<\/em> et MOSFET<\/em> ont une moins bonne lin\u00e9arit\u00e9 et offrent une r\u00e9sistance interne plus \u00e9lev\u00e9e entre le drain et la source, mais ils b\u00e9n\u00e9ficient d’une plus grande rapidit\u00e9 et d’une bonne stabilit\u00e9 thermique qui facilite le montage en parall\u00e8le pour augmenter la puissance potentielle.<\/p>\n

Afin de faciliter l’approche et la compr\u00e9hension, dans certains cas une repr\u00e9sentation simplifi\u00e9e sera utilis\u00e9e. Un circuit pourra, par exemple, \u00eatre illustr\u00e9 par un triangle comportant un signe \u00ab\u00a0+<\/em>\u00a0\u00bb et un signe \u00ab\u00a0–<\/em>\u00a0\u00bb sur sa face verticale et repr\u00e9sentant les entr\u00e9es, inverseuse pour le \u00ab\u00a0–\u00a0\u00bb et non-inverseuse pour le \u00ab\u00a0+\u00a0\u00bb, la sortie \u00e9tant la pointe oppos\u00e9e. Dans des versions simplifi\u00e9es, on verra parfois seulement une entr\u00e9e et une sortie. Ce symbole repr\u00e9sente un OPAMP<\/em> (Op<\/em><\/strong>erational Amp<\/strong>lifier<\/em>) qui est essentiellement une repr\u00e9sentation de type bo\u00eete noire<\/em> d’un amplificateur \u00e0 gain \u00e9lev\u00e9 et \u00e0 entr\u00e9e dite diff\u00e9rentielle (les signes \u00ab\u00a0+\u00a0\u00bb et \u00ab\u00a0–\u00a0\u00bb). Cette derni\u00e8re repr\u00e9sente un des points les plus importants et versatiles des circuits d’amplification de ce genre car elle permet entre autres l’utilisation de la contre-r\u00e9action (feedback<\/em>), un \u00e9l\u00e9ment essentiel de tout circuit amplificateur car il d\u00e9termine en grande partie sa performance, en particulier son gain, sa courbe de r\u00e9ponse en fr\u00e9quence et sa stabilit\u00e9 de fonctionnement. Certains circuits d’amplification ne comportent pas d’entr\u00e9e diff\u00e9rentielle, mais nous ne les consid\u00e9rerons pas dans notre survol car ils ne sont \u00e0 toutes fins pratiques plus utilis\u00e9s pour de nouvelles conceptions vu qu’ils offrent un niveau de performance inf\u00e9rieur \u00e0 celui des OPAMP<\/em>, qui en plus offrent la possibilit\u00e9 d’une entr\u00e9e sym\u00e9trique (incorrectement appel\u00e9e balanc\u00e9e<\/em>, du terme anglais balanced<\/em>), un atout important dans le milieu professionnel et l\u00e0 o\u00f9 l’immunit\u00e9 contre les parasites et la possibilit\u00e9 d’utiliser de grandes longueurs de fil rev\u00eatent une importance particuli\u00e8re.<\/p>\n

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\nAmpli op\u00e9rationnel et configurations<\/strong><\/span><\/p>\n

Transf\u00e9rons maintenant cet \u00e9l\u00e9ment d’amplification dans le monde de la haute fid\u00e9lit\u00e9. Dans une cha\u00eene st\u00e9r\u00e9o traditionnelle typique, le pr\u00e9amplificateur recevra des sources sonores pr\u00e9sentant des exigences variables et les normalisera pour leur permettre d’attaquer l’ampli de puissance. La platine tourne-disque \u00e0 cellule de type MM<\/em> (M<\/em><\/strong>oving M<\/strong>agnet<\/em>) par exemple, fournira un signal de quelques millivolts (mV) ou m\u00eame moins, avec une imp\u00e9dance aux environs de 50\u00a0k\u03a9 et des exigences de courbe de r\u00e9ponse tr\u00e8s particuli\u00e8res r\u00e9pondant aux normes de la RIAA<\/strong> (R<\/em><\/strong>ecording I<\/strong>ndustry A<\/strong>ssociation of A<\/strong>merica<\/em>). La plupart des autres sources auront un niveau de sortie beaucoup plus \u00e9lev\u00e9 allant du standard le plus commun de \u2013\u00a010\u00a0dBV (316\u00a0mV, r\u00e9f\u00e9renc\u00e9 \u00e0 1\u00a0V) \u00e0 la norme professionnelle de +\u00a04\u00a0dBu (1.228\u00a0V, r\u00e9f\u00e9renc\u00e9 \u00e0 775\u00a0mV), sauf les lecteurs CD<\/em> qui graviteront plus autour de 2\u00a0V. L’imp\u00e9dance, elle sera habituellement de l’ordre d’une centaine d’ohms dans le cas des appareils \u00e0 semi-conducteurs, les tubes \u00e9tant un cas particulier que nous n’aborderons pas ici. La source s\u00e9lectionn\u00e9e sera ensuite affect\u00e9e par le contr\u00f4le de volume et le circuit d’\u00e9galisation, si pr\u00e9sent, pour ensuite passer \u00e0 l’\u00e9tage de sortie qui fournira une amplification finale suffisante pour permettre aux amplificateurs les moins sensibles d’atteindre leur pleine puissance au besoin. Ici encore, les normes varient et certains amplis atteindront leur seuil de saturation avec seulement 500\u00a0mV \u00e0 l’entr\u00e9e, alors que d’autres exigeront 2\u00a0V et m\u00eame plus.<\/p>\n

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\nStructure de gain de la cha\u00eene Hi-Fi<\/em><\/strong><\/span><\/p>\n

Outre une imp\u00e9dance de sortie tr\u00e8s basse (de l’ordre des fractions d’Ohms), ce qui diff\u00e9rencie les amplificateurs de puissance des autres appareils utilisant un facteur amplification est justement cette notion de puissance que nous utilisons pour d\u00e9finir leur caract\u00e9ristique la plus \u00e9vidente, c’est \u00e0 dire celle de fournir un travail, quantifi\u00e9 en Watts<\/em> (W<\/em>). C’est l\u00e0 que les choses se compliquent et que les co\u00fbts de fabrication augmentent. Le gain en voltage (Av) sera alors accompagn\u00e9 d’un gain en courant (Ai) tr\u00e8s important, et le produit sera la puissance (P en Watts<\/em>) fournie \u00e0 l’enceinte (V\u00a0x I\u00a0= P). Ce travail peut \u00eatre tr\u00e8s \u00e9nergivore et exige d’utiliser certains stratag\u00e8mes de conception de l’\u00e9tage de sortie si on souhaite limiter la dissipation thermique en augmentant l’efficacit\u00e9, ce qui nous m\u00e8ne directement vers le concept de classe d’op\u00e9ration.<\/p>\n

Bien que nous parlions habituellement d’amplificateurs de puissance en classe\u00a0A<\/em>, B<\/em> ou autre, ce n’est en fait que l’\u00e9tage de sortie qui op\u00e8re dans ce mode. Afin de faciliter la compr\u00e9hension, il conviendrait donc d’envisager le circuit en deux sections. La premi\u00e8re effectue le gain en voltage et comporte le plus grand nombre de composantes, bien qu’elles soient de petite taille. La seconde est l’\u00e9tage de sortie qui fournit le gain en courant et qui comprend les pi\u00e8ces les plus massives de l’ensemble\u00a0: transistors de puissance, drains de dissipation de chaleur, etc. Il existe des configurations o\u00f9 l’\u00e9tage de sortie fournit lui aussi un certain gain en voltage mais ils ne sont pas la norme, quoique certains soient notables pour leur niveau de performance.<\/p>\n

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circuit simplifi\u00e9 d’un OPAMP<\/em> attaquant un \u00e9tage de puissance<\/strong><\/span><\/p>\n

Voil\u00e0 qui pr\u00e9pare le terrain pour aborder notre sujet, mais d’autres points devront \u00eatre abord\u00e9s avant de pouvoir couvrir tous les facteurs qui d\u00e9termineront la performance globale d’un amplificateur de puissance, et c’est ce que nous ferons lors de notre prochaine rencontre. Nous toucherons entre autres l’alimentation, un \u00e9l\u00e9ment particuli\u00e8rement important qui prend un niveau de complexit\u00e9 particulier \u00e0 cause de la puissance impliqu\u00e9e. Nous irons de l’essentiel au plus sophistiqu\u00e9\u00a0: polarit\u00e9 simple ou double, r\u00e9gul\u00e9e ou non, etc. Le dernier point d’importance avant de passer \u00e0 l’analyse de la classe\u00a0A sera le couplage de l’ampli \u00e0 la charge (l’enceinte) en fonction de la technologie utilis\u00e9e (semi-conducteurs ou tubes) et du type d’alimentation.<\/p>\n

Parlons technologie… \u00e0 suivre<\/span><\/em><\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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