{"id":43138,"date":"2024-08-08T12:48:18","date_gmt":"2024-08-08T16:48:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.tedpublications.com\/fr\/?p=43138"},"modified":"2025-02-19T13:30:15","modified_gmt":"2025-02-19T18:30:15","slug":"parlons-technologie-partie-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tedpublications.com\/fr\/parlons-technologie-partie-2\/","title":{"rendered":"L\u2019alimentation de l\u2019amplificateur de puissance\u2026"},"content":{"rendered":"

Tel que convenu dans la premi\u00e8re chronique de cette s\u00e9rie, nous aborderons ce mois-ci la section alimentation de l’amplificateur de puissance. Quoique relativement simple, elle est en bonne partie responsable de la performance et de la qualit\u00e9 de reproduction d’un appareil hi-fi. Il conviendrait avant tout de pr\u00e9ciser ce qu’est-ce qu’on appelle le bloc d’alimentation\u00a0?<\/em><\/span><\/strong><\/p>\n

Croquis<\/strong> : Normand Daigle<\/p>\n

Tout appareil \u00e9lectronique exige une source de c<\/strong>ourant c<\/strong>ontinu (CC<\/em>) afin d’alimenter ses circuits, c’est-\u00e0-dire que le courant circule toujours dans la m\u00eame direction, soit du\u00a0+ vers le\u00a0– selon la convention accept\u00e9e (la r\u00e9alit\u00e9 physique est l’oppos\u00e9, mais \u00e7a ne change rien au fonctionnement). Par contre, notre r\u00e9seau de distribution \u00e9lectrique fonctionne en c<\/strong>ourant a<\/strong>lternatif (CA<\/em>) afin de pouvoir profiter des avantages de l’effet transformateur qui en facilite le transport en minimisant les pertes. Dans ce cas, la polarit\u00e9 du courant fluctue constamment \u00e0 une fr\u00e9quence de 50 ou 60\u00a0Hz (Hz = cycles par seconde de l’onde sinuso\u00efdale g\u00e9n\u00e9r\u00e9e par la centrale \u00e9lectrique). La prise secteur \u00e0 laquelle nous raccordons nos appareils fournit un voltage variant entre 100 et 240\u00a0Vca<\/strong> (Volts<\/em> en courant alternatif<\/em>) selon le pays. La premi\u00e8re chose \u00e0 faire pour satisfaire les demandes des circuits \u00e9lectroniques sera de r\u00e9duire le voltage CA<\/em> \u00e0 un niveau convenant \u00e0 nos besoins, pour ensuite le convertir en CC<\/em>. Le processus est relativement simple, du moins pour les alimentions conventionnelles, mais les exigences des circuits audio en mati\u00e8re de bruit et de stabilit\u00e9 rendent leur qualit\u00e9 de conception particuli\u00e8rement importante.<\/p>\n

Avant d’aller plus loin, il serait important de d\u00e9finir quelques termes et de pr\u00e9ciser le fonctionnement des composantes qui seront utilis\u00e9es dans les circuits d’alimentation. Le premier item rencontr\u00e9 en partant du raccord au secteur sera le transformateur<\/em>. Il s’agit essentiellement de deux bobinages de fil de cuivre isol\u00e9s \u00e9lectriquement l’un de l’autre, et que nous identifierons comme primaire<\/em> (raccord\u00e9 au secteur) et secondaire<\/em> (qui servira \u00e0 cr\u00e9er notre alimentation CC<\/em>). Ils sont mont\u00e9s sur un noyau m\u00e9tallique \u00e0 l’int\u00e9rieur duquel circule un flux magn\u00e9tique g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par le courant circulant dans le primaire. Ce m\u00eame flux induira dans le secondaire un voltage d’amplitude proportionnelle au rapport du nombre de tours des bobinages. \u00c0 titre d’exemple, un primaire de 100\u00a0tours reli\u00e9 au secteur 120\u00a0Vca produirait 12\u00a0Vca sur un secondaire de 10\u00a0tours.<\/p>\n

L’\u00e9tape suivante sera de convertir le CA<\/em> en CC<\/em> \u00e0 l’aide d’une composante appel\u00e9e diode<\/em> qui a la particularit\u00e9 de ne laisser circuler le courant que dans un sens. Un utilisant quatre diodes configur\u00e9es en pont, nous pouvons transposer la partie n\u00e9gative de l’onde du c\u00f4t\u00e9 positif, cr\u00e9ant de la sorte une onde pulsative de fr\u00e9quence doubl\u00e9e et de polarit\u00e9 fixe. Laiss\u00e9e telle quelle cette alimentation produirait un signal parasite de 100 ou 120\u00a0Hz dans les enceintes. La solution sera d’ajouter un condensateur de valeur \u00e9lev\u00e9e (habituellement plusieurs milliers de uf<\/em>) entre les deux p\u00f4les afin de produire un effet de filtration. Pour faciliter la compr\u00e9hension du fonctionnement, il suffit de voir le condensateur comme une pile rechargeable de faible capacit\u00e9 qui sera charg\u00e9e durant la mont\u00e9e de l’onde, pour ensuite se d\u00e9charger partiellement au cours de la descente, et ainsi de suite \u00e0 chaque demi-cycle. L’alimentation ainsi obtenue comportera une ondulation r\u00e9siduelle (\u00ab\u00a0hum<\/em>\u00a0\u00bb ou ronflement) dont l’amplitude variera en fonction de la demande en courant, mais nous sommes d\u00e9j\u00e0 beaucoup plus pr\u00e8s d’une source de courant continu valable.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/strong><\/p>\n

La croyance populaire qui associe la performance d’un amplificateur de puissance \u00e0 son poids n’est pas tout \u00e0 fait erron\u00e9e, bien que les choses ont tendance \u00e0 changer avec les technologies plus r\u00e9centes comme les alimentations \u00e0 commutation, mais concentrons-nous pour le moment sur les syst\u00e8mes plus traditionnels. Le transformateur pr\u00e9sente des limitations, et les courants \u00e9lev\u00e9s en cause dans les amplis de puissance imposent de limiter les pertes et d’augmenter l’efficacit\u00e9. Puisque l’intensit\u00e9 du flux magn\u00e9tique est proportionnelle au courant circulant dans le bobinage primaire, le noyau devra \u00eatre construit de fa\u00e7on \u00e0 ne pas saturer. De plus, les bobinages comportent des nombres de tours importants, avec comme cons\u00e9quence une r\u00e9sistance non n\u00e9gligeable du fil utilis\u00e9. Les solutions pour contourner ces probl\u00e8mes seront l’augmentation de la section du noyau du transformateur et l’utilisation d’un fil de calibre plus \u00e9lev\u00e9, deux choix qui feront augmenter tr\u00e8s rapidement le poids et le co\u00fbt de fabrication. Dans les faits, le transformateur est responsable d’au moins 50\u00a0% du poids d’un amplificateur de puissance bien con\u00e7u.<\/p>\n

Une alimentation de qualit\u00e9 est primordiale pour une bonne performance, mais les exigences peuvent varier \u00e9norm\u00e9ment selon le type d’appareil. Dans le cas d’un pr\u00e9amplificateur phono par exemple, la demande en courant sera minime, mais une grande stabilit\u00e9 de voltage et une absence totale de bruit seront les priorit\u00e9s. Afin d’am\u00e9liorer la performance du circuit d’alimentation de base que nous avons vu plus haut, un syst\u00e8me de r\u00e9gulation permettra de stabiliser le voltage et d’\u00e9liminer l’ondulation r\u00e9siduelle. La majorit\u00e9 des appareils utilisent ce type d’alimentation r\u00e9gul\u00e9e qui est facilement r\u00e9alisable vu les faibles courants en cause qui sont de l’ordre des milliamp\u00e8res<\/strong> (mA<\/em>). Les cas des amplificateurs de puissance est tout autre par contre, et une approche diff\u00e9rente sera de rigueur. Il sera, dans ce cas, question de voltages plus \u00e9lev\u00e9s, mais surtout de courants tr\u00e8s importants de l’ordre de plusieurs amp\u00e8res<\/strong> (A<\/em>), mais ces points n’excluent pas n\u00e9cessairement la r\u00e9gulation.<\/p>\n

La r\u00e9gulation permet d’obtenir un voltage tr\u00e8s stable \u00e0 partir d’une alimentation qui peut fluctuer, soit \u00e0 cause de variations du secteur ou d’une demande en courant variable. Elle sera effectu\u00e9e par une combinaison de composantes actives et passives. Pour un circuit de basse puissance et moins exigeant, une simple diode Zener<\/strong> pourra convenir. Cette composante a la particularit\u00e9 de pr\u00e9senter un voltage constant \u00e0 ses bornes, mais elle impose la pr\u00e9sence d’une r\u00e9sistance s\u00e9rie qui rend l’utilisation \u00e0 haute puissance tr\u00e8s inefficace. Il est par contre possible d’utiliser une Zener<\/strong> comme r\u00e9f\u00e9rence, conjointement avec un transistor pour augmenter l’efficacit\u00e9 et la performance. Dans un tel cas, la capacit\u00e9 en courant du circuit sera limit\u00e9e par les caract\u00e9ristiques du transistor et non de la diode. Si une performance accrue est requise, l’utilisation d’un r\u00e9gulateur int\u00e9gr\u00e9 offre une solution simple et efficace, car il s’agit d’une seule composante contenant un circuit complexe<\/strong> (IC<\/em>). Leur usage sera cependant limit\u00e9 aux circuits de basse et moyenne puissance, car la plupart ont une limite de courant inf\u00e9rieure \u00e0 2\u00a0A. Dans les cas o\u00f9 un courant plus \u00e9lev\u00e9 est requis, un circuit hybride compos\u00e9 d’un r\u00e9gulateur int\u00e9gr\u00e9 et d’un transistor de puissance permettra d’accomplir le travail. Il est \u00e0 noter que les variantes utilisant un IC<\/em> peuvent aussi \u00eatre r\u00e9alis\u00e9es avec des composantes discr\u00e8tes. \u00c9videmment l’am\u00e9lioration de performance que procure la r\u00e9gulation ne s’effectue pas sans contraintes, et les cons\u00e9quences sont une complexit\u00e9 et une dissipation thermique accrues. C’est par contre un faible prix \u00e0 payer pour une performance de qualit\u00e9.<\/p>\n

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Nous n’avons discut\u00e9 \u00e0 date que d’alimentations simples, c’est-\u00e0-dire qui ne comportent que deux p\u00f4les, soit un\u00a0+ et un\u00a0\u2013 qui est habituellement aussi la mise \u00e0 la masse (ground<\/em>), ce qui pr\u00e9sente certains d\u00e9savantages. Une alimentation double ou sym\u00e9trique permet de r\u00e9gler plusieurs probl\u00e8mes sans trop augmenter la complexit\u00e9 du circuit. Dans ce cas, la masse sera le point central, et nous aurons une borne positive (identifi\u00e9e par V+) et une n\u00e9gative (V-). Un des avantages majeurs d’une telle configuration est la r\u00e9duction du bruit r\u00e9siduel d’alimentation, car l’ondulation de chaque p\u00f4le est en opposition de phase avec l’autre, causant une annulation partielle dans le circuit qu’elle alimente. Un autre point d’importance est la possibilit\u00e9 de coupler un circuit directement \u00e0 sa charge (l’enceinte dans notre cas) sans avoir \u00e0 utiliser des composantes de couplage (condensateur ou transformateur). Cet aspect n’est pas n\u00e9cessairement \u00e9vident pour le moment, mais il devrait bient\u00f4t le devenir.<\/p>\n

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Ce que nous venons de voir au sujet des alimentations r\u00e9gul\u00e9es s’applique \u00e0 ce qu’il est convenu d’appeler des r\u00e9gulateurs lin\u00e9aires. Bien qu’ils soient tr\u00e8s performants, peu co\u00fbteux et plut\u00f4t simples, ils ont l’inconv\u00e9nient d’\u00eatre relativement inefficaces. La stabilit\u00e9 du voltage de sortie est obtenue au prix d’une certaine consommation d’\u00e9nergie qui est le r\u00e9sultat du courant traversant le r\u00e9gulateur multipli\u00e9 par la diff\u00e9rence de voltage entre son entr\u00e9e et sa sortie. Par exemple, une alimentation de 15\u00a0V qui serait r\u00e9gul\u00e9e \u00e0 10\u00a0V et qui serait reli\u00e9e \u00e0 une charge de 10\u00a0\u03a9 causera une dissipation de 5\u00a0W dans le r\u00e9gulateur, soit un courant de 1\u00a0A (10\u00a0V\u00a0\/\u00a010\u00a0\u03a9) multipli\u00e9 par une chute de voltage de 5\u00a0V (15\u00a0V\u00a0\u2013 10\u00a0V), exigeant un drain de dissipation thermique afin d’\u00e9viter que la composante soit endommag\u00e9e par la chaleur.<\/p>\n

Il existe une alternative de plus en plus utilis\u00e9e pour alimenter les circuits \u00e9lectroniques, et elle s’av\u00e8re particuli\u00e8rement int\u00e9ressante pour les amplis de puissance, il s’agit des alimentations par commutation (switching power supply<\/em>). L’apparition de transistors de puissance tr\u00e8s rapides et pouvant accepter de hauts voltages, et le d\u00e9veloppement de l’industrie informatique ont permis de produire des blocs d’alimentation par commutation tr\u00e8s performants \u00e0 des prix raisonnables et qui ont, entre autres, l’avantage d’\u00eatre universels, c’est-\u00e0-dire qu’ils peuvent habituellement s’accommoder d’un voltage secteur entre 90 et 250\u00a0Vca. Leur taux d’efficacit\u00e9 tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9, parfois sup\u00e9rieur \u00e0 95\u00a0%, ainsi que leur faible poids et encombrement les rendent tr\u00e8s int\u00e9ressants pour les applications dans des circuits de haute puissance. \u00c9videmment ils pr\u00e9sentent aussi certains inconv\u00e9nients, les principaux \u00e9tant qu’ils sont critiques de conception et qu’ils ont tendance \u00e0 g\u00e9n\u00e9rer des interf\u00e9rences de fr\u00e9quence radio<\/strong> (RFI<\/em>) particuli\u00e8rement difficiles \u00e0 ma\u00eetriser. Par contre, s’ils sont bien con\u00e7us, leur performance est tr\u00e8s impressionnante et ils repr\u00e9sentent la solution incontournable pour l’avenir.<\/p>\n

Pour faciliter la compr\u00e9hension des circuits, les alimentations simples ont \u00e9t\u00e9 mentionn\u00e9es ici, mais en pratique elles ne sont presque plus utilis\u00e9es car les versions sym\u00e9triques offrent une performance sup\u00e9rieure. Mais il y a aussi cet autre avantage que nous avons mentionn\u00e9 plus haut, soit la possibilit\u00e9 de coupler la charge directement au circuit d’amplification, un facteur important dans le cas d’un amplificateur de puissance \u00e0 cause de la basse imp\u00e9dance de la charge (l’enceinte). Il est important \u00e0 ce point de pr\u00e9ciser que le haut-parleur ne doit recevoir que du signal audio, qui n’est autre que la r\u00e9sultante d’un assemblage d’ondes de nature alternative, donc du CA<\/em>. Il doit en tout temps \u00eatre isol\u00e9 de l’alimentation. Dans un circuit \u00e0 alimentation simple de 40\u00a0Vcc par exemple, le point de raccord avec la charge se trouvera \u00e0 environ 20\u00a0Vcc afin de permettre au signal audio de moduler sur toute la plage de 0V\u00a0cc \u00e0 40\u00a0Vcc. Il faudra alors absolument d\u00e9coupler l’enceinte de ce 20\u00a0Vcc tout en permettant \u00e0 l’audio de passer. La solution sera d’utiliser un condensateur ou un transformateur. Ces composantes, aussi dispendieuses qu’ind\u00e9sirables, ont un impact non n\u00e9gligeable sur la performance, et il est nettement pr\u00e9f\u00e9rable de ne pas les introduire dans un circuit o\u00f9 la performance optimale est recherch\u00e9e. Avec une alimentation sym\u00e9trique de +\u00a020\u00a0Vcc<\/em> et \u2013\u00a020\u00a0Vcc<\/em>, le point central correspondra \u00e0 la masse, donc 0\u00a0Vcc<\/em>, la charge peut donc y \u00eatre raccord\u00e9e sans probl\u00e8me.<\/p>\n

Pour terminer, un rapide survol sur les circuits \u00e0 tubes serait de mise, vu l’int\u00e9r\u00eat renouvel\u00e9 pour cette technologie. Dans ce cas, m\u00eame si une alimentation sym\u00e9trique est en th\u00e9orie possible, elle ne ferait qu’ajouter \u00e0 la complexit\u00e9 sans offrir le moindre avantage. La raison est que les tubes pr\u00e9sentent une imp\u00e9dance de sortie beaucoup trop \u00e9lev\u00e9e pour attaquer directement une charge de 8\u00a0\u03a9 ou moins comme une enceinte. La seule solution est alors d’utiliser un transformateur qui aura entre autres pour fonction d’effectuer ce couplage d’imp\u00e9dance.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/strong><\/p>\n

Le mois prochain, nous d\u00e9buterons l’analyse de chaque classe d’amplificateurs de puissance. Nous pr\u00e9ciserons les exigences, les forces et faiblesses de chacune, et nous tenterons de faire un lien entre leur mode d’op\u00e9ration et la performance per\u00e7ue.<\/p>\n

\u00c0 suivre en septembre\u2026<\/span><\/a>
\nPour relire l’article #1 \u00ab\u00a0Parlons techologie\u00a0\u00bb<\/a> <\/span>
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