{"id":43783,"date":"2025-02-14T11:34:29","date_gmt":"2025-02-14T16:34:29","guid":{"rendered":"https:\/\/www.tedpublications.com\/fr\/?p=43783"},"modified":"2025-02-19T13:45:16","modified_gmt":"2025-02-19T18:45:16","slug":"les-amplificateurs-en-classe-b-et-ab","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.tedpublications.com\/fr\/les-amplificateurs-en-classe-b-et-ab\/","title":{"rendered":"Les Amplificateurs en Classe B et AB"},"content":{"rendered":"

Croquis\u00a0: Normand Daigle<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

Apr\u00e8s avoir pr\u00e9cis\u00e9 certaines notions techniques dans les deux premiers articles de cette s\u00e9rie sur les familles d\u2019amplificateurs de puissance, nous avons abord\u00e9 le mois pass\u00e9 ceux qui op\u00e8rent en classe\u00a0A. Malgr\u00e9 certaines qualit\u00e9s ind\u00e9niables, ils pr\u00e9sentent malheureusement un inconv\u00e9nient majeur et incontournable, soit une \u00e9norme consommation d’\u00e9nergie en tout temps, m\u00eame lorsqu’aucun signal audio est pr\u00e9sent, et la dissipation thermique cons\u00e9quente qui est inh\u00e9rente \u00e0 leur mode de fonctionnement. M\u00eame si la performance est excellente, avec un taux d\u2019efficacit\u00e9 d\u2019environ 30\u00a0% et un co\u00fbt de fabrication associ\u00e9 tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9, il va de soi qu\u2019une configuration plus efficace est souhaitable. La r\u00e9ponse a \u00e9t\u00e9 de cr\u00e9er un \u00e9tage de sortie en push-pull o\u00f9 le courant de repos est nul dans le cas de la classe\u00a0B, ou tr\u00e8s bas pour la classe\u00a0AB, r\u00e9duisant de fa\u00e7on radicale la consommation de l\u2019appareil.<\/em><\/span><\/p>\n

La classe\u00a0B n’est presque plus utilis\u00e9e de nos jours \u00e0 cause des faiblesses que nous verrons, mais la compr\u00e9hension de son concept de base nous permettra de mieux comprendre la classe\u00a0AB. La tr\u00e8s grande majorit\u00e9 des amplificateurs de puissance pr\u00e9sentement sur le march\u00e9 fonctionnent en classe\u00a0AB, m\u00eame parmi ceux qui ont les r\u00e9putations les plus enviables. Le syst\u00e8me a donc sa valeur, mais il pr\u00e9sente aussi certains probl\u00e8mes qui doivent \u00eatre r\u00e9solus pour obtenir le r\u00e9sultat d\u00e9sir\u00e9. Le concept de base est relativement simple\u00a0: la moiti\u00e9 sup\u00e9rieure du circuit de sortie traite la moiti\u00e9 positive de l\u2019onde, et la moiti\u00e9 inf\u00e9rieure se charge de la partie n\u00e9gative, comme le montre le croquis\u00a01. La disponibilit\u00e9 de semi-conducteurs en polarit\u00e9s compl\u00e9mentaires (NPN et PNP pour les transistors conventionnels, ou canal\u00a0N et canal\u00a0P pour les transistors \u00e0 effet de champ FET et MOSFET) permet de cr\u00e9er un circuit de sortie simple et \u00e9l\u00e9gant. Il est possible de concevoir un \u00e9tage de sortie en classe\u00a0B ou\u00a0AB appel\u00e9 quasi-compl\u00e9mentaire avec des transistors de m\u00eame polarit\u00e9, mais une telle configuration n\u2019apporte aucun avantage et ajoute m\u00eame \u00e0 la complexit\u00e9 du circuit, nous ne ferons donc que la mentionner au passage ici, vu qu’elle n’est plus utilis\u00e9e de nos jours.<\/em><\/span><\/p>\n

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

\u00c9tage de sortie<\/strong> push-pull<\/em> en classe<\/strong>\u00a0B<\/em><\/p>\n

Le circuit en classe\u00a0B<\/em> pr\u00e9c\u00e9dent peut fonctionner pour des applications o\u00f9 les exigences de qualit\u00e9 sont peu \u00e9lev\u00e9es, mais il ne serait pas \u00e0 la hauteur pour une application HiFi<\/em>. En pratique, la forme d\u2019onde qui appara\u00eetrait \u00e0 la connexion de sortie vers le haut-parleur serait affect\u00e9e par une importante distorsion de croisement (crossover distortion<\/em>). Ce ph\u00e9nom\u00e8ne est d\u00fb au fait que la jonction base-\u00e9metteur d\u2019un transistor bipolaire (BJT<\/em>) doit atteindre environ .6 Vcc avant qu\u2019un courant puisse circuler entre le collecteur et l\u2019\u00e9metteur. Le premier .6 Vcc de chaque moiti\u00e9 de la forme d\u2019onde sera donc tronqu\u00e9, avec comme r\u00e9sultat ce qu\u2019on peut voir \u00e0 la figure 2, une situation de toute \u00e9vidence inacceptable pour une reproduction de qualit\u00e9. Le circuit offre tout de m\u00eame l’avantage d’une tr\u00e8s faible consommation de puissance lorsqu’il est au repos.<\/strong><\/p>\n

\"\"Illustration de la distorsion
\nde croisement<\/strong><\/p>\n

Une fa\u00e7on de minimiser la distorsion de croisement sans diminuer l\u2019efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique du circuit est d\u2019appliquer de la contre-r\u00e9action (feedback<\/em>), c’est-\u00e0-dire de prendre un \u00e9chantillon du signal de sortie et de le retourner \u00e0 l’entr\u00e9e inverseuse de l\u2019ampli afin d’effectuer une correction en comparant le signal d’entr\u00e9e \u00e0 celui qui appara\u00eet \u00e0 la sortie. Malheureusement cette approche a tendance \u00e0 g\u00e9n\u00e9rer plus de probl\u00e8mes qu\u2019elle n\u2019en r\u00e8gle. Pour obtenir un niveau de distorsion acceptable, le taux de contre-r\u00e9action devra \u00eatre tr\u00e8s important, ce qui exige un gain en boucle ouverte (sans contre-r\u00e9action) \u00e9lev\u00e9, avec des cons\u00e9quences n\u00e9gatives importantes sur la performance globale. Le circuit r\u00e9sultant devra \u00eatre fortement compens\u00e9 pour \u00eatre inconditionnellement stable avec la charge complexe (r\u00e9sistive-inductive-capacitive) que pr\u00e9sente un haut-parleur. Bien que les mesures statiques d’un tel amplificateur puissent para\u00eetre int\u00e9ressantes, en fonctionnement dynamique, comme c’est le cas avec la reproduction musicale, les r\u00e9sultats sont beaucoup moins impressionnants. Le sch\u00e9ma qui suit illustre une telle configuration o\u00f9 le gain global de l’amplificateur sera \u00e9gal \u00e0 (R2\u00a0\/\u00a0R1<\/em>) + 1, habituellement de l’ordre de 20 \u00e0 30 db.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Amplificateur en classe<\/strong>\u00a0B<\/em><\/strong> avec contre-r\u00e9action<\/strong><\/p>\n

Une fa\u00e7on plus efficace de contr\u00f4ler plus efficacement la distorsion sans trop affecter l’efficacit\u00e9 et sans avoir recours \u00e0 de tr\u00e8s hauts taux de contre-r\u00e9action est d’utiliser un stratag\u00e8me pour combler ce d\u00e9calage de .6\u00a0Vcc des jonctions base-\u00e9metteur. Chaque transistor de sortie recevra dans ce cas en permanence le voltage requis pour atteindre ou d\u00e9passer l\u00e9g\u00e8rement son seuil de d\u00e9clenchement. Dans le circuit qui suit, nous pouvons voir une source de voltage de 1.2\u00a0Vcc reli\u00e9e aux bases des transistors de sortie. Cette l\u00e9g\u00e8re polarisation cr\u00e9e ce qu’on appelle la classe\u00a0AB,<\/em> car il s’agit essentiellement d’un circuit en classe\u00a0B<\/em> qu’on pousse l\u00e9g\u00e8rement vers la classe\u00a0A<\/em>. On peut de cette fa\u00e7on \u00e9liminer compl\u00e8tement la distorsion de croisement, tout en n’augmentant que tr\u00e8s peu la consommation de puissance. Le courant statique de l’\u00e9tage de sortie cr\u00e9\u00e9 par cette polarisation, aussi appel\u00e9 courant de repos ou idle<\/em>, est habituellement de l’ordre de 15\u00a0mAcc par paire pour des transistors de sortie bipolaires (certains amplis ont plusieurs paires en parall\u00e8le afin d’augmenter la capacit\u00e9 de puissance). Pour un ampli typique d’environ 100\u00a0Wrms \u00e0 8\u00a0\u03a9 fonctionnant avec une alimentation sym\u00e9trique de + et \u2013\u00a040\u00a0Vcc, la consommation au repos sera de seulement 1.2\u00a0Wcc, soit 15\u00a0mAcc\u00a0X 80\u00a0Vcc (la somme des alimentations positive et n\u00e9gative). Pour une m\u00eame puissance disponible \u00e0 la sortie, un ampli en classe\u00a0A<\/em> consommerait en permanence environ 350\u00a0Wcc, on peut donc facilement constater l’avantage \u00e9nerg\u00e9tique de la classe\u00a0AB<\/em>. Il est \u00e0 noter que les amplis utilisant des MOSFET<\/em> \u00e0 la sortie auront un courant de repos beaucoup plus \u00e9lev\u00e9, de l’ordre de 100 \u00e0 150\u00a0mAcc, et par le fait m\u00eame une dissipation thermique plus importante. Notons ici que dans tous les exemples qui suivront des transistors bipolaires seront utilis\u00e9s.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Amplificateur en classe<\/strong>\u00a0AB<\/em><\/p>\n

Un ampli en classe\u00a0AB<\/em> sera par nature plus lin\u00e9aire (ie\u00a0: absent de distorsion) qu’un \u00e9quivalent en classe\u00a0A<\/em> et n\u00e9cessitera par le fait m\u00eame un gain en boucle ouverte moins \u00e9lev\u00e9, ce qui favorisera la stabilit\u00e9 du circuit. Malheureusement la r\u00e9alit\u00e9 a tendance \u00e0 \u00eatre moins simple qu’on pourrait le souhaiter. La polarisation de l’\u00e9tage de sortie est habituellement cr\u00e9\u00e9e par un circuit variable qui permet d’ajuster le courant de repos afin d’obtenir le r\u00e9sultat optimal. Cet ajustement permettra de compenser les \u00e9carts de caract\u00e9ristiques des transistors de sortie dus aux tol\u00e9rances de production. Une fois la polarisation ajust\u00e9e au courant de repos d\u00e9sir\u00e9, un voltage fixe et stable sera appliqu\u00e9 entre les bases des transistors.<\/p>\n

Puisque nous avons affaire \u00e0 un circuit de puissance, \u00e9ventuellement les transistors des sorties pourraient atteindre une temp\u00e9rature relativement \u00e9lev\u00e9e lors d’une \u00e9coute \u00e0 haut volume, et c’est l\u00e0 que les choses se compliquent. La base du probl\u00e8me est que leur voltage base-\u00e9metteur diminue avec une augmentation de la temp\u00e9rature, c’est \u00e0 dire qu’elle a un coefficient de temp\u00e9rature n\u00e9gatif. Puisque le voltage entre les bases est tenu \u00e0 un niveau stable par le circuit de polarisation, le courant de repos aura tendance \u00e0 augmenter. Dans des cas extr\u00eames, le circuit pourrait m\u00eame s’emballer et l’augmentation du courant pourrait \u00e9ventuellement mener \u00e0 la destruction des transistors de sortie.<\/p>\n

La solution est d’introduire dans le circuit de polarisation une composante qui produira l’effet inverse et maintiendra un courant de repos stable sur toute la plage de temp\u00e9rature d’op\u00e9ration de l’ampli, chose \u00e9videmment plus simple \u00e0 dire qu’\u00e0 r\u00e9aliser. En pratique une diode sera mise en contact physique avec le drain de dissipation de chaleur afin d’en capter la temp\u00e9rature, et elle sera connect\u00e9e au circuit d’ajustement de la polarisation auquel elle fournira la r\u00e9f\u00e9rence qui permettra d’assurer la stabilit\u00e9 du courant de repos.<\/p>\n

Fait int\u00e9ressant, les MOSFET<\/em> ont un coefficient de temp\u00e9rature positif et par le fait m\u00eame ne n\u00e9cessitent pas de circuit de compensation, bien qu’ils pr\u00e9sentent d’autres probl\u00e8mes.<\/p>\n

Jusque-l\u00e0 tout semble bien, mais encore une fois certaines caract\u00e9ristiques des amplis en classe\u00a0AB<\/em> peuvent les emp\u00eacher d’atteindre le niveau de performance de ceux op\u00e9rant en classe\u00a0A<\/em>. Entre autres, la lin\u00e9arit\u00e9 inh\u00e9rente d’un l’\u00e9tage en mode push-pull<\/em> est malheureusement inf\u00e9rieure \u00e0 celle de la classe\u00a0A<\/em>, en particulier pour les signaux de faible intensit\u00e9, car dans ce cas les transistors ne fonctionnent pas dans leur zone d’op\u00e9ration id\u00e9ale. Malgr\u00e9 tout, un circuit con\u00e7u avec soin auquel on ajoutera un niveau de contre-r\u00e9action raisonnable permettra d’obtenir des r\u00e9sultats tr\u00e8s impressionnants. L’autre facteur ayant un effet d\u00e9terminant sur la performance est l’alimentation.<\/p>\n

Comme nous l’avons mentionn\u00e9 pr\u00e9c\u00e9demment, un des avantages de la classe\u00a0A <\/em>est une demande en courant constante, avec comme cons\u00e9quence un voltage d’alimentation stable qui favorise la dynamique de la reproduction sonore. Dans le cas de la classe\u00a0AB, la demande en courant variera selon l’intensit\u00e9 du signal audio de quelques dizaines de milliamp\u00e8res \u00e0 plusieurs amp\u00e8res, provoquant des fluctuations du voltage d’alimentation qui peuvent se traduire par une performance moins vivante. La solution sera de surdimensionner la section d’alimentation ou encore d’en r\u00e9guler la sortie afin d’en garantir la stabilit\u00e9, mais avec un impact tr\u00e8s important sur le co\u00fbt de fabrication.<\/p>\n

Malgr\u00e9 tout, le niveau de performance atteint par les appareils en classe\u00a0AB<\/em> les mieux con\u00e7us est comparable \u00e0 celui des classe\u00a0A<\/em>, \u00e0 un co\u00fbt moindre et sans les d\u00e9savantages thermiques.<\/p>\n

Nous avons pr\u00e9c\u00e9demment mentionn\u00e9 que certains amplis en classe\u00a0AB<\/em> ont une polarisation de l’\u00e9tage de sortie beaucoup plus \u00e9lev\u00e9e que les quelques mAcc mentionn\u00e9s plus t\u00f4t. Bien que la classe\u00a0AB<\/em> offre une lin\u00e9arit\u00e9 avant contre-r\u00e9action nettement sup\u00e9rieure \u00e0 la classe\u00a0B<\/em>, la zone qui suit imm\u00e9diatement le d\u00e9but de la conduction dans les transistors de sortie ne pr\u00e9sente pas la performance id\u00e9ale.<\/p>\n

Pour cette raison, plusieurs manufacturiers utilisent un courant de repos plus \u00e9lev\u00e9, de l’ordre de 100\u00a0mAcc environ afin de s’assurer que les transistors ne sortent jamais de leur zone d’op\u00e9ration optimale. Dans certains cas la polarisation sera pouss\u00e9e \u00e0 un niveau encore plus \u00e9lev\u00e9, et l’amplificateur pourra op\u00e9rer en classe\u00a0A<\/em> pour les premiers watts. Pour un courant de 1\u00a0Acc par exemple, les 8\u00a0premiers watts sur une charge de 8\u00a0\u03a9 seront effectivement en classe\u00a0A<\/em>. \u00c9videmment la dissipation thermique au repos sera plus grande, et si nous reprenons notre exemple pr\u00e9c\u00e9dent d’un ampli avec une alimentation de + et \u2013\u00a040\u00a0Vcc, elle atteindra 80\u00a0Wcc pour une puissance de sortie maximale d’un peu moins de 100\u00a0Wrms Cette diminution d’efficacit\u00e9 est loin d’\u00eatre n\u00e9gligeable et exigera des drains de dissipation thermique cons\u00e9quents et un circuit de contr\u00f4le de la polarisation plus raffin\u00e9.<\/p>\n

Tous les circuits que nous avons vus \u00e0 date utilisaient l’\u00e9tage de sortie exclusivement comme amplificateur de courant, introduisant m\u00eame une l\u00e9g\u00e8re perte en voltage. En compl\u00e9ment, il serait int\u00e9ressant de mentionner ici le cas de certains amplificateurs dont l’\u00e9tage de sortie offre un gain en voltage en plus du gain en courant. Ce concept est int\u00e9ressant car, non seulement offre-t-il un gain en puissance (P\u00a0= V\u00a0x\u00a0I), mais il permet aussi de concevoir des \u00e9tages d’amplification en voltage plus simples, ce qui est un atout pour la performance sans augmenter le co\u00fbt de fabrication.<\/p>\n

Le sch\u00e9ma qui suit montre un tel circuit. \u00c0 premi\u00e8re vue, outre l’apparition de deux transistors avant l’\u00e9tage de sortie final, il semble pratiquement identique au pr\u00e9c\u00e9dent, mais remarquez que les transistors NPN<\/em> et PNP<\/em> sont invers\u00e9s. Le r\u00e9sultat de ce changement est que le haut-parleur est maintenant reli\u00e9 aux collecteurs des transistors et non plus aux \u00e9metteurs. Si nous nous r\u00e9f\u00e9rons aux diverses configurations que nous avons vues dans le premier article de cette s\u00e9rie, nous constatons que plut\u00f4t que d’op\u00e9rer en collecteur commun o\u00f9 seulement un gain en courant est possible, notre circuit est maintenant en \u00e9metteur commun, ce qui signifie qu’il offre maintenant un gain en voltage aussi bien qu’en courant.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Amplificateur en classe<\/strong> AB<\/em> avec gain en voltage \u00e0 l’\u00e9tage de sortie<\/strong><\/p>\n

Le mois prochain, nous ferons un survol des classes d’op\u00e9rations moins fr\u00e9quemment utilis\u00e9es, et surtout nous porterons une attention particuli\u00e8re \u00e0 la classe\u00a0D<\/em>. Comme nous le verrons, cette technologie est rendue \u00e0 un niveau tel qu’elle devient un s\u00e9rieux rival pour les configurations traditionnelles au niveau de la qualit\u00e9 de reproduction, et elle pr\u00e9sente en plus des avantages majeurs qui devraient en faire \u00e0 court terme le choix incontournable en HiFi<\/em>.<\/p>\n

Pour r\u00e9f\u00e9rence… partie3<\/span><\/em><\/a>
\nParlons technologie \u00e0 suivre…<\/em><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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