Amplification Audiophile et DIY
Montages de base
Les transistors sont des générateurs de courant commandés en tension, leur transconductance "g" en ampère/volt permet de recueillir une tension amplifiée aux bornes d'une résistance de charge (Rd ou Rc). Une résistance de contre réaction locale (Rs ou Re) limite et linéarise le gain. Pour les bipolaires g = h21/h11 (ou β/h11), hxx sont les paramètres matriciels du transistor.
Les plus utilisés:
- Différentiel à un transistor: Cet agencement simplifie l'étage, en contrepartie le réseau résistif de CR doit être à faible impédance et parcouru par une intensité forte. La littérature technique parle alors de contre réaction de courant, mais l'asservissement concerne toujours la tension. Le gain passe à g·Rd/(1+g·Rs).
- Différentiel à deux transistors: Ve+ reçoit le signal d'entrée, Ve- la contre réaction globale. La tension (Ve+ - Ve-) est amplifiée par g·Rd/2(1+g·Rs), quand gRs est grand devant l'unité, on simplifie à Rd/2Rs.
- Amplificateur: Le gain est g·Rc/(1+g·Re) ou Rc/Re quand gRe est grand devant l'unité. Une capacité intrinsèque Cbc associée à la résistance de sortie de l'étage précédent engendre une fréquence de coupure haute, après application du théorème de Miller Fc vaut (Re/Rc)/(2·π·Rd·Cbc).
- Etage de sortie Push pull: (drain commun) En "suiveur" le gain est (g·Rhp)/(1+g·Rhp), l'amplification en tension est unitaire avec gRhp grand devant 1. Le but est d'obtenir une impédance de sortie faible (1/g) et une forte capacité en courant pour piloter le haut-parleur Rhp.
- Etage de sortie Single Ended: (drain commun) Ne peut fonctionner qu'en pure classe A, la puissance dissipée est énorme pour une puissance de sortie faible. Malgré tout, certains inconditionnels le préfèrent pour sa distorsion au dégradé harmonieux.
Exemple d'association:
Ce synoptique correspond au "10W Musique & Technique". Le schéma complet fera apparaître le réseau résistif de CR (10kR et 160R), la réalisation des générateurs de courant (2SK30 et 2N3440) et la polarisation du push (150R).
Classes de fonctionnement du push-pull de sortie:
- En classe A: Irepos=Ualim/2R, Pjmax=Ualim²/R, rendement max: 50%, avec une dissipation importante au repos.
- En classe B: Irepos=50mA à 150mA, Pjmax=(2·Ualim²)/(π²·R)
- En classe C: Irepos=0, Pjmax=(2·Ualim²)/(π²·R), rendement max: 78% avec une distorsion importante à bas niveau.
- En classe AB les transistors sont polarisés à mi-chemin entre classe A et classe B, la dissipation au repos n'est plus faible comme typiquement en classe B, mais égale à 2·Ualim·Irepos (En A ou SE celle-ci vaut Pjmax).
Avec les courbes typiques Id=f(Vgs) des Mos complémentaires latéral structure Hitachi, un courant de repos de 150mA par puce, donne à l'étage suiveur un rapport "linéarité/dissipation" fort intéressant, ce pour un Vgs de 0,7V typ. Descendre à 100mA amène à l'indifférence thermique (même point de polarisation à 25° comme à 75°).
Current Dumping : classe C et correction d'erreur, hommage à Peter J. Walker et son Quad 405:
Comment un amplificateur au push-pull de sortie sans courant de repos (autrement dit, sans polarisation ni résistances d'émetteur), peut-il offrir une distorsion infime, même sous petits signaux ?
- L'article original de P.J. Walker et M.P. Albinson: JAES, march 1975
- L'article de P.J. Walker sur le Quad 405 : Wireless World, December 1975
- L'article d'investigation de J. Vanderkooy et S.P. Lipshitz :Wireless World, June 1978
- On peut remercier Keith Snook pour son travail de numérisation de nombreux articles audio de Wireless World
- La modélisation Spice :
Simplifiée au premier étage à transconductance idéalisé (G1), au push-pull classe C (Q1,Q2) et aux composants du pont de correction. Les distorsions de Q1 et Q2 (et de G1 quand il est réel) sont divisées quand C1=L1/(R2*R3). Particulièrement quand le gain de G1 est élevé. Avec 5kA/V, la DHT est à 0.0003% pour 10W/8R.
Le schéma électronique du Quad montre un étage supplémentaire en entrée, à amplificateur opérationnel inverseur pour une préamplification et un asservissement DC. T1, T2, T3, T4, T5 et T7 pour G1 non inverseur. T8, T9 et T10 pour Q1, Q2. T5 et T6 en protection contre les surintensités.
- La simulation Spice :
Ici pour 0.1W en sortie. G1 doit pouvoir fournir 100mA crête pour 100Wrms/8R en sortie.
- La fonction de transfert :
