Les classes d'amplification
Les classes d'amplification
| Nous venons de
voir la fonction amplification appliquée dans les trois montages fondamentaux du
transistor. (Ces montages offrent des caractéristiques de gain, phase et impédances
différentes) Vous ne le savez peut-être pas mais il existe des classes d'amplification, principalement la A, B et C (il en existe bien d'autre mais d'usage moins courant). Jusqu'à présent nous n'avons étudié que des montages polarisés en classe A. Les classes d'amplification permettront d'obtenir des linéarités et rendements différents. Explications... |
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| 1 - la classe
d'amplification ne dépend que de la polarisation : |
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| Retenez bien ceci car c'est très important, c'est le positionnement du point de repos sur la droite de charge qui détermine la classe d'amplification. On peut le faire évoluer du point de blocage au point de saturation par le choix judicieux de quelques résistances. | |
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| La
classe A : |
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| Pour faire fonctionner un amplificateur en classe A, on doit positionner le point de repos R ( on l'appelle Q en anglais, Quiescent) au milieu de la droite de charge. | Ceci signifie qu'au repos (sans signal à appliquer) un courant Ic permanent circule dans le transistor. |
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Comme nous l'avons vu, le signal d'entrée superposé à la polarisation continue va faire se déplacer le point R sur la droite de charge. On veillera naturellement à ne pas atteindre les limites que sont les points de blocage et de saturation sous peine d'avoir un signal distordu. |
| Nous avons
représenté la caractéristique Ic en fonction de Ib. Sur le dessin c'est un droite mais
la réalité est quelque peu différente et cette caractéristique n'est pas linéaire. En classe A, le courant circule tout au long d'un cycle, on dit que l'angle de conduction est de 360°. Ceci donne une excellent linéarité (la forme du signal de sortie est rigoureusement identique à la forme du signal d'entrée) mais s'avère gourmand en énergie car le rendement (puissance fournie sur puissance consommée) atteint péniblement 50%. La classe A est très utilisée en BF naturellement et dans les étages bas niveau en HF. |
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| Résumé des caractéristiques de la classe A : | - Excellente linéarité - Rendement moyen (max 50%) (sans signal d'attaque, le transistor consomme la puissance Vce.Ic) |
| La
classe B : |
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| Nous venons de le voir, l'inconvénient majeur de la classe A est sont mauvais rendement, ceci se traduit pas un dégagement de chaleur non négligeable. L'idéal serait de pouvoir supprimer le courant de polarisation un certain temps. | Ceci est réalisé par la classe B où l'on amène le transistor à fonctionner sans signal d'attaque juste au point de blocage (le cut off chez les lampistes). Dès que l'alternance positive du signal d'attaque sera présente, le transistor se débloquera et conduira. |
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| Ci-dessus le point de polarisation à Ic=0, le transistor est à peine bloqué. | Ci-dessus le signal d'attaque débloque le transistor dur un demi-cycle. l'angle de conduction est de 180° |
| Bon,
il apparaît évident que le rendement sera meilleur puisque le transistor ne consomme
plus inutilement de puissance au repos, en revanche la sortie ne restitue qu'une
alternance sur deux et on devine sans trop d'efforts que ce n'est pas satisfaisant. De plus, comme le déblocage du transistor est lié à la présence du signal d'attaque, pour les petits signaux, le transistor ne travaillera pas dans une partie droite de sa caractéristique et l'amplificateur ne sera pas linéaire. Pour amplifier de manière égale les deux alternance, nous avons recours au montage PUSH-PULL (pousser-tirer) composé de deux transistors ou tubes. L'un amplifie l'alternance positive, l'autre l'alternance négative. On peut se contenter en HF d'un seul transistor en classe B à la condition d'avoir un circuit de sortie pouvant refournir la partie manquante du signal (pour mémoire). Le montage push-pull nécessite une attention particulière quant à la distorsion de passage ou de recouvrement dite cross-over. Cette distorsion a lieu lors du changement d'alternance. |
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Voici le signal de sortie d'un amplificateur push-pull classe B. On mesure très nettement la distorsion lors du changement d'alternance. On remédie à ce problème en augmentant légèrement l'angle de conduction de chaque transistor qui devient > 180° au détriment naturellement du rendement. |
| Résumé des caractéristiques de la classe B : | - Bon rendement (60%) - Distorsion de croisement - Nécessité d'un ensemble symétrique |
| La
classe AB : |
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| Nous sommes
confrontés en tant que radioamateur au dilemme suivant : - nous avons besoin de puissance (la législation nous autorise 400 W en
décamétrique) |
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| Principe : (tous nos amplificateurs aujourd'hui sont polarisés en classe AB) |
Polariser
légèrement le transistor de manière à ce qu'il travaille dans une région linéaire de
sa caractéristique (classe A) pour les petits signaux et en classe B pour les signaux de
plus forte amplitude. Cette polarisation, inférieure à ce qu'elle serait en classe A, permet au transistor de peu débiter sans signal. La linéarité naturellement en souffre et dans nos usages d'émission, nous chargerons notre amplificateur par un circuit de sortie qui aura, entres autres, la fonction de filtrer les harmoniques produits par ces non-linéarités. |
| On distingue les classes AB1 et AB2. La classe AB1 indique que l'étage amplificateur n'absorbe pas de courant de l'étage qui le précède, il s'agit en général d'un étage à haute impédance. | La classe AB2 indique que l'amplificateur absorbe du courant en provenance de l'étage qui le précède. |
| Vous reconnaîtrez dans votre carrière facilement un étage polarisé théoriquement en AB et ne l'étant pas ou partiellement quand il manquera des syllabes dans le discours de votre correspondant. La polarisation est insuffisante, seules les crêtes de modulation passent. remède : augmenter le courant de repos. | |
| Résumé des caractéristiques de la classe AB : | - Rendement moyen - linéarité acceptable |
| La
classe C : |
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| Très utile dans les multiplicateurs de fréquence et d'une manière générale à chaque fois que l'on a besoin d'un amplificateur fortement non linéaire, elle n'est plus utilisée dans le monde de l'émission d'amateur sauf rares exceptions pour l'amplification de puissance. | Le principe
est simple : il suffit que le dispositif amplificateur conduise seulement sur une fraction très faible du cycle, de manière a ne délivrer qu'une impulsion (je caricature volontairement) de forte puissance. Bien évidemment, le dispositif sera fortement non linéaire, et il faudra restituer la partie manquante du signal par un circuit accordé à fort coefficient de qualité. |
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| La figure ci-dessus le laisse apparaître clairement, seule une partie du signal d'entrée est amplifiée car elle à l'amplitude nécessaire pour débloquer le dispositif amplificateur qui est fortement polarisé pour le blocage ( pour les tubes on utilisait 2 x le cut-off). On obtient des impulsions en sortie de forte amplitude. Comme le dispositif n'est pas linéaire on l'utilise pour réaliser des mélangeurs, des multiplicateurs de fréquence. Le rendement est excellent et atteint 75%. | |
| Il
existe beaucoup d'autre classes d'amplification beaucoup plus exotiques faisant appel à
des signaux carrés plus ou moins modulés. Pour l'instant ceci ne nous concerne pas. vous en savez assez sur les classes d'amplification, essayez de retenir les fondamentaux, ce sera suffisant, surtout retenez que c'est la polarisation qui détermine la classe. |
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