Amplificateur

Techniques Audio
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TECHNIQUES AUDIO
7. LES AMPLIFCATEURS DE PUISSANCE
CLASSES
A v a n ta g e s
I n c o n v é n ie n ts
A p p lic a tio n s
A
B ou A B
C
u n seu l
tr a n s is to r
d is to r s io n
q u a s i n u lle
2 tr a n s is to r s
rendem ent
e n t r e 0 ,6 e t
0 ,7
u n seu l
tr a n s is to r
rendem ent
> 0 ,7
D
2 ou 4
tr a n s is to r s
O N /O F F
rendem ent
é le v é > 0 ,9
r e n d e m e n t d is to r s io n d e u tilis a tio n
filtr e d e
tr è s fa ib le
c r o is e m e n t
bande
s o r tie
co n so m m e
p o in t d e
é tr o ite
p a s s if
en
repos
é la b o r é
perm anence
d iffic ile à
TH D non
s ta b ilis e r
o p tim a l
a m p li d e
a m p li a u d io ,
a m p li
a m p li
fa ib le
éta g e d e
s é le c tif
a u d io ,
p u is s a n c e
s o r tie
m u ltip lie u r
p ilo ta g e
(< 1 W )
d 'A O P
de
m o teu r
fréq u en ce
TECHNIQUES AUDIO
7. LES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE
7.1 Amplificateur classe A
7.2 Amplificateur classe AB
7.3 Amplificateur classe D
7.4 Amplificateur classe S
7.5 Amplificateur à tubes
7.6 Mise sous tension
TECHNIQUES AUDIO
7.1 Amplificateur classe A
‹ Un
seul transistor
Ic
Ico
droite de charge dynamique
droite de charge statique
Va
Vce
t Rendement de 10% à 30%
Distorsion nulle
Réservé aux ampli de faible puissance
TECHNIQUES AUDIO
7.1 Amplificateur classe AB
Ic
droite de charge statique
Point de repos classe AB
Point de repos classe B
Va
Vce
Va-0,6V
t
Pas ou peu de consommation statique
Nécessité de 2 transistors
TECHNIQUES AUDIO
7.2 Amplificateur classe AB sortie bipolaire
‹ Classe
AB
+Va
Rc
Rp
contre réaction
Re
R1
T1
NPN
Vs
Ve
PNP
- Va
Etage Push pull
TECHNIQUES AUDIO
7.2 Amplificateur classe AB
‹ Bilan
2.Va2/πRL
Va2/2RL
2.Va2/π2RL
puissance
Pa =2.Va.Vs/πRL
Pu = Vs2/2RL
Pd = Vs/RL(2.Va/π-Vs/2)
Pa
Pu
η = π/4.(Vs/Va)
Pd
2.Va/π Va
amplitude de Vs
Pa : puissance fournie par l’alimentation
Pd : puissance dissipée par les 2 transistors
Pu : puissance fournie à la charge
TECHNIQUES AUDIO
7.2 Amplificateur classe AB
‹ Amélioration
du rendement :
ÐAsservir la tension d’alimentation Va sur la
valeur instantanée du signal audio
TECHNIQUES AUDIO
7.2 Amplificateur classe AB sortie MOS
+Va
Rc
Re
R1
Rp
T1
NPN
Vs
Ve
PNP
- Va
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
‹Principe
:
Ð Le signal BF est comparé à un signal
triangulaire HF.
Ð On obtient un train modulé en largeur
d’impulsion (PWM) qui pilote un pont de
transistor MOS fonctionnant en
commutation.
Ð Le signal est ensuite filtré pour restitution.
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
signal triangulaire
entrée audio
Vtri
Vbf
t
Vd
Vbf
Sortie
PWM
Vtri
Vd
0V
Comparateur
τ
m = Vbfe/Vtri avec 0<m<1 ; Gpwm = Vd/(2.Vtri )
τ = τo (1+m sin (ωbf t) ) avec τo =Ttri /2
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
n.2π.F .τ
∞
τ
.
Vd
1
tri 0].cos(n2πF .t))
+2Vd∑n=1(πnsin[(1+ msinF .t)
pwm(t) =
tri
bf
2
T
tri
Amplitudes normalisées
0
1 (audio)
Ftri
1
0,05
Fbf
Ftri
0,5
Fbf
(audio)
2.Ftri
Fréquence
15kHz
m voisin de zéro
0
15kHz
Fréquence
m voisin de 1
Condition : Ftri égale à environ 10.Fbf
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
R3
chaine de rétroaction
R4
C
Entrée
audio
R5
V2
Filtre passe-bas
et soustracteur V1
4 Tr NMOS
diodes roue libre
+Vd
Modulateur
PWM
Horloge
triangulaire
+Va
Driver
de
MOS
Protection
surintensité
Filtre
Filtre
Haut
parleur
Shunt
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
‹Modélisation
boucle fermée en BF
K = Gpwm .2Va/Vd soit K = Va/Vtri
R4
GBP=
R3/(R1+R2)
V1
V2
entrée
audio
R5
C
gain K
V1-V2
HP
filtre
filtre
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
‹Modélisation boucle fermée
1
R 4 R1 + R 2
B( p) = −
R5 R 3 1 + C R 4 ( R1 + R 2) p
K R3
Req = (R1+R2).(R4/R3)
C/K
entrée
audio
R5
sortie vers
filtre
V1-V2
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
influence de la tension d'alimentation du pont Va
Amplitude
Va
Va
Fbf
5.Fbf
3.Fbf
BP
Va
Ftri
Ftri-Fbf Ftri+Fbf
Fréquence
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
Philips Semiconductors Preliminary specification
2 × 50 W class-D power amplifier TDA 8920 (1998)
FEATURES
· High efficiency (90%)
APPLICATIONS
· Operating voltage from ±15 V to±30 V
· Television sets
· Very low quiescent current
· Home-sound systems
· Low distortion
· Multimedia systems.
· Fixed gain of 30 dB
· High output power
· Output power limiter
· Good ripple rejection
· Usable as a mono amplifier in Bridgeor as a stereo Single-Ended (SE)
amplifier
· Tracking possibility for oscillator frequency
· Differential audio inputs
· No switch-on or switch-off plops
· Short-circuit proof across the load
TECHNIQUES AUDIO
7.3 Amplificateur classe D
Texas
instrument 2W
class-D
power
amplifier
TPA00514
(1999)
&
TPA 2000D2
(pas besoin de
filtre de sortie)
TECHNIQUES AUDIO
7.4 Amplificateur classe S (Sandman 1982)
‹Principe
+Va
:
Ð
R3
R1
Ve
R5
Q1
R2
Q2
R4
R6
- Va
TECHNIQUES AUDIO
7.4 Amplificateur classe S (Sandman 1982)
‹ Exemple
: ampli Technics SE A100
+Va
Ve
C1
0,22 0,1
30k
0,06
R3
R5
Q1
820
Q2
220
220
- Va
TECHNIQUES AUDIO
7.5 Amplificateur à tube
‹ schémas
d’ampli à tube classe A ou AB :
http://www.infomaniak.ch/~bonavolt/fr/t_bas.htm
ampli à tubes en kit 65 W:
http://www.velleman.be/kits_fr/gpaudio.htm
TECHNIQUES AUDIO
7.6 Mise sous tension
‹ Claquement
des hauts parleurs à la mise
sous tension
alimentation
tempo
tuner
ampli
audio
M/A
«Porte MUTE»
haut parleur
chaine HI FI