Amplificateur HT

Amplificateur HT
Liste des
composants
Résistances :
R1,R16,R17 = 10 kΩ
R2,R6 = 100 Ω
R3 = 1kΩ10
R4 = 10kΩ0
R5 = 5kΩ6
R7,R8 = 47 kΩ
R9,R10 = 270 Ω
R11,R12 = 82 Ω
R13,R14 = 220 Ω
R15 = 1 kΩ
à un étage tampon réalisé en technologie
discrète. Cet étage est de la forme étage
compound symétrique, ce qui permet
d’obtenir une tension de sortie maximale.
L’avantage de l’étage compound est de
permettre une amplification. Nous avons
joliment tiré parti de cette possibilité ici,
le NE5534 étant capable de travailler à
±22 V au maximum (il travaille alors bien
à la limite de ses possibilités !).
1-630440
C6
ROTKELE )C(
OUT1
+
R18
R13
R7
C2
D9
R21
R22
R20
R4
K2
H3
D3
T5
C8
T3
R9
H2
T1
R1
D1
D5
D6
R6
D7
C4
IC1
H5
C1
R5
R3
R2
D2
0
C5
R11
R17
R16
R15
R12
D8
T2
D4
C3
H1
044036-1
R18,R19 = 27 Ω
R20 = 47 Ω
R21 à R24 = 12 kΩ
Condensateurs :
C1 = 22 pF
C2,C3 = 47 µF/25 V radial
C4 à C7 = 100 nF (C6/C7 100 V !)
C8,C9 = 470 µF/100 V radial
Semi-conducteurs :
D1,D2,D5 à D8 = 1N4148
D3,D4 = LED rouge plate
D9,D10 = diode zener 22 V/1W3
T1 = BF470
T2 = BF469
T4
C9
R10
R8
K1
D10
R24
R23
Les analyseurs audio, tels ceux de la série
Audio Precision, sont dotés de générateurs qui sont malheureusement incapables de fournir le niveau de tension suffisant requis par certains test. C’est la raison
qui nous a poussé à développer cet étage
d’amplification « booster ». Il fournit exactement la même tension qu’un amplificateur de 300 W connecté à une charge de
8 Ω. Les applications de ce petit amplificateur sont, par exemple, la mise à l’épreuve de filtres de mesure ou un changement de calibre automatique.
À une alimentation ±75 V, de l’amplificateur peut fournir 50 Veff, ce qui signifie
que pour cela il suffit de disposer d’un
signal de 5 Veff fourni par le générateur,
le gain ayant en effet été fixé à 10x. Souvent, à tension de sortie maximale, il n’est
pas possible de disposer de la totalité de
la bande passante du générateur, ce qui
explique que nous ayons choisi de faire
amplifier cette électronique un peu plus
que strictement nécessaire pour la présente application.
La courbe montre la distorsion harmonique
totale (THD+N, N = Noise pour bruit) en
fonction de la tension de sortie. On voit
clairement qu’à 1 kHz (courbe A) on
atteint à partir de quelque 10 V et à une
charge de 10 kΩ, les limites de l’analyseur d’Audio Precision. Les escaliers que
l’on découvre dans la courbe sont dus aux
commutations de calibre de l’analyseur. À
moins de 10 V, ce que l’on mesure en fait
est du bruit. À 20 kHz (courbe B) la distorsion augmente progressivement, mais
avec 0,008% à modulation proche du
maximum à 50 V, elle reste très faible. Les
2 courbes représentées ici ont été relevées
à une largeur de bande de 80 kHz.
Le coeur de notre amplificateur est une
vieille connaissance, un NE5534, associé
T6
H4
C7
R19
R14
T3 = 2SC2911
T4 = 2SA1209
T5 = MJE350
T6 = MJE340
IC1 = NE5534
Divers :
K1,K2 = embase Cinch encartable (T709G, Monacor) radiateur 2,5 K/W
(tel que, par exemple, Fischer SK100,
50 mm de haut)
La platine 044036-1 est disponible
auprès de ThePCBShop
Le dessin de la platine est téléchargeable
depuis notre site : www.elektor.fr
elektor - 7-8/2004
R4
10k0
+75V
27Ω
0V96
1V21
1V79
1V54
R13
220Ω
R9
270Ω
D3
R18
T5
T1
+22V
D1, D2, D5...D8 = 1N4148
BF470
+23V
T3
47k
R7
C1
R5
2SC2911
D5
5k6
R11
82Ω
22p
D6
8
3
100Ω
5
IC1
R6
6
100Ω
2
1
10k
D2
R3
D7
R17
D8
K2
R20
10k
R12
4
NE5534
1k10
R1
10k
7
47Ω
R15
82Ω
R2
R16
2V43
K1
1k
D1
MJE350
T4
47k
R8
T6
T2
- 22V5
2SA1209
BF469
-22V
MJE340
27Ω
0V96
1V54
220Ω
R14
1V21
1V79
+75V
R10
270Ω
D4
R19
R21
12k
+75V
-75V
R22
+22V
12k
D9
C8
C6
470µ
100V
100n
C9
C7
470µ
100V
100n
R23
22V
1W3
D10
12k
-75V
22V
1W3
C4
C2
100n
47µ
25V
C5
C3
100n
47µ
25V
-22V
R24
12k
044036 - 11
-75V
Nous supposons que l’amplificateur opérationnel est capable de fournir, sans distorsion, une tension de 15 Vcrête. Ceci
implique, au niveau de l’étage compound,
un gain de 4,7x. Ce gain est déterminé
par la contre-réaction locale que constituent les résistances R15 à R17. Celle-ci a
été réduite au strict nécessaire, ce qui permet d’utiliser des résistances normales.
Théoriquement, on s’attendrait à un gain
de 6x, mais les étages T3 et T4 ont une
influence sur la contre-réaction locale.
Dans le cas d’une commande en tension
continue, la dissipation de R16 (R17) sera,
au maximum, de l’ordre de 0,3 W.
Pour T5 et T6 nous avons choisi des
MJE340 et MJE350. Cette paire n’a en
effet pas été dépassée depuis nombre
d’années déjà. À une tension
collecteur/émetteur de 150 V, le MJE350
peut supporter un courant de collecteur
de 40 mA. Avec un courant de repos de
7-8/2004 - elektor
35 mA circulant à travers T5 et T6, l’étage de sortie fonctionne bien sagement
en classe A. Les contre-réactions locale et
totale requièrent un courant maximum de
20 mA. En dépit de cette « charge nulle »
les transistors de sortie travaillent encore
largement à l’intérieur de leur zone de
fonctionnement sûr (SOA = Safe Operating Area). La charge minimale sera de
quelques kiloohms.
Tel qu’il est proposé ici, l’amplificateur
n’est pas protégé contre les courts-circuits.
On pourra éventuellement faire passer
R20 à 1 kΩ ou le doter d’une limitation
de courant. Toute modification se traduirait cependant par un risque de pertes au
niveau de la qualité de l’amplificateur.
Nous avons utilisé, pour les transistors de
commande T3 et T4, une paire de transistors tout récents de Sanyo. Ceux-ci se
caractérisent par une linéarité (hFE) sensiblement meilleure et une capacité (Cob)
inférieure à celle des MJE. La tension collecteur/émetteur maximale est de 160 V.
À cette valeur (CC) il est possible de traiter 7 mA encore (ou 20 mA pendant
1 s). La tension qu’auront à traiter ces
transistors ne dépassera guère, en pratique, que 100 V. À un réglage de
7 mA, ces transistors aussi restent largement à l’intérieur de leur zone de fonctionnement Étant donnée la tension d’alimentation élevée, il s’agit là de détails
auxquels il faudra faire attention.
Un quarteron de diodes du type 1N4148
force les transistors T3 et T4 à un courant
fixe, de sorte qu’il n’est pas nécessaire,
ensuite, de procéder à un réglage du courant de repos. Une paire de sources de
courant symétriques polarise ces diodes
à 4,5 mA (T1 et T2) environ. Nous avons
utilisé ici des BF en raison de leur capacité encore plus faible. Si vous deviez
avoir des problèmes à trouver des BF469
et BF470, vous pouvez utiliser les mêmes
transistors pour T3 et T4, à savoir respectivement des 2SC2911 (NPN) et
2SA1209 (PNP).
Le pilotage de cet étage se fait par le
biais de D5 à D8, de sorte que l’amplificateur peut se contenter de compenser la
différence de courant au niveau de T3 et
T4. La résistance R6 protège la sortie de
IC1 contre un retour (feedback) capacitif
éventuel de l’étage de sortie. Les résistances R4 et R3 déterminent la contre-réaction totale. Cette dernière est fixée de
façon relativement précise à un gain de
10x (A = 1 + R4/R3), la résolution de
cette équation donnant exactement
10,09x. R5 et C1 constituent la compensation de l’ensemble de l’amplificateur en
dotant l’amplificateur opérationnel d’une
contre-réaction locale. Ne perdez pas de
vue qu’une adaptation du gain se traduit
automatiquement par un changement de
cette compensation.
Un NE5534 est, en interne, compensé
pour des gains égaux ou supérieurs à 3.
Partant, le rapport entre R5 et R3 doit être
supérieur à 2. Avec ses 11 MHz (mesurés à 40 Veff), la largeur de bande de
l’amplificateur est plus qu’honorable. R2,
D1 et D2 constituent la protection en
entrée. R1 détermine l’impédance d’en-
4
1
0.5
0.2
A = 1kHz
B = 20kHz
0.1
0.05
0.02
%
0.01
0.005
0.002
0.001
B
0.0005
A
0.0002
0.0001
100m
200m
500m
1
2
5
V
trée qui vaut partant 10 kΩ0. Rien n’interdit de donner à R1 une valeur plus
importante mais cela se traduira par un
offset de sortie plus important. Le courant
de polarisation de IC1 atteint aisément
0,5 µA, ce qui explique l’offset de 50 mV
à la sortie. Cette valeur ne devrait pas
poser de problème pour la majorité des
applications. L’alimentation de l’amplificateur opérationnel est dérivée de l’alimentation ±75 V d’origine à l’aide d’une
paire de diodes zener. Le paramétrage
se fait par la prise en parallèle de 2 résis-
10
20
50 60
044036 - 12
tances de sorte qu’il n’est pas nécessaire
d’utiliser des résistances de puissance spéciales. Les condensateurs C6 à C9 découplent l’étage de sortie, C2 à C5 se chargeant du découplage de l’amplificateur
opérationnel. Sur notre prototype, la
consommation de courant totale atteignait, une fois le circuit chaud, quelque
57 mA. On pourra utiliser, pour l’alimentation de l’amplificateur, le circuit baptisé
« alimentation HT » décrite ailleurs dans
ce même numéro.
(044036-1)
elektor - 7-8/2004