CHAPITRE 3 • LES AMPLIFICATEURS
3.6 Les différentes classes des amplificateurs
3.6.1 Amplificateur en classe A
Un amplificateur de tension dit « classe A » est souvent un amplificateur à transistors bipolaires, à transistors à effets de champs (FET) ou des MOSFET’s. Ce genre d’am-plificateur est le plus utilisé en électronique analogique à transistors. L’entréee(t) et la sorties(t) sont des tensions. Le point de repos (point de polarisation) de chaque transistor doit être situé sur la droite de charges, dans la partie centrale (loin des points caractéristiques qui sont la saturation et le blocage).
L’amplificateur représenté à la figure 3.29 est un montage en émetteur commun non découplé.
VCC
R2
R1 RE
IC
ve
vS
RC
IC
VCE VCC VCC
RC+RE
VCE0
IC0 N
Figure 3.29
(a) (b)
Montage en classe A : émetteur commun non découplé (a) et Droite de charge statique et point de fonctionnement (b).
©Dunod–Laphotocopienonautoriséeestundélit
a) Exemple d’un émetteur commun
La polarisation imposée par les résistances R1etR2donne un point de repos N situé
«vers le milieu» de la droite de charge statique du montage (figure 3.29 (b)).
La tension de sortie est :vS(t)=VC E0+VSsin (vt) b) Rendement de l’amplificateur
Si on prend le cas simple avec RE nulle, la puissance dissipée dans la résistance RC
qui est supposée ici comme étant la résistance de charge : PU = 1
Le premier terme est une constante, seul le deuxième terme contient le signal utile (information). La puissance utile qui est dissipée dans RCest donc :
PU = VS2 2RC
La puissance fournie par l’alimentation est : Pf = 1 Après simplification, la puissance fournie par l’alimentation devient :
Pf = VCCVC E0
Le rendement est maximal lorsque la tension de sortie atteint la valeur maximale : VS =VCC/2. Dans ce cas, la polarisation est égale aussi àVC E0=VCC/2 :
Remarque. On a supposé un cas idéal avec une résistance d’utilisation dans le collecteur (en réalité, cette résistance se trouve en parallèle avec RC) et un point de fonctionnement situé au milieu de la droite de charge statique.
Le rendement d’un amplificateur classe A est donc obligatoirement inférieur à 25 %. On utilise souvent ce genre d’amplificateur pour les faibles puissances.
3.6.2 Amplificateur en classe B
Un amplificateur de tension en classe B est souvent un amplificateur à transistors qui sert souvent comme dernier étage d’une chaîne en vue d’obtenir une puissance en sortie élevée.
Pour réaliser un amplificateur en classe B, on utilise une paire de transistors com-plémentaires. Il s’agit d’un transistor NPN et d’un transistor PNP, qui ont tous les deux les mêmes caractéristiques. La polarisation des transistors est fournie par une alimentation +VCC et−VCC.
Le transistor T1 n’est conducteur que pendant l’alternance positive de la tension d’entrée (une demi-période), le point de repos situé sur la droite de charge est le point B (point de blocage) tel que IC =0 etVC E =VCC. Ce montage est connu sous le nom de montage en «push-pull».
Chaque transistor fonctionne pour l’alternance qui le concerne comme un mon-tage collecteur commun, avec une impédance de sortie très faible. L’amplification en tension, l’impédance d’entrée et le rendement sont :
Av ≈1 ; Ze≈bRU et hMax= PUtile
Pfournie
= p
4 ≈78,5 %
RU ve
VCC
T2
T1 iC1
vS iC2 VCC _
IC1
VCE1 VCC
point B VCC
RU
point AB
Figure 3.30
(a) (b)
Montage simple d’un amplificateur en classe B (a) et Droite de charge dynamique du transistorT1et point de polarisation (b).
©Dunod–Laphotocopienonautoriséeestundélit
Le rendement en puissance est relativement élevé puisqu’on peut atteindre 78,5 % lorsque l’amplitude maximale de la tension d’entrée est égale à VCC. Mais le pro-blème essentiel de ce montage est son taux de distorsion élevé. En effet lorsque la tension d’entrée est inférieure à 0,6 ou 0,7 volt, la jonction base émetteur n’est pas polarisée et pratiquement aucun courant ne circule en sortie. On a donc une distorsion de croisement (la sortie ne reproduit pas l’entrée).
La solution consiste à prépolariser les transistors en prenant sur la droite de charge pour le transistor NPN, le point AB au lieu du point B. De cette façon, on élimine la distorsion de croisement, mais les transistors vont consommer de la puissance et les résistances des bases dissipent aussi une partie de la puissance. Le rendement devient donc inférieur à celui obtenu avec un montage en classe B.
VS
t VCC
VCC _
distorsion de croisement
Figure 3.31 Mise en évidence de la distorsion de croisement.
Plusieurs solutions se présentent pour la polarisation. On peut utiliser par exemple, deux résistances et deux diodes qui doivent avoir théoriquement les mêmes tensions seuils VB E0que les jonctions bases - émetteurs des transistors.
RU ve
VCC
T2 T1 iC1
vS iC2 VCC _
Figure 3.32 Exemple d’un amplificateur en classe AB.
3.6.3 Amplificateur en classe C
Un amplificateur de tension en classe C est un amplificateur à transistors bipolaires (à effet de champs : FET ou des MOSFET’s) qui sert souvent à amplifier une bande étroite de fréquences. C’est le cas par exemple d’un émetteur radio qui émet sur la fréquence de la porteuse entourée d’une bande plus ou moins large selon le type de la modulation utilisée.
On définit souvent dans ce cas le coefficient de qualité et la bande passante du montage. Le rendement est très élevé (supérieur à 90 %) ce qui permet de travailler avec des puissances relativement élevées.
On donne un exemple d’un amplificateur classe C simple à la figure 3.33 (a).
Le transistor n’est conducteur que pendant un cycle réduit de sa période positive de la tension d’entrée. La durée de conduction qui dépend dans le cas de notre montage, de la valeur deEB, est remplacée par l’angle de conduction et, est notée souventu0.
La forme du courant du collecteur IC est une forme impulsionnelle à la fréquence f0(figure 3.33 (b)). Ce courant se décompose en série de Fourier.
ve
L VCC
vCE=vS
RP C
EB +
-ic
ic
ωt icmax
θ0
2π
Figure 3.33
(a) (b)
Amplificateur en classe C à transistor bipolaire (a) et allure du courant collecteur (b).
Le fondamental de ce courant est à la fréquence f0. Lorsque le fondamental passe par le circuit résonant, il donne une tension sinusoïdale à la fréquence f0.
Les autres harmoniques, sont à des fréquences multiples ( f =n f0) et ne donnent, si le coefficient de qualité du circuit résonant est très élevé, aucune tension dans le circuit résonant.
L’amplification en tension est élevée, et le rendement est excellent puisqu’on peut s’approcher théoriquement de 100 %.
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