LE COURS

LEÇON N°41-1 NIVEAU 3

Apprendre l’électronique en partant de zéro

Les amplificateurs en classe A, B ou C

première partie

Un étage amplificateur peut être conçu pour travailler en classe A, en classe B, en classe AB ou bien en classe C : s’il vous est arrivé de chercher quelque part une explication claire et compréhensible concernant les différences entre ces 4 classes, il est fort probable que vous n’aurez trouvé aucune réponse satisfaisante à vos nombreux doutes ni à votre abyssale perplexité.

G râce à cette leçon vous allez

apprendre qu’en polarisant la Base d’un transistor, de manière à retrouver sur son Collecteur la moitié de la tension d’ali- mentation, vous êtes en classe A, alors qu’en polarisant la Base de façon telle que la totalité de la tension d’alimenta- tion se retrouve sur le Collecteur, vous êtes en classe B.

La classe B peut fournir en sortie une puissance plus importante que la classe A mais, comme la classe B n’amplifie qu’une demie onde, pour amplifier l’autre demie onde opposée, il faut obligatoirement utiliser 2 tran- sistors, un NPN et un PNP en série. La classe B a un seul défaut, celui de four- nir en sortie un signal notablement dis- tordu et donc elle n’est guère favorable

à la fabrication d’amplificateurs Hi-Fi : c’est pourquoi on a recours à la classe AB exempte, elle, de distorsion.

tivement les différences entre ces classes, vous êtes restés quelque peu sur votre faim.

La quatrième, la classe C, ne s’utilise que pour réaliser les étages de puis- sance HF (par opposition à BF, mais on dit aussi RF, Radio Fréquence, par opposition à AF, Audio Fréquence), parce qu’à la sortie de l’unique tran- sistor de puissance, la puissance est élevée mais le signal distordu.

Les amplificateurs en classes A, B, AB et C

C’est pourquoi nous chercherons aujourd’hui à nourrir votre légitime curiosité et nous commencerons par vous expliquer en quel mode on peut polariser la Base d’un transistor.

Polarisation de la Base Comme le montre la figure 494, la Base d’un transistor amplificateur est normalement polarisée par un parti- teur résistif composé des résistances R1-R2.

Vous aurez sûrement lu qu’un transis- tor peut travailler en classe A, B, AB ou C ou en push-pull mais si vous avez cherché un texte expliquant exhaus-

La résistance R1 sert à polariser la Base du transistor et la résistance R2 pour stabiliser le courant parcourant ce partiteur.

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12 V

E TR1

Figure 494 : Les résistances R1-R2, reliées à la Base d’un transistor, ser- vent à le faire travailler en classe A.

Si nous déconnectons ce partiteur de la Base de transistor et connectons aux extrémités de R2 un voltmètre (figure 495), nous relevons une tension inversement proportionnelle à la valeur ohmique de R1, selon la formule :

volts aux extrémités de R2 = Vcc : (R1 + R2) x R2

où Vcc = tension alimentant R1 et R1-R2 = valeur des résistances en kilohm

Si nous alimentons ce partiteur avec une tension de 12 V, si R2 a une valeur de 3,3 kilohms et si R1 prend succes- sivement les 6 valeurs suivantes :

100-82-68-56-47-39 kilohms

pour chaque valeur différente de R1 insérée en série avec R2, nous lirons sur le voltmètre les tensions suivantes (figure 495) :

12 : (100 + 3,3) x 3,3 = 0,38 V 12 : (82 + 3,3) x 3,3 = 0,46 V 12 : (68 + 3,3) x 3,3 = 0,55 V 12 : (56 + 3,3) x 3,3 = 0,66 V 12 : (47 + 3,3) x 3,3 = 0,78 V 12 : (39 + 3,3) x 3,3 = 0,93 V

Si nous reconnectons ensuite ce parti- teur à la Base du transistor (figures 496 à 501), pour les 3 valeurs de R1 :

100-82-68 kilohms,

nous lirons respectivement des ten- sions de :

0,38-0,46-0,55 V,

alors qu’avec les 3 autres valeurs de R1 :

56-47-39 kilohms,

nous lirons toujours une seule et uni- que tension fixe de :

0,65 V.

Figure 495 : Si nous déconnectons ces résistances de la Base du transistor et si nous relions à leur point de liaison un testeur, nous relèverons une tension inversement proportionnelle à la valeur de R1. Si la valeur de R2 reste fixe et si nous faisons varier R1, nous lirons sur le testeur les tensions indiquées.

Vous vous demandez pourquoi ces 3 dernières valeurs de R1 aboutissent toutes à l’unique tension fixe de 0,65 V alors que selon nos calculs cette tension devrait varier d’un minimum de 0,66 V à un maximum de 0,93 V.

A ce sujet commençons par dire que la jonction Base/Emetteur d’un tran- sistor se comporte comme une diode au silicium dont l’anode serait tournée vers la patte Base et la cathode vers la patte Emetteur (figure 502).

Vous savez désormais qu’une diode au silicium commence à conduire seule- ment lorsque la tension à ses extrémi- tés dépasse la valeur de seuil, autour de 0,65 V : avec une tension inférieure une telle diode n’est pas conductrice.

C’est seulement quand on dépasse la valeur de seuil de 0,65 V, que la diode commence à conduire et consomme du courant à travers R1.

Indépendamment du courant parcou- rant la résistance R1, entre la Base et

l’Emetteur il y a toujours une tension de 0,65 V.

Pour savoir combien de courant doit passer dans la résistance R2 pour obtenir à ses extrémités une tension de 0,65 V, nous pouvons employer la formule suivante :

mA dans R2 = Vbe : R2 en kilohm

Sachant que la Vbe (volt entre Base et Emetteur) est de 0,65 V et que la résistance R2 a une valeur de 3,3 kilo- hms, le courant devant traverser cette dernière ne devra pas être inférieur à

0,65 : 3,3 = 0,196969 mA,

à arrondir à 0,197 mA.

Le partiteur R1-R2 étant alimenté en 12 V et R1 prenant successivement les 6 valeurs :

100-82-68-56-47-39 kilohms,

le courant traversant R2 augmentera

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100-82-68 kilohms

on obtient un courant inférieur à 0,197 mA puisqu’aux extrémités de R2 le 0,65 V, nécessaire à la conduction du transistor, n’est jamais atteint.

C’est seulement avec les 3 résistan- ces de :

56-47-39 kilohms

qu’on obtient un courant supérieur à 0,197 mA puisque, cette fois, aux extrémités de R2, la tension de 0,65 V, nécessaire à la conduction du transis- tor, est atteinte.

Sachant que le transistor commence à conduire seulement lorsqu’un courant supérieur à 0,197 mA parcourt le par- titeur résistif, en utilisant la formule ci- dessous nous saurons quelle valeur de courant nous pouvons faire parcourir la Base du transistor :

courant sur la Base = (mA de R1 – mA de R2).

Nous aurons donc avec les 6 résistan- ces examinées les courants suivants :

avec 100 kilohms = 0,113 – 0,197 = – 0,084 mA avec 82 kilohms = 0,138 – 0,197 = – 0,059 mA avec 68 kilohms = 0,166 – 0,197 = – 0,031 mA avec 56 kilohms = 0,202 – 0,197 = + 0,005 mA avec 47 kilohms = 0,241 – 0,197 = + 0,044 mA avec 39 kilohms = 0,291 – 0,197 = + 0,094 mA

Comme avec les 3 premières valeurs de résistances on obtient une valeur négative, la Base ne consommera aucun courant et dans ces conditions on dit que le transistor se trouve en interdiction ou bloqué puisqu’il n’est pas conducteur.

C’est seulement avec les 3 dernières valeurs de résistances que l’on obtient une valeur positive et on dit alors que le transistor est conducteur ou pas- sant : il amplifie les signaux appliqués sur sa Base. Dans notre exemple nous avons choisi pour R2 la valeur de 3,3 kilohms, mais dans d’autres schémas nous pourrions trouver des valeurs complètement dif- férentes ; de même pour celle de R1.

Les valeurs utilisées pour les résistan- ces R1-R2 permettent toujours d’obte- nir aux extrémités de R2 une tension fixe de 0,65 V.

Le courant de Collecteur Comme un transistor amplifie un signal en courant, plus le courant de Base est important, plus est important le courant de Collecteur. Le courant de Collecteur se calcule en multipliant le courant de Base par le hfe du transistor, c’est-à- dire par son gain en courant, selon la formule :

mA Collecteur = (courant de Base x hfe).

Donc, si nous avons un transistor avec un hfe de 55 (gain en courant de 55 fois) et si sur sa Base nous appliquons les courants fournis par les résistan- ces de :

56-47-39 kilohms,

Figure 499 : Si nous relions à la Base d’un transistor une résistance R1 de 56 kilohms et une résistance R2 de 3,3 kilohms, le testeur indi- quera 0,65 V et non 0,66 V.

Figure 500 : Si nous relions à la Base d’un transistor une résistance R1 de 47 kilohms et une résistance R2 de 3,3 kilohms, le testeur indi- quera 0,65 V et non 0,78 V.

Figure 501 : Si nous relions à la Base d’un transistor une résistance R1 de 39 kilohms et une résistance R2 de 3,3 kilohms, le testeur indi- quera 0,65 V et non 0,93 V.

Figure 496 : Si nous relions à la Base d’un transistor une résistance R1 de 100 kilohms et une résistan- ce R2 de 3,3 kilohms, le testeur in- diquera 0,38 V.

Figure 497 : Si nous relions à la Base d’un transistor une résistance R1 de 82 kilohms et une résistance R2 de 3,3 kilohms, le testeur indi- quera 0,46 V.

Figure 498 : Si nous relions à la Base d’un transistor une résistance R1 de 68 kilohms et une résistance R2 de 3,3 kilohms, le testeur indi- quera 0,55 V.

en fonction directe de la réduction de la valeur ohmique de R1, selon la for- mule :

mA = (Vcc – 0,65) : R1 en kilohm.

Et donc, avec les valeurs ohmiques choisies, nous obtiendrons les cou- rants suivants :

(12 – 0,65) : 100 = 0,113 mA (12 – 0,65) : 82 = 0,138 mA (12 – 0,65) : 68 = 0,166 mA (12 – 0,65) : 56 = 0,202 mA (12 – 0,65) : 47 = 0,241 mA (12 – 0,65) : 39 = 0,291 mA

Vous aurez noté que, avec les 3 résis- tances de

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son Collecteur sera parcouru par les cou- rants suivants (figures 503 à 505) :

(R1 de 56 kilohms) 0,005 x 55 = 0,27 mA (R1 de 47 kilohms) 0,044 x 55 = 2,42 mA (R1 de 39 kilohms) 0,094 x 55 = 5,17 mA.

Plus est élevé le courant de Collecteur, plus augmente la chute de tension aux extrémités de la résistance R3 et par conséquent moins est élevée la ten- sion de Collecteur, selon la formule :

volt Collecteur = Vcc – (R3 en kilohm x mA).

Donc, si le transistor est alimenté en 12 V et que la résistance R3 dans le Collecteur est de 2,2 kilohms, nous relèverons les tensions suivantes :

12 – (2,2 x 0,27) = 11,4 V 12 – (2,2 x 2,42) = 6,68 V 12 – (2,2 x 5,17) = 0,62 V

Vous l’aurez noté, lorsque le courant de Collecteur est de 0,27 mA (figure 503), nous relevons sur ce Collecteur une tension de 11,4 V ; quand le cou- rant traversant le Collecteur est de 2,42 mA (figure 504), nous relevons sur ce Collecteur une tension de 6,68 V ; alors que si ce courant de Collec- teur est de 5,17 mA (figure 505), la tension sur ce Collecteur est cette fois de 0,62 V seulement.

Graphe d’un transistor Pour connaître le courant minimum et maximum que l’on peut appliquer sur la Base d’un transistor en fonction de son hfe, on utilise communément un instrument de mesure appelé “traceur de courbes”, permettant de voir sur l’écran de l’oscilloscope de combien augmente le courant de Collecteur quand on fait varier le courant de Base (figure 507).

En se référant à ces courbes, on peut tracer une droite en diagonale (figure 508), appelée “ligne de charge”, reliant le point Vcc en abscisse et le point de courant maximum de Collec- teur en ordonnée.

Pour trouver la valeur du courant maximum, on se sert de la formule :

courant maximum = Vcc : R3 en kilohm.

Comme dans notre exemple nous avons utilisé une R3 de 2,2 kilohms, le Collecteur peut être traversé par un courant maximum de :

12 : 2,2 = 5,45 mA.

DIODE SILICIUM

Figure 502 : Avec les valeurs 56-47-39 kilohms, la ten- sion reste fixe à 0,65 V parce que la jonction Base/ Emetteur d’un transistor se comporte comme si une dio- de au silicium se trouvait à l’intérieur et, comme celle-ci commence à conduire lorsqu’on dépasse 0,65 V, même si le partiteur R1-R2 fournit une tension plus élevée, cel- le-ci se stabilise à 0,65 V.

Si nous substituons à la résistance R3 de 2,2 kilohms une résistance de 10 kilohms, le courant maximum pouvant traverser le Collecteur sera de :

12 : 10 = 1,2 mA seulement.

Si nous faisons varier le courant de Base du transistor, nous pouvons déplacer le point de travail, c’est-à- dire faire en sorte que, en absence de signal, le Collecteur ne soit plus traversé par aucun courant.

C’est justement en choisissant le point de travail sur cette ligne de charge qu’il est possible de faire travailler un transistor en classe A, B, AB ou C.

Comme le traceur de courbes n’est pas un instrument facile à trouver, nous vous expliquerons comment on peut également tracer une ligne de charge qui, quoiqu’approximative, puisse vous aider à mieux compren- dre les différences entre les diverses classes.

Prenez une feuille de papier quadrillé et tracez une ligne verticale (ordon- née), placez en haut le point de cou- rant maximum de Collecteur avant la saturation (figure 509).

En bas, tracez une ligne horizontale (abscisse) et sur l’extrémité de droite placez le point de tension d’alimenta- tion Vcc du transistor.

Entre ces 2 points, tracez une diago- nale et reportez-y le courant de Base : comme vous ne le connaissez pas, il suffit que vous vous souveniez que le point placé en haut à gauche corres- pond au maximum de courant admis- sible par le Collecteur et que le point placé en bas à droite correspond au minimum de courant nécessaire pour que le transistor soit conducteur.

Connaissant la valeur de tension Vcc, vous pouvez calculer le courant maxi- mum que le Collecteur peut accepter, grâce à la formule :

courant maximum = Vcc : R3 en kilohm.

Figure 503 : Si dans la Base d’un transistor à “hfe” de 55 passe un courant de 0,005 mA, un courant de 0,27 mA passera dans son Col- lecteur et de ce fait la tension sur ce Collecteur sera de 11,4 V, soit presque la tension d’alimentation.

Figure 504 : Si dans la Base passe un courant de 0,044 mA, le courant du Collecteur augmentera de 0,27 à 2,42 mA et sa tension de Collecteur sera de 6,68 V, soit presque la moi- tié de la tension d’alimentation.

Figure 505 : Si dans la Base passe un courant de 0,094 mA, le courant du Collecteur augmentera de 0,27 à 5,17 mA et sa tension de Collec- teur sera de 0,62 V, soit la tension d’alimentation minimale.

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Courant Base max.

Ligne de charge

Figure 508 : Le graphe d’un traceur de courbes permet de déduire la “ligne de charge” reliant la tension maxima- le d’alimentation au courant maximum que le transistor peut débiter.

Courant Base min.

Volts collecteur

Vcc

2,2 KΩ

TR1

330 Ω

Figure 506 : Si nous connectons, entre l’Emetteur d’un transistor et la masse, une résistance R4, il est possible d’en préfixer le gain selon la formule : gain = R3 : R4.

r u e t c e l l o c t n a r u o C

la tension positive maximale ; quand, en revanche, il commence à conduire, le courant de Collecteur augmente proportionnellement à la valeur du courant appliqué sur sa Base.

Plus le courant traversant R3 est élevé, plus la tension de Collecteur diminue et quand cette dernière atteint une valeur proche de 0 V on dit que le transistor est saturé car, même si on augmente le courant de Base, on ne pourra pas lui faire consommer un courant plus élevé.

Un transistor en classe A Pour faire travailler un transistor en classe A, il faut polariser la Base de telle manière que le courant traver- sant le Collecteur soit égal à la moitié du courant maximum admissible : 2,72 mA dans notre exemple.

Dans ces conditions, une tension de 6 V, c’est-à-dire la moitié de la Vcc (figure 511), est présente entre le Col- lecteur et l’Emetteur et on l’appelle Vce (volt Collecteur/Emetteur).

Si nous appliquons maintenant un signal alternatif sur la Base du tran- sistor, lorsque sa demie onde positive

atteint l’amplitude maximale, le tran- sistor consommera plus de courant et par conséquent la tension sur le Collecteur chutera vers 0 V.

Quand la demie onde négative atteindra son amplitude maximale, le transistor consommera moins de courant et par conséquent la tension sur le Collecteur montera vers les 12 V (figure 511).

Regardons le graphe de la figure 512 pour comprendre plus facilement com- ment varient tension et courant de Col- lecteur lorsque lr transistor amplifie un signal alternatif.

Observons le graphe de la figure 511. Comme vous pouvez noter toutes les variations de tension et courant du transistor mais si vous pensiez pouvoir relever ces variations en utilisant un simple ampèremètre, vous serez déçus car celui-ci indiquera à chaque fois la valeur moyenne du courant.

En fait, les variations d’amplitude entre le maximum positif et le maximum négatif sont si rapides que l’aiguille de l’ampèremètre n’arrive pas à les suivre.

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

s e r è p m a i l l i

Point de travail

Volt

tension

Figure 509 : Même sans traceur de courbe il est possible de trouver la li- gne de charge en pla- çant en abscisse (droi- te horizontale) la valeur maximale de la tension d’alimentation et en or- donnée (droite vertica- le) le courant maximum pouvant parcourir le Col- lecteur du transistor. Si l’on déplace le point de travail sur la ligne de charge le transistor tra- vaille en classe A, B, AB ou C.

Figure 507 : L’instrument appelé “traceur de courbes” permet de voir comment et de combien varie le courant de Collecteur quand on fait varier le courant de Base.

Comme dans notre exemple la R3 a une valeur de 2,2 kilohms et que la Vcc est de 12 V, vous pouvez faire traverser le Col- lecteur par un courant maximum de :

12 : 2,2 = 5,45 mA.

Placez cette valeur de courant sur l’ordonnée (figure 509). Si, dans un schéma, vous aviez une résistance R3 de 8,2 kilohms, le courant maximum de Collecteur serait :

12 : 8,2 = 1,46 mA,

nombre à placer en ordonnée à la place des 5,45 mA de l’exemple précé- dent.

Le graphe de la figure 509 se réfère au transistor pris comme exemple et si donc vous utilisez un transistor dif- férent, de moyenne ou forte puissance, dont le Collecteur peut admettre un courant de 1 ou 2 A, vous devrez des- siner un nouveau graphe et placer en ordonnée les valeurs de courant maxi- mum de Collecteur (figure 510).

Lorsque le transistor n’est pas con- ducteur, comme aucun courant ne parcourt le Collecteur, vous relèverez

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2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

s e r è p m a

Point de travail

Volt

tension

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Figure 510 : Si nous prenons un transistor de puissance, en ordon- née nous reportons le courant maximum pou- vant parcourir le Col- lecteur et en abscisse la valeur maximale de la tension d’alimenta- tion. La droite reliant ces 2 points est la li- gne de charge de ce transistor.

C’est seulement si vous disposez d’un oscilloscope que vous verrez à l’écran les deux demies ondes monter et des- cendre. Le signal appliqué sur la Base est prélevé sur le Collecteur déphasé de 180°, parce que la demie onde positive partant d’un minimum de 6 V descend vers 0 V et la demie onde négative, partant d’un minimum de 6 V, monte vers 12 V.

Auparavant nous avions précisé que pour faire travailler un transistor en classe A il faut polariser sa Base de manière que le Collecteur soit à une tension égale à la moitié de la tension d’alimentation.

Ajoutons maintenant que cette valeur n’est absolument pas critique et qu’une petite différence en ± ne modi- fie en rien le fonctionnement.

Si le Collecteur est à une tension de

7 V, au lieu de 6 V (figure 513), nous prélèverons toujours à la sortie une onde sinusoïdale ; même chose pour une tension de 5 V (figure 516). Il pourrait, en revanche, y avoir un problème si nous appliquions sur la Base des signaux d’amplitude élevée, ou bien si nous amplifiions le signal de façon exagérée.

Si le Collecteur était à une tension de 7 V et si nous appliquions à l’entrée un signal d’amplitude élevée, nous écrêterions toutes les demies ondes inférieures (figure 518).

Le signal maximal en V que nous pou- vons appliquer sur la Base du transis- tor pour éviter l’écrêtage, se calcule avec la formule :

volt entrée Base = (Vcc x 0,8) : gain.

Dans notre exemple nous avons choisi un transistor amplifiant 55 fois et ali-

menté par une tension de 12 V. Sur la Base, nous ne devons donc jamais appliquer des signaux dont la tension serait supérieure à :

(12 x 0,8) : 55 = 0,174 V.

Si cette valeur est dépassée, les 2 extrémités de la demie onde seront écrêtées et nous aurons un signal dis- tordu à la sortie. Si nous alimentons le circuit avec une tension plus élevée, par exemple 15 V, nous pourrons appli- quer sur la Base un signal de :

(15 x 0,8) : 55 = 0,218 V.

Pour amplifier des signaux de plus grande amplitude, il est nécessaire de réduire le gain et pour cela il suffit de connecter entre l’Emetteur et la masse une résistance (R4, figure 506).

Cette résistance R4 permet de déter- miner le gain et, pour savoir de façon approximative mais suffisamment pré- cise combien de fois le signal sera amplifié, vous pouvez mettre à profit la formule :

gain = R3 : R4.

La résistance R3 ayant par exemple une valeur de 2 200 ohms et la résis- tance R4 de 330 ohms, le transistor amplifiera un signal :

2 200 : 330 = 6,66 fois.

Donc, en alimentant le transistor avec une tension de 15 V, nous pourrons appliquer sur son entrée un signal maxi- mum de :

Ic mA 5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Courant de collecteur

Figure 511 : Pour faire travailler un transistor en classe C, nous devrons polariser sa Base de telle manière que, en absence de signal, la moitié de la tension d’alimentation

se trouve sur le Collecteur.

Lorsque nous appliquerons sur la Base un signal alternatif, en présence de la demie onde négative, le transistor consommera moins de courant et en

présence de la demie onde positive, plus de courant.

Courant de base

Vcc

GAIN 10 volt

0,4

12 V

6 V

Tension de collecteur

Figure 512 : Ce graphe montre comment la demie onde positive appliquée sur la Base fait chuter la tension de Collecteur de 6 V vers 0 V, alors que la demie onde né- gative la fait monter de 6 V vers 12 V.

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Courant de base

Vcc

Courant de collecteur

Ic mA 5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Courant de collecteur

Courant de base

Vcc

Ic mA 5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Tension de collecteur

Figure 513 : La valeur “moitié de la tension d’alimenta- tion” n’est pas critique et, même avec une tension de 7 V, le signal appliqué sur la Base ne dépasserait pas la ligne de charge.

Tension de collecteur

Figure 516 : Si une tension de 5 V, au lieu de 6 V, se trouve sur le Collecteur, là encore le signal appliqué sur la Base ne dépassera pas la ligne de charge.

GAIN 10 volt

0,4

12 V

7 V

GAIN 10 volt

0,4

12 V

5 V

Figure 514 : Si nous déplaçons le point de travail de ma- nière à retrouver sur le Collecteur une tension de 7 V, au lieu de 6 V, la sinusoïde amplifiée ne sortira pas de ses limites de 12 V et de 0 V.

Figure 517 : Si nous déplaçons le point de travail de ma- nière à retrouver sur le Collecteur une tension de 5 V, au lieu de 6 V, la sinusoïde amplifiée ne sortira pas de ses limites de 12 V et de 0 V.

GAIN 15 volt

12 V

7 V

0,6

GAIN 15 volt

0,6

12 V

5 V

Figure 515 : Cependant, si nous augmentons le gain du tran- sistor, une partie du signal sera écrêtée et nous aurons ainsi un signal distordu. Pour éviter cette distorsion, il suffit de ré- duire le gain ou l’amplitude du signal entrant par la Base.

Figure 518 : Cependant, si nous augmentons le gain du tran- sistor, une partie du signal sera écrêtée et nous aurons ainsi un signal distordu. Pour éviter cette distorsion, il suffit de ré- duire le gain ou l’amplitude du signal entrant par la Base.

(15 x 0,8) : 6,66 = 1,8 V.

Dans notre exemple nous avions choisi pour R3 une valeur de 2 200 ohms et pour R4 330 ohms mais si, dans un circuit, nous trouvions une R3 de 10 000 ohms et une R4 de 1 500 ohms, le gain serait le même :

10 000 : 1 500 = 6,66 fois.

La classe A est normalement utilisée pour amplifier un signal avec une distorsion très faible, parce qu’on fait travailler le transistor au repos sur la moitié de la droite en diagonale de la ligne de charge (figure 511).

L’unique inconvénient présenté par la classe A est que le transistor con- somme toujours le même courant que

ce soit en absence de signal ou à la puissance maximale : par conséquent il faut dissiper une grande quantité de chaleur accumulée par le boîtier.

C’est pourquoi la classe A ne permet pas d’obtenir un étage final de puis- sance élevée mais les audiophiles la préfèrent aux autres en raison de sa  très basse distorsion.

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NOTES

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Les amplificateurs en classe A, B ou C

seconde partie et fin

Un transistor en classe B Pour faire travailler un transistor en classe B, il faut polariser sa Base de manière que son point de travail se trouve à la limite inférieure de sa ligne de charge (figure 519).

En absence de signal aucun courant ne traverse le Collecteur et quand le signal BF arrive sur la Base, le tran- sistor commence à conduire lorsque la tension du signal dépasse le niveau de 0,65 V nécessaire pour qu’il entre en conduction.

Si nous pilotons un transistor NPN, celui-ci ne pourra entrer en conduc- tion qu’en présence de demies ondes positives et non de demies ondes négatives, lesquelles ne seront jamais amplifiées.

Si nous pilotons un transistor PNP, celui-ci ne pourra entrer en conduc- tion qu’en présence de demies ondes négatives et non de demies ondes positives, lesquelles ne seront jamais amplifiées.

Sachant qu’en classe B un transistor NPN est capable d’amplifier les seules demies ondes positives et un transistor PNP le seules demies ondes négatives, pour amplifier les 2, il sera nécessaire d’utiliser 2 transistors, un NPN et un PNP en série (figure 520).

Si nous prélevons le signal sur les 2 Emetteurs des transistors, nous obtiendrons l’onde sinusoïdale com- plète appliquée en entrée.

La classe B présente l’avantage de fournir en sortie une puissance élevée mais avec une distorsion non négligeable.

En fait, avant que la demie onde posi- tive puisse faire entrer en conduction le transistor NPN et que la demie onde négative puisse faire entrer en conduc- tion le transistor PNP, les 2 signaux doivent dépasser le niveau de seuil requis, soit 0,65 V.

Donc, quand le signal passe de la demie onde positive à la demie onde négative ou vice versa, un temps de pause se pro- duit pendant lequel aucun des 2 transis- tors n’est en conduction (figure 520).

Cette pause entre les 2 demies ondes s’appelle “distorsion de croisement”.

Donc le seul avantage de la classe B est que les 2 transistors ne consomment aucun courant en absence de signal et le maximum de courant en présence du signal.

Un transistor en classe AB Pour pouvoir obtenir à la sortie d’un étage final la puissance élevée d’une classe B sans distorsions de croisement indésirables, on utilise la classe AB et un transistor NPN en série avec un PNP.

Sachant qu’un transistor commence à conduire lorsqu’une tension de 0,65 V est présente sur sa Base, nous pou- vons appliquer cette tension en plaçant 2 diodes au silicium alimentées par les résistances R1-R2 (figure 522).

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LE COURS

Quand, sur la Base du NPN, arrive le signal BF, le transistor amplifie les demies ondes positives complètes car il se trouve déjà en conduction, mais pas en mesure d’amplifier les demies ondes opposées négatives.

Quand, sur la Base du NPN, arrive le signal BF, le transistor amplifie les demies ondes négatives complètes car il se trouve déjà en conduction, mais pas en mesure d’amplifier les demies ondes opposées positives.

Si nous prélevons le signal amplifié sur les Emetteurs des transistors NPN et PNP, nous obtenons une onde sinusoï- dale complète.

Le signal sinusoïdal sortant de cet étage est exempt de distorsion, parce qu’il n’y a plus aucune pause entre la demie onde positive et la demie onde négative, comme c’était le cas en classe B.

L’avantage principal de la classe AB est d’obtenir une puissance de sortie élevée avec un courant de Collecteur dérisoire en absence de signal.

Avec une dissipation minime au repos, les transistors chauffent moins par rapport à un étage final en classe A et il est donc possible de réduire la taille des dissipateurs.

La classe AB est normalement utilisée pour réaliser des étages finaux de puissance Hi-Fi.

Un transistor en classe C La classe C n’est jamais utilisée pour amplifier des signaux BF parce que, même s’il est possible d’obtenir une puissance de sortie élevée, le signal est notablement distordu : c’est pour- quoi la classe C s’utilise exclusivement pour réaliser des étages finaux en haute fréquence.

Comme vous pouvez le voir sur la figure 524, la Base d’un transistor en classe C n’est jamais polarisée et dans presque tous les schémas on peut voir que la Base est à la masse à travers une self RF, ou HF, c’est la même chose (figure 525), servant seulement à empêcher que le signal HF, venant du transistor pilote, ne se décharge à la masse.

Vous devez savoir encore ceci

Beaucoup de gens croient qu’un étage final en push-pull est forcément sem-

Courant de base positif

Vcc

s e r è p m A

2,5

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

Courant de Collecteur

Tension de collecteur

Figure 519 : Si nous ne polarisons pas la Base d’un transistor, celui-ci travaille en classe B et donc, en absence de signal, aucun courant ne circulera dans le Collecteur ; par contre sur ce dernier on trouvera la tension positive maximale (figure 503).

Si nous appliquons sur la Base d’un transistor NPN un signal sinusoïdal, il ampli- fiera au maximum les seules demies ondes positives, lorsque celles-ci dépassent 0,65 V. Si le transistor était un PNP, il amplifierait les seules demies ondes néga- tives. Pour amplifier les 2 demies ondes, nous devrions monter en série un NPN et un PNP (figure 520).

NPN

PAUSE

PNP

12 V

Figure 520 : Pour réaliser un étage final en classe B, il faut 2 transistors, un NPN et un PNP, alimentés par une tension double symétrique. Comme les transistors commencent à conduire seulement quand les 2 demies ondes dépassent 0,65 V, celles-ci seront toujours séparées par une pause produisant une distorsion de croisement.

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LE COURS

Courant de base positif

Vcc

s e r è p m A

2,5

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

Courant de collecteur

Tension de collecteur

Figure 521 : Si nous polarisons la Base d’un transistor avec une tension de 0,65 V, celui-ci travaille en classe AB. Si nous appliquons sur la Base d’un tran- sistor NPN un signal sinusoïdal, il amplifiera aussitôt au maximum les seules demies ondes positives parce qu’il est déjà à la limite de conduction. Pour am- plifier aussi la demie onde opposée négative, nous devrons monter en série un NPN et un PNP (figure 522).

NPN

+ 0,65 V

- 0,65 V

PNP

12 V

Figure 522 : Un étage final utilisant un transistor NPN et un PNP en classe AB, doit être alimenté par une tension double symétrique. Comme les transistors commencent à conduire tout de suite, nous ne retrouverons plus entre les 2 demies ondes la pause (comme en classe B, figure 520) et donc nous obtien- drons un signal parfaitement sinusoïdal.

blable à celui que montre la figure 526, avec, en entrée comme en sortie, un transformateur à prise centrale ; eh bien pourtant les autres étages à 2 transistors, qu’ils s’appellent “single- ended” ou “à symétrie complémen- taire”, sont aussi des push-pull.

Les 2 transistors NPN du schéma de la figure 526 amplifient les seules demies ondes positives mais, comme sur leurs Bases arrive un signal déphasé de 180°, quand la demie onde positive arrive sur le premier transistor la demie onde négative arrive sur le second et vice versa.

Quand la demie onde positive arrive sur le premier transistor il l’amplifie, alors que le second transistor, sur lequel arrive la demie onde négative, le signal étant déphasé de 180°, ne l’amplifie pas.

Quand la demie onde négative arrive sur le premier transistor il ne l’ampli- fie pas mais, comme la demie onde positive arrive sur le second transistor, celui-ci l’amplifie.

Donc, dans le laps de temps pendant lequel le premier transistor travaille, le second est au repos et, dans le laps de temps pendant lequel le premier transistor est au repos, le second tra- vaille.

Comme les 2 Collecteurs des transis- tors sont reliés à un transformateur de sortie doté d’une prise centrale (T2), sur son secondaire on prélèvera une sinusoïde complète.

Si la prise centrale du transformateur d’entrée alimentant les Bases (T1) est reliée à la masse, les 2 transis- tors commencent à conduire seule- ment lorsque les demies ondes positi- ves dépassent le 0,65 V requis pour les faire conduire et donc c’est un étage en classe B.

Si la prise centrale du transformateur est reliée à un partiteur résistif pou- vant fournir aux Bases des transistors une tension de 0,65 V pour les faire conduire (figure 521), c’est un étage en classe AB.

Un étage final en push-pull peut aussi être réalisé sans aucun transforma- teur (figure 527) mais, dans ce cas, les 2 transistors finaux NPN devront être pilotés par un autre transistor NPN (TR1) qui déphasera de 180° le signal arrivant sur les Bases des finaux.

En connectant deux résistances d’éga- les valeurs (R3-R4) sur le Collecteur et sur l’Emetteur du transistor TR1, sur ces 2 sorties (C et E) nous prélèverons un signal déphasé de 180°. Ce schéma n’utilisant aucun transfor- mateur s’appelle étage final “single- ended”.

Si les Bases des 2 transistors TR2- TR3 sont polarisées de manière telle qu’elles consomment, en absence de signal, la moitié de leur courant maximum (figure 511), l’étage final travaillera en classe A et donc les 2 transistors amplifieront aussi bien les demies ondes positives