Amplificateur de puissance

Les amplificateurs sont dans tout circuit électronique ; La télévision, le DVD, la chaîne Hi-fi, le home cinéma, etc.

Amplificateur de puissance

Définition
L’amplificateur de puissance est le dernier étage d’une chaine amplificatrice. Il permet de fournir une puissance beaucoup plus grande que celle fournie par le signal de commande (signal d’entrée), tout en gardant la même forme du signal. Dans la plupart des cas, l’amplification en puissance est une amplification en courant, c’est pourquoi on utilise des transistors bipolaires, ou des transistors MOS de puissance.

Amplificateur audio de puissance
Un amplificateur audio de puissance reçoit généralement à son entrée un signal de faible amplitude (inférieur ou égal à 1V) et de faible puissance, et il doit délivrer à sa sortie un signal de forte puissance (généralement entre 10W et 100W) dans une charge dont l’impédance est relativement faible (l’impédance nominale typique d’un haut-parleur est de 4Ω à 16Ω). L’étage de sortie doit donc produire un signal dont la tension et le courant ont des amplitudes élevées. En principe, il est souhaitable que le gain en tension de l’étage de sortie soit indépendant de l’impédance de la charge, ce qui lui permet de s’adapter à des haut-parleurs de différentes impédances sans modifier l’amplitude de la tension de sortie et donc sans provoquer de saturation ou de distorsion inacceptable. Pour satisfaire à cette condition, il faut une configuration présentant une impédance de sortie très faible. En effet, dans un amplificateur présentant une impédance de sortie élevée, le gain en tension sera directement proportionnel à l’impédance de charge. Par contre, pour un amplificateur à faible impédance de sortie, le gain en tension sera pratiquement indépendant de charge .

Les montages amplificateurs à faible impédance de sortie sont du type collecteur commun (Bipolaire) ou drain commun (MOS). C’est généralement ce type de configuration que l’on retrouvera dans les étages de sortie de puissance.

Un montage collecteur ou drain commun offre un gain unitaire en tension. Son rôle sera donc de reproduire la tension appliquée à son entrée, mais avec un courant de sortie élevé. L’étage précédant l’étage de sortie, souvent appelé étage « pilote », devra donc délivrer la pleine tension du signal de sortie, mais sous une puissance limitée. Cet étage pilote aura donc généralement un gain en tension élevé et devra offrir une dynamique maximale pour le signal de sortie.

Un étage d’entrée précède généralement l’étage pilote. Celui-ci joue le rôle d’interface entre la source extérieure à amplifier et l’entrée de l’étage pilote. L’étage d’entrée permet également de réaliser une boucle de réaction négative en combinant le signal de rétroaction avec le signal d’entrée.

Cette configuration générale sera étudiée dans le cas de l’amplificateur classe B. En effet, les amplificateurs de la classe A sont généralement des amplificateurs de faible puissance, dont la charge est fixe (impédance connue). Dans ce cas, le nombre d’étages est très limité et on fait souvent appel à un simple montage émetteur commun.

Différentes classes d’amplificateurs de puissance
De nombreux critères peuvent être pris en compte lors de la sélection d’un amplificateur. Les points importants étant :
– La puissance de sortie ;
– Le rendement ;
– La puissance maximale que peut dissiper l’élément actif ;
– Le gain (en tension, en puissance) ;
– La distorsion ;

Amplificateur de puissance classe A
Les amplificateurs de classe A sont les amplificateurs linéaires les plus fidèles, c’est àdire présentant le taux de distorsion harmonique le plus faible, même en l’absence de réaction négative. Leur rendement est toutefois tellement faible (de l’ordre de 25%) que leur usage est généralement limité aux amplificateurs de très faible puissance ou encore aux amplificateurs haute-fidélité haut de gamme de puissance moyenne. La classe A est constituée d’un étage de sortie ne comportant qu’un seul transistor ; le point de repos se situe approximativement au milieu de la droite de charge.

Amplificateurs de puissance classe B et AB
Les amplificateurs de puissance classe B (et surtout leur variante de classe AB) sont de loin les amplificateurs les plus utilisés. Quand on leur associe une boucle de réaction négative, leur distorsion tombe à un niveau extrêmement faible. Leur rendement est très bon (environ 78.5%) et ils peuvent aisément fournir des puissances de sortie élevées. Les deux amplificateurs sont constitués d’un étage de sortie comportant deux transistors complémentaires. Pour la classe B, le point de repos se situe à la limite du blocage des transistors. Pour la classe AB, le point de repos est située très proche de la limite du blocage des transistors, c’est-à-dire entre la classe A est la classe B, mais plus proche de la classe B. La structure de base de la sortie d’un amplificateur classe AB, est modifiée au niveau de la polarisation.