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20
BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les étages de puissance 1/20 Circuits Analogiques CHAPITRE 7: Les étages de puissance

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BR

S -

N3/

U3

- S

ept 2

004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

/20

Circ

uits

Ana

logi

ques

CH

AP

ITR

E 7

:Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e

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BR

S -

N3/

U3

- S

ept 2

004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 2

/20

Obj

ectif

s

A la

fin

de c

e ch

apitr

e, v

ous

deve

z êt

re c

apab

le:

(con

cern

ant n

otam

men

t le

cour

ant d

e re

pos

et le

ren

dem

ent)

D’e

xpliq

uer

le p

rinci

pe d

e fo

nctio

nnem

ent d

es é

tage

s en

cla

sse

A, B

, et A

B

D’é

nonc

er le

s pr

inci

pale

s ca

ract

éris

tique

s de

s ét

ages

en

clas

se A

, B, e

t AB

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BR

S -

N3/

U3

- S

ept 2

004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 3

/20

Som

mai

re

1. In

rodu

ctio

n et

déf

initi

ons

2. E

tage

en

clas

se A

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

4. P

oint

s cl

é

5. E

xerc

ices

6. A

nnex

e 1:

cal

cul d

’un

diss

ipat

eur

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BR

S -

N3/

U3

- S

ept 2

004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 4

/20

1. In

trod

uctio

n et

déf

initi

ons Te

mps

de

cond

uctio

nde

s tr

ansi

stor

s(n

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n de

cla

sses

)

Util

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des

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ourc

es (

alim

enta

tion)

For

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uiss

ance

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ortie

(W

...k

W)

Dis

sipp

atio

nde

cha

leur

(re

froi

diss

emen

t)

Ren

dem

ent

Pos

ition

du

prob

lèm

e

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BR

S -

N3/

U3

- S

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 5

/20

1. In

trod

uctio

n et

déf

initi

ons

Not

ion

de c

lass

e d’

ampl

ifica

tion,

d’a

ngle

de

cond

uctio

n θ

θ2

π=

θπ

θ2

π≤

≤θ

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clas

sse

Acl

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e A

Bcl

asss

e B

clas

sse

C

IQIQ

IQ

IQ

(cou

rant

virt

uel)

Imax

0

IC, I

D

IQ: c

oura

nt d

e re

pos

t

Not

ion

de r

ende

men

t

η =

P

RL

ΣP

uiss

ance

dan

s la

cha

rge

Pui

ssan

ce d

es a

limen

tatio

ns=

Pal

im

(pui

ssan

ces

moy

enne

s)

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S -

N3/

U3

- S

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- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 6

/20

Som

mai

re

1. In

rodu

ctio

n et

déf

initi

ons

2. E

tage

en

clas

se A

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

4. P

oint

s cl

é

5. E

xerc

ices

6. A

nnex

e 1:

cal

cul d

’un

diss

ipat

eur

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BR

S -

N3/

U3

- S

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- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 7

/20

2. E

tage

en

clas

se A

Q1

RL

Ve

VC

C

VS

SIQ

I RL

ICQ

1

• IC

Q1

= I R

L +

IQ

VR

L

VR

L

Ve

ICQ

1

IQ

VS

S

RL

IQ <

VS

S

VC

C

VB

Eon

IQ +

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C/R

L

• V

CC

= |V

SS

|

Eta

ge c

olle

cteu

r co

mm

un

RL

IQ =

VS

S

RL

IQ

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BR

S -

N3/

U3

- S

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 8

/20

2. E

tage

en

clas

se A

Pui

ssan

ce d

ans

la c

harg

e :

IQ

2 IQ

ICQ

1

Pal

im =

PV

CC

+ P

VS

S

Pal

im =

2 IQ

VC

C

Hyp

othè

se d

e ca

lcul

: VC

C =

|VS

S| =

RL

IQ d

onc

VR

Lmax

= V

CC

PR

LV

CC

2

2R

L⋅

--------

--------

VC

CIQ⋅

2----

--------

--------

----=

=

Ren

dem

ent m

axim

um

ηma

xP

RL

Pa

lim----

--------

----V

CC

IQ⋅2

2V

CC

IQ⋅⋅

()

⋅----

--------

--------

--------

--------

---------

025,

==

=

η

PR

L

PR

Lmax

0

25%

rend

emen

t nul

mai

s pu

issa

nce

cons

omm

ée n

on n

ulle

!!

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BR

S -

N3/

U3

- S

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 9

/20

2. E

tage

en

clas

se A

Cal

cul d

e la

pui

ssan

ce d

issi

pée

par

l’éta

ge d

e pu

issa

nce

Mét

hode

gén

éral

e:P

alim

∑P

RL

Ptr

an

sist

or

s()

ε+

+=

étag

e de

pui

ssan

ce s

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men

t

le r

este

du

circ

uit (

éven

tuel

lem

ent n

églig

eabl

e)

Pd

iss

2V

CC

IQ⋅

⋅V

RL

pk2

2R

L⋅

--------

--------

------

–=

Val

eur

max

imal

e en

l’ab

senc

e de

sig

nal!

Pd

iss

ma

x(

)2

VC

CIQ

⋅⋅

=

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S -

N3/

U3

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

0/20

Som

mai

re

1. In

rodu

ctio

n et

déf

initi

ons

2. E

tage

en

clas

se A

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

4. P

oint

s cl

é

5. E

xerc

ices

6. A

nnex

e 1:

cal

cul d

’un

diss

ipat

eur

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BR

S -

N3/

U3

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

1/20

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

Q1

Q2

RL

Ve

VC

C

VS

S

ICQ

2I RL

ICQ

1

VR

L

I RL

Q1

Q2

Q1

et Q

2 so

nt d

es tr

ansi

stor

s di

ts "

com

plém

enta

ires"

Le c

oura

nt d

e re

pos

IQ e

st n

ul

Q1:

alte

rnan

ces

posi

tives

(P

US

H)

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alte

rnan

ces

néga

tives

(P

ULL

)

Eta

ge P

US

H-P

ULL

: prin

cipe

t

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BR

S -

N3/

U3

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

2/20

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

"Zon

e m

orte

" po

ur V

e <

VB

Eon

: dis

tors

ion

de c

rois

emen

t

VC

C

VS

S

VB

Eon

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Eon

+1

+1

Q1

satu

Q2

satu

VR

L

Ve

Q2

bloq

Q1

bloq

VeVB

Eon

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Eeo

n

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L

Eta

ge P

US

H-P

ULL

: fon

ctio

n de

tran

sfer

t

Q1

Q2

RL

Ve

VC

C

VS

S

ICQ

2I RL

ICQ

1

VR

L

En

tout

e rig

ueur

, c’e

st u

n fo

nctio

nnem

ent e

n cl

asse

C

et n

on e

n cl

asse

B c

ar θ

< π

à c

ause

du

VB

Eon

non

nul

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BR

S -

N3/

U3

- S

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

3/20

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

Q1 Q2

RL

Ve

VC

C

VS

S

VR

L

Q1

et Q

2 en

Cou

rant

de

repo

s no

n nu

l mai

s fa

ible

Elim

inat

ion

de la

dis

tors

ion

de c

rois

emen

t

cond

uctio

n

+1

VR

L

Ve

+1

VB

IAS =

2 V

BE

on

Eta

ge P

US

H-P

ULL

: pol

aris

atio

n en

lim

ite d

e cl

asse

B (

clas

se A

B)

pour

VR

L =

0Q

3R

1

R2

I BIA

S

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BR

S -

N3/

U3

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004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

4/20

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

Pui

ssan

ce d

ans

la c

harg

e :

Hyp

othè

se d

e ca

lcul

: VC

C =

|VS

S| d

onc

VR

Lmax

= V

CC

PR

LV

CC

2

2R

L⋅

--------

--------

=

Ren

dem

ent m

axim

um

ηma

xP

RL

Pa

lim----

--------

----π 4---

075,

≈=

=

Pal

im =

PV

CC

+ P

VS

S

Pal

im =

VC

C IC

Cav

g +

VS

S IS

Sav

g

t

ICC

ou

ISS

0

VC

CR

L----

---------

VS

SR

L----

--------

ou

Pa

lim2

VC

C⋅

2

πR

L⋅

--------

--------

--------

=

η

PR

L

PR

Lmax

0

75%

rend

emen

t nul

mai

s pu

issa

nce

cons

omm

ée é

gale

men

t nul

le!!

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BR

S -

N3/

U3

- S

ept 2

004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

5/20

3. E

tage

en

clas

se B

& A

B

Dis

sipa

tion

en r

égim

e si

nuso

idal

(po

ur 2

tran

sist

ors)

:

Cal

cul d

e la

pui

ssan

ce d

issi

pée

par

l’éta

ge P

US

H-P

ULL

soit

≈ 40

% d

e P

RL

max

imum

Pd

iss

2V

CC

VR

Lp

k⋅

⋅π

RL

⋅-------------------------------------------------------------------

VR

Lp

k2

2R

L⋅

--------

--------

------

–=

max

imal

e po

ur

VR

Lp

k2

VC

C⋅

π-------------------------------

=

Pd

iss

ma

x(

)2

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C2

⋅ π2R

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--------

--------

--------

=

Pdi

ss/P

RLm

ax

VR

Lpk

2V

CC

⋅π

-------------------------------

0,4

0,27

VC

C

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BR

S -

N3/

U3

- S

ept 2

004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

6/20

4. P

oint

s cl

é

Les

fort

es p

uiss

ance

s de

sor

tie a

lliée

s à

la n

éces

sité

d’u

tilis

er le

s re

ssou

rces

de

faço

n op

timal

e co

ndui

sent

à la

rec

her-

che

d’un

ren

dem

ent m

axim

um. L

e re

ndem

ent e

st fo

nctio

n du

tem

ps (

angl

e) d

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nduc

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des

tran

sist

ors,

le te

mps

de

cond

uctio

n dé

finit

les

clas

ses

de fo

nctio

nnem

ent.

En

clas

se A

, l’a

ngle

de

cond

uctio

n es

t de

2π. U

n co

uran

t de

repo

s im

port

ant e

st n

éces

saire

pou

r gar

antir

la d

ynam

ique

.O

n ob

tient

une

bon

ne li

néar

ité m

ais

le r

ende

men

t est

faib

le (

25%

max

imum

).

En

clas

se B

, l’a

ngle

de

cond

uctio

n es

t de

π. 2

tran

sist

ors

com

plém

enta

ires

sont

néc

essa

ires,

ils

trav

aille

nt c

hacu

n su

run

e al

tern

ance

par

ticul

ière

du

sign

al.

Le c

oura

nt d

e re

pos

nul

assu

re u

n re

ndem

ent

impo

rtan

t (7

5% m

axim

um).

Le

VB

Eon

non

nul

des

tran

sist

ors

est s

ourc

e de

dis

tors

ion

de c

rois

emen

t.

La c

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e A

B, e

n lim

ite d

e cl

asse

B, a

ssoc

ie fa

ible

con

som

mat

ion

et b

onne

liné

arité

au

détr

imen

t du

rend

emen

t (<

75%

).

La d

issi

patio

n de

pui

ssan

ce d

ans

les

tran

sist

ors

dépe

nd d

e l’a

mpl

itude

du

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al e

t de

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atur

e de

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harg

e (r

ésis

tive

ou r

éact

ive)

. La

fort

e él

évat

ion

de te

mpé

ratu

re r

end

néce

ssai

re le

mon

tage

des

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sist

ors

sur

un d

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pate

ur. L

e ca

lcul

du d

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pate

ur s

’effe

ctue

par

équ

ival

ence

éle

ctriq

ue-t

herm

ique

, la

dét

erm

inat

ion

de la

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eur

de r

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tanc

e th

erm

ique

néce

ssai

re p

erm

et d

e ch

oisi

r le

dis

sipa

teur

.

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BR

S -

N3/

U3

- S

ept 2

004

- Le

s ét

ages

de

puis

sanc

e 1

7/20

5. E

xerc

ices

1: P

our u

n ét

age

en c

lass

e A

, dét

erm

iner

la v

aleu

r de

VC

C, V

SS

et I

Q p

our d

ébite

r une

pui

ssan

ce d

e 10

0W d

ans

une

char

ge R

L de

(co

nsid

érer

le tr

ansi

stor

et l

a so

urce

de

cour

ant i

déau

x). Q

uelle

est

la p

uiss

ance

dis

sipé

e au

rep

ospa

r Q

1 et

par

la s

ourc

e IQ

?

2: D

éter

min

er le

VC

E d

e Q

3 du

tran

spar

ent 1

5/20

(né

glig

er le

cou

rant

de

base

)

3: S

oit u

n ét

age

en c

lass

e A

B d

evan

t fou

rnir

100W

dan

s un

e ch

arge

RL

de 4

Ω. Q

uelle

pui

ssan

ce d

oit p

ouvo

ir fo

urni

rl’a

limen

tatio

n? Q

uelle

est

la p

uiss

ance

dis

sipé

e pa

r ch

aque

tran

sist

or e

n ré

gim

e si

nuso

idal

? D

éter

min

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s te

nsio

nsd’

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enta

tion

néce

ssai

res

ains

i que

le le

cou

rant

que

dev

ra d

ébite

r ce

tte a

limen

tatio

n.

4: S

oit u

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