PIÈCES ET MATÉRIAUX
- Quatre batteries de 6 volts
- Double amplificateur opérationnel, modèle TL082 recommandé (catalogue Radio Shack # 276-1715)
- Un transistor de puissance NPN dans un boîtier TO-220—(catalogue Radio Shack # 276-2020 ou équivalent)
- Un transistor de puissance PNP dans un-220 paquet—(catalogue Radio Shack # 276-2027 ou équivalent)
- Une diode de commutation 1N914 (catalogue Radio Shack # 276-1620)
- Un condensateur, électrolytique 47 µF, 35 WVDC (catalogue Radio Shack # 272-1015 ou équivalent)
- Deux condensateurs, 0.,22 µF, non polarisé (catalogue Radio Shack # 272-1070)
- Un potentiomètre de 10 kΩ, conique linéaire (catalogue Radio Shack # 271-1715)
Veillez à utiliser un ampli op à haut débit. Évitez le LM741 ou le LM1458 pour cette raison.
Plus les deux transistors sont proches, mieux c’est. Si possible, essayez d’obtenir des transistors TIP41 et TIP42, qui sont des transistors de puissance NPN et PNP étroitement assortis avec des valeurs de dissipation de 65 watts chacun. Si vous ne pouvez pas obtenir un transistor TIP41 NPN, le TIP3055 (disponible chez Radio Shack) est un bon substitut. Ne pas utiliser de très grande taille (c’est à dire, TO-3 cas) transistors de puissance, comme le op-amp peut avoir du mal à conduire assez de courant à leurs bases pour un bon fonctionnement.,>Pour illustrer comment construire un amplificateur « push-pull” de classe B à l’aide de transistors bipolaires complémentaires
SCHÉMA
INSTRUCTIONS
Ce projet est un amplificateur audio adapté pour amplifier le signal de sortie d’une petite radio, d’un lecteur de bande, d’un lecteur CD ou de toute autre source de signaux audio., Pour un fonctionnement stéréo, deux amplificateurs identiques doivent être construits, l’un pour le canal gauche et l’autre pour le canal droit. Pour obtenir un signal d’entrée pour amplifier cet amplificateur, il suffit de le connecter à la sortie d’une radio ou d’un autre périphérique audio comme celui-ci:
Ce circuit amplificateur fonctionne également bien pour amplifier les signaux audio « niveau ligne” de composants stéréo modulaires de haute qualité., Il fournit une quantité surprenante de puissance sonore lorsqu’il est joué à travers un grand haut-parleur, et peut-être fonctionner sans dissipateurs sur les transistors (bien que vous devriez expérimenter avec un peu avant de décider de renoncer aux dissipateurs de chaleur, car la dissipation de puissance varie selon le type de haut-parleur utilisé).
Le but de tout circuit amplificateur est de reproduire la forme d’onde d’entrée aussi précisément que possible. Une reproduction parfaite est impossible, bien sûr, et toutes les différences entre les formes d’onde de sortie et d’entrée sont connues sous le nom de distorsion., Dans un amplificateur audio, la distorsion peut entraîner la superposition de tons désagréables au son vrai. Il existe de nombreuses configurations différentes de circuits d’amplificateur audio, chacune avec ses propres avantages et inconvénients. Ce circuit particulier est appelé” classe B », circuit push-pull.
La plupart des amplificateurs de « puissance” audio utilisent une configuration de classe B, où un transistor fournit de l’énergie à la charge pendant la moitié du cycle de forme d’onde (il pousse) et un second transistor fournit de l’énergie à la charge pour l’autre moitié du cycle (il tire)., Dans ce schéma, aucun transistor ne reste » allumé « pendant tout le cycle, donnant à chacun un temps de” repos » et de refroidissement pendant le cycle de forme d’onde. Cela en fait un circuit amplificateur économe en énergie, mais conduit à un type distinct de non-linéarité connu sous le nom de « distorsion de croisement.,tonalité audio à volume constant:
Dans un circuit amplificateur push-pull, les deux transistors amplifient à tour de rôle les demi-cycles alternatifs de la forme d’onde comme ceci:
Si la « main-off” entre les deux transistors n’est pas cependant, la forme d’onde de sortie de l’amplificateur peut ressembler à ceci au lieu d’une onde sinusoïdale pure:
Ici, la distorsion résulte du fait qu’il y a un délai entre le moment où un transistor s’éteint et l’autre transistor s’allume., Ce type de distorsion, où la forme d’onde « s’aplatit” au point de croisement entre les demi-cycles positifs et négatifs, est appelé distorsion de croisement., Une méthode courante pour atténuer la distorsion de croisement consiste à polariser les transistors de sorte que leurs points d’activation/désactivation se chevauchent, de sorte que les deux transistors soient dans un état de conduction pendant un bref moment pendant la période de croisement:
Cette forme d’amplification est techniquement connue sous le nom de classe AB plutôt que de classe B car chaque transistor est « allumé” pendant plus de 50% du temps pendant un cycle complet de forme d’onde., L’inconvénient de faire cela, cependant, est la consommation d’énergie accrue du circuit amplificateur, car pendant les moments où les deux transistors sont conducteurs, il y a du courant conduit à travers les transistors qui ne traversent pas la charge, mais qui est simplement « court-circuité” d’un rail d’alimentation à l’autre (de-V à +V).
Non seulement c’est un gaspillage d’énergie, mais il dissipe plus d’énergie thermique dans les transistors. Lorsque les transistors augmentent en température, leurs caractéristiques changent (chute de tension directe Vbe, β, résistances de jonction, etc.,), bien en polarisation difficile.
Dans cette expérience, les transistors fonctionnent en mode pur de classe B. Autrement dit, ils ne conduisent jamais en même temps. Cela économise de l’énergie et diminue la dissipation thermique, mais se prête à la distorsion croisée. La solution prise dans ce circuit est d’utiliser un ampli op avec rétroaction négative pour conduire rapidement les transistors à travers la zone « morte” produisant une distorsion de croisement et réduire la quantité d’ « aplatissement” de la forme d’onde pendant le croisement.
Le premier ampli op (le plus à gauche) indiqué dans le diagramme schématique n’est rien de plus qu’un tampon., Un tampon aide à réduire la charge du réseau de condensateur/résistance d’entrée, qui a été placé dans le circuit pour filtrer toute tension de polarisation CC du signal d’entrée, empêchant toute tension CONTINUE d’être amplifiée par le circuit et envoyée au haut-parleur où elle pourrait causer des dommages.
Sans l’ampli op tampon, le circuit de filtrage condensateur / résistance réduit la réponse basse fréquence (« bass”) de l’amplificateur et accentue la haute fréquence (« treble”).
Le second op-amp fonctionne comme un amplificateur inverseur dont le gain est contrôlé par le potentiomètre de 10 kΩ., Cela ne fait rien de plus que de fournir un contrôle du volume pour l’amplificateur. Habituellement, les circuits d’ampli-op inverseurs ont leurs résistances de rétroaction connectées directement de la borne de sortie d’ampli-op à la borne d’entrée inverseuse comme ceci:
Si nous utilisions le signal de sortie résultant pour piloter les bornes de base de la paire de transistors push-pull, cependant, nous connaîtrions une distorsion de croisement significative, car il y aurait une zone « morte” dans le fonctionnement des transistors lorsque la tension de base + 0,7 volts à – 0.,7 volts:
Si vous avez déjà construit le circuit amplificateur dans sa forme finale, vous pouvez simplifier ce formulaire et écoutez la différence dans la qualité du son. Si vous n’avez pas encore commencé la construction du circuit, le schéma ci-dessus serait un bon point de départ. Il amplifiera un signal audio, mais il sonnera horrible!
La raison de la distorsion de croisement est que lorsque le signal de sortie de l’ampli op est compris entre + 0,7 volts et-0.,7 volts, aucun transistor ne sera conducteur, et la tension de sortie vers le haut-parleur sera de 0 volts pour toute la plage de 1,4 volts de l’oscillation de la tension de base. Ainsi, il y a une « zone” dans la plage de signaux d’entrée où aucun changement de tension de sortie du haut-parleur ne se produira. C’est ici que des techniques de polarisation complexes sont généralement introduites dans le circuit pour réduire cet « écart” de 1,4 volt dans la réponse du signal d’entrée du transistor. Habituellement, quelque chose comme ça est fait:
Les deux diodes connectées en série chuteront d’environ 1.,4 volts, équivalent aux chutes de tension Vbe combinées des deux transistors, résultant en un scénario où chaque transistor est juste sur le point de s’allumer lorsque le signal d’entrée est de zéro volts, éliminant la zone de signal « mort” de 1,4 volt qui existait auparavant.
Malheureusement, cette solution n’est pas parfaite: à mesure que les transistors chauffent de la puissance conductrice à la charge, leurs chutes de tension avant Vbe diminueront de 0,7 volts à quelque chose de moins, comme 0,6 volts ou 0,5 volts., Les diodes, qui ne sont pas soumises au même effet de chauffage car elles ne conduisent aucun courant important, ne subiront pas le même changement de chute de tension directe.
Ainsi, les diodes continueront à fournir la même tension de polarisation de 1,4 volts même si les transistors nécessitent moins de tension de polarisation en raison du chauffage. Le résultat sera que le circuit dérive en fonctionnement de classe AB, où les deux transistors seront dans un état de conduction une partie du temps., Ceci, bien sûr, se traduira par plus de dissipation thermique à travers les transistors, exacerbant le problème du changement de chute de tension directe.
Une solution courante à ce problème est l’insertion de résistances « feedback” à compensation de température dans les branches émettrices du circuit de transistor push-pull:
Cette solution n’empêche pas la mise en marche simultanée des deux transistors, mais réduit simplement la gravité du problème et empêche l’emballement thermique., Il a également pour effet malheureux d’insérer une résistance dans le chemin du courant de charge, limitant le courant de sortie de l’amplificateur. La solution pour laquelle j’ai opté dans cette expérience est celle qui capitalise sur le principe de la rétroaction négative de l’ampli-op pour surmonter les limites inhérentes au circuit de sortie du transistor push-pull. J’utilise une diode pour fournir une tension de polarisation de 0,7 volt pour la paire push-pull., Ce n’est pas suffisant pour éliminer la zone de signal « morte”, mais cela la réduit d’au moins 50%:
Étant donné que la chute de tension d’une seule diode sera toujours inférieure aux chutes de tension combinées des jonctions base-émetteur des deux transistors, les transistors ne peuvent jamais, Ensuite, pour aider à éliminer la distorsion de croisement restante, le signal de retour de l’ampli-op est pris à partir de la borne de sortie de l’amplificateur (les bornes de l’émetteur des transistors) comme ceci:
La fonction de l’ampli-op est de produire n’importe quel signal de tension qu’il doit afin de maintenir ses deux bornes d’entrée à la même tension (0 volts différentiel)., En connectant le fil de rétroaction aux bornes de l’émetteur des transistors push-pull, l’ampli op a la capacité de détecter toute zone « morte” où aucun transistor ne conduit, et de produire un signal de tension approprié aux bases des transistors pour les conduire rapidement à nouveau en conduction pour « suivre” la forme d’onde du signal d’entrée.
Cela nécessite un ampli-op avec un taux de balayage élevé (la capacité de produire une tension de sortie en hausse ou en baisse rapide), c’est pourquoi l’ampli-op TL082 a été spécifié pour ce circuit., Les amplis op plus lents tels que le LM741 ou le LM1458 peuvent ne pas être en mesure de suivre le dv/dt élevé (taux de variation de tension au fil du temps, également appelé de/dt) nécessaire pour un fonctionnement à faible distorsion.
Seuls quelques condensateurs sont ajoutés à ce circuit pour l’amener dans sa forme finale: un condensateur de 47 µF connecté en parallèle à la diode permet de maintenir la tension de polarisation de 0,7 volt constante malgré de grandes variations de tension dans la sortie de l’ampli op, tandis qu’un condensateur de 0,22 µF connecté entre la