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Auteur(s)
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Pascal BAREAU : Ingénieur Supélec (École supérieure d’électricité) Professeur à Supélec, service Radioélectricité et Électronique
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Lire l’articleINTRODUCTION
Selon leurs applications, les spécifications que l’on demande aux amplificateurs peuvent être très différentes. Des étages faible bruit que l’on rencontre dans les récepteurs sont difficilement comparables à des étages de puissance alimentant une antenne d’émission. Pourtant, certaines caractéristiques comme la linéarité et la consommation sont, à des échelles diverses, communes à la plupart des amplificateurs.
Dans cet article, l’accent est surtout mis sur les amplificateurs « radiofré-quences » ou « micro-ondes ».
On se propose d’exposer dans une première partie les principaux concepts relatifs aux amplificateurs (différents gains, désadaptation, facteur de bruit, produits d’intermodulation…) On évoquera brièvement la mesure de certaines de ces caractéristiques.
Dans une deuxième partie, on discutera des différentes structures possibles d’amplificateurs à fort niveau en fonction des contraintes de rendement, de linéarité et de bande de fréquence.
Le lecteur pourra se reporter aux références [1] à [3].
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4. Classes de fonctionnement
Les qualités que l’on peut demander à un amplificateur sont nombreuses et souvent contradictoires : rendement, linéarité, gain, puissance de sortie, facteur de bruit… Selon l’application, on ne choisit ni les mêmes composants ni la même structure d’amplificateur.
4.1 Classe A
Le choix de la classe A est généralement adopté pour avoir une meilleure linéarité. En classe A, le transistor est constamment conducteur, il n’y a pas d’effet de seuil sur le signal de sortie, les distorsions du signal de sortie proviennent uniquement de la non parfaite linéarité de la caractéristique de transfert (défaut surtout sensible pour les fortes excursions autour du point de repos).
Les amplificateurs à bas niveau (amplificateurs faible bruit par exemple) sont en classe A mais avec un point de repos choisi pour minimiser le bruit (typiquement I max/4) alors que, pour un amplificateur de puissance, le point de repos est choisi pour maximiser l’excursion autour du point de repos (typiquement I max/2) (figure 6).
Polarisé au point de repos (V 0, I 0), les variations du signal de sortie étant symétriques par rapport à ces valeurs, la puissance fournie par l’alimentation est une constante indépendante du niveau de signal : P dc = V dc I 0.
En choisissant V 0 = V dc (tension d’alimentation continue), on pourrait avoir une tension de sortie sinusoïdale d’amplitude crête V 0, avec un transistor idéal pour lequel on aurait V ds = 0 pour I = I max. En réalité, du fait du coude de la caractéristique, l’excursion en tension est plus faible : limitation du point S. Le point B représente l’annulation du courant (blocage du transistor) ; si la résistance de charge est choisie égale à V 0/ I 0, le fait de limiter l’amplitude à une valeur tenant compte de la tension de déchet évite du même coup le blocage du transistor. (Au voisinage du blocage, la transconductance diminue pour tous les types de transistor).
Dans le cas idéal, la puissance maximale correspondant à une tension de sortie sinusoïdale d’amplitude V 0 est donnée par :
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