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La présente invention est relative à des circuits à transistors com- portant un certain nombre de transistors et se rapporte plus particulièrement à un montage de circuit à transistors dans lequel un transistor pour faibles signaux est combiné avec un transistor de puissance, de manière à améliorer notablement les caractéristiques de celui-ci en ce qui concerne l'impédance d'entrée et de sortie, la réponse de fréquence et l'absence de distorsiono Le transistor.combiné ou composite peut être employé dans une quelconque des trois dispositions couran- tes, à savoir : émetteur à la terre, base à la terre ou collecteur à la terre, mais est particulièrement avantageux dans les montages plus courants qui compor- tent un émetteur à la terre et une base à la terre.
Considérée dans son sens le plus large, la présente invention compor- te un transistor de puissance et un transistor pour faibles signaux dont l'émet- teur est connecté à la base du transistor de puissance, tandis que son collecteur est couplé en réaction à l'émetteur de ce dernier transistor., Le transistor com- posite ainsi constitué peut être considéré comme une seule unité et être connec- té comme l'eût été le transistor de puissance seul, la connexion à la base du- transistor pour faibles signaux devenant la connexion à la base de la combinaison.
Lorsqu'on le désire, ou lorsque la nécessité s'en impose dans une application particulière, le montage en cascade peut être étendu, dans lequel cas la base du transistor pour faibles signaux, mentionné en premier lieu, sera connectée à l'émetteur d'un troisième transistor, dont le collecteur sera couplé en réac- tion à l'émetteur du premier transistor pour faibles signauxo
Les objectifs de la présente invention visent à l'établissement d' amplificateurs du type à transistors, dans lesquels la réponse de fréquence, la linéarité, les caractéristiques d'impédance et le gain sont améliorésoCes objec- tifs sont atteints en faisant varier les combinaisons et les degrés en tenant compte du montage dans lequel le transistor combiné est employé.
Les avantages pouvant être réalisés grâce aux transistors composites dans leurs divers monta- ges ressortiront plus clairement au cours de l'exposé détaillé des diverses vari- antes et applications de l'invention, qui sera donné oiaprès, la description se reportant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figo 1 est une représentation simplifiée des circuits à courant alternatif d'un transistor combiné ou composite suivant la présente invention, en utilisant deux transistors de même type, les circuits de polarisation étant omis.
La figo 2 est une représentation schématique d'un transistor combiné, analogue de façon générale à celui de la figo 1; on y voit l'application de ce transistor à un amplificateur de puissance à base 'à la terre, ainsi que l'ensem- ble du circuit, les deux transistors employés étant de types opposés.
La figo 3 représente un circuit dans lequel le transistor de la figo 2 est employé dans un montage à émetteur à la terreo
La figo 4 représente le mode de connexion d'un transistor composite dans un montage à collecteur à la terre.
La figo 5 est un schéma simplifié, sans circuits de polarisation, où l'on voit un transistor composite comprenant deux transistors pour faibles si- gnaux dans un montage complémentaire-symétrique, connectés dans le circuit dé ba- se du transistor de puissance; et
La figo 6 est un schéma de circuit simplifié d'un transistor à dou- ble combinaison
Les transistors à jonctions, du type considéré, ici, sont des dispo- sitifs à trois électrodes, à savoir, l'électrode émettrice, l'électrode de base et l'électrode collectrice et, par conséquent, le courant amené à ces dispositifs doit avoir une valeur résultante zéro, conformément aux lois de Kirkhoff ;
end' autres termes, la somme du courant de collecteur et du courant de base doit=tou:
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jours être égale au courant d'émetteur. Dans les conditions de fonctionnement normales, le, contrôle du courant qui circule dans toutes les électrodes dépend principalement (bien que non entièrement), de la différence de potentiel existant entre l'émetteur et la base., L'impédance, si l'on regarde vers l'émetteur et la base, est assez élevée, mais n'est pas strictement linéaireo Le courant d'émetteur est approximativement proportionnel au courant de base;par conséquent, le cou- rant de collecteur est, lui aussi, à peu près proportionnel¯au courant de base, mais est ordinairement beaucoup plus élevé que ce dernier.
Les écarts par rapport à une proportionnalité directe entre les courants respectifs d'émetteur de base et de collecteur représentent des non-linéarités, qui peuvent causer des dis- torsions, le but principal de la présente invention étant précisément de réduire ou d'éliminer essentiellement ces distorsions.
Les effets de la non-linéarité augmentent rapidement avec l'amplitu-, de des signaux que le transistor est appelé à amplifier; par conséquent, dans un amplificateur transistorisé le plus grand pourcentage de distorsion qui se mani- feste dans les signaux de sortie prend naissance dans l'étage ou les étages de - puissance.
La largeur de la bande de fréquence pour laquelle l'amplificateur transistorisé offre une réponse dépend d'un certain nombre de facteurs quelque peu compliqués. D'une manière générale, les transistors pour faibles signaux offrent une meilleure réponse en haute fréquence que les transistors de puissan- ce. Un des avantages principaux de la présente invention consiste en ce que le transistor composite offre une réponse de fréquence qui peut se rapprocher de , celle d'un transistor pour faibles courants, ce qui donne une fréquence de coupu- re plusieurs fois supérieure à celle du transistor de puissance seul.
La nature de la présente invention sera comprise plus clairement si l'on considère son application à un transistor dans le montage à base commune ou à base à la terre, application représentée sous une forme simplifiée dans la fig. 1. Cette figure-montra un transistor de puissance 1 représenté comme étant du type NPN, bien que le type du transistor soit sans importance, étant donné que l'invention fonctionne tout aussi bien avec les transistors du type PNP moyennant une simple inversion des polarités des sources de,polarisation. Le transistor 1 comporte un émetteur 3, un collecteur 5 et une base 7. Au transistor de puissance est connecté un transistor pour faibles signaux (désigné ici,pour la facilité,par le terme de transistor "auxiliaire"), indiqué de façon générale par le chiffre de référence 9.
Le transistor auxiliaire représenté est de même type que le transistor 1; il peut cependant être d'un type opposé. L'émetteur 11 du transistor auxiliaire est connecté à la base 7 du transistor 1. La base 13 du transistor auxiliaire'est connectée à la terre, tandis que son collecteur 15 est couplé en réaction à l'émetteur du transistor 1.
Lorsqu'il est connecté dans un montage à base commune, un transistor possède un grain de courant qui se rapproche de l'unité, sans jamais l'atteindre; ce transistor effectue une amplification de puissance en vertu d'une transforma- tion d'adaptation, l'impédance d'entrée étant peu élevée, tandis que l'impédance de sortie est relativement très élevée. L'écart entre le rapport courant de sor- tie/courant d'entrée, d'une part, et l'unité, d'autre part, est représenté par la quantité de courant qui traverse le circuit de base. Etant donné que l'on désire que le courant de sortie se rapproche autant que possible de l'égalité avec le courant d'entrée,le courant de base peut être considéré comme un signal d'er- reur.
Ce signal d'erreur est appliqué à l'émetteur 11 du transistor auxiliaire, qui est également connecté dans le montage à base à la terre, de sorte que le courant qui circule dans le collecteur 15 de ce transistor se rapproche également de l'égalité avec le courant de signal d'erreur qui apparait dans son émetteur.
L'impédance d'entrée d'un transistor à base à la terre varie dans certaines limites en fonction de l'intensité instantanée du signal d'entrée. Par conséquent, lorsque ce transistor est employé de cette manière comme un amplifica-
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teur, il est préférable qu'il soit alimenté depuis une source à plus haute impé- dance, de façon que les variations de l'impédance d'entrée aient un moindre effet sur le courant d'émetteur et qu'elles n'introduisent donc pas de distorsion par elles-mêmes. Dans un transistor de puissance caractéristique, branché avec la ba- se à la terre, 1 impédance d'entrée peut être de l'ordre de 8 ohms.
Ce transis- tor sera normalement alimenté par un préamplificateur dont l'impédance de sortie est plus élevée d'au moins un ordre de grandeur, de sorte; que les variations de l'impédance d'entrée autour de sa valeur moyenne n'ont pas un effet apprécia- ble sur le courant d'entrée.
Comme on le voit dans les dessins, le transistor composite.3 est ali- menté en un courant de signaux de message d'une valeur instantanée iin, à partir d'une source à haute impédance, telle que décrite plus haute Etant donné le cou- plage en réaction existant entre le collecteur du transistor 9 et 1 émetteur 3 du transistor 1, un courant iei, quelque peu plus important, circule dans ce dernier émetteur.
Le courant de sortie, c'est-à-dire, le courant dans le circuit de col- lecteur, est désigné¯par io, ce courant étant égal à a1iei, où a1 représente la. quantité qui se rapproche de l'unité, sans l'atteindreo Cette quantité constitue le gain de courant du transistor 1 pris isolément et peut être considérée comme une constante aux fins de la présente invention, bien que, dans la pratique, elle s'écarte quelque peu d'une allure constante, cet écart représentant la distorsion.
Il convient de noter que, telle qu'elle intervient ici, la quantité a1diffère ' légèrement de la quantité "a1", qui se présente parfois dans les caractéristiques publiées à propos de transistors. Tel qu'utilisé ici, a1représente le rapport en- tre le courant de collecteur et le courant d'émetteur en présence d'une charge, mais non le rapport de ces courants lorsque le collecteur est court-circuitéo à savoir : Le courant de base ibi est égal à la différence entre iei et io, savoir : ibl = (1 - a1) iei .
Comme indiqué plus haut, ce courant peut être considéré comme un signal d'erreur appliqué au transistor auxiliaire 9.
Ici également, le courant i , qui se manifeste dans le collecteur 15 du transistor 9 est presque égal, mais non tout à fait égal, au courant qui se présente dans l'émetteur 11, et diffère de ibi d'un facteur a2;c'est-à-dire : icw = a2(1 - a1) iei. Ce courant est réinjecté dans le circuit d'émetteur du transistor 1.
Il sera évidemment divisé entre le circuit d'émetteur et le circuit de sortie du pré-amplificateur à raison inverse de leurs impédances respectives; toutefois, vu que, dans la pratique, l'impédance de la source sera supérieure d'au moins un ordre de grandeur à celle du transistor, et pourra être de l'ordre de plusieurs milliers d'ohms, alors que l'impédance d'entrée est de l'ordre de 8 ohms environ, on pourra négliger les pertes par rapport à la sourceo Il convient de noter, en outre, qu'étant donné que l'impédance de sortie du transistor 9 à base à la terre est élevée, soit, de l'ordre de plusieurs kilohms, les variations de l'impédance d'entrée du transistor 1 sont négligeables quant à leurs effets sur le courant reporté à l'entrée depuis le transistor 9.
Le courant de base du transistor auxiliaire, soit, ib2 = (1 - a2) (1- a10)iei.
Ceci représente une quantité extrêmement réduite comparativement au signal d'en- tréeo Une valeur caractéristique pour a, dans les transistors disponibles dans le commerce, se situe au voisinage de 0,975 et varie dans les limites entre -
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0,90 à 0,99, les grandes valeurs étant les plus courantes. En prenant la valeur
0,975 comme étant à peu près une moyenne, on obtient que 1- a est égal à 0,025. Avec cette valeur, le courant de base devient 0,000625iei Le gain de cou- rant total ac, c'est-à-dire , le rapport entre les courants de sortie et d'entrée de l'ensemble du transistor composite est ic/iin = ac - a1 / [1 - a2 ( 1 - a1)] .
Le courant d'erreur du transistor combiné est égal à iin (1- ac). En considérant les valeurs caractéristiques données ci-dessus, ac serait égal à 0,99936, ce qui donne un courant d'erreur égal à 0,00064iin.Ce signal d'erreur comprend la tota- lité de la composante de distorsion. Dans le montage à base à la terre, D = d (1 -a@), où d représente le rapport entre la distorsion et la composante fondamentale de la sortie du transistor de puissance seul, tandis que D représente égale- ment le rapport entre la distorsion et la composante fondamentale, mais pour le transistor combiné.
Le fait de combiner les transistors exerce également une influence importante sur l'impédance dé sortie du transistor de puissance. On peut démon- trer que Roc# a1 a2/ (1 - a2 Ro, Rù, Roc est l'impédance de sortie propre au transistor combiné, tandis que Ro est celle du transistor de puissance seule
Dans ce montage, l'impédance d'entrée du transistor combiné est à peu près égale à celle du transistor de puissance seul.
Un aspect du caractère non constant de la quantité a1est représenté par le fait que le transistor n'offre pas deréponse aux fréquences élevées.En effet , les composantes des fréquences élevées sont amenées à passer en dérivation,, comme si l'on avait prévu, en quelque sorte, les condensateurs 16, 16' représen- tés en pointillé, bien que ces "condensateurs " soient eux-mêmes non linéaires, la situation réelle étant plus compliquée qu'elle ne semble ressortir du schéma.
Néanmoins, les composantes de haute fréquence du courant d'entrée qui n'apparais- sent pas dans le circuit de collecteur doivent apparaître dans le circuit de base du transistor 1 et le circuit d'émetteur du transistor 9 en tant que composantes de "courant d'erreur". Le transistor 9, étant de l'espèce pour faibles signaux, aura normalement une réponse notablement meilleure aux hautes fréquences que le transistor 1 seul, et reportera à l'entrée des composantes de haute fréquence jus- qu'à une valeur beaucoup plus élevée que la fréquence de coupure de ce dernier transistor pris isolémento Il s'ensuit que la haute fréquence de coupure du tran- sistor combiné peut être étendue loin au-delà de celle du transistor de puissance pris isolément,
la haute fréquence de coupure résultante se situant quelque part entre celles des deux transistors considérés individuellement.
La fig. 2 représente un circuit complet comprenant des éléments de polarisation, de shuntage et de blocage, appelé à utiliser un transistor composite dans le montage à base à la terre, dont il était question jusqu'à présent ;toute- fois, dans cette figure, les deux transistors sont de types opposés. En ce qui concerne les composantes alternatives des courants mis en oeuvre par les transis- tors auxiliaires, les deux types sont complètement interchangeables toutefois,le système à types opposés offre l'avantage d'être moins susceptible de déterminer des courants excessifs dans le transistor de puissance dans les conditions de signal zéro et, de plus , permet de réaliser des circuits de polarisation plus simples.
Dans la figo 2 on a représenté une source 17 de signaux de message à amplifier. Cette source sera normalement un préamplificateur ayant une impédance de sortie élevée, comme indiqué de manière symbolique par la résistance 19.Cette
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source alimente le transistor combiné à travers un transformateur 21 qui - il con- vient de le noter - n'adapte pas l'impédance élevée de la source à la faible im- pédance d'entrée du transistor combiné, mais présente une impédance élevée si 1' on regarde en direction du transformateur à partir des bornes du transistor, afin de réduire les effets des variations de l'impédance d'entrée en fonction de la valeur instantanée du signal d'entrée,
dont il était déjà questiono Une borne de l'enroulement secondaire 23 de ce transformateur est mise à la terreo L'autre borne est connectée à l'émetteur 3 à travers une résistance 25. La chute à travers cette dernière fournissant une tension de collecteur pour le transistor 90 La résistance 25 est shuntée par un condensateur 26, afin de faire dériver les composantes de signal du courant d émetteuro Il est bien entendu que le condensa- teur devra être suffisamment grand pour pposer une impédance négligeable aux composantes de plus basse fréquence à amplifiero Eventuellement, on peut interpo- ser entre l'enroulement 23 et la terre une résistance supplémentaire 27 de stabi- lisation de courant d'émetteur, cette résistance étant shuntée par un condensateur 28.
Le circuit de sortie du transistor combiné, connecté au collecteur 20, com- prend un enroulement primaire 29 d'un transformateur de sortie dont l'enroulement secondaire 31 est connecté à une charge symbolisée par la résistance 330
La base du transistor 1 et 1 émetteur du transistor 9 sont polarisés à travers une résistance 35, à valeur ohmique élevée, à partir d'une source, non représentée, mais symbolisée par B+o La base du transistor 9 est polarisée, à partir de la même source, par l'entremise d'un diviseur de tension comprenant des résistances 37 et 39. Les composantes alternatives du courant de base du transis- tor 9 sont dérivées vers la terre à travers un condensateur 41.
Le collecteur 15 du transistor auxiliaire est couplé en réaction à l'émetteur 3 du transistor de puissance à travers le condensateur de shunt 26 , comme décrit plus haut.
Le comportement de ce circuit est le même que celui qui a été décrit à propos du schéma simplifié de la figo 1. Il convient de noter que, dans ce schéma, le transistor combiné utilise le type de couplage réactif décrit et reven- diqué dans la demande de brevet belge n 4490384 déposée le 31 mai 1958 sous le titre de "Circuit amplificateur à réaction " de la même titulaireo
La figo 3 représente les connexions du transistor combiné suivant la présente invention, dans un montage mis à la terre, où 1 on réalise à la fois un gain de courant et un gain de tensiono
Dans cette figure, la source 17 est représentée comme étant couplée au transistor combiné à travers un condensateur de blocage 45, au lieu de l'être à travers un transformateur ;
onconçoit cependant que l'on peut utiliser dans cette disposition un couplage par transformâtes*,, tout comme on peut utiliser un couplage capacitif.. dans la disposition suivant la figo 2. Le signal de messa- ge est fourni à la base 13 du transistor auxiliaire 9, cette base étant polarisée depuis une source B+ à travers un diviseur de tension comprenant les résistances 37 et 39 dans la connexion de la base à la terreo Le collecteur 11 du transistor 9 et la base 7 du transistor 1 sont polarisés à partir de la même source à travers une résistance 51 à valeur ohmique élevée.
La charge 33 est connectée dans le circuit de collecteur du transis- tor 1, de la même manière que danslle montage à base à la terre, les éléments de circuit participant à cette connexion étant représentés''dans la figure et étant désignés par les mêmes chiffres de référence,,
On voit que la connexion de couplage réactif entre le collecteur 11 et l'émetteur 3 du transistor de puissance est également identique, en ce qui concerne sa disposition, aux connexions analogues de la fig.
2, de sorte que les éléments sont désignés par les mêmes chiffres de référence dans les deux caso Toutefois, dans la figo 3, on a en outre représenté, entre le collecteur et, la terre, une résistance 53, dont la valeur est notablement plus élevée que celle de l'impédance d'entrée du transistor 1 dans le montage à¯base à la terre.
On peut atteindre la même diminution de la distorsion et la même amélioration de la répon-
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se de fréquence, que dans le cas du montage à la base à la terre, à condition que la valeur de la résistance 53 soit égale à celle de l'impédance de la source, par exemple, plus élevée, d'un ordre de grandeur, que l'impédance d'entrée du transistor l./Cette disposition offre l'avantage d'une impédance d'entrée élevée et linéaire et d'un gain élevé, en plus des autres avantages déjà décrits. Si 1' on omet la résistance 53, ce qui est parfaitement possible, on obtient une certai- ne amélioration grâee au fait que le transistor 1 est alimenté par une source à faible impédance, ce résultat étant toutefois obtenu aux dépens: d'autres avanta- ges.
Il ressort clairement de ce qui a été dit plus haut, que le transis- tor combiné peut aussi être branché suivant un montage où le transistor de puissan- ce 1 est'on. collecteur à la terre, comme montré dans la fige 4. Les connexions entre les deux transistors sont les mêmes que celles représentées dans les figu- res précédentes, où les éléments de circuit sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
Toutefois, dans la disposition suivant la fig. 4, la résistance 33', qui symbolise la charge, est représentée comme étant connectée directement à 1' émetteur au lieu d être couplée à celui-ci par un transformateuro Lorsqu 11 est ainsi branché,le transistor combiné réalise un gain de puissance élevé et une impédance d'entrée très élevée, ce qui peut constituer un avantage très important.
Toutefois, il ne possède pas les caractéristiques d' élimination de distorsion des autres montages qui ont été décrits, et,ppur cette raison, présente le moindre intérêt parmi les divers systèmes dans lesquels le transistor combiné peut être employéo /Bien que l'on ait représenté des transistors de puissance de type NPN dans toutes les figures décrites jusqu ici, il n'est pas indispensable que les transistors employés soient de ce type de conductivité. Il est parfaitement bien entendu que l'on pourra employer des transistors de type PNP sans une quel- conque des connexions représentées, en inversant la polarité de la source qui a été désignée par "B+".
Il a déjà été indiqué que le transistor auxiliaire peut être prévu de même type que le transistor de puissance sans apporter d'autres modifications que celles requises pour assurer au transformateur auxiliaire une polarisation appropriée.
Les avantages des transistors de types opposés, ainsi que certains avantages supplémentaires peuvent être réalisés en substituant une paire de tran- sistors auxiliaires complémentaires-symétriques au transistor unique représenté dans les figures précédentes. Ceci est représenté dans le circuit simplifié de la figo 5, où les éléments decircuit de polarisation et de blocage ont été omis pour-raison de simplification. Dans cette figure, le transistor de puissance 1 et le transistor auxiliaire 9 sont du même type que dans les figures précédentes, et leurs électrodes sont désignées de la même manière. L'émetteur Il du transis- tor 9' est connecté à la base 7 du transistor de puissance, et est effectivement en parallèle avec l'émetteur 11 du transistor auxiliaire 9.
Les collecteurs 15 et 15' des deux transistors auxiliaires sont égale- ment connectés en parallèle, tout comme leurs bases 13 et 13'. Les deux collecteurs sont couplés en réaction à l'émetteur 3 du transistor 1, comme précédemment, Il est bien entendu que la connexion en parallèle a trait aux composantes alterna- tives du courant qui circule dans les transistors 9 et 9'. étant donné que la ré- partition du courant continu ne peut pas être considérée exactement comme étant dans un rapport de parallélisme. L'impédance de sortie des deux transistors auxi- liaires considérés ensemble, est divisée à peu près en deux.
L'avantage principal de cette disposition consiste en ce que les variations de l'impédance d'entrée en fonction des variations du signal d'entrée sont de sens opposés dans les deux transistors auxiliaires et, par conséquent, se compensent dans une grande mesure, l'impédance d'entrée effective étant peu élevée et approximativement constante dans tout le cycle.
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Le transistor composite peut être lui-même combiné, comme montré dans la fig. 6, laquelle représente également un schéma de connexions simplifié, où les éléments représentés dans les figures précédentes sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Dans cette figure, la base 13 du transistor auxiliaire 9, au lieu d'être connectée directement soit au côté mis à la terre, soit au côté non mise à la terre du circuit d'entrée, suivant le cas, est connectée à l'émet- teur 111 du transistor sous-auxiliaire 91, dont le collecteur 151 est couplé réactivement à la jonction entre l'émetteur 11 et la base 7, respectivement, des deux premiers transistors, tandis que la base 13 de ce transistor sous-auxiliai- re est connectée au circuit extérieure L'effet qui, dans cette disposition,
est exercée par chaque transistor sur son prédécesseur est le même que celui déjà décrit à propos des modes de réalisation précédents de linvention, de sorte qu'il est inutile de revenir en détail sur ce fonctionnement. La disposition représen- tée dans cette dernière figure ne sera requise que là où la puissance pouvant être mise en oeuvre dans le transistor 1 est si élevée et où le courant de base de ce transistor est si importante, que le transistor auxiliaire 9 doit être constitué par un transistor de type à puissance, dans lequel cas le transistor sous-auxiliai- re 91est du type pour faibles signaux.
Il est bien entendu que les dispositions de circuits particulières, représentées ici, sont susceptibles de nombreuses variantes, spécialement en ce qui concerne les circuits de polarisation et les valeurs des éléments de polari- sation. Les montages particuliers représentés sont censés être purement démons- tratifs.
REVENDICATIONS.