TD4 : Montage amplificateur de puissance (push-pull) Calculs de puissances

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1 TD4 : Monage amplificaeur de puiance (puh-pull) Calcul de puiance Objecif pédagogique de ce TD : Comprendre le principe de foncionnemen de l'amplificaeur de clae B : équence de conducion de ranior e forme d'onde obenue. Savoir calculer la puiance moyenne aborbée par un dipôle paif linéaire (càd compoé de réiance, condenaeur e inducance). Savoir calculer la valeur efficace d'une enion ou d'une inenié dan le ca de grandeur inuoïdale e dan un ca quelconque (ignaux carré e aure ignaux périodique... ). Fiche de cour : Cee fiche e deinée à inroduire, à expliquer e à juifier la noion de valeur efficace d'un ignal périodique. Poiion du problème : L'amplificaeur de puiance e un dipoiif élecronique qui doi aifaire un double objecif : d'une par, la enion de orie doi reproduire le plu fidèlemen poible la enion de commande appliquée en enrée. Dan un ca idéal, on ouhaierai avoir à ou inan V = Ve. D'aure par, la charge réiive aborbe un couran don l'inenié peu êre élevée. L'amplificaeur de puiance doi donc pouvoir débier le couran demandé par la charge. Le chéma de la figure 1 illure le ranfer énergéique qui 'opère enre l'alimenaion coninue e la charge réiive. Ce ranfer de puiance e modulé par la enion de commande Ve. Alimenaion DC Appor d'énergie Tenion de commande Tenion de orie Ve V GBF ou ignal audio Monage amplificaeur de puiance Charge réiive ou hau-parleur Figure 1 : ynopique de l'amplificaeur de puiance. Tranfer d'énergie élecrique de l'alimenaion ver la charge réiive. d_be_3imac_ampli_puiance.od 1/6

2 Suje : On éudie la rucure de clae B, égalemen appelée monage puh-pull, e repréenée ci-deou. Pour oue le queion 2] à 1], on e place dan le ca où la enion de commande Ve e inuoïdale. V CC = +15V I C1 C1 T 1 V C1E B E I S Ve T 2 V EC2 R CH V C2 I C2 - V CC = -15V Figure 2 : monage amplificaeur de clae B (puh-pull). 1] Le ranior T 1 e T 2 peuven-il êre imulanémen paan? Juifier vore répone en raionnan ur le igne de enion (V BE ) T1 e (V EB ) T2. PARTIE 1 : ca où Ve e inuoïdale. On conidère dan oue cee parie que Ve e inuoïdale, de la forme : V e = V e in 2 où V e déigne l'ampliude de la enion de commande Ve. ω déigne la pulaion de Ve. 2] On e place dan une phae où T 1 e paan e T 2 bloqué. Déerminer l'équaion de la droie de charge impoée par le circui : I C1 = f V C1E. Tracer cee droie de charge dan le plan [V C1E ; I C1 ]. Commen e déplace le poin de foncionnemen lorque la enion Ve varie? Le ranior T1 e T2 foncionnen-il en régime auré/bloqué? 3] Compléer le diagramme de conducion de la figure 3 : indiquer dan la ligne dédiée à ce effe lequel de deux ranior condui. (Deiner une croix dan le inervalle duran lequel aucun de 2 ranior n'e paan). Repréener égalemen le forme d'onde obenue pour le enion V, V CE1, V EC2. Repréener enfin le forme d'onde obenue pour le inenié I, I C1, I C2. d_be_3imac_ampli_puiance.od 2/6

3 Ve V : à racer,6v -,6V V C1E Diagramme de conducion V EC2 V cc I I C1 I C2 Figure 3 : chronogramme e diagramme de conducion. d_be_3imac_ampli_puiance.od 3/6

4 4] Qu'e-ce que la diorion de croiemen? Quelle conéquence cee diorion engendre--elle ur la enion de orie? Lorque l'ampliude de V e uffiammen élevée, on conae que le phénomène de diorion de croiemen e moin viible. Dan le queion qui uiven (5] à 1]), on va uppoer ce phénomène négligeable, de elle ore que V era uppoée inuoïdale pour ou le calcul à venir. On noera l'ampliude de V. V 5] Déerminer l'expreion liérale de la puiance moyenne aborbée par la charge réiive R ch. Monrer que cee puiance moyenne peu 'écrire ou la forme uivane : 2 V =K 1 R ch où K 1 e une conane que l'on préciera. 6] On noe V eff la valeur efficace de la enion V. A l'aide de la fiche de cour joine, démonrer que dan le ca où V e une enion inuoïdale d'ampliude V, alor on a la relaion : V V eff = 2 7] Déduire de queion 5] e 6] que la puiance élecrique moyenne aborbée par la charge peu 'écrire : = K 2 V eff I eff où K 2 e une conane que l'on préciera. 8] Calculer la puiance moyenne fournie par l'alimenaion [-Vcc;+Vcc]. Monrer que cee puiance moyenne peu 'écrire ou la forme uivane : P Alim = K 3 V cc I où K 3 e une conane que l'on préciera. 9] Le bilan de puiance au niveau de l'amplificaeur de clae B peu 'effecuer comme ui : P Alim Puiance fournie par l'alimenaion Puiance aborbée par la charge P T1 + P T2 Puiance aborbée par le ranior Figure 4 : bilan de puiance au niveau de l'amplificaeur de clae B. A parir de expreion de P Alim e de, déerminer l'expreion de la puiance moyenne aborbée par le deux ranior T 1 e T 2. Effecuer l'applicaion numérique dan le ca où : Vcc=15 V, V =13 V, R ch = 8 Ω. d_be_3imac_ampli_puiance.od 4/6

5 1] Déerminer l'expreion du rendemen de l'amplificaeur de clae B dan le ca où V e inuoïdale. Moner en pariculier que ce rendemen e oujour inférieur à une valeur limie que l'on déerminera. Effecuer l'applicaion numérique avec le donnée de la queion précédene. PARTIE 2 : ca où Ve e une enion créneau. Dan oue cee parie 2, la enion de orie V era uppoée en forme de créneau périodique. L'ampliude de V era noée V. 11] Déerminer l'expreion liérale de la puiance moyenne aborbée par la charge réiive R ch. Monrer que cee puiance moyenne peu 'écrire ou la forme uivane : 2 V =K 4 R ch où K 4 e une conane que l'on préciera. 12] On noe V eff la valeur efficace de la enion V. A l'aide de la fiche de cour joine, déerminer la relaion enre V eff e dan le ca où la enion de orie e en forme de créneau périodique. V 13] Déduire de queion 11] e 12] que la puiance élecrique moyenne aborbée par la charge peu 'écrire : = K 5 V eff I eff où K 5 e une conane que l'on préciera. 14] Calculer la puiance moyenne fournie par l'alimenaion [-Vcc;+Vcc]. Monrer que cee puiance moyenne peu 'écrire ou la forme uivane : P Alim = K 6 V cc I où K 6 e une conane que l'on préciera. 15] A parir de expreion de P Alim e de obenue dan le queion 13] e 14], déerminer l'expreion de la puiance moyenne aborbée par le deux ranior T 1 e T 2. Effecuer l'applicaion numérique dan le ca où : Vcc=15 V, V =13 V, R ch = 8 Ω. 16] Déerminer l'expreion du rendemen de l'amplificaeur de clae B dan le ca où V e un créneau périodique d'ampliude V. Quelle valeur maximale peu-on héoriquemen obenir pour ce rendemen? Qu'e-ce qui va limier en praique ce rendemen? Effecuer l'applicaion numérique du calcul du rendemen avec le donnée de la queion précédene. Queion ubidiaire : L'un de enjeux majeur de nore proje d'amplificaeur audio era de réuir à conrer le phénomène de diorion harmonique pour obenir un ignal de orie qui reprodui fidèlemen le variaion du ignal d'enrée. Imaginer deux raégie permean de conrecarrer le phénomène de diorion de d_be_3imac_ampli_puiance.od 5/6

6 croiemen. d_be_3imac_ampli_puiance.od 6/6