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Push-pull classe A et harmoniques pairs.

  • 15 réponses
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Sujet de la discussion Push-pull classe A et harmoniques pairs.
Pour faire suite à cet échange https://fr.audiofanzine.com/bien-debuter/forums/t.574403,bien-debuter-a-haute-frequence-ou-pas,post.8051131.html


"Classe A" signifie que le composant actif en sortie conduit en permanence dans les deux alternances. Tu peux très bien réaliser une sortie différentielle avec un push-pull en "opposition de phase". C'est même un montage classique.

Avec des schémas ça serait plus simple (je vais regarder ce que je trouve sur le net).

Le signal d'entrée "e" est conduit vers un étage à deux sorties qui envoie deux signaux, l'un avec un gain de 1 et l'autre de -1 (ils sont en opposition). Tu as donc "e" d'un côté et "-e" de l'autre.

Ces deux signaux sont ensuite envoyés vers deux étages de puissances qui vont permettre d'attaquer le push-pull, en opposition avec le même gain G, les deux composants actifs de sortie conduisant en permanence (classe A).
La tension aux bornes du push-pull vaut G*e - G*(-e) = 2*G*e. L'amplitude de la tension différentielle est le double de ce que voit chaque sortie.

Si tu ajoutes des distorsions symétriques causées par les étages de puissance tu obtiens un comportement très intéressant :
¤ G*e + vd d'un côté,
¤ G*(-e) + vd de l'autre.
¤ La sortie différentielle donne : (G*e + vd) - (G*(-e) + vd) = 2*G*e + vd-vd = 2*G*e

Si les étages de puissance sont correctement équilibrés, un push-pull classe A permet d'éliminer les ordres pairs de la distorsion.
Le problème c'est le rendement qui tombe à 25%.

Un classe B ne permet pas cette correction mais présente un meilleur rendement ; un ampli classe AB adopte un comportement intermédiaire qui offre un compromis sur le rendement et l'annulation des distorsions d'ordre pair.

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 00:03:18 ]

2
Ici tu as une explication détaillée (en anglais, j'espère que ça ne te rebute pas) qui explique le classe A à une sortie et en push-pull, le push-pull classe B et la solution hybride AB.
http://mesaboogie.com/US/Smith/ClassA-WebVersion.htm

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 00:06:54 ]

3
Pour l'apparition des harmoniques causées par une distorsion.

L'ampli idéal est linéaire ; l'ampli réel ne l'est pas.

Tu peux modéliser la non-linéarité par un développement polynomial autour du point de fonctionnement. La tension d'entrée et V + v (V la tension de polarisation et v la partie "petit signaux" que l'on veut amplifier).

La distorsion (l'écart entre la partie amplifiée linéairement, idéalement souhaitée, et ce que l'on a réellement) prendra une forme :
vd(v) = a2*v^2 + a3*v^3 + ... + a2n*v^(2n) + a2n+1*v^(2n+1) + ...

La partie paire de vd est vdp(v) = (vd(v) + vd(-v))/2 = a2*v^2 + a4*v^4 + ... + a2n*v^(2n) + ...
La partie impaire de vd est vdp(v) = (vd(v) - vd(-v))/2 = a3*v^3 + a5*v^5 + ... + a2n+1*v^(2n+1) + ...

En remplaçant v par une sinusoïde test v(t) = sin(wt) = sin(x) (je laisse tomber l'amplitude pour ne pas alourdir d'avantage mais la prendre en compte ne change rien à ce qui suit).

v^2 = sin(x)^2 = 1/2 * (1-cos(2x))
v^4 = sin(x)^4 = (1/2 * (1-cos(2x)))^2 = 1/8 * (-4cos(2x)+cos(4x)+3)
...

v^3 = sin(x)^3 = 1/4 * (3*sin(x) - sin(3x))
v^5 = 1/16 * (10sin(x)-5*sin(3x)+sin(5x))
...

Tu peux continuer les développements trigo et tu constateras que :
- la fonction paire, dont le DL ne contient que des puissances paires, ne produira que des harmoniques paires (+ un offset)
- la fonction impaire, dont le DL ne contient que des puissances impaires, ne produira que des harmoniques impaires.

Si tu veux le démontrer complètement pour une puissance quelconque, passe en notation complexe et utilise la formule du binôme de Newton, mais je crois que ça suffira à te convaincre, non ?

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 00:25:08 ]

4
Un montage lampe de triode dans une topologie de push-pull classe A c'est redoutable :
- Les lampes ne produisent que des harmoniques paires (en chinoisant on trouve une source de disto impaires mais on montre qu'elles sont vraiment très faibles pour une triode... Pour une pentode on en trouve un peu plus).
- Le montage en push-pull classe A permet d'éliminer les disto paires.
- Au final on a une topologie qui corrige les "faiblesses" du composant actif.

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 00:34:32 ]

5
Sachant que l'électronique est mon domaine de prédilection...
Pour moi, un vrai ampli de classe A est un ampli qui utilise un transistor. On peut imaginer effectivement ajouter un inverseur, mais je ne vois pas pourquoi on s'amuserait à faire ça, puisqu'on cherche généralement ces harmoniques paires "caractéristiques" des tubes.
Et pas la peine de me faire un cours de terminal sur les fonctions paires et impaires, ça fait très longtemps que je maîtrises des concepts aussi basiques. J'ai écrit trop vite, et pas clairement.. Je parle de fonctions plus générales qui ne sont ni paires ni impaires (contrairement à un push-pull idéal), comme la fonction de transfert d'un transistor dans sa zone de conduction.
Par définition d'une fonction impaire, on va avoir un traitement symétrique (f(-x) = -f(x)), d'où l'indication que lorsqu'on n'a pas cette symétrie, il y a des harmoniques paires.

http://blog.audio-tk.com/

Audio Toolkit: http://www.audio-tk.com/

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 00:39:57 ]

6
Si tu veux creuser, dans ce bouquin : https://www.elektor.fr/theorie-pratique-des-amplificateurs-audio-a-tubes-french
tu trouves l'établissement de la loi fondamentale d'une triode (construit à partir d'un modèle physique d'électrodynamique) et pourquoi elle ne produit qu'une distorsion paire et des harmoniques pairs.
Il y a aussi une explication du push pull classe A (par contre les montages et les explications des autres étages sont moyens...)

Dans ce bouquin : https://www.elektor.fr/traite-moderne-des-amplificateurs-haute-fidelite-a-tubes-french il y a des études très poussées, des simu numériques et des mesures des montages classiques (dont l'étage de sortie push-pull classe A). Super intéressant, plus que le précédent.
7
Citation :
Sachant que l'électronique est mon domaine de prédilection...
Pour moi, un vrai ampli de classe A est un ampli qui utilise un transistor. On peut imaginer effectivement ajouter un inverseur, mais je ne vois pas pourquoi on s'amuserait à faire ça, puisqu'on cherche généralement ces harmoniques paires "caractéristiques" des tubes.
C'est le mien aussi :D:

Ok mais pourquoi associer la classe A aux transistors ? La classe indique le type de commutation indépendamment du composant actif. Tu me dirais un classe D je comprendrais l'association...

Franchement tu m'étonnes. Le push-pull lampe classe A c'est un classique de chez classique pour la hifi, quasiment incontournable dans la littérature. Le déphaseur est un étage critique qui a donné lieu à de très nombreux travaux depuis le début de l'électronique justement pour ce genre d'application (déphaseur cathodyne, isodyne, paraphrase, Schmitt, etc.). Question de point de vue alors.

Pour ce qui est du "cours de terminale" c'était pour être sûr de parler de la même chose...

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 01:01:08 ]

8
icon_facepalm.gif

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9
Citation :
f. Tu me dirais un classe D je comprendrais l'association...


Ha attention, on peut très bien faire un amplificateur classe D avec des lampes aussi :oops2:

Par contre je suis plutôt d'accord avec miles1981, pour moi, intuitivement un ampli classe A possède un transistor ou une lampe de puissance en sortie. A l'école c'est comme ça qu'on l'apprends.

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 09:44:18 ]

10
Même le JHL n'a pas un étage de sortie en push pull.

http://blog.audio-tk.com/

Audio Toolkit: http://www.audio-tk.com/

11
Bonjour,
Citation :
A l'école c'est comme ça qu'on l'apprends
Pas dans toutes, en reprenant mes très vieux cours j'y trouve le push-pull classe A qui élimine les harmoniques pairs.

Passer pour un idiot aux yeux d'un imbécile est une volupté de fin gourmet. (G. Courteline)

12
Citation de Patrick :
intuitivement un ampli classe A possède un transistor ou une lampe de puissance en sortie.

Intuitivement oui, parce que c'est ce qu'on rencontre le plus fréquemment. Mais il n'y a pas de raison pour se limiter au cas général ;)
13
Citation :
Mais il n'y a pas de raison pour se limiter au cas général


Tout à fait ! :bravo:
14
Citation :
Bonjour,
Citation :
A l'école c'est comme ça qu'on l'apprends
Pas dans toutes, en reprenant mes très vieux cours j'y trouve le push-pull classe A qui élimine les harmoniques pairs.
Merci... Un moment j'ai cru que j'étais un tocard qui méritait tout le mépris du monde.

La classe (A) indique le mode de fonctionnement du composant actif de sortie mais rien (ou très peu) sur la topologie ou sa nature. C'est pour cela que l'on trouve les termes "single-ended" ou "push-pull" greffés juste derrière pour préciser la topologie.

Un tour sur google, premier lien : https://en.wikipedia.org/wiki/Single-ended_triode

Houuuaaa... Il n'y a pas besoin de chercher loin (un peu plus loin que l'école peut-être ?)

Citation :
Même le JHL n'a pas un étage de sortie en push pull.
Alors ça c'est de l'argument solide.
Sinon, un ampli lampe single-ended qui dépasse 10W avec des niveaux de disto raisonnables tu en as ? Sortir de la puissance avec un classe A single-end lampe entraine vite des niveau de disto qui sont irraisonnables (à moins de chercher à faire... une disto). D'où l'exploitation du push-pull classe A. >_>

Enfin, on avance un peu parce qu'il y a quelques posts un push-pull était forcément classe B et un classe A forcément à transistor. :bravo:

Citation :
Pour moi, un vrai ampli de classe A est un ampli qui utilise un transistor.
C'est sûr que si l'on pense que l'électronique a commencé avec les transistors... certains montages ne présentent aucun intérêt pratique. De là à conchier les ainés...

Citation :
on cherche généralement ces harmoniques paires "caractéristiques" des tubes.
Le pré-ampli de l'étage d'entrée suffit largement à apporter cette coloration recherchée.

Citation :
Ha attention, on peut très bien faire un amplificateur classe D avec des lampes aussi
Si tu as un exemple de montage où l'étage de sortie du classe D est réalisé avec des lampes je voudrais bien le voir (à coup de thyratrons alors ? Pourquoi pas...).
M'enfin, vu le principe de fonctionnement d'un ampli classe D et les vitesses de commutation nécessaires je ne vois pas trop ce qui justifierait l'effort de conception sinon l'effort lui-même :-p

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 19:38:45 ]

15
Citation :
Houuuaaa... Il n'y a pas besoin de chercher loin (un peu plus loin que l'école peut-être ?)

Si c'est à moi que cette remarque s'adresse, je n'ai jamais dis que c'était pas possible ton truc hein, juste que pour moi, intuitivement un ampli classe A = 1 transistor de puissance (ou une lampe)
Exemples: http://jm.plantefeve.pagesperso-orange.fr/sche.html

Citation :
Si tu as un exemple de montage où l'étage de sortie du classe D est réalisé avec des lampes je voudrais bien le voir (à coup de thyratrons alors ? Pourquoi pas...).


J'avoue que je n'en ai pas et en ai jamais vu (quoique d'après wikipedia les premiers amplis classe D auraient été conçus dans les années 50). Mais sur le papier rien n'empêche d'en concevoir un.

Citation :
M'enfin, vu le principe de fonctionnement d'un ampli classe D et les vitesses de commutation nécessaires je ne vois pas trop ce qui justifierait l'effort de conception sinon l'effort lui-même

Ha ben le rendement n'est pas tout à fait le même qu'un ampli classe A quand même :oops2:

[ Dernière édition du message le 26/09/2014 à 20:07:19 ]

16
Citation :
un ampli classe A = 1 transistor de puissance (ou une lampe)
Est-ce que j'ai dit qu'il n'existait pas de classe A single-ended ?
Je vais caricaturer, mais pour faire simple :
- A gain équivalent, le transistor produit moins de distorsion qu'une lampe (on n'arrête pas le progrès),
- La lampe produit principalement des harmoniques pairs (des impairs aussi mais dans une moindre mesure),
- Le transistor produit un H3 important.

Dans le cadre d'un ampli hifi qui sort plus de 10~15W, pour trouver un niveau de disto raisonnable avec des lampes le montage push-pull classe A (ou AB) permet d'annuler les harmoniques pairs. (si l'on fait du classe B c'est que l'on cherche de la puissance > 40~60W... sans la compensation de la disto (et donc au détriment du son) autant revenir aux transistors).

Pour un transistor le push-pull classe A n'est pas aussi pertinent puisque l'on n'annule pas le H3 avec cette topologie ==> Autant partir sur un single-ended avec une bonne rétro-action qui simplifie l'adaptation qui suit.

La "culture lampe" et la "culture transistor" n'est pas la même (pour des raisons techniques factuelles et argumentées). Suffit de faire un travail biblio (j'ai donné des ref) pour constater que dans la littérature des ampli hifi lampes le montage classique est le push-pull classe A pour une raison justifiée...

.. Sachant qu'à l'origine du post on me soutenait qu'un push-pull est automatiquement classe B : Et ben non, c'est plutôt qu'un push-pull classe A de transistor est une complexification qui ne se justifie pas au vu des améliorations des perf.

En cumulant le composant, le mode de fonctionnement et la topologie montage "classe A single-end à transistor" on ne décrit pas un "cas général" mais un montage particulier, certes très répandu.

Citation :
J'avoue que je n'en ai pas et en ai jamais vu (quoique d'après wikipedia les premiers amplis classe D auraient été conçus dans les années 50). Mais sur le papier rien n'empêche d'en concevoir un.
Je n'en ai jamais vu non plus et il y a quand-même de bonnes raisons, sur le papier, de ne pas tenter une telle aventure. Juste en considérant l'étage de sortie (je mets de côté les oscillateurs, comparateurs, ...) :
- Le temps de commutation d'une lampe à vide classiquement utilisée dans l'audio ne permet pas d'atteindre les fréquences nécessaires pour un ampli audio classe D (l'amplificateur de 1950 c'était pour le pilotage d'un moteur et les fréquences étaient bien plus basses). Il faudrait donc taper sur d'autre type de lampes, très chères,
- Les effets capacitif d'une lampe sont plus importants qu'avec un transistor : En commutation il faut faire très attention aux surtensions sur les transitoires (qui peuvent détruire la lampe).

Citation :
Ha ben le rendement n'est pas tout à fait le même qu'un ampli classe A quand même
Oh... C'est l'art d'avoir toujours raison ?
Sans ambiguïté, je ne discute pas de l'intérêt du classe A vs classe D mais de concevoir un classe D avec des lampes plutôt que des transistors

Le composant actif est utilisé soit bloqué soit saturé ; contrairement à l'utilisation en classe A, AB, B on se fout complètement de sa linéarité en petits signaux puisque ce sont des "interrupteurs" : Qu'est-ce qui pourrait alors motiver de passer des transistors aux lampes !?

Pondre une usine à gaz onéreuse et encombrante pour obtenir un comportement et des perf identiques : A part la beauté de la réalisation, non je ne vois pas l'intérêt (à moins que tu sois capable de m'en donner un qui m'aurait échappé ; je suis toujours preneur).

Dans le même registre, sur le principe, avec une bonne base et une bonne roulante on peut aussi utiliser des roues carrées ;)

[ Dernière édition du message le 27/09/2014 à 16:31:38 ]