Le but des amplificateurs : Puissance du signal, adaptation d'impédance et commande
Amplificateurs : Rendre les petits signaux puissants
Le travail fondamental d'un amplificateur est d'**augmenter la puissance d'un signal** en utilisant l'énergie d'une source externe (alimentation), tout en préservant l'information du signal (forme d'onde, fréquence, relations de phase). C'est un dispositif *actif* — il ajoute de l'énergie.
Quatre objectifs fondamentaux
- Amplification niveau signal (Gain tension/courant/puissance) :
- Micro (µV–mV) → Préampli → Niveau ligne (1V) → Ampli puissance → HP (Vrms, A).
- Antenne (nV) → LNA → Mélangeur → Ampli FI → CAN.
- Capteur (mV) → Ampli instrumentation → CAN / Contrôleur.
- Adaptation d'impédance (Tamponnage) :
- Source haute Z (piézo, photodiode, micro guitare) → Charge basse Z (câble, CAN, mélangeur). Suiveur tension (gain ≈ 1) évite perte par charge.
- Source basse Z → Charge haute Z (rare, mais transformateur/actif possible).
- Transfert puissance max : Zsortie = Zentrée* (conjugué) — amplis RF.
- Conditionnement / Façonnage signal :
- Filtrage (filtres actifs : Sallen-Key, biquad).
- Linéarisation (amplis log/antilog pour thermocouples, pH).
- Génération forme d'onde (oscillateurs = ampli + rétroaction).
- Distorsion / Compression (amplis guitare, limiteurs, AGC).
- Fourniture puissance (Actionnement) :
- Ampli classe D/E/F audio → HP (transducteur électroacoustique).
- Driver moteur (pont H) = ampli puissance pour CC/pas à pas/BLDC.
- Driver piézo (haute tension, charge capacitive).
- Ampli RF puissance → Antenne (kW–MW).
- Driver diode laser (source courant précise).
Classes d'amplificateurs (Angle conduction vs Rendement)
| Classe | Conduction | η max | Linéarité | Cas d'usage |
|---|---|---|---|---|
| A | 360° | 25% (50% push-pull) | Meilleure | Préampli, instrumentation, RF petit signal |
| B | 180° | 78,5% | Mauvaise (croisement) | Rare seul |
| AB | 180–210° | 50–70% | Bonne | Audio puissance, RF linéaire |
| C | < 180° | 80–90% | Non-linéaire | RF onde continue/FM, chauffage industriel |
| D (Commutation) | PWM (0/180°) | 90–98% | Bonne (avec rétroaction) | Audio, moteur, RF, convertisseurs CC-CC |
| E/F (Résonnant) | V/I formés | >95% | Bande étroite | Ampli RF puissance, transfert puissance sans fil |
Spécifications clés
- Gain : Vsortie/Ventrée (dB), Psortie/Pentrée (dB).
- Bande passante : Points -3 dB (fL, fH).
- Vitesse de montée (Slew Rate) : Max dV/dt (V/µs) — limite grande amplitude BP.
- Figure de bruit / Bruit référé entrée : Critique pour premier étage.
- THD / IMD : Métriques linéarité.
- Impédance sortie / Facteur amortissement : Contrôle HP.
- PSRR / CMRR : Rejet alimentation / mode commun.
Résumé
Les amplificateurs sont le **muscle** de l'électronique : ils prennent les signaux faibles, haute impédance, riches en information des capteurs/sources et les convertissent en signaux robustes, basse impédance, haute énergie nécessaires pour piloter charges, transmettre données, ou produire du son. Sans eux, communications, informatique, audio, imagerie médicale, automatisation modernes n'existeraient pas.