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Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions



  1. #1
    Yvan_Delaserge

    Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions


    ------

    Bonjour à tous,

    Dans un fil ancien qu'Antoane a récemment signalé à notre attention, Tropique avait décrit quasiment en temps réel la conception et la réalisation d'un générateur de fonctions.
    Comme Tropique ne manque pas de le signaler, le gros morceau dans une telle réalisation est l'ampli de sortie.
    C'est un tel ampli que j'ai le projet de réaliser prochainement et je pensais m'inspirer du circuit conçu par Tropique.

    AMPSORT.gif

    Dans le message #54, Tropique dit:
    Une petite parenthèse à propos de l'ampli de sortie: on peut se faire la réflexion qu'il est le principal "goulet d'étranglement" de ce projet. C'est lui qui est la cause des limitations constatées en HF: les signaux provenant du VCO et du conformateur sont pratiquement irréprochables, même à fréquence maximale. Tout au plus y a-t-il un léger "émoussement" du triangle, et une légère perte de niveau, inférieure au dB, en sinus.
    Si j'ai choisi de le laisser en version discrète et quelque peu imparfaite, c'est pour garder au projet son accessibilité, son universalité et sa pérennité: tel quel, il reste réalisable avec des composants disponible au fin fond de la brousse, et il le sera encore dans dix ou vingt ans.
    Ceux qui ont accès à des composants plus évolués peuvent sans problème l'upgrader: la toute dernière génération d'amplis vidéo a maintenant des caractéristiques suffisantes pour convenir ici:
    Tension d'alim de 6V, basse consommation, sortie rail-to-rail, GBW>125MHz, SR>250V/µs et caractéristiques DC suffisantes pour se passer de DC-servo. Le seul aspect qui est un peu limite est la sortance: ces amplis sont normalement prévus pour une charge minimale de 150 ohms (la résistance de la charge + la résistance d'adaptation). Ici on est en 50 ohms, ce qui n'est pas encore trop grave par rapport à 75 ohms, car il y a de la marge, mais un générateur doit pouvoir fonctionner en mode désadapté, jusqu'au court-circuit, et là, c'est peut-être un peu trop demander: on passe de 150 à 50 ohms.
    Il y a un remède simple cependant: ces amplis coûtent à peine plus cher en version double qu'en version simple, et il suffit de mettre les deux sections en //, via des résistances de sortie de 100 ohms. Chaque section doit avoir ses propres résistances de contre-réaction.
    Chez AD, un tel exemple d'ampli est le ADA4851-2:
    http://www.analog.com/static/importe...1-2_4851-4.pdf
    Je ne l'ai pas essayé, donc je ne pourrais pas garantir à 100% qu'il fonctionnera directement dans cette application, mais ça devrait être le cas.
    Attention, des amplis vidéo plus anciens ne sont sont pas utilisables: une ou plusieurs des exigences mentionnées plus haut ne sont pas remplies.
    Quant au prix, il est plus que raisonnable: $0.7 (à partir de 1000pièces). Il ne faut pas se faire trop d'illusions cependant, il est probable qu'au détail c'est à multiplier par 10, mais même ainsi ça reste abordable.
    A noter que j'ai choisi AD en exemple, mais d'autres fabricants en ont aussi.
    Il admet donc que l'ampli n'est pas parfait, mais il faut dire qu'il s'est fixé un cahier des charges sévère, notamment une alimentation de 6 V car l'appareil devait fonctionner avec des piles!

    Dans mon cas, je souhaite construire un appareil alimenté par le secteur. Car un générateur de fonctions n'est intéressant à utiliser qu'avec un oscilloscope, et je ne possède pas d'oscilloscope à piles.

    Pour que l'ampli puisse remplir ces exigences, Tropique a dû introduire une série de raffinements, ce qui rend le schéma final quand même difficile à comprendre pour quelqu'un qui n'a pas son niveau.

    Comme dans mon cas les exigences suivantes: Tension d'alim de 6V, basse consommation, sortie rail-to-rail ne s'appliquent plus, je me demande si un circuit simplifié permettrait d'atteindre des performances égales ou supérieures au circuit conçu par Tropique.

    -----
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

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  3. #2
    jiherve

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Bonjour,
    En alim secteur un AOP large bande suivi d'un bon vieux LH0002 et hop.
    On doit encore en trouver.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  4. #3
    Yvan_Delaserge

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Je pense par exemple à quelque chose comme ça:
    AMPSORT2.gif

    On voit que c'est alimenté en + et - 5 V, c'est déjà un peu plus que chez Tropique ( + et - 3 V !!)
    Mais il m'est arrivé de jeter un coup d'oeil sur des schémas de matériels professionnels et il me semble que presque toujours, l'alimentation des circuits se fait avec des tensions beaucoup plus élevées que la tension de sortie. Par exemple + et - 12 ou même + et - 24 V, si les transistors utilisés permettent d'aller jusque-là. Intuitivement on se dit que la linéarité du circuit doit être bien meilleure, si le signal traité est éloigné des rails d'alimentation.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  5. #4
    Yvan_Delaserge

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Encore un exemple:

    AMPSORT3.gif

    Ce n'est pas tout-à-fait ce que l'on recherche parce que ce n'est pas un ampli vidéo. Le couplage est capacitif, on ne va pas donc descendre jusqu'à zéro Hz. Alimentation à + 12 V. Donc équivalente à + et - 6 V.

    Mais dans ces deux circuits, il me semble que l'architecture présente des similarités avec le schéma de Tropique: Une paire complémentaire en sortie. Polarisation des bases de la paire de sortie par des diodes. Feedback négatif de la sortie vers l'entrée.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Yvan_Delaserge

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Citation Envoyé par jiherve Voir le message
    Bonjour,
    En alim secteur un AOP large bande suivi d'un bon vieux LH0002 et hop.
    On doit encore en trouver.
    JR
    Je me demande si quelque chose comme ça ne serait pas plus costaud:

    AMPSORT4.gif
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  8. #6
    Yvan_Delaserge

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Dans un circuit dérivé de celui-ci:

    AMPSORT5.gif

    Précédé d'un atténuateur,et alimenté sous + et - 15 V, pour une linéarité aussi bonne que possible.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

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  10. #7
    jiherve

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Re
    Pour un générateur de fonction il faut passer le continu pour pouvoir disposer d'une tension d'offset bien utile dans de nombreux cas ce qui implique souvent une alimentation +-15v
    Ton schéma #3 ressemble au LH024 qui fonctionnait bien quoique un peu chatouilleux
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  11. #8
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Bonjour,

    Sauf si tu as une bonne raison de le faire (refus d'utiliser des CI exotiques, cahier des charges particulier, plaisir de la chose...), mieux vaut éviter de se lancer dans un ampli discret :
    - bidouiller un ampli ayant une telle bande passante et une telle sortance est loin d'être trivial, déjà sur simulateur, encore plus sur table ;
    - l'équipe d'ingénieurs de chez LT/AD (voire même un seul de leurs stagiaires de 3e ) fera mieux que toi, pour quasiment rien. http://www.linear.com/parametric/hig...ent_amplifiers
    (toi étant bien sûr à prendre au sens large )

    http://forums.futura-sciences.com/at...s-ampsort2.gif > on reconnait une structure d'AOP ou d'ampli audio de base : paire différentielle / ampli / étage de sortie. https://fr.wikipedia.org/wiki/Amplif...nement_interne

    http://forums.futura-sciences.com/at...s-ampsort3.gif > un schéma réutilisant des éléments assez classique : un étage buffer sans amplification et sans contre-réaction suivit d'un étage amplificateur en tension et d'un buffer de sortie. Avec une (légère ?) contre réaction. Des résistances d'émetteurs seraient un bon plus.
    Dernière modification par Antoane ; 05/01/2017 à 15h54.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  12. #9
    Yvan_Delaserge

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    Bonjour,

    Sauf si tu as une bonne raison de le faire (refus d'utiliser des CI exotiques, cahier des charges particulier, plaisir de la chose...), mieux vaut éviter de se lancer dans un ampli discret :
    - bidouiller un ampli ayant une telle bande passante et une telle sortance est loin d'être trivial, déjà sur simulateur, encore plus sur table ;
    - l'équipe d'ingénieurs de chez LT/AD (voire même un seul de leurs stagiaires de 3e ) fera mieux que toi, pour quasiment rien. http://www.linear.com/parametric/hig...ent_amplifiers
    (toi étant bien sûr à prendre au sens large )
    ça, c'est un point fondamental, quelque chose que je ne savais pas et je te remercie, Antoane, pour cette précision. Ce sera donc un IC, pas un circuit discret. Reste à déterminer lequel.

    Tropique nous donne le cahier des charges suivant:
    GBW>125MHz,
    SR>250V/µs et
    caractéristiques DC suffisantes pour se passer de DC-servo.

    Les deux premiers points OK, le gain x bandwith figurent dans toutes les datasheet, de même que le slew rate.
    Mais je me demande ce qu'il a voulu dire par " caractéristiques DC suffisantes pour se passer de DC-servo".

    Tropique a écrit le fil cité ci-dessus il y a quelques années. Actuellement chez Analog Devices on a des produits probablement plus récents.

    Il y a par exemple le AD 8016 avec un Iout de 420 mA. GBW et SR sont conformes à ses spécifications.
    Pour le ADA4851-2 qu'il signale, le Short-Circuit Current Sinking/sourcing est de respectivement 110/90 mA
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  13. #10
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Bonjour,

    D'autre répondraient mieux que moi à cela, mais, si je ne m'abuse :
    certain ampli, notamment les ampli vidéos, passent pas (ou mal) le dc (car c'est inutile). Pour les forcer à ce que l'offset sur le signal d'entrée se retrouve en sortie, il faut ajouter une boucle externe (lente) qui fait varier la polarisation de l'ampli de manière à ce que le signal de sortie ai la bonne valeur DC.

    C'est ce que Tropique appelle un "DC-servo".

    Le principe de base est schématisé ci-dessous :
    fs_30.png
    U1 est l'amplificateur de puissance, ici câblé en suiveur. La relation entre tensions d'entrée et de sortie est unitaire en ac (normal : c'est un suiveur : Vout=Vin), mais inconnue ou variable en dc (il n'a pas été conçu pour). On mesure donc la tension de sortie moyenne <Vout> qui est comparée à la tension moyenne d'entrée <Vin> par U2. La tension envoyée en entrée de l'ampli de puissance est donc égale à la composante AC du signal utile + une certaine composante continue, ajustée par U2 de manière à ce que <Vin> = <Vout>.

    C'est une structure, ou en tout cas un principe général, que l'on retrouve (retrouvait ?) pour compenser les offsets d'AOP.
    Cf. www.linear.com/docs/4105, par ex. fig. 16 et B2



    Selon la bande de fréquence que peux sortir ton GBF, ton ampli de sortie n'a peut-être pas besoin d'autant de bande passante. La raison d'être des amplis affichant 200MHz de GBW, c'est de vouloir osciller sans raison
    Dernière modification par Antoane ; 07/01/2017 à 14h28.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  14. #11
    Yvan_Delaserge

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Génial, merci Antoane.

    En effet dans ce que je compte construire il ne va pas être nécessaire de descendre jusqu'au continu.
    Il s'agit d'un générateur à DDS de 1 Hz (ou presque) à 30 MHz. Mais l'intérêt du montage réside plutôt dans les fréquences > 100 Khz disons... On verra en temps voulu.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  15. #12
    DAUDET78

    Re : Amplificateur de sortie d'un générateur de fonctions

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    La raison d'être des amplis affichant 200MHz de GBW, c'est de vouloir osciller sans raison
    j'adore la conclusion qui montre une longue pratique de ces amplis de Formule I !
    J'aime pas le Grec

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