question montage push-pull

[le type en vacances]

Bonjour à tous,

Je suis en train d'essayer de comprendre le fonctionnement des montages à transistors et j'en suis arrivé aux montages push-pull.
j'ai donc réaliser le montage suivant sous LTspice :



VCC et VEE sont respectivement 24V et -24V.
les transistors Q2 et Q3 sont montés en "diodes" l'idée étant, vous l'aurez compris, de multiplier les étages de sortie (paire Q1 Q4) afin de diviser le courant de sortie à travers plusieurs transistors (et oui à défaut d'imagination on fait un ampli audio).

Je me heurte cependant à un petit soucis qui est quand même très embêtant : quand Vin dépasse les 2,7V d'amplitude le signal de sortie commence à être écrêté, dommage pour un ampli...

Augmenter la tension d'alimentation en ajustant les résistances R2 et R4 afin d'avoir le même courant de repos n'a pas vraiment d'effet sur cette limite de Vin.
Par contre, augmenter le courant de repos me permet de monter un peu plus haut en tension d'entrée mais l'effet n'est pas flagrant... Passer de 4.93mA à travers R1 à 10mA me permet de monter Vin à 3,9V.

Mes questions ici sont :

- pourquoi ce blocage au niveau de la tension du signal d'entrée ?
- comment puis-je faire pour m'en débarrasser sachant que dans l'idée on voudrait aller chercher un peu de puissance en sortie et avoir un rendement correct ?

Mes connaissances et électroniques analogiques ne sont pas assez poussées pour répondre à ces questions... je fais plus dans les ponts de graetz à thyristors pour commuter quelques MW, c'est bien trop fin et délicat pour moi

d'avance merci de votre aide.
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[Vincent PETIT]

Bonjour,

[...] quand Vin dépasse les 2,7V d'amplitude le signal de sortie commence à être écrêté, dommage pour un ampli...

- pourquoi ce blocage au niveau de la tension du signal d'entrée ?

Parce qu'un étage Push-Pull est un ampli de courant, il n'a pas de gain. Q1 et Q4 sont montés en suiveur (collecteur commun ou émetteur-suiveur).

L'amplificateur de tension se place avant le push-pull et ce dernier est dans la contre-réaction (charge vers l'entrée -) pour diminuer la distortion de croisement, comme ci dessous. Ici l'ampli est un suiveur mais rien ne t'empêche de faire passer la contre réaction par un pont diviseur de tension afin d'avoir du gain en tension.

[Antoane]

Bonjour,

Le gain en courant du montage est probablement trop faible, et l'étage de sortie n'a pas assez de courant de repos : les transistors de sortie n'on pas suffisament de courant de base.

A la louche : avec une charge de 4 Ohm et une tension de sortie de 2.7V, le courant de sortie demandé est de ~1.5A. Avec un gain de ~ 200, le transistor a besoin de ~ 7.5 mA de courant de base... soit bien plus que ce que tu lui offres.
Ca se vérfiie aisément en simulation : il devrait toujours s'ècouler un courant dans les émetteurs de Q2 et Q3.

Ca se solutionnepar exemple en demadant moins de courant en sortie , ou en ajoutant du courant de bias, en mettant le push-pull dans la boucle de retro-action d'un AOP (cf post #2), ou en augmentant le gain de l'étage de sortie (darlington ou paire de Sziklai https://fr.wikipedia.org/wiki/Paire_de_Sziklai), ou en changeant de structure

Nota : en pratique le courant demandé est trop grand pour les transistors spécifiés.
Avec une alimentation symétrique, a prior, pas besoin de condesateur de couplage en sortie.

[le type en vacances]

Salut Vincent,

Je suis d'accord sur le fait que je n'auras pas de gain en tension. Là où j'ai plus de mal à comprendre c'est que la tension de sortie est censée suivre la tension d'entrée.
c'est le cas jusqu'à ce que j'arrive aux fameux 2 ou 3V.

Lorsque je retire toute polarisation des transistor Q1 et Q4 le suivi de tension se passe à merveille, j'ai évidement une distorsion au croisement due à la tension Vbe.

Pour ce qui est de l'amplification en tension j'ai déjà plus ou moins bien compris le montage en émetteur commun.
Par contre si on imagine une puissance de sortie efficace de 100W sur une charge de 4 ohms je devrais forcément avoir une tension d'environ 28V crête à crête.
On ne parleras pas ici du choix des composants, à l'origine j'ai utilisé des tip41 et tip42 mais, comme les modèles de simulation n'était pas inclus dans LTspice et provenait du web j'ai réitéré l'expérience avec des composants présents de base dans le logiciel pour être sur que ce ne soit pas la faute au modèle.

Là où ça deviens vraiment frustrant c'est qu'en diminuant la charge le montage se met à fonctionner correctement mais les TIP41 et 42 sont censé pouvoir admettre un courant de 6A alors que là je monte à 900mA max avec 5V de signal en entrée

voici les résultats de simulation que j'obtiens avec les TIP41C et TIP42C :

Vin = 2V
Pièce jointe 507319

Vin = 5V
Pièce jointe 507320

Vin = 20V sans polarisation
Pièce jointe 507321

[A voir en vidéo sur Futura]

[le type en vacances]

Salut Antoane,

j'ai refais ma simulation avec des TIP41 et 42 (comme prévu à la base).
Plutôt que d'augmenter le courant de polarisation ne puis-je pas utiliser plusieurs étages push pull en parallèle ? les courants d'émetteurs des transistors sont censés s'additionner dans ce cas.(j'ai fais l'essai et apparemment non )

effectivement je n'ai plus de courant à circuler dans les émetteurs de Q2 et Q3 au moment ou arrive l'écrêtage de ma tension de sortie. Pourquoi ? En théorie ne doit il pas y avoir un courant à circuler dans Q2 tant que vin n'est pas 0,6V inférieur a VCC (et inversement pour Q3) ?

voila le schéma que j'ai testé (3 étages en parallèles) et ne faites pas attention aux labels Ve qui se baladent, je les ai retirés avant la simu.
plusieurs étages.png

et voila ce que j'obtiens en simu :
courants pas bon.png

De plus pourquoi est-ce que le montage fonctionne quand j'enlève ma polarisation ?

[Antoane]

> je n'ai plus de courant à circuler dans les émetteurs de Q2 et Q3 au moment ou arrive l'écrêtage de ma tension de sortie.

Pour faire simple, on va consdérer l'alternance positive, mais il en va de même pour l'autre.
Le courant de collecteur de Q1 est relié à son courant de base par la formule classique : Ic(Q1) = ß*Ib(Q1). La tension de sortie de l'amplificateur vaut Vout = R5 * Ic(Q1) = R5 * ß * Ib(Q1).
R2 sert de source de courant, qui se divise en 2 : une partie du courant sert à alimenter la base de Q1, pour rendre celui-ci "suffisament passant" (cf. équation ci-dessus), le reste du courant est "évacué" dans Q2.
Ib(Q1) est limité par R2 : Le courant dans R2 vaut environ : (Vout - Vbe)/R2, où Vbe ~ 800mV, la tension de seuil de la jonction base-emeteur des NPN.

Plus de courant dans l'émetteur de Q2 signifie que tout le courant possible passe dans la base de Q1, et donc qu'on est en limite, on ne peut pas davantage augmenter Ib(Q1). Puisque Ib(Q1) est limité, Ic(Q1) est également limité, et donc Vout est aussi limité - l'amplificateur est en saturation.


Solutions :
- augmenter ß en utilisant un darlington
- diminuer R2
-augmenter R5
etc.

Mais mettre des NPN de sortie en parallèle ne résout pas ce problème de saturation. Il résoud le problème lié au courant max acceptabl par les NPN avant qu'ils explosent.

[Vincent PETIT]

Tu peux aussi faire une structure en pont pour augmenter le courant dans la charge.

[le type en vacances]

Salut antoane,

Merci pour l'explication je n'y étais pas du tout ! Si je comprend bien Ib(max) serait donc égal à (VCC-Vbe)/(R2+R5+R1) ? soit en l'occurrence environ 5mA. Ca semble se vérifier vu que j'obtiens Ib(max) =4,44mA en simu.

Pour le coup j'ai préféré un montage type sziklai qui limitera la tension de seuil coté commande. vu qu'augmenter R5 n'est pas vraiment possible et que diminuer R2 transformera vite tout ça en chauffage d'appoint si je monte un peu en puissance...

mettre des NPN de sortie en parallèle ne résout pas ce problème de saturation. Il résoud le problème lié au courant max acceptabl par les NPN avant qu'ils explosent.

Maintenant que tu le dit... je sais pas où j'avais la tête, le courant de base ne va pas se démultiplier comme par magie... en ajoutant des transistors en NPN je ne fais diviser ce courant entre les différentes bases...

Vincent,
Pour le coup j'y pense pour la suite mais c'est pas dit que je procède comme ça, j'ai de quoi présenter presque 160Vdc à ma charge sur les deux alternances si je redresse bien la tension du secteur ce qui sera amplement suffisant dans un premier temps sans parler du fait que ça rajoute un inverseur quelque part dans le circuit pour pouvoir commander la deuxième partie du pont.

en tout cas merci pour votre aide sur ce sujet !

juste une dernière petite question :

Dans le cas d'un montage en sziklai je peux utiliser un transistor d'entrée plus "petit" que celui de sortie ?
j'aurais tendance à dire que oui vu que sont courant de collecteur sera celui de base du 2eme transistor
dans ce cas celui qui sert à la polarisation et qui est monté en diode devra être le même que le transistor d'entrée du montage sziklai ?
la aussi j'aurai tendance à être plutôt d'accord avec moi même vu que d'après ce que j'en comprend la tension de seuil de ce montage est Vbe du premier et que le deuxième va par contre créer une limite haute à cause de sa tension Vbe à lui.

j'ai bon ?

ça fait 3 questions je sais

[Antoane]

Bonjour,

diminuer R2 transformera vite tout ça en chauffage d'appoint si je monte un peu en puissance...

Certes, mais le courant de bias reste de l'ordre de quelques % du courant de charge, donc la puissance dissipée via le courant de bias est peanuts devant celui dissipé par les transistors de puissance.

Dans le cas d'un montage en sziklai je peux utiliser un transistor d'entrée plus "petit" que celui de sortie ?
j'aurais tendance à dire que oui vu que sont courant de collecteur sera celui de base du 2eme transistor
dans ce cas celui qui sert à la polarisation et qui est monté en diode devra être le même que le transistor d'entrée du montage sziklai ?

Oui.

Note qu'un paquet d'ingénieurs travaillé sur ce genre de circuit... Réinventer la roue est didactique, mais si le but est d'avoir des résultats, il y a de meilleures (plus rapide, plus performantes) approches.

[le type en vacances]

justement c'est là toute l'idée ! Je fais ça avant tout dans un but d'apprentissage et pas de recopier un schéma déjà tout fait.
Avec le temps je me suis aperçu que je comprenais bien mieux les choses en les "réinventant"
Le résultat que je cherche ici c'est avant tout de pas faire sauter les plombs ni mettre le feu a la baraque Et aussi de maîtriser un peu mieux le sujet