Les atouts des amplificateurs composites

Zachariah Peterson
|  Créé: September 29, 2021

planète informatique avec grille de circuit

Il arrive souvent que vous ayez besoin d’un amplificateur offrant simultanément une puissance élevée, un faible bruit, un taux de balayage important et une large bande passante. Cependant, réunir tous ces objectifs de conception n’est pas possible avec les composants basiques présents dans le commerce. Une des solutions envisageable est l’utilisation créative de plusieurs amplificateurs dans une conception d’amplificateur composite. En utilisant le bon amplificateur composite, vous pouvez créer un amplificateur unique qui combine les meilleures caractéristiques de chaque étage d’amplificateur. Découvrez les points à prendre en compte lorsque vous travaillez sur une conception d’amplificateur composite et comment évaluer votre conception avec des outils de simulation de circuit.

Qu’est-ce qu’un amplificateur composite ?

Un amplificateur composite est constitué d’au moins deux amplificateurs. Le schéma de circuit typique implique minimum deux amplificateurs opérationnels, mais un véritable amplificateur composite peut comporter plus de deux amplificateurs. Ce type d’amplificateur est similaire à un amplificateur en cascade ou à plusieurs étages. Il est utile de différencier chaque type d’amplificateur pour mieux comprendre les avantages d’un amplificateur composite.

Schéma du circuit de l’amplificateur composite

L’image ci-dessous montre un exemple général de schéma de circuit d’un amplificateur composite. Chaque amplificateur de cet exemple est un amplificateur opérationnel mis en œuvre de manière classique. Il existe une rétroaction partagée entre la sortie et le premier amplificateur A1. Le deuxième amplificateur A2 possède sa propre boucle de rétroaction, en plus de la rétroaction partagée pour l’ensemble de l’amplificateur composite. De cette façon, le deuxième amplificateur fait essentiellement partie de la boucle de rétroaction du premier amplificateur, qui est formée avec la boucle A2→R2→A1.

Schéma du circuit de l’amplificateur composite

Amplificateurs à étages multiples, en cascades ou composites

Ces différents types d’amplificateurs peuvent être confondus les uns avec les autres, et pour une bonne raison. Un amplificateur multi-étage contient un amplificateur dans chaque étage, et chaque étage peut avoir sa propre topologie ou impliquer plusieurs amplificateurs (y compris des amplificateurs composites). Tous les amplificateurs en cascade sont des amplificateurs multi-étage, mais l’inverse n’est pas nécessairement vrai. Souvent les termes « amplificateurs à plusieurs étages » et « amplificateur en cascade » sont utilisés pour désigner la même chose.

La principale différence entre ces types d’amplificateurs est la manière dont les fonctions de transfert de chaque amplificateur se combinent pour produire une fonction de transfert de l’amplificateur entier en régime linéaire. Pour un amplificateur en cascade ou amplificateur à plusieurs étages, la fonction de transfert totale est le produit des fonctions de transfert individuelles de chaque amplificateur, en supposant que tous les étages de l’amplificateur fonctionnent dans leurs régimes linéaires respectifs. En général, ce n’est pas le cas pour un amplificateur composite. Comme nous pouvons le voir sur le schéma de circuit ci-dessus, le gain total dépend de la façon dont la rétroaction partagée et la rétroaction du deuxième étage sont mises en œuvre. Le tableau ci-dessous présente un bref résumé de ces différents types d’amplificateurs et la façon dont la rétroaction intervient entre les différents étages.

Type d’amplificateur

Gain

Boucle de rétroaction

Composite

Dépends de la conception de la boucle de rétroaction

Plusieurs amplificateurs sont connectés en série avec une boucle de rétroaction partagée. Chaque amplificateur peut avoir des boucles de rétroaction individuelles.

En cascade

Multiplié

Plusieurs amplificateurs en série, où chaque amplificateur a sa propre boucle de rétroaction et il n’y a pas de rétroaction partagée.

À plusieurs étages

Multiplié

Plusieurs étages d’amplification sont utilisés en série, où chaque étage peut avoir une topologie différente.

 

Conception des amplificateurs composites

Gain et largeur de bande

Il est important de comprendre les points fondamentaux de la construction d’un amplificateur composite. Le premier point est la relation entre le gain composite de l’amplificateur composite global (défini par R1 et R2) et les gains individuels de chaque amplificateur. Bien que les gains soient multiplicatifs, le gain A1 est (Gain total)/(Gain de A2). Ce gain est entièrement défini par la sortie de A2 et la boucle de rétroaction partagée. L’objectif du réglage de la largeur de bande du gain est d’éviter que les amplificateurs individuels plafonnent. Cela limite alors le plafonnement de la fonction de transfert composite. L’atténuation correspond à celle d’un amplificateur d’ordre supérieur (produit des ordres des amplificateurs individuels).

Second étage

Le choix d’un amplificateur de second étage, plus puissant et plus rapide que le premier étage, augmente la stabilité de la conception globale. Par exemple, des amplificateurs similaires à l’ADA4870 sont une bonne option, car ils ont tendance à ne pas être affectés par les variations du produit gain-bande passante. C’est une variable d’ajustement importante qui permet d’optimiser la stabilité du circuit.

Compensation de fréquence

Un outil de simulation permet de concevoir la compensation de fréquence pour s’assurer que la conception de l’amplificateur ne présente pas d’instabilités dans l’un des étages. L’objectif est de maintenir la marge de phase dans les limites lors du pilotage d’une charge capacitive. La compensation de fréquence est normalement appliquée avec des condensateurs de retour pour amener le déphasage à l’entrée du premier étage. L’analyse des transitoires et des diagrammes de Bode dans un logiciel de simulation de circuits électroniques analogiques (comme SPICE) avec des modèles de composants réels, indiquent si le circuit amplificateur composite est stable.

Si vous concevez un étage d’amplification pour une carte analogique et que vous devez utiliser des simulations pour l’analyse de sa stabilité, les outils de conception et d’implantation de circuits Altium Designer vous aident à optimiser votre conception pour éviter les oscillations. Vous pouvez importer des modèles de simulation pour des composants réels, définir votre table de perçage et préparer tous les autres livrables pour la fabrication.

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A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Zachariah Peterson possède une vaste expérience technique dans le milieu universitaire et industriel. Avant de travailler dans l'industrie des PCB, il a enseigné à la Portland State University. Il a dirigé son M.S. recherche sur les capteurs de gaz chimisorptifs et son doctorat en physique appliquée, recherche sur la théorie et la stabilité du laser aléatoire. Son expérience en recherche scientifique couvre des sujets tels que les lasers à nanoparticules, les dispositifs électroniques et optoélectroniques à semi-conducteurs, les systèmes environnementaux et l'analyse financière. Ses travaux ont été publiés dans diverses revues spécialisées et actes de conférences et il a écrit des centaines de blogs techniques sur la conception de PCB pour de nombreuses entreprises. Zachariah travaille avec d'autres sociétés de PCB fournissant des services de conception et de recherche. Il est membre de l'IEEE Photonics Society et de l'American Physical Society

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