Préampli/ampli casque monoétage "High Perf"

[Jacques92]

La voie qui est choisie pour ce buffer / amplificateur est une structure minimaliste mono-étage avec application de la solution visant à geler la polarisation des transistors critiques de l’étage pour obtenir de très bonnes performances. Les paramètres rendus constants seront la tension et le courant des transistors car cela permettra de neutraliser les capacités parasites, de neutraliser les distorsions introduites par ces transistors, y compris la distorsion thermique et les problèmes de dérives thermique influant sur l’offset de sortie, ce dernier point dans la limite de l’action de la température extérieur. Le fonctionnement de l’étage sera en classe A car toute incursion en classe B implique un blocage des transistors et donc un changement de polarisation, ceci allant à l’encontre du concept initial.
Même si la structure de cette réalisation se veut minimale, il n’en reste pas moins que le circuit ne sera pas simple pour autant car il faut mettre en œuvre le système visant à gérer la polarisation en courant et tension.

Le but de cette réalisation est de pouvoir fonctionner en mode buffer (amplificateur de courant) ou en mode amplificateur (de tension et de courant). Bonne nouvelle, il est possible à partir d’un buffer d’obtenir un amplificateur.La structure de base, minimale, sera donc un buffer :



Cette structure peut être transformée en amplificateur, en ajoutant simplement deux résistances et en changeant la disposition des éléments :


Cette réalisation consiste donc à concevoir le buffer noté X2 sur les deux schémas, selon une structure minimaliste monoétage dont les transistors critique voient leur polarisation en tension et courant stabilisée.

Pour le choix de l’élément actif principal, cela sera un transistor bien-sûr, élément le plus simple à notre disposition pour amplifier du courant dans une version petit et moyenne puissance. Pour la fonction amplificateur de courant, n’importe quel transistor répond au besoin. Pour la fonction suiveur, il faut pouvoir fixer une tension nulle entre l’entrée et la sortie, c'est-à-dire une tension Vce ou Vgs nulle. Un seul type de transistor répond au besoin le transistor à effet de champ. Hélas, le transistor FET de puissance à Vgs « nullable » , disponible, n’étant pas accessible, il nous reste la solution du transistor bipolaire ou du MOSFET. Le MOSFET a été sélectionné car il a le gros avantage d’avoir une grande impédance entrée, ce qui nous est fort utile dans le cadre d’une solution mono-étage devant offrir une impédance d’entrée élevée.

La structure initiale du buffer (point de départ de la conception) :



C’est un buffer sans contre-réaction. L’élément principal est le MOSFET canal-N M1 monté en single-ended avec la source de courant I1. Il assure la fonction d’amplification de courant. Toutefois il ne peut prétendre assurer la fonction suiveuse à une constante près : son Vgs. Le MOSFET Canal-P M2 et R1 chargés par la source de courant I1 assurent simplement une fonction de décalage de tension fixe. Combiné avec le Vgs de M1 permet de réaliser la  fonction suiveuse Vout = Vin.

Il ne reste plus qu'à faire évoluer ce schéma pour que les point de polarisation des deux transistors soit gelés :
- courant Id constant
- tension Vds constante
Ce qui implique :
- dissipation constante (P = id x Vds = constante x constante)
- Tension Vgs constante car Id constant et Vds constante
- Tension Vds constante car Vds et Vgs constante
- capacité Cgd neutralisée car Vgd constante donc ICgd nul
- capacité Cgs neutralisée car Vgs constante donc ICgs nul
- capacité Cds neutralisée car Vds constant donc ICds nul