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Le retour de la distorsion thermique - Version imprimable

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Le retour de la distorsion thermique - forr - 05/03/2017 00:04:05

Les passionnés d'amplification à transistors se souviennent tous des études d'Héphaïstos parues dans L'Audiophile avec notamment ses recherches sur la distorsion thermique des amplificateurs.

Il serait logique que, si celle-ci est significative, l'amplification des sinus en dessous de, disons, 200 Hz en soit affectée. A l'époque, Héphaïstos n'a pu le mettre en évidence, faute de distorsiomètre assez pointu.

Depuis, trente ans ont coulé sous les ponts et maintenant on est capable de mesurer des taux distorsion harmonique se situant entre 0.001% et 0.0001%, voire moins encore.

Habitué de ces fonds abyssaux Douglas Self s'est plongé une fois de plus dans son schéma de base. Il n'est pas rentré bredouille, il a pêché quelques manifestations thermiques dans la distorsion harmonique : elle présente une remontée très douce dans les basses fréquences.

Premier suspect : le composant passif [<- edited] qui est soumis à la plus forte variation de tension, à savoir la résistance de contre-réaction branchée à la sortie, elle contribue à cette remontée. Il est facile de diminuer l'effet thermique dont elle est sujette en la remplaçant par un réseau de plusieurs résistances serie/parallèle de valeur résistive égale mais présentant une inertie thermique plus grande. La remontée de la distorsion s'amenuise mais sans atteindre l'irréprochable.

A quoi faut-il s'attaquer après ? Self se pose la question d'une
présence de l'existence de distorsion thermique dans le différentiel d'entrée (contre laquelle Héphaïstos a proposé une dizaine de cicruits).

"Work in progress" c'est ainsi qu'il termine son diaporama présenté à Varsovie en 2015, dont le fichier peut être téléchargé ici :

http://www.douglas-self.com/ampins/Warsaw%202015%20thermal%20distortion2.ppt

Il me semble qu'avec un circuit inverseur, la distorsion thermique de l'étage d'entrée devrait être très faible puisqu'il est soumis à des variations de tension infimes, alors que ces mêmes variations sont quasi égales au signal d'entrée avec une configuration non-inverseuse.

On remarque d'ailleurs que la configuration inverseuse semble rencontrer depuis quelque temps un regain de faveur auprès des concepteurs.

Attention à ceux qui en font des essais : un défaut peu connu de cette configuration, c'est que si son entrée reste en l'air ou voit une impédance d'entrée trop élevée, le circuit amplificateur peut connaître des problèmes de stabilité, son gain de boucle devenant très élevé.


RE: Le retour de la distorsion thermique - Jean-ClaudeRL - 05/03/2017 09:46:43

Bonjour à tous
Douglas Self toujours très intéressant.
La question que je me pose toujours avec les amplificateurs est celle de la distorsion totale de l'ensemble de reproduction, donc de la distorsion des enceintes (et des cellules pour les utilisateurs de vinyles).
Une mesure de la H3 à 40Hz, à un niveau réaliste, d'une enceinte montre plutôt des valeurs de l'ordre du pour-cent?


RE: Le retour de la distorsion thermique - rliyung - 05/03/2017 10:26:00

Bonjour Jean-Claude,

Forr ouvre un sujet intéressant, on va essayer de rester dans le sujet.

a+mitiés raoul


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 12:20:11

Bonjour Forr,

Merci de nous rappeler ce pan de l'électronique audio linéaire à transistors.
Je me permets une petite illustration de l'origine du problème (Courant collecteur en fonction de Vbe et de la Température) :
[attachment=16624]

On comprend dès une simple mesure en régime continu, qu'un transistor se révèle être un véritable thermomètre. Si T° augmente, Ic augmente, ce qui pousse à l'emballement d'ailleurs.

En régime variable, je pense qu'il ne faut pas rester à une mesure de distorsion harmonique suivant la température, mais passer à un calcul de décomposition harmonique d'un burst, période par période. Burst à l'image d'une enveloppe de note. Burst généré à l'entrée de l'amplificateur et mesuré à sa sortie. Mathématiquement, c'est possible, informatiquement aussi j'imagine. Le rapport de test pourrait être une représentation 3D : niveau de distorsion en y, numéro de période en x et rang harmonique en z.

Des cartes son 24 bits très faible DHT, des codeurs fous, des sandwichs, des sacs de couchage... le premier hackaton Mélaudia ?

Bien à toi, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 12:38:32

Je suis par ailleurs persuadé qu'un fonctionnement en commutation plutôt qu'en linéaire, est dédouané de cette distorsion thermique. Et l'écoute des meilleurs amplis PWM me laisse l'entendre, d'autant plus quand on se dédouane aussi de la conversion N/A petits signaux. Vive les Full Digital Amplifiers (du futur) !


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 12:46:29

A cette distorsion thermique, j'associerais bien la distorsion mémoire des isolants, voire la distorsion de gigue liée aux variations de la tension d'alimentation suivant la modulation musicale.

Trois distorsions d'enveloppe ? La "DET" dans les prochains compte-rendus de mesure ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 12:59:40

Forr,

"Premier suspect : le composant qui est soumis à la plus forte variation de tension, à savoir la résistance de contre-réaction branchée à la sortie"

Je ne l'aurais pas mis en tête, vu tous les transistors sur le parcours. D'autant qu'il est facile de ne pas choisir une faible valeur résistive (P=U²/R). Avec 2.2kR sur 28Vrms, 360mW, c'est forcé le trait de la part de Doug...

Avec 10kR, 78mW, quatre fois moins de risque. La résistance de 100R passe à 470R, le condensateur de 1000µF passe à 220µF.


RE: Le retour de la distorsion thermique - PFB - 05/03/2017 13:09:33

JM Plantefeve a écrit :
Des cartes son 24 bits très faible DHT, des codeurs fous, des sandwichs, des sacs de couchage... le premier hackaton Mélaudia ?


Si le signal n'est pas répétitif mesurer la distortion aussi bas que -100/-120dB va poser des problèmes.

J'arrive à mesurer vers -130dB mais les petits circuits analogiues prennent du temps à faire la part des choses. 30 minutes de préchauffage, 20 secondes stabilisation.

Je aussi suis équipé pour générer des signaux purs et là aussi la cavalerie prend du temps à s'aligner, des dizaines de secondes.

Le burst c'est bien mais le rapport signal sur bruit est assez pauvre, disons de 0,1% de THD tiendra déjà du miracle.

PFB


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 13:42:21

PFB,

"J'arrive à mesurer vers -130dB mais les petits circuits analogiques prennent du temps à faire la part des choses."

Je n'évoquais pas une mesure après filtrage sélectif, mais un calcul à partir d'échantillons numériques. Les seuls éléments analogiques seraient les convertisseurs N/A et A/N.

24 bits, 192kHz, calcul des coefficients de Fourier (a0, an, bn) pour chaque période T échantillonnée. Je ne sais pas le coder, mais une joyeuse bande de geeks challengée sous Scilab, certainement...

Et je ne serais pas surpris qu'une fois analysée sur burst plutôt que sur sinus permanent, la distorsion d'enveloppe dépasse le 1%. Entendues les différences (subjectives ?) entre amplificateurs.


RE: Le retour de la distorsion thermique - PFB - 05/03/2017 15:59:44

JM Plantefeve a écrit :
Je ne sais pas le coder, mais une joyeuse bande de geeks challengée sous


Il te faut un analyseur de spectre Hewlett Packard avec l'option "sweep gating" et un opérateur pas trop rouillé, ce genre d'appareil est vite consteller de boutons....

L' HP sera capable d'analyser un tone burst fenêtré sur la partie centrale d'un burst (sans le début, ni la fin) et de calculer la distortion.

Je vais voir à la cave si j'ai l'option "sweep gating" sur mon HP.

PFB


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 05/03/2017 16:30:29

Bonjour Jean-Marc,

JM Plantefeve a écrit :
"Premier suspect : le composant qui est soumis à la plus forte variation de tension, à savoir la résistance de contre-réaction branchée à la sortie"[/color]
Je ne l'aurais pas mis en tête, vu tous les transistors sur le parcours.

Mea culpa, c'est une traduction de ce que dit Douglas Self mais avec une grosse omission de ma part, celle de l'adjectif qui va avec : composant passif.

Citation :
D'autant qu'il est facile de ne pas choisir une faible valeur résistive (P=U²/R). Avec 2.2kR sur 28Vrms, 360mW, c'est forcé le trait de la part de Doug...

Absolument. Mais ça montre que la distorsion thermique appartient au domaine du plus que ténu mais sans atteindre le seuil de l'inexistant.

Citation :
Avec 10kR, 78mW, quatre fois moins de risque. La résistance de 100R passe à 470R, le condensateur de 1000µF passe à 220µF.

Le bruit qui en découle, bien qu'infime, risque en partie de la masquer.

JM Plantefeve a écrit :
A cette distorsion thermique, j'associerais bien la distorsion mémoire des isolants, voire la distorsion de gigue liée aux variations de la tension d'alimentation suivant la modulation musicale.

La mémoire des isolants a été abordée par Bateman à propos des condensateurs :
http://web.archive.org/web/20091027010121/http://uk.geocities.com/cyrilb2@btinternet.com/capacitors_2.html
Son système d'investigation sur la qualité des composants comprend d'une part une analyse par FFT et d'autre part des mesures quasi-instantanées de la H2 et la H3 jusqu'à -120 dB grâce à des voltmètres à échelles de LED, elles sont particulièrement sensibles à la moindre évoution des conditions où se trouve le composant

L'étude de Bateman a mis en avant l'importance du diélectrique (= mémoire des isolants) pour laquelle se distingue la qualité des condensateurs céramique COG, récemment confirmée par Samuel Groner.

La gigue d'alimentation peut être contenue par des régulations de tension et de courant. Il n'est pas dit qu'en leur absence, on ne trouve pas quelques traces de distorsion thermique due aux variations des tensions d'alimentation.

Citation :
Je suis par ailleurs persuadé qu'un fonctionnement en commutation plutôt qu'en linéaire, est dédouané de cette distorsion thermique. Et l'écoute des meilleurs amplis PWM me laisse l'entendre, d'autant plus quand on se dédouane aussi de la conversion N/A petits signaux. Vive les Full Digital Amplifiers (du futur) !

Il me semble que les performances en distorsion harmonique annoncées sont encore loin de celles que l'on peut atteindre en analogique. Il peut y avoir d'autres raisons pour que le rendu final de Full Digital soit supérieur. Mais la commutation, qui reste malgré tout un processus analogique, de courants de plusieurs ampères n'est pas quelque chose d'anodin.

Citation :
En régime variable, je pense qu'il ne faut pas rester à une mesure de distorsion harmonique suivant la température, mais passer à un calcul de décomposition harmonique d'un burst, période par période. Burst à l'image d'une enveloppe de note. Burst généré à l'entrée de l'amplificateur et mesuré à sa sortie. Mathématiquement, c'est possible, informatiquement aussi j'imagine. Le rapport de test pourrait être une représentation 3D : niveau de distorsion en y, numéro de période en x et rang harmonique en z.

On peut montrer les phénomènes thermiques par d'autres façons que
l'analyse de la distorsion harmonique. Mais, à la condtiion qu'elle soit très fine, cette dernière présente l'avantage considérable d'une grande facilité d'interprétation pour orienter les recherches afin de ur la réduire (si on en ressent le besoin). S'appuyant sur un analyseur Audio Précision les vidéos de Jipihorn sur les convertisseurs NA en fournissent d'éclatantes démonstrations.

Cdt


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 16:40:32

PFB,

"Il te faut un analyseur de spectre Hewlett Packard avec l'option sweep gating"

Je te sais passionné et équipé d'appareils de mesure de haute volée, comme Hewlett Packard en a proposés. J'ai moi-même pu profiter d'un 3561 à la grande époque de Selectronic.

Mais ici, je propose de rêver à une mesure en rupture de tout cela, un carte son 24 bits 192kHz, un script Scilab sur ordi, une visu 3D.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 05/03/2017 16:47:26

Jean-ClaudeRL a écrit :
Douglas Self toujours très intéressant.
La question que je me pose toujours avec les amplificateurs est celle de la distorsion totale de l'ensemble de reproduction, donc de la distorsion des enceintes (et des cellules pour les utilisateurs de vinyles).
Une mesure de la H3 à 40Hz, à un niveau réaliste, d'une enceinte montre plutôt des valeurs de l'ordre du pour-cent?

Il est sûr que les distorsions ayant les électroniques d'amplification pour orgine sont bien moindres que celles des autres éléments de l'ensemble de reproduction. Mais on ne peut pas empêcher les concepteurs d'exercer leur savoir faire en allant déterrer la plus petite bête le plus profond possible. Ce n'est pas un mal dans la mesure où les rémèdes à une minuscule non-linéarité détectée coûtent rarement cher.
Après une période de relative indolence, on voit actuellement arriver sur le marché des amplis-op aux performances incroyables à des prix tout à fait abordables. Il y a une certaine unanimité quant à leur rendu. Le travail en amont pour les mettre au point peut-il être considéré comme inutile ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 16:53:33

Forr,

A propos des amplis PWM (tels que les FDA) : "Il me semble que les performances en distorsion harmonique annoncées sont encore loin de celles que l'on peut atteindre en analogique."
En sinus permanent, mais sur un signal richement variable (certains diraient, sur un signal musical), qu'en est-il de la distorsion d'enveloppe qu'on ne mesure pas encore ?

"... phénomènes thermiques ... analyseur Audio Précision ... vidéos de Jipihorn ... éclatantes démonstrations."
Je ne trouve pas, un lien ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 05/03/2017 18:24:01

Bonjour,
Monsieur Self disait dans les premières versions de son livre sur le design des amplis que cette forme de distorsion n'existait pas en argumentant qu'on ne voyait rien dans la mesure de distorsion harmonique en dessous 200Hz.
Une manière, à peine masquée, de mettre en cause les travaux de Gerard Perrot...
Maintenant il dit l'inverse ?
Cdlt. Jacques


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 05/03/2017 19:30:48

forr a écrit :
Il me semble qu'avec un circuit inverseur, la distorsion thermique de l'étage d'entrée devrait être très faible puisqu'il est soumis à des variations de tension infimes, alors que ces mêmes variations sont quasi égales au signal d'entrée avec une configuration non-inverseuse.


C'est pourquoi Perrot et Johannet conseillait ce type d'étage d'entrée. D'autant plus que dans ce mode inverseur, la soustraction du signal d'entrée avec celui de la CR est réalisé en passif (selon ces auteurs)
Toutefois, au delà du problème du non branchement de l'équipement source qui confère à l'instabilité, le gros problème est que le gain dépend de l'impédance de sortie de la source. Un potentiomètre ou une source à l'impédance de sortie qui fait le yoyo et c'est fichu...
Ce pose aussi le problème de la distorsion réintroduite à l'entrée par les éléments parasites au point milieu du réseau de CR.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 05/03/2017 20:46:55

jacquese a écrit :
Bonjour,
Monsieur Self disait dans les premières versions de son livre sur le design des amplis que cette forme de distorsion n'existait pas en argumentant qu'on ne voyait rien dans la mesure de distorsion harmonique en dessous 200Hz.
Une manière, à peine masquée, de mettre en cause les travaux de Gerard Perrot...Maintenant il dit l'inverse ? Cdlt. Jacques

On peut y voir une evolution de sa pensée consécutive à l'évolution du matériel.

Les premiers articles que Douglas Self a commencé à publier sur les amplificateurs de puissance et qui ont abouti à son livre "Audio power amplification design" datent de 1993. A l'époque, il ne disposait pas d'analyseurs aussi performants que les Audio Precision... mais il en a gagné un pour avoir écrit ces articles.
Comme il faut aller chercher largment en dessous de 0.001% de distorsion harmonique pour trouver l'influence d'effets thermiques, il en a conclu qu'ils n'étaient pas pertinents.

En feuilletant la sixième édition, on voit sur les graphiques qu'il y a souvent, mais pas sur tous, une légère remontée de la distorsion harmonique dans les très basses fréquences. La responsabilité se partage de partage entre le générateur sinus d'entrée, la non-linéarité du condensateur d'entrée (électrolytique de valeur importance chez Self) et le bruit de fond.

Je ne crois pas que Self ait eu connaissance des travaux de Perrot. il ne faut néanmois pas perdre de vue que ce dernier n'a pas jamais pu démonter de façon formelle que les étages d'entrée conventionnels des amplis de puissance introduisaient de la distorsion d'origine thermique. Cela ne retire cependant rien à la qualité et l'originalité de son travail.

Sur le forum Audax, j'avais livré en 2011 les résultats de quelques modestes tentatives que j'avais effectuées pour évaluer ce qu'il en était. J'avais utilisé le circuit de Schlotzaur, un suiveur de tension comportant un étage d'entrée différentiel NPN avec miroir de courant suivi d'un collecteur commun. Le banc de mesure était celui de Cyril Bateman (capable d'analyse jusqu'à 0.00006 %) . Le signal de test était de 4 Vrms, plus élevé que celui auquel sont soumis habituellement les amplificateurs de puissance. J'ai fait varier la tension d'alimentation positive et l'intensité délivrée par la source de courant constant du différentiel. Les faibles variations de THD ne m'ont pas permis d'arriver à une conclusion très probante.

Citation :
C'est pourquoi Perrot et Johannet conseillait ce type d'étage d'entrée. D'autant plus que dans ce mode inverseur, la soustraction du signal d'entrée avec celui de la CR est réalisé en passif (selon ces auteurs)
Toutefois, au delà du problème du non branchement de l'équipement source qui confère à l'instabilité, le gros problème est que le gain dépend de l'impédance de sortie de la source. Un potentiomètre ou une source à l'impédance de sortie qui fait le yoyo et c'est fichu...
Ce pose aussi le problème de la distorsion réintroduite à l'entrée par les éléments parasites au point milieu du réseau de CR.

Mike Renardson a pris les précautions nécessaires pour que l'entrée de son amplificateur à configuration inverseuse puisse rester en l'air sans partir en oscillation.
http://www.angelfire.com/ab3/mjramp/mjr7-mk5-notes.html
Les préamplis à transistors sérieux ou les processeurs pour haut-parleurs ont des impédances de sortie rarement supérieures à 300 Ohm, il n'y a donc pas trop de problèmes à employer des schémas inverseurs. De toute façon, inverseur ou pas, on a intérêt à toujours attaquer un ampli avec un signal à basse impédance.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 05/03/2017 21:03:41

JM Plantefeve a écrit :
Forr,

A propos des amplis PWM (tels que les FDA) : "Il me semble que les performances en distorsion harmonique annoncées sont encore loin de celles que l'on peut atteindre en analogique."
En sinus permanent, mais sur un signal richement variable (certains diraient, sur un signal musical), qu'en est-il de la distorsion d'enveloppe qu'on ne mesure pas encore ?

Peux-tu expliquer ce qu'est la distorsion d'enveloppe ?

Citation :
"... phénomènes thermiques ... analyseur Audio Précision ... vidéos de Jipihorn ... éclatantes démonstrations."
Je ne trouve pas, un lien ?

J'ai retrouve ces deux-ci, la première m'avait fasciné par ce qu'un analyseur permet de détecter :

https://youtu.be/vnzK-l18a7c

https://youtu.be/2QySxRcuPJs

Bons films !


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 05/03/2017 21:13:50

Forr, pour moi le problème n'est pas de voir si un ampli fait de la disto thermique dans les relevé de DHT. J'ouvre un datasheet de transistor. Je vois une inter-dépendance directe entre la dissipation, la température de la puce, et le tension Vbe. Ensuite tout bouquin d'électronique montre qu'un différentiel d'entrée déséquilibré en Vbe fait de la distorsion H2. On a donc au final, sans contredire la théorie, une variation de la distorsion H2 par effet mémoire. Ce que je retiens ici, c'est le mot variation... La question n'est pas de faire une mesure pour démontrer l'existence de distorsion thermique mais plutôt de trouver la moyen de mesurer.
Je ne vois pas bien comment une mesure de DHT peut bien révéler une "variation" de distorsion puisque que cette mesure calcule l'énergie moyenne spectrale par unité de temps...

Comme le dit Jean-Marc, il faut trouver un autre moyen pour la mesurer. La solution proposée avec la carte m'intéresse bien !


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 05/03/2017 23:07:22

Bonsoir Forr,

"Peux-tu expliquer ce qu'est la distorsion d'enveloppe ?"
Plutôt ce que serait la distorsion d'enveloppe. Messages #4 et #6.

"J'ai retrouve ces deux-ci"
Plus d'1h30 sur les mesures sur DAC. Mais vais-je y trouver notion de distorsion thermique chez nos amplificateurs de puissance !? Sujet de ce fil.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 06/03/2017 02:09:27

Bonsoir Jean-Marc

JM Plantefeve a écrit :
"Peux-tu expliquer ce qu'est la distorsion d'enveloppe ?"
Plutôt ce que serait la distorsion d'enveloppe. Messages #4 et #6.

Ok ma tête encombrée n'avait pas bien enregistré "l'enveloppe".

Citation :
En régime variable, je pense qu'il ne faut pas rester à une mesure de distorsion harmonique suivant la température

Précision : c'est la variation durant un cycle du sinus de la température des composants actifs d'un étage d'entrée qu'on soupçonne d'entraîner de la distorsion harmonique.
L'inertie thermique des composants fait que cette variation ne commence à manifester ses effets sur la caractéristique de transfert qu'aux très basses fréquences. A condition d'avoir les appareils qui s'y prêtent, une mesure de distorsion harmonique à 1 Hz ou moins le demontrerait beaucoup mieux.

Citation :
"J'ai retrouve ces deux-ci"
Plus d'1h30 sur les mesures sur DAC. Mais vais-je y trouver notion de distorsion thermique chez nos amplificateurs de puissance !? Sujet de ce fil.

C'était juste pour attirer ton attention sur la puissance d'analyse insoupçonnée qu'offrent les mesures de distorsion harmonique d'une manière générale.

jacquese a écrit :
Je ne vois pas bien comment une mesure de DHT peut bien révéler une "variation" de distorsion puisque que cette mesure calcule l'énergie moyenne spectrale par unité de temps...

Si ça concerne mes expériences de 2011 : ne disposant pas d'un système de mesure à fréquence glissante de très hautes performances, je me suis dit qu'en observant des étages d'entrée mis dans différentes conditions de courant et de tension, la distorsion harmonique différerait légèrement d'une mesure à l'autre, ce qui attesterait d'une sensibilité aux conditions thermiques des composants actifs.

Sinon, le système de Bateman (non adapté aux mesures aux très basses fréquences) est capable de montrer les évolutions rapides des harmoniques d'un sinus. D'où une autre possibilité que je n'ai pas testée qui consisterait à moduler les conditions du fonctionnement de l'étage d'entrée à une fraction de Hz et à regarder si les composantes de la distorsion harmonique à 1 kHz restent exactement à la même valeur. Si ce n'est pas le cas, il y a un indice d'une existence de modulation par effet thermique.

Citation :
Forr, pour moi le problème n'est pas de voir si un ampli fait de la disto thermique dans les relevé de DHT. J'ouvre un datasheet de transistor. Je vois une inter-dépendance directe entre la dissipation, la température de la puce, et le tension Vbe.


Avec un ampli à configuration standard de Self, on peut admettre qu'aux très basses fréquences les courants dans les transistors du différentiel d'entrée sont quasi constants.

Les variations de leur Vce sont égales à celle du signal d'entrée et engendrent pratiquement à elles seules les variations de puissance, et par conséquence de température, au sein de chaque puce.

La transconductance des transistors est dépendante du Vbe qui est très sensible à la température, laquelle est modulée indirectement par la tension d'entrée, comme on vient de le voir.

Il en résulte nécessairement une non-linéarité, assez identique pour les deux transistors. Elle se présente un peu comme un tension de mode commun. La simitude est telle que la question de savoir si ce n'était pas le même phénomène n'a pas manqué d'être posée à Peufeu quand il a présenté sur DiyAudio sa série "Memory distorsion", autre nom pour la distorsion thermique :
http://peufeu.free.fr/audio/memory/memory-1-theory.html déjà cité par Jean-Marc.

Pour éradiquer cette distorsion (pas bien grosse quand même, il faut le reconnaître) sur une configuration non inverseuse, le procédé le plus employé est le même que celui destiné à lutter contre les tensions de mode entre les entrées du différentiel : un cascode dont les bases communes sont référencées en tension aux émetteurs des transistors d'entrée (ou montage équivalent avec des FET).

Cdt.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 06/03/2017 02:46:52

J'avais lu en son temps les travaux de Peufeu. Ils sont très intéressants et résument très bien ce que peut être la distorsion harmonique dans un ampli avec un long tail en entrée.
Forr, si tu souhaites approfondir le sujet, le professeur Arto Kolinummi a traité ces différents aspects dans son livre "Audio Power Amplifiers". Lors d'échanges sur ce sujet avec Jan Didden, il m'avait conseillé cet écrit qu'il était juste en train de publier pour Linear Audio. Je n'ai pas été déçu. Tous les aspects de la distorsion thermique y sont traités en profondeur.

D'accord avec toi que dans un long tail, les deux transistors font un peu la même chose. Mais quand y regarde de près plus vraiment. Toutes les non-linéarités de l'ampli en BO (souvent d'autant plus fortes que le gain en BO est élevé) sont compensés par la CR, ce qui veut dire aussi que le signal appliqué sur l'entrée n'est pas le même que celui appliqué par la CR sur l'autre entrée. La dissipation des deux transistors n'est alors plus la même et distorsion thermique il y a bien.

Au simulateur, il est possible de voir ce qui ce passe réellement. Pour cela, il faut juste un modèle électronique fiable du comportement thermique de la puce. Avec les constantes thermiques des premiers premiers ordres, il y a largement de quoi simuler, sauf que pour un transistor donné on ne les a pas vraiment. J'ai fait des dizaines de simulations avec des modèles simples et il y avait bien des variations de Vbe entre les deux transistors, petites mais réelles. Mais sortir la variabilité de H2 c'est autrement plus difficile. Pour les simulations j'avais injecté un ou deux sinus de fréquences moyenne et élevée et un signal basse fréquence sous la forme d'une impulsion suivi d'une amortissement lent.
C'est dommage je n'ai pas conservé les fichiers microcap...


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 06/03/2017 12:30:57

Voilà qui me rappelle une conversation téléphonique avec Gérard Perrot (il y a... 20 ans !?) à propos d'un moyen détourné pour contrer la distorsion thermique des transistors : le montage cascode.

Réduction de la tension Vce au transistor modulant, donc réduction de la puissance dissipée et donc diminution de la gigue en température. A la façon de Doug pour sa résistance de contre-réaction.

Détourné car souvent le cascode est mis en place pour éviter l'effet Miller réducteur de bande passante. Et on a souvent lu : amplis rapides = amplis musicaux. Et si ce n'était pas dû à la rapidité ? (un sinus de 20kHz à 40W, ce n'est que 3.14V/µs). Mais à la distorsion thermique réduite ?

Forr :
"Pour éradiquer cette distorsion (pas bien grosse quand même, il faut le reconnaître) ..."
Permets-moi de recopier un de mes écrits de début de fil :
je ne serais pas surpris qu'une fois analysée sur burst plutôt que sur sinus permanent, la distorsion d'enveloppe dépasse le 1%. Entendues les différences (subjectives ?) entre amplificateurs

Bien à vous, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - GG14 - 06/03/2017 13:08:03

Citation :
Et si ce n'était pas dû à la rapidité ? (un sinus de 20kHz à 40W, ce n'est que 3.14V/µs). Mais à la distorsion thermique réduite ?


C'est une donnée intéressante. Spectral audio aux amplis à la bande passante semblant démesurément large indique un slew rate de 650V/µs.
http://www.spectralaudio.com/
Argument marketing ou technique avec du sens?

Merci pour l'information


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 06/03/2017 16:07:49

jacquese a écrit :
J'avais lu en son temps les travaux de Peufeu. Ils sont très intéressants et résument très bien ce que peut être la distorsion harmonique dans un ampli avec un long tail en entrée.
Forr, si tu souhaites approfondir le sujet, le professeur Arto Kolinummi a traité ces différents aspects dans son livre "Audio Power Amplifiers". Lors d'échanges sur ce sujet avec Jan Didden, il m'avait conseillé cet écrit qu'il était juste en train de publier pour Linear Audio. Je n'ai pas été déçu. Tous les aspects de la distorsion thermique y sont traités en profondeur.

J'ai été le premier et sans doute un des rares acheteurs français du bouquin de Kolinummi. Mon jugement est sévère. C'est de l'argent jeté par les fenêtres, dont je me console en pensant que Jan Didden qui fait un boulot exceptionnel en touche une petite part. Pour un connaisseur, ce n'est jamais qu'une compilation verbeuse de tout ce qui a été écrit précédemment en matière d'amplification rafinée pour en tirer des schémas extravagamment compliqués. Certain que je ne le rouvrirai plus, j'ai rapidement mis l'ouvrage en vente ( http://forums.melaudia.net/showthread.php?tid=5320&pid=61377#pid61377 ) sans trouver qui que ce soit d'intéressé, j'ai fini par le donner en même temps que la compilation "Audio" de Douglas Self. A ma connaissance, en matière d'amplification analogique, les apports récents les plus fructueux sont ceux de Samuel Groner et Giovanni Stochino.

Citation :
D'accord avec toi que dans un long tail, les deux transistors font un peu la même chose. Mais quand y regarde de près plus vraiment. Toutes les non-linéarités de l'ampli en BO (souvent d'autant plus fortes que le gain en BO est élevé) sont compensés par la CR, ce qui veut dire aussi que le signal appliqué sur l'entrée n'est pas le même que celui appliqué par la CR sur l'autre entrée.

La contre-réaction vise à rendre la tension sur l'entrée inverseuse égale à celle de la tension non-inverseuse. Plus le gain de boucle (taux de contre-réaction) est grand, plus la correction devrait se montrer efficace; mais il y a cet ennui, que en configuration non-inverseuse, la tension sur les deux entrées devient alors importante et la linéarité de l'étage d'entrée risque, sauf sophistications des circuits, de souffrir de non-linéarité de mode commun. D'où pour l'éviter, chez certains auteurs (Cherry, Ivor Brown cité Perrot) le choix d'une sensibilité d'entrée de 300 mV plutôt que l'habituelle 1 V ou un peu plus.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 06/03/2017 16:39:08

JM Plantefeve a écrit :
Voilà qui me rappelle une conversation téléphonique avec Gérard Perrot (il y a... 20 ans !?) à propos d'un moyen détourné pour contrer la distorsion thermique des transistors : le montage cascode.
Réduction de la tension Vce au transistor modulant, donc réduction de la puissance dissipée et donc diminution de la gigue en température.

Oui mais ça ne fonctionne de cette façon que si la tension de commande des transistors en base commune est référencée aux électrodes suiveuses de l'étage d'entrée. Si elle est référencée à la masse, comme on le voit souvent, la variation de tension Vce suit celle du signal d'entrée, et l'on aboutit parfois à l'effet inverse à celui escompté quant à la linéarité.
En fait, une façon de lutter contre la distorsion thermique ou de mémoire, c'est que les transistors d'entrée aient leur Vce maintenus à tension constante et qu'ils soient traversés par des courants les moins variables possibles. C'est une idée commune à Pass (qui ne l'a pas correctement appliquée) et à Perrot (qui n'a pas ménagé ses efforts pour la mettre en œuvre).

Citation :
Détourné car souvent le cascode est mis en place pour éviter l'effet Miller réducteur de bande passante. Et on a souvent lu : amplis rapides = amplis musicaux. Et si ce n'était pas dû à la rapidité ? (un sinus de 20kHz à 40W, ce n'est que 3.14V/µs). Mais à la distorsion thermique réduite ?

L'effet Miller est plus préoccupant pour le deuxième étage dit VAS de l'architecture standard car c'est là que se développe tout le gain en tension. Il faut toujours une capacité de compensation dont dépend la stabilité du circuit contre-réactionné. L'avantage du cascode à cet endroit est que la capacité interne du transistor, Cbc, dont la valeur varie en fonction de la tension au collecteur ne module plus la compensation.
Je ne crois pas qu'il faut attendre d'un cascode une amélioration considérable du slew-rate maximum du circuit (qui est toujours suffisant en audio).
Ce n'est pas vraiment en rapport avec le sujet, mais un émetteur suiveur inséré entre l'étage d'entrée et le transistor en émetteur commun de gain du VAS joue le même rôle vis à vis du Cbc que le transistor en base commune dans le montage cascode, et au final, s'avère plus efficace pour la linéarité globale du circuit.

Cdt.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 06/03/2017 20:07:43

forr a écrit :
J'ai été le premier et sans doute un des rares acheteurs français du bouquin de Kolinummi. Mon jugement est sévère. C'est de l'argent jeté par les fenêtres, dont je me console en pensant que Jan Didden qui fait un boulot exceptionnel en touche une petite part. Pour un connaisseur, ce n'est jamais qu'une compilation verbeuse de tout ce qui a été écrit précédemment en matière d'amplification rafinée pour en tirer des schémas extravagamment compliqués. Certain que je ne le rouvrirai plus, j'ai rapidement mis l'ouvrage en vente ( http://forums.melaudia.net/showthread.php?tid=5320&pid=61377#pid61377 ) sans trouver qui que ce soit d'intéressé, j'ai fini par le donner en même temps que la compilation "Audio" de Douglas Self.


On est au moins deux alors ! Moi j'ai bien aimé. Question de gout. J'ai certainement aimé ce que tu as détesté Big Grin En matière de conception électronique nous n'avons certainement pas la même sensibilité. J'avoue que les variations autour du schéma standard d’amplification me laisse quelque peu insensible.

forr a écrit :
A ma connaissance, en matière d'amplification analogique, les apports récents les plus fructueux sont ceux de Samuel Groner et Giovanni Stochino.


A chacun ses héros !


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 06/03/2017 20:26:50

forr a écrit :

Citation :
Détourné car souvent le cascode est mis en place pour éviter l'effet Miller réducteur de bande passante. Et on a souvent lu : amplis rapides = amplis musicaux. Et si ce n'était pas dû à la rapidité ? (un sinus de 20kHz à 40W, ce n'est que 3.14V/µs). Mais à la distorsion thermique réduite ?

L'effet Miller est plus préoccupant pour le deuxième étage dit VAS de l'architecture standard car c'est là que se développe tout le gain en tension. Il faut toujours une capacité de compensation dont dépend la stabilité du circuit contre-réactionné. L'avantage du cascode à cet endroit est que la capacité interne du transistor, Cbc, dont la valeur varie en fonction de la tension au collecteur ne module plus la compensation.
Je ne crois pas qu'il faut attendre d'un cascode une amélioration considérable du slew-rate maximum du circuit (qui est toujours suffisant en audio).
Ce n'est pas vraiment en rapport avec le sujet, mais un émetteur suiveur inséré entre l'étage d'entrée et le transistor en émetteur commun de gain du VAS joue le même rôle vis à vis du Cbc que le transistor en base commune dans le montage cascode, et au final, s'avère plus efficace pour la linéarité globale du circuit.
Cdt.


Il y a en plus des avantages cités d'un vrai cascode à l'entrée un apport qui est loin d'être négligeable. En neutralisant la capacité Cbc (ou Cgd pour les unipolaires) on évite la réinjection de courant parasite dans l'impédance de la source. On peut appeler cela de la "distorsion d'entrée". Le circuit actif ne peut absolument rien y faire. C'est produit avant même l'étage d'entrée. J'ai relevé dans certaines configurations standards une distorsion d'entrée quasi égale à la distorsion de sortie du montage, ce qui veut dire que cette distorsion d'entrée est prépondérante !


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 06/03/2017 22:52:08

Bonsoir Forr,

"c'est la variation durant un cycle du sinus de la température des composants actifs d'un étage d'entrée qu'on soupçonne d'entraîner de la distorsion harmonique"
Encore une fois, la distorsion thermique n'est certainement pas à voir sur une seule période ("un cycle du sinus") mais à analyser en variation sur un train de périodes, sous une enveloppe.

A propos du cascode :
"ce ne fonctionne de cette façon que si la tension de commande des transistors en base commune est référencée aux électrodes suiveuses de l'étage d'entrée. Si elle est référencée à la masse, comme on le voit souvent, la variation de tension Vce suit celle du signal d'entrée"
Il faut reconnaître que la référence à un potentiel continu est d'une mise en oeuvre plus simple. Et quand l'étage a un gain supérieur à 2, donc très souvent, une variation de Vce suivant le signal d'entrée (le millivolt) est déjà plus intéressante qu'une variation suivant le signal de sortie moins le signal d'entrée (le volt).

Appliqué au schéma de Doug (celui du diaporama), voici le résultat sou LTspice :
[attachment=16641]
  • Chronogramme du haut : puissance dissipée à un transistor du différentiel
  • Chronogramme du bas : tension de sortie sur une branche pour (Vin+ - Vin-) = 0.5mV
  • En vert : différentiel sans cascode, schéma de gauche
  • En rouge : différentiel avec cascode, schéma de droite
Que peut-on encore gagner en continuité thermique en se référençant "aux électrodes suiveuses de l'étage d'entrée" (pas simple) plutôt qu'à une polarisation fixe (comme ici) ?

Bien à toi, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 06/03/2017 23:49:48

Bonsoir GG14,

"Argument marketing ou technique avec du sens?"
Argument marketing et coup de bol insoupçonné ?

Bien à toi, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 07/03/2017 00:35:43

JM Plantefeve a écrit :
Que peut-on encore gagner en continuité thermique en se référençant "aux électrodes suiveuses de l'étage d'entrée" (pas simple) plutôt qu'à une polarisation fixe (comme ici) ?


Bonjour Jean-Marc,
J'ai peur qu'il n'en soit pas de même avec un signal d'attaque de 1V.
L'utilisation d'un FET en cascode référencé à l'entrée reste simple.
Cdlt. Jacques


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 07/03/2017 02:56:05

jacquese a écrit :
On est au moins deux alors ! Moi j'ai bien aimé. Question de gout. J'ai certainement aimé ce que tu as détesté Big Grin En matière de conception électronique nous n'avons certainement pas la même sensibilité.

Ce n'est pas une affaire de goût ou de sensibilité. Je n'ai strictement rien appris de nouveau avec ce livre que je considère comme ne proposant qu'une simple couche de complexité ajoutée aux idées qu'il a empruntées. Cela dit, ça fait des années que je suis de près les évolutions de la discipline et je suis peut-être trop exigeant quant à ma soif d'originalité.

Citation :
Il y a en plus des avantages cités d'un vrai cascode à l'entrée un apport qui est loin d'être négligeable.

Qu'est-ce qu'un "vrai" cascode ?

Citation :
En neutralisant la capacité Cbc (ou Cgd pour les unipolaires) on évite la réinjection de courant parasite dans l'impédance de la source. On peut appeler cela de la "distorsion d'entrée". Le circuit actif ne peut absolument rien y faire. C'est produit avant même l'étage d'entrée. J'ai relevé dans certaines configurations standards une distorsion d'entrée quasi égale à la distorsion de sortie du montage, ce qui veut dire que cette distorsion d'entrée est prépondérante !

Ce problème n'apparaît pas avec des sources à basse impédance, majoritaires aujourd'hui.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 07/03/2017 03:19:03

forr a écrit :
[quote=jacquese]On est au moins deux alors ! Moi j'ai bien aimé. Question de gout. J'ai certainement aimé ce que tu as détesté Big Grin En matière de conception électronique nous n'avons certainement pas la même sensibilité.

Ce n'est pas une affaire de goût ou de sensibilité. Je n'ai strictement rien appris de nouveau avec ce livre que je considère comme ne proposant qu'une simple couche de complexité ajoutée aux idées qu'il a empruntées. Cela dit, ça fait des années que je suis de près les évolutions de la discipline et je suis peut-être trop exigeant quant à ma soif d'originalité.

Citation :
Il y a en plus des avantages cités d'un vrai cascode à l'entrée un apport qui est loin d'être négligeable.

Qu'est-ce qu'un "vrai" cascode ? Je pense que tu fais allusion à ce que Linsely-Hood appelait "cascode suiveur" et qu'on trouve aussi désigné comme "cascode flottant", caractérisées par un Vce constant du transistor d'entrée. A noter que ce type de cascode s'applique aussi bien à un transistor en émetteur commun qu'en transistor commun.

Citation :
En neutralisant la capacité Cbc (ou Cgd pour les unipolaires) on évite la réinjection de courant parasite dans l'impédance de la source. On peut appeler cela de la "distorsion d'entrée". Le circuit actif ne peut absolument rien y faire. C'est produit avant même l'étage d'entrée. J'ai relevé dans certaines configurations standards une distorsion d'entrée quasi égale à la distorsion de sortie du montage, ce qui veut dire que cette distorsion d'entrée est prépondérante !

Ce problème n'apparaît pas avec des sources à basse impédance, majoritaires aujourd'hui.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 07/03/2017 04:03:06

JM Plantefeve a écrit :
Encore une fois, la distorsion thermique n'est certainement pas à voir sur une seule période ("un cycle du sinus") mais à analyser en variation sur un train de périodes, sous une enveloppe.

Il me semble que c'est bien sur une seule période que Perrot l'envisage pour l'étage d'entrée. Et si on arrive à la supprimer sur une période, on l'évite aussi sur un train de plusieurs périodes.

Citation :
Il faut reconnaître que la référence à un potentiel continu est d'une mise en oeuvre plus simple.

Self propose un cascode avec référence de tension au point commun des résistances d'émetteur du différentiel avec un circuit de polarisation comprenant deux 100 kOhm et un 47 µF (livre "Audio power amplifer design", edition 6, page 143, figure 6.16).
En plus compliqué, on trouve ce genre de cascode sur l'OPA627, l'AD797 et nombre d'AOP récents (dont très probablement le LM4562).

Citation :
Et quand l'étage a un gain supérieur à 2, donc très souvent, une variation de Vce suivant le signal d'entrée (le millivolt) est déjà plus intéressante qu'une variation suivant le signal de sortie moins le signal d'entrée (le volt).

J'avoue ne pas comprendre ce que tu veux dire.
Je n'ai vu que Cordell raccoder sur l'étage de sortie d'un ampli le réseau de polarisation d'un cascode pour un étage d'entrée.

Citation :
Appliqué au schéma de Doug (celui du diaporama), voici le résultat sou LTspice :
  • Chronogramme du haut : puissance dissipée à un transistor du différentiel
  • Chronogramme du bas : tension de sortie sur une branche pour (Vin+ - Vin-) = 0.5mV
  • En vert : différentiel sans cascode, schéma de gauche
  • En rouge : différentiel avec cascode, schéma de droite
Que peut-on encore gagner en continuité thermique en se référençant "aux électrodes suiveuses de l'étage d'entrée" (pas simple) plutôt qu'à une polarisation fixe (comme ici) ?

Comme le dit Jacquese, pour 1 V en entrée, avec une polarisation fixe du cascode ou sans cascode, la variation du Vce du transistor d'entrée est quasiment 1 V. Avec une polarisation accrochée à l'émetteur ou parfois à la base avec un FET en gate commune (montage prisé par Linsley-Hood vers 1980), le Vce est quasi fixe. Comme le courant alternatif débité est très faible aux basses fréquences, la transistor d'entrée y fonctionne à puissance quasi constante. Perrot, Peufeu, Halcro, etc... montent ce transistor en commande d'une paire Sziklai et obtiennent une superbe linéarité, laquelle, qui plus est, est peu sensible à l'impédance de source. Contre-partie : le bruit est un peu plus supérieur à celui d'un simple différentiel à deux transistors (cf mesures exécutées par Perrot).

CdT.


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 07/03/2017 09:22:50

Bonjour Jacques, bonjour Forr,

"J'ai peur qu'il n'en soit pas de même avec un signal d'attaque de 1V."

By Jove ! J'ai réglé (Vin+ - Vin-) en valeur epsilonesque pour ne pas être en saturation sur ce différentiel à fort gain. Mais en plaçant Vin- à la masse, je me retrouve en situation de BO (Vin+ sous le mV), alors qu'en BF, l'epsilonesque est lié à la quasi égalité des Vin, façon 1V et 1V, effectivement, merci.

Après test, si en cascode la puissance moyenne est bien plus faible (15mW plutôt que 60mW) , la gigue (6mW) est identique à sans cascode.

Je comprends mieux maintenant la part d'intérêt d'une configuration inverseuse. Mais attention à l'impédance du circuit amont...

Merci à Melaudia d'offrir un tel lieu (sain) d'échanges, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 07/03/2017 09:40:45

Forr,

"Je n'ai vu que Cordell raccoder sur l'étage de sortie d'un ampli le réseau de polarisation d'un cascode pour un étage d'entrée."
J'ouvre le livre ce soir. Mais c'est certainement à l'image de la figure 6c de cette note d'application.
C'est intéressant, et jouable avec des bipolaires (j'essaye).

Bien à toi, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 07/03/2017 10:01:35

forr a écrit :

Citation :
Il y a en plus des avantages cités d'un vrai cascode à l'entrée un apport qui est loin d'être négligeable.

Qu'est-ce qu'un "vrai" cascode ? Je pense que tu fais allusion à ce que Linsely-Hood appelait "cascode suiveur" et qu'on trouve aussi désigné comme "cascode flottant", caractérisées par un Vce constant du transistor d'entrée. A noter que ce type de cascode s'applique aussi bien à un transistor en émetteur commun qu'en transistor commun.


Yes, mais ce qui m’intéresse surtout c'est d'avoir un Vcb constant

forr a écrit :

Citation :
En neutralisant la capacité Cbc (ou Cgd pour les unipolaires) on évite la réinjection de courant parasite dans l'impédance de la source. On peut appeler cela de la "distorsion d'entrée". Le circuit actif ne peut absolument rien y faire. C'est produit avant même l'étage d'entrée. J'ai relevé dans certaines configurations standards une distorsion d'entrée quasi égale à la distorsion de sortie du montage, ce qui veut dire que cette distorsion d'entrée est prépondérante !

Ce problème n'apparaît pas avec des sources à basse impédance, majoritaires aujourd'hui.


Un potentiomètre passif n'est pas une source à basse impédance.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 07/03/2017 10:17:50

Pour continuer sur la distorsion d'entrée et comment elle fixe la limite de distorsion du circuit en aval, une simulation : potentiomètre 47K à mis course + 2SK70 derrière.
Dans le réel ça ne peut être que pire.



Disto en sortie du potentiomètre :


Disto en sortie du circuit :


A quoi bon faire des circuit de 0.0005% de disto si à l'entrée on ne peut déjà pas être en dessous de 0.005% ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 07/03/2017 11:40:57

Bonjour Jean-Marc Jacquese,

JM Plantefeve a écrit :
"Je n'ai vu que Cordell raccoder sur l'étage de sortie d'un ampli le réseau de polarisation d'un cascode pour un étage d'entrée."
J'ouvre le livre ce soir. Mais c'est certainement à l'image de la figure 6c de cette note d'application.
C'est intéressant, et jouable avec des bipolaires (j'essaye).

Je ne pense pas que cette configuration figure dans le livre de Cordell. C'est bien le principe de la figure 6c du document que tu pointes qui m'est resté en mémoire.
Il y a dans tous ces types de cascode du "bootstrap" qui rappelle celui des rails d'alimentation qu'on applique parfois aux amplis-op.

jacquese a écrit :
Un potentiomètre passif n'est pas une source à basse impédance.

Sur Audax, j'étais le râleur de service contre l'utilisation des potentiomètres de valeur supérieure à 10 kOhm (47 kOhm étant prisée sans raison par nombre d'audiophiles). Faute de mieux, car les bons potentiomètres de 4.7 kOhm et 2.2 kOhm plus adaptés aux impédances "modernes" ne courrent pas les rues.
Sur son préampli Elektor, Self utilise des 1 kOhm, mais ce n'est pas sans une dissipation un peu excessive, puisque, pour son projet suivant sur Linear Audio, il a adopté des valeurs de 4.7 kOhm.
Personnellement j'utilise une commande active de contrôle de volume à base de potentiomètre linéaire et qui dispose en même temps d'une sortie symétrique, le tout avec deux AOP seulement. Mes sources étant à basse impédance, je me dispense d'un buffer d'entrée.

Cdt.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 07/03/2017 12:27:48

"Je n'ai vu que Cordell raccorder sur l'étage de sortie d'un ampli le réseau de polarisation d'un cascode pour un étage d'entrée."

Il n'est pas tout seul. C'est ce même principe qui est adopté sur mon ampli au salon. Il y a cascodage des transistors d'entrée pour limiter la distorsion thermique ; la sortie de l'ampli attaque le réseau de CR pour le gain, et un second réseau de même valeur qui pilote les cascodes avec un offset.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 07/03/2017 13:07:59

jacquese a écrit :
"Je n'ai vu que Cordell raccorder sur l'étage de sortie d'un ampli le réseau de polarisation d'un cascode pour un étage d'entrée."
Il n'est pas tout seul. C'est ce même principe qui est adopté sur mon ampli au salon. Il y a cascodage des transistors d'entrée pour limiter la distorsion thermique ; la sortie de l'ampli attaque le réseau de CR pour le gain, et un second réseau de même valeur qui pilote les cascodes avec un offset.

Je ne crois pas que Cordell revendique d'originalité pour ça.
Je l'avais appliqué au suiveur de Schlotzaur, ça rendait sa distorsion insensible à la tension d'alimentation mais un peu plus élevée.
L'impédance d'entrée était de 1 kOhm pour refléter une valeur typique de ce que l'on peut rencontrer dans la réalité.

Légère diversion pour le sourire, si l'on peut dire, un schéma assez ahurissant puisque provenant de Onsemi. Créé à l'occasion de la sortie des transistors Thermaltrak, le courant dans la LTP y est élaboré à partir de la sortie de l'ampli. Ca m'a dissuadé d'analyser plus loin le schéma, j'ai l'impression qu'il contient d'autres bizarreries (polarité de Q3 et Q4 ???).




RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 07/03/2017 22:59:40

Bonsoir Forr,

"j'ai l'impression qu'il contient d'autres bizarreries (polarité de Q3 et Q4 ???)"
Coquilles corrigées depuis : https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8196-D.PDF


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 08/03/2017 00:34:52

Des courbes de disto qui font froid dans le dos Sad Comment c'est possible un truc pareil ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 08/03/2017 07:59:16

Bonjour Jacques,

"Des courbes de disto qui font froid dans le dos"
Le revers du ThermalTrak ? (hihi !)

Les 2 tiers des mesures sont à vide !?
Les 2 tiers sont en fondamental de 10kHz !?

Je me demande quelle est la place de Mark Busier au sein du projet ThermalTrak.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 08/03/2017 09:06:21

Bonjour Jean-Marc, à tous,
Mark Busier est au coeur du projet ThermalTrack : c'est l'inventeur à qui est attribué brevet.
Cldt. Jacques


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 08/03/2017 09:18:59

Bonjour Jean-Marc

JM Plantefeve a écrit :
Le revers du ThermalTrak ? (hihi !)

Le revers est tel que le produit n'est plus fabriqué, je crois.
La compensation thermique, assez fruste, s'est avérée loin d'être ce que l'on était en droit d'espérer. Cordell et Self ont essayé d'en tirer quelque chose sans franc succès.
Après avoir corrigé le tir en supprimant l'incorporation dans le boîtier de la résistance d'émetteur, Sanken s'en est mieux tiré avec une technologie plus pointue.
Cdt.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 08/03/2017 12:51:54

Je me souviens encore de mon premier ampli ampli DIY qui embarquait le fameux dispositif à transistor "thermomètre". Après un bon paquet de BZX cramés j'ai juré que plus jamais je n'utiliserai un dispositif asservi à la température du radiateur ou des boitiers.


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 08/03/2017 19:56:32

Bonsoir,

La température T d'une jonction de transistor (la puce), est liée à la puissance dissipée P. Pour éviter la gigue et donc la distorsion thermique, il faut chercher à stabiliser la puissance dissipée instantanée, pas toujours simple. Mais la température est aussi liée à la résistance thermique Rth en K/W (ou °C/W) entre jonction et ambiant.

T(°C) = Rth(°C/W)*P(W) + 20°C

Du coup, Rth qui est voulue faible quand la tenue en puissance est critique, pourrait aussi être voulue faible quand la tenue en puissance n'est pas critique. Des TO92 customisés ? Des TO3P avec Keratherm U90 plutôt que 86/30 ? ... En intégrant l'influence des inerties ou capacités thermiques (part 1 ; fig. 1.9).

Bien à vous, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 09/03/2017 00:08:38

Bonsoir

Parler de "thermomètre" pour la compensation en température dans d'un ampli, c'est du Jacovopolous.

Avec un push-pull de transistors de puissance bipolaires classe B, c'est la valeur du courant de repos qui est critique.
Avec l'emploi d'une polarisation contenant un élément sensible à la température judicieusement placé, Self a décortiqué comment faire.
Jan Didden a montré que la dérive était alors suffisamment maîtrisée pour ne pas avoir de conséquences sur la distorsion (article dan un récent numéro de sa revue Linear Audio).
Cordell dont la préfèrence va aux Mosfet indique que la polarisation de l'étage n'a pas autant d'importance avec ces composants.

Mais il y a d'autre circuits, ne faisant pas appel à la température pour assurer le contrôle de courant de repos.
Un des plus anciens (1973) c'est celui de P.l. Taylor, je ne résiste pas au plaisir de le montrer.



Plus récemment, a part un circuit intégré dont je n'ai pas analysé le fonctionnement, il y a eu quelques propositions de consituer une boucle fondée sur les signaux de mode commun entre les deux branches d'un push-pull. Les circuits en sont sophistiqués mais force est de reconnaître qu'il y a encore des concepteurs qui se creusent les méninges.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 09/03/2017 00:35:13

Ah le circuit de Taylor ! Il est trop génial. Un de mes préférés. Avec le bon gout d'avoir la résistance non pas après le transistor de puissance mais avant. Je l'ai utilisé plusieurs fois. En l'améliorant un peu on peut avoir un bias précis au mA sans aucune influence de la température.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 09/03/2017 00:54:45

Sur mon petit classe A : une autre manière de piloter le bias sans mesure de la température dans une configuration "push-pull inversé".




RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 09/03/2017 10:47:31

Bonjour Jean-Marc

JM Plantefeve a écrit :
"j'ai l'impression qu'il contient d'autres bizarreries (polarité de Q3 et Q4 ???)"
Coquilles corrigées depuis : https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8196-D.PDF

Il reste une grosse coquille de conception.
J'avais relevé en même temps que Francis Brooke qu'elle figurait aussi sur un schéma proposé par Nouvelle Electronique (la revue y avait en plus rajouté une touche personnelle qui faisait s'écrouler le PSSR !).

Le but de la diode insérée dans le boîtier d'un transistor Thermaltrak est de répliquer les variations de tension du Vbe en fonction de celui-ci de la température puisqu'elle suit la même loi.
On compte en général qu'elle est de -2.1 mV par °C.
En arrondissant, ça fait -0.1 V pour 50°C.

Si donc on insère la diode en série avec le circuit de polarisation du transistor, le courant dans la résistance d'émetteur du transistor est pratiquement indépendant de la température.

Avec un montage en parallèle de deux transistors de puissance par branche de puh-pull, chacun avec sa résistance d'émetteur (typiquement 0.22 à 0.33 Ohm), la tension compensatrice de la température doit rester la même qu'avec un seul transistor.
A savoir que la chute de tension dans une seule diode y pourvoit.



Or dans le schéma de Brazier, la polarisation se fait avec trois diodes des Thermaltak en série par branche ! Il n'en est besoin que d'une et d'une seule. Autrement, il y a sur-compensation.

Par contre, on pourrait envisager deux diodes accolées aux transistors drivers (Q7, Q9 pour la branche positive).
Ici ce sont les diodes des Thermaltrak qui génèrent leur tension polarisation d'après la température de ces derniers...

Et, à propos de ces drivers, même là encore, on ne peut que constater le peu de familiarité de l'auteur avec les amplificateurs de puissance audio. Les resistances R16, R17, R20, R21 (je trouve la numérotation un peu bizarre) sont raccordées à la sortie. C'est inutile et néfaste à la rapidité de commutation des transistors de puissance.

Bref, avec ce schéma ahurissant dont personne chez le fabricant n'a su voir les faiblesses, les Thermaltrak ont très mal commencé leur carrière. Conséquence, elle fut courte.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 09/03/2017 13:10:56

forr a écrit :
Or dans le schéma de Brazier, la polarisation se fait avec trois diodes des Thermaltak en série par branche ! Il n'en est besoin que d'une et d'une seule. Autrement, il y a sur-compensation.
Par contre, on pourrait envisager deux diodes accolées aux transistors drivers (Q7, Q9 pour la branche positive).


Bonjour forr, à tous,

Tout bon fabricant ajoutant un peu d'intégration dans son produit se doit de démontrer qu'on va gagner sur des composants ailleurs pour justifier son utilisation. On pourrait réécrire l'histoire de la conception de ce schéma de cette manière :

1°/ Un ampli de puissance dans la gamme de puissance présentée est souvent un triple push-pull. Le but est donc de virer l'électronique (l'art antérieur) définissant la tension de polarisation du triple push-pull avec ses 6 jonctions Vbe.

2°/ Comme dans un triple push-pull on a que les deux transistors terminaux qui sont du type proposé par le fabricant, il faudrait, pour être précis, une polarisation ThermalTrack automatique pour ces deux transistors de puissance. Mais il faudrait quand même une électronique de polarisation globale pour prendre en compte les 4 jonctions Vbe restantes (pré-driver et driver). Et ça c'est inacceptable car on a finalement rien viré du tout !

3°/ Comme on a 6 jonctions Vbe à polariser et qu'on veut virer l'électronique de l'art antérieur, il a donc été décidé d'empiler 6 diodes ThermalTrack en série pour polariser le triple push-pull.

4°/ 6 diodes impliquent 6 transistors de puissance. Comme on ne peut pas les mettre en série, le choix s'est donc porté sur 2 x 3 transistors en parallèle.

Et voilà ! les exigences du cahier des charges sont couvertes. Ingénierie et marketing sont contents. Évidemment, pour ce qui est de la compensation fine de la température des jonctions Vbe, on repassera...

Finalement, on ne sait même pas en regardant le schéma quel est la valeur du courant de bias. On est en classe B, en AB ? Difficile de savoir .

Bonne journée


RE: Le retour de la distorsion thermique - jsilvestre - 09/03/2017 15:46:58

JM Plantefeve a écrit :
Voilà qui me rappelle une conversation téléphonique avec Gérard Perrot (il y a... 20 ans !?) à propos d'un moyen détourné pour contrer la distorsion thermique des transistors : le montage cascode.

Réduction de la tension Vce au transistor modulant, donc réduction de la puissance dissipée et donc diminution de la gigue en température. A la façon de Doug pour sa résistance de contre-réaction.

Détourné car souvent le cascode est mis en place pour éviter l'effet Miller réducteur de bande passante. Et on a souvent lu : amplis rapides = amplis musicaux. Et si ce n'était pas dû à la rapidité ? (un sinus de 20kHz à 40W, ce n'est que 3.14V/µs). Mais à la distorsion thermique réduite ?

Forr :
"Pour éradiquer cette distorsion (pas bien grosse quand même, il faut le reconnaître) ..."
Permets-moi de recopier un de mes écrits de début de fil :
je ne serais pas surpris qu'une fois analysée sur burst plutôt que sur sinus permanent, la distorsion d'enveloppe dépasse le 1%. Entendues les différences (subjectives ?) entre amplificateurs

Bien à vous, Jean-Marc.



Bonjour Jean-Marc

A mon avis il ne faut pas s'attendre à trouver des valeurs de distorsions aussi élevées. D'abord parce que si c'était le cas elle aurait déjà été mesurée depuis belle lurette et aussi parce qu'il faudrait tordre le cou au principe même de la contre réaction.

Toujours à mon avis il ne faut pas se focaliser sur l'aspect thermique de la distorsion thermique. Ce n'est qu'un cas particulier d'un phénomène plus global. A la racine on trouve une mauvaise interprétation de la théorie d'un système bouclé. L'efficacité de la contre réaction sur les non linéarités d'un étage est fonction du gain de l'étage précédent, donc elle ne peut rien pour l'étage d'entrée puisque par définition il n'y a pas d'étage avec du gain avant lui.
La fonction de transfert d'un semi conducteur dépend de la tension à ses bornes, du courant le traversant et de sa température. Ces valeurs déterminent un point de fonctionnement. En présence de musique ces valeurs évoluent dans le temps et le point de fonctionnement se déplace le long d'une courbe plus ou moins sinueuse.
Le gain de la boucle en réduisant l'amplitude du signal que doit gérer l'étage d'entrée réduit l'amplitude du déplacement du point de fonctionnement sur la courbe et donc ses non linéarités, un petit déplacement sur une courbe peut être assimilé à une droite.
L'idéal serait atteint avec un gain de boucle infini, le déplacement serait nul et la linéarité absolue. Mais l'infini et l'absolu n'étant définitivement pas pour nous, il nous faut se contenter d'un petit déplacement et d'une fonction de transfert quasi-linéaire dans une zone autour de ce point.
La musique n'est pas seule à déplacer ce point, les variations des tensions d'alimentations, des courants de polarisations, de la température le font aussi. Etant extérieures elles ne sont pas réduites par le gain de la boucle et arrive le moment où le déplacement qu'elles engendre devient supérieur à celui induit par la musique. La fonction de transfert évolue continuellement au rythme des variations extérieures en passant d'une zone de quasi-linéarité à une autre zone d'une autre quasi-linéarité. L'oreille s'adapte et rejette facilement une distorsion stable mais n'aime pas du tout une distorsion continuellement variable.

On peut, comme certains le font rejeter complètement la contre réaction, l'employer à petite dose ou bien faire en sorte que l'étage d'entrée soit d'une linéarité absolue et inconditionnelle quoi qu'il arrive.

C'est l'approche de Gérard Perrot avec une contre réaction locale sur l'étage d'entrée et une structure d'ampli limitant les injections de variations externes. C'était un premier pas, il est possible d'aller bien plus loin. J'en suis à un gain de boucle de 280dB et des variations extérieures limitées au bruit propre des composants, des nV et pA...

J'ai quelques mesures de phénomènes internes évoluants dans les nV/Hz donc totalement invisible à quelle que mesure ce soit effectuée en sortie de l'ampli mais bien audibles. Et d'autre définitivement non mesurables comme par exemple l'influence sur le rendu d'un condensateur de filtrage de la référence d'une alimentation. Essayé plusieurs technos, mkt mks polypro métallisé, à film métallique, papier huilé pour finir par un pet russe. Cités dans l'ordre de rendu sonore avec une nette préférence pour le dernier. Je n'ai même pas tenté d'entreprendre la moindre mesure, la tension est continue, complètement stable c'est une référence. Accessible à l'oreille uniquement!

Joël


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 09/03/2017 16:26:07

jsilvestre a écrit :
L'idéal serait atteint avec un gain de boucle infini, le déplacement serait nul et la linéarité absolue.
...
On peut, comme certains le font rejeter complètement la contre réaction, l'employer à petite dose ou bien faire en sorte que l'étage d'entrée soit d'une linéarité absolue et inconditionnelle quoi qu'il arrive.
Joël


Bonjour Joel,
Pourrais-tu préciser pourquoi l'abandon de la CR ou son emploi à petite dose est une solution au problème du déplacement des points de polarisation ?
Cdlt. Jacques


RE: Le retour de la distorsion thermique - jsilvestre - 09/03/2017 18:52:23

jacquese a écrit :

jsilvestre a écrit :
L'idéal serait atteint avec un gain de boucle infini, le déplacement serait nul et la linéarité absolue.
...
On peut, comme certains le font rejeter complètement la contre réaction, l'employer à petite dose ou bien faire en sorte que l'étage d'entrée soit d'une linéarité absolue et inconditionnelle quoi qu'il arrive.
Joël


Bonjour Joel,
Pourrais-tu préciser pourquoi l'abandon de la CR ou son emploi à petite dose est une solution au problème du déplacement des points de polarisation ?
Cdlt. Jacques


En fait ce sont des "solutions" du moins pire. Les variations de température des jonctions, ΔVbe de -2mV/°C sont ramenées à l'étage d'entrée par la contre réaction. C'est un bruit basse fréquence, l'enveloppe du signal filtrée par l'inertie thermique des différents transistors.
Pierre Johannet l'avait bien mis en évidence en insérant une capa dans le retour de la boucle pour atténuer la ré-injection de ce bruit et Gérard Perrot a ajouté une boucle secondaire entre la sortie et un étage intermédiaire pour gérer ce bruit en dehors de la boucle principale.

Et forcément pas de contre réaction, pas de ré-injection!

joël


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 09/03/2017 20:46:56

Bonsoir Joël,

"à mon avis il ne faut pas se focaliser sur l'aspect thermique de la distorsion thermique."
Excellent.

"J'en suis à un gain de boucle de 280dB et des variations extérieures limitées au bruit propre des composants, des nV et pA..."
Un schéma ? Des mesures !? Des photos ?!?


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 09/03/2017 23:14:09

jsilvestre a écrit :
Pierre Johannet l'avait bien mis en évidence en insérant une capa dans le retour de la boucle pour atténuer la ré-injection de ce bruit et Gérard Perrot a ajouté une boucle secondaire entre la sortie et un étage intermédiaire pour gérer ce bruit en dehors de la boucle principale.

Et forcément pas de contre réaction, pas de ré-injection!


Même si Pierre Johannet invoquait à l'époque la non-réinjection des signaux sub-audio par ajout d'une capa dans la CR, il me semble (je ne me souviens plus des sources) que des années plus tard il a invoqué qu'il s'agissait finalement d'une optimisation des impédances en action dans le système. Je n'ai pas plus d'info et je peux me tromper...
Aussi, j'ai un préampli qui ne fait pratiquement pas distorsion de mémoire car les points de polarisation des transistors sur le chemin du signal sont stabilisés. C'est un mono-étage en boucle ouverte et pourtant, lors du transitoire de montée en température, le son est quand même dégradé.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jsilvestre - 10/03/2017 00:36:05

L'audio c'est bien compliqué, et le thermique n'est qu'un aspect de l'affaire.
Il faudrait investiguer plus avant pour peut être ne rien savoir de plus...

Joël


RE: Le retour de la distorsion thermique - jsilvestre - 10/03/2017 00:38:42

JM Plantefeve a écrit :
Un schéma ? Des mesures !? Des photos ?!?


Maintenant que je commence a avoir quelques photos j'ai crée un fil avec quelques photos et explications.

http://forums.melaudia.net/showthread.php?tid=6559

joël


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 10/03/2017 01:49:58

Sortie de mes archives, voici une étude que j'avais menée sur un circuit de Schlotzaur (différentiel d'entrée chargé par un miroir de courant Wilson à 3 transistors suivi par un simple émetteur suiveur charge de 2 kOhm).
Il s'agissait d'observer les évolutions de la distorsion harmonique d'un sinus de 1 kHz, 4 Vrms en fonction du courant dans les transistors du différentiel d'entrée et de la tension.
Les chiffres de distorsion sont très bas, il n'est pas sûr que ce soit des valeurs exactes. Ce sur quoi il faut se concenter est leur evolution avec la modification des conditions de fonctionnement


A Circuit de Schlotzaur.
Pour mettre les deux entrées in+ et in- dans des conditions d'impédance d'entrée et de contre-réaction typiques, une résistance de 1 kOhm a été insérée dans chacune des bases du différentiel
La charge en sortie est de 2 kOhm.


B Distorsion de l'ensemble de mesures Bateman, générateur et distorsiomètre


C Distorsion du circuit de Schlotzaur 12 V, 0.3 mA
(tension d'alimentation positive 12V, courant continu 0.3mA dans chaque transitor du différentiel)


D 12V, 0.9mA


E 18V, 0.3mA


F 18V 0.9mA


G 18V 2,9mA


H 24V 0,3mA


I 24V 0.9mA


J 30V 0.9mA


K 30V 2.9mA

Non représentée ici, j'avais aussi étudié l'influence d'une tension continue d'offset. Pour autant que je m'en souvienne, elle ne se faisait pas sentir avant 100 mV.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 10/03/2017 08:55:37

Bonjour forr et à tous,

Si on ne chipotte pas trop sur quelques dB d'écart on constate que par rapport à la variation des points de polarisation du circuit :
- H3 est plutôt stable
- H2 ne l'est pas

C'est un point important sur laquelle G. Perrot avait fondé sa théorie et ses solutions. Qui dit H2 dit équilibrage du différentiel d'entrée. Là on voit clairement sa sensibilité aux conditions, en niveau relatif bien-sûr car on est toujours vers -130dB.

Les points de polarisation de T1 et T3 étant différents, il serait intéressant de les égaliser pour voir si H2 bouge toujours à la mesure.

Tu as de la chance de pouvoir mesurer des distorsions aussi petites.

Tu obtenais les mêmes résultats au simulateur ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 11/03/2017 00:16:20

Bonsoir Jacquese

jacquese a écrit :
Si on ne chipotte pas trop sur quelques dB d'écart on constate que par rapport à la variation des points de polarisation du circuit :
- H3 est plutôt stable
- H2 ne l'est pas
C'est un point important sur laquelle G. Perrot avait fondé sa théorie et ses solutions. Qui dit H2 dit équilibrage du différentiel d'entrée.

Déséquilibre de courant entre les deux branches plutôt.
La prédominance de la H2 dans une électronique est plus que très souvent décrite comme donnant un résultat plus musical.
Or j'ai lu il y a peu que, pour les haut-parleurs, la linéarité dont elle découle aboutissait à des distorsions d'intermodulation supérieures. Si cela s'applique aux amplificateurs, cela veut dire que la distorsion d'intermodulation est plus musicale. Serait-il sacrilège d'oser le dire ?

Citation :
Là on voit clairement sa sensibilité aux conditions, en niveau relatif bien-sûr car on est toujours vers -130dB.
Les points de polarisation de T1 et T3 étant différents, il serait intéressant de les égaliser pour voir si H2 bouge toujours à la mesure.
Tu as de la chance de pouvoir mesurer des distorsions aussi petites.

Si on se contente de fréquences fixes, il est possible d'atteindre ces niveaux à frais limités. Le gros, gros, gros problème, c'est le circuit de stabilisation de la sortie du générateur sinus, toujours très sensible à la température. Ensuite, côté mesure de distorsion, il faut un réjecteur passif en double T suivi d'un ampli-op linéaire et silencieux, et enfin une carte son pour procéder à une analyse FFT ou des filtres actifs sélectifs centrés sur mes harmoniques pour une visualisation instantanée. Tout ça en composants de qualité irréprochable.
Vicnic membre de DiyAudio a distribué de tels générateurs et réjecteurs et en a sans doute encore quelques de disponibles ou une nouvelle fournée à venir.
Il participe à cette discussion http://www.diyaudio.com/forums/equipment-tools/205304-low-distortion-audio-range-oscillator.html
Je lui ai pris deux générateurs 1 et 10 kHz et les deux réjecteurs associés mais ne les ai pas encore mis en route dans une boîte (bien blindée et peu sujette aux variations de température).

Citation :
Tu obtenais les mêmes résultats au simulateur ?

Avec Tina de Design Soft, j'avais trouvé des résultats dans ces eaux-là, je trouvais ça invraisemblable. Refaits récemments avec le même programme mais de version plus récente, ça donne dans 0.001% de DHT. Mais je n'aime pas beaucoup m'appuyer sur les résultats des simulations, si le jeu consiste à faire la guerre à la distorsion, il faut la faire en vrai !


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 15/03/2017 12:05:54

Bonjour Forr,

"Mais je n'aime pas beaucoup m'appuyer sur les résultats des simulations, si le jeu consiste à faire la guerre à la distorsion, il faut la faire en vrai !"
Bravo et merci pour ces résultats de mesures "en vrai". Je viens juste de recevoir une carte son qui j'espère sera suffisante pour aller chercher le pouillième.

Avant cela, une simulation (encore) pour essayer de modéliser le phénomène pour une branche de Vas. Si rien de particulier n'apparait en distorsion, je trouve tout de même l'exercice didactique. A quand des modèles spice de semi-conducteurs avec coefficients thermiques ?
[attachment=16765]
Q1 au 27,000° de LTspice, Q2 à 85° légèrement modulé.

Bien à toi, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 16/03/2017 10:55:45

Bonjour Jean-Marc,

Citation :
A quand des modèles spice de semi-conducteurs avec coefficients thermiques ?

Suite à ta question d'hier, je pensais qu'on pouvait faire quelque chose de viable avec un oscillo. Je découvre par pur hasard ce matin que notre ami Peufeu (au site bien connu des distorsionthermiquophobes) a déjà travaillé la question :

http://www.diyaudio.com/forums/solid-state/303479-thermal-modeling-transistors.html

Coincidence, j'ai le même scope que lui, un Rigol. Plus exactement, après en avoir lu et vu l'éloge fait ailleurs, avoir vu qu'il en avait un m'a définitivement poussé à en faire l'acquisition.

Cdt.


RE: Le retour de la distorsion thermique - PFB - 16/03/2017 14:40:57

JM Plantefeve a écrit :
Bravo et merci pour ces résultats de mesures "en vrai". Je viens juste de recevoir une carte son qui j'espère sera suffisante pour aller chercher le pouillième.


Le hic de la carte son utilisée comme un bourin, c'est la mesure sur l'entier de la plage dynamique.

Si tu veux touiller le pouillième de machin, il faut rajouter des étages analogiques comme un bon vieux Krohn-Hite 3800. C'est un filtre qui traquera et supprimera la fondamentale avec un Q de quelques millions ce qu'un 3800 fait est à peine imaginable...

Une fois la fondamentale virée, faut passer par un étage de gain pour adapter la plage de mesure à ta carte son et alors seulement les portes des pouillièmes s'ouvriront...

PFB


RE: Le retour de la distorsion thermique - jsilvestre - 17/03/2017 12:34:38

Bonjour Forr,

Parfois on trouve des informations sur la capacité thermique dans les datashhet des constructeurs sous la forme d'une courbe de résistance thermique en fonction du temps.

[attachment=16801]

Ces infos ne sont pas toujours données , voir pas souvent mais le modèle thermique dépend du boitier et de la surface de silicium. C'est donc transposable d'un modèle à l'autre si les boitiers sont les mêmes et si les courants collecteurs maxi et la Rth sont proches.

Une mesure que je n'ai pas encore faite, qui pourrait s'avérer intéressante (peut être! ) serait de mesurer les dérives créées par les variations de température induites.
L'idée est de mesurer la tension en sortie du premier étage, avec en entrée un signal à bande limitée en bas par un brickwall très raide à par exemple 50Hz et un brickwall inverse sur la mesure. Ne reste que le bruit BF crée par l'ampli.
Je ne sais pas si cette mesure apportera quelques infos supplémentaires par rapport à une simulation beaucoup plus simple à mettre en oeuvre, il faudrait essayer...

Joël


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 18/03/2017 12:56:58

Bonjour,

Forr : "Mais il y a d'autre circuits, ne faisant pas appel à la température pour assurer le contrôle de courant de repos. Un des plus anciens (1973) c'est celui de P.l. Taylor, je ne résiste pas au plaisir de le montrer."

Jacquese : "Ah le circuit de Taylor ! Il est trop génial. Un de mes préférés."

Comment alors résister à un peu d'investigation ? : l'article de l'époque (pdf).
Une modélisation LTspice épurée :
[attachment=16817]
Et à la simulation :
  • 0.05% de DHT, H2 en tête
  • bande passante à 1Mhz
Pour un premier jet...

Ce schéma qui sort de l'ordinaire est attirant.


RE: Le retour de la distorsion thermique - Yves - 18/03/2017 17:38:02

JM Plantefeve a écrit :
. . .
Ce schéma qui sort de l'ordinaire est attirant.

Whouha !
Un "White cathode follower" à transistor et à couplage direct Cool

Yves.


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 18/03/2017 20:21:30

Le circuit de Taylor avait fait l'objet d'un article dans la Revue du Son (en pièces jointes). Il devrait présenter une meilleure réjection d'alimentation positive que le circuit de White. Petite subilité que j'aime bien, c'est la résistance de 220 Ohm bootstrappée entre base et émetteur du BFY51 qui charge le collecteur du BFW87.
John Broskie a trouvé dans ce circuit une source d'inspiration, il suggère quelques améliorations :
http://www.tubecad.com/2004/blog0023.htm


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 18/03/2017 20:36:50

Bonjour Jsylvestre

jsilvestre a écrit :
Parfois on trouve des informations sur la capacité thermique dans les datashhet des constructeurs sous la forme d'une courbe de résistance thermique en fonction du temps.

Moins courantes encore, ce sont les constantes de temps impliquées.
Douglas Self s'est intéressée à la question mais essentiellement sur les transistors de puissance (chapitre 22 de son livre "Audio Power Amplifier Design").
Cdt.


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 19/03/2017 09:15:27

Bonjour Forr,

"Moins courantes encore, ce sont les constantes de temps impliquées."
Ce document Infineon n'est pas un datasheet, mais aborde clairement le lien entre résistances thermiques, capacités thermiques et constantes de temps (page 9, entre autres).

En page 11, un chronogramme qui me refait penser à la notion d'enveloppe (burst par ex.) que j'évoquais plus haut, où début d'enveloppe et fin d'enveloppe (début et fin de note) ne sont pas traitées à la même température. Je suis persuadé que la distorsion thermique doit se mesurer comme une DHT glissante et non fixe.

Bon dimanche, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 19/03/2017 19:35:54

forr a écrit :
Le circuit de Taylor avait fait l'objet d'un article dans la Revue du Son (en pièces jointes). Il devrait présenter une meilleure réjection d'alimentation positive que le circuit de White. Petite subilité que j'aime bien, c'est la résistance de 220 Ohm bootstrappée entre base et émetteur du BFY51 qui charge le collecteur du BFW87.
John Broskie a trouvé dans ce circuit une source d'inspiration, il suggère quelques améliorations :
http://www.tubecad.com/2004/blog0023.htm


Bonjour à tous,
Un étage de sortie "à la Taylor" améliorée publié dans Linear Audio Vol 10... Avec les points de polarisation des transistors de commande de la boucle "gelés" pour une distorsion thermique minimale.



Stabilité dynamique et statique du courant très élevée à la simulation comme sur le proto (à l'oscillo)


RE: Le retour de la distorsion thermique - jsilvestre - 20/03/2017 20:44:38

JM Plantefeve a écrit :
En page 11, un chronogramme qui me refait penser à la notion d'enveloppe (burst par ex.) que j'évoquais plus haut, où début d'enveloppe et fin d'enveloppe (début et fin de note) ne sont pas traitées à la même température. Je suis persuadé que la distorsion thermique doit se mesurer comme une DHT glissante et non fixe.


C'est plus que probable. Possible aussi que les réverbérations de la pièce d'écoute renforcent la perception du glissement. Un son est présent aux oreilles avec 2 spectres de distorsions différents, le son direct et le son réverbéré venant du passé.
Un phénomène du genre existe avec le pleurage de l'analogique dont les effets ne sont plus ou beaucoup moins perceptibles dans une chambre sourde.

Quoi qu'il en soit cette distorsion glissante est très faible, bien souvent masquée par d'autres distorsions ou bruits. Pas facile de la mesurer...

Joël


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 16/08/2017 11:03:24

Bonjour à tous,

C'est les vacances mais j'ai toujours mon simulateur sous la main, alors étant toujours passionné par ce sujet j'ai repris quelques études...
Je vous propose une technique de gestion des distorsions thermiques par auto-compensation de deux transistors dont l'ensemble des points de polarisation est identique (et donc la dissipation).



J2 est monté en CCS --> Vg = Vout
J1 est monté en suiveur --> Vg = Vin
Et comme polarisation identique de J1 et J2 ==> Vout = Vin !

Quelques mesures de performance...

Dissipation des FET :


Bande Passante, sans cellule en amont et sur 10K pure resistif :


Disto 2V 10KHz sur 10K en sortie :


Slew rate : 20ns pour -2 à 2V (avec petite cellule 100R//33p à l'entrée)


Les FET utilisés en simulation sont des FET HF.

Jacques


RE: Le retour de la distorsion thermique - JM Plantefeve - 16/08/2017 14:11:17

Bonjour Jacques,

Merci de nous informer de tes travaux d'été.

Vout=Vin, donc en suiveur. Quelle impédance de sortie est obtenue ?
Pd1=Pd2, d'accord, mais ces puissances ne sont pas constantes sur tes graphes, je pensais que pour annuler la distorsion thermique, il fallait viser la non variation, plutôt que l'unisson. Qu'en dis-tu ?

Bien à toi, Jean-Marc.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 16/08/2017 15:42:38

Bonjour Jean-Marc,

JM Plantefeve a écrit :
Vout=Vin, donc en suiveur. Quelle impédance de sortie est obtenue ?


Gain 0.987, Impédance de sortie 1.75 ohm

JM Plantefeve a écrit :
Pd1=Pd2, d'accord, mais ces puissances ne sont pas constantes sur tes graphes, je pensais que pour annuler la distorsion thermique, il fallait viser la non variation, plutôt que l'unisson. Qu'en dis-tu ?


Il s'agit justement ici d'envisager une nouvelle approche. On laisse le transistor suiveur dissiper ce qu'il veut, mais on compense les effets de la variation thermique par un autre transistor identique qui subit la même variation thermique
Dans la branche de droite, VgsJ2+R8 est forcé à zéro (montage en CCS). Une variation de dissipation va modifier le courant dans la branche d'une valeur Delta-I. Ce delta-I va se retrouver dupliqué dans la banche de gauche et va compenser la modification de la tension Vgs de J1 du au même changement de dissipation de manière à maintenir VgsJ1 + VR3 =0.
A la simulation de ce circuit, une augmentation de Vgs de 500mV dans chaque FET occasionne une variation de 4mV en sortie du suiveur. Sans compensation, on retrouverait intégralement ces 500mV de plus dans VgsJ1 à la sortie.

Amicalement. Jacques


RE: Le retour de la distorsion thermique - xnwrx - 16/08/2017 17:36:48

Intéressant. N'est-ce pas un principe équivalent que l'on retrouve dans les AOP d'instrumentation (TI, Linear, NS) ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 16/08/2017 21:25:30

Bonsoir xnwrx,

Pour ce qui est du principe de compensation, Je pense que les grands fondeurs de composants linéaires utilise la compensation depuis longtemps. Toutefois appliqué à la distorsion thermique "en dynamique", difficile de savoir si c'est original ou pas, surtout avec 1 million d'électroniciens qui travaillent tous les jours depuis les début du solid state Big Grin
Toutefois, la distorsion thermique est un domaine peu exploré dans le domaine de l'électronique. Et surtout ça ne se voit pas à la mesure traditionnelle, donc pas forcément intéressant pour les fondeurs de faire des travaux sur un truc qui n'est pas vendu dans le datasheet.

Pour ce qui est de l'aspect original de ce circuit en particulier ? On est jamais certain de ne pas avoir enfoncé des portes ouvertes ! Ca arrive bien plus souvent que l'inverse !


RE: Le retour de la distorsion thermique - jsilvestre - 16/08/2017 21:38:01

Bonjour Jacques,

toujours des circuits astucieux!

As tu regardé ce qu'il se passe en tenant compte des dispersions sur les jfets?

Joël


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 16/08/2017 23:10:11

Bonjour Joel,

Oui j'ai fait des mesures en utilisant des transistors différents un peu partout.

- Paire de NPN du bas : BC550B (Beta de 300) et BC560C (beta de 560)
- Paire PNP du haut : BC560C et BC557C
- Paire de JFET : 2SK241GR et 2SK241Y (modèles différents)

Résultat :
- Disto : H2 passe 0.0005% à 0.001%, H3 quasi inchangé,
- Bande passante : identique
- Slew rate : toujours 20ns, même forme sans accident
- réplication points de polarisation : même superposition à un petit décalage près.
- Distorsion thermique : même neutralisation
- offset : +150mV

la seul vraie victime c'est l'offset. Mais justement l'appairage doit être fait sur ce critère.

Autre simulation avec deux FET totalement différents : BF247C et 2SK241GR. H2 encore plus élevée (0.004%) et offset de 0.7V, mais là on est vraiment dans un cas bien pire que la dispersion dans le réel.

Donc circuit assez bien tolérant à la dispersion des composants.

En utilisant des transistors double appairés on doit obtenir un circuit très performant. Par exemple LSK489 pour les FET et SSM pour les bi-polaires.

Ce circuit va être la brique de base de mon DAC-Préampli-filtre deux voies. Etude de l'alim en cours et PCB à l'unité prévu pour construire différentes architectures câblées en l'air.
Jacques


RE: Le retour de la distorsion thermique - forr - 17/08/2017 10:11:21

Bonjour Jacques,

Je reconnais un circuit de Taylor autour de J1 avec Q2-R2, Q4-R5, et Q1-R4, ce dernier transistor jouant le rôle de source de courant modulé.

http://www.tubecad.com/2004/blog0023.htm

Est-ce que le circuit démarre tout seul à la mise sous tension ?


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 17/08/2017 16:07:32

Bonjour forr et tous,

forr a écrit :
Je reconnais un circuit de Taylor autour de J1 avec Q2-R2, Q4-R5, et Q1-R4, ce dernier transistor jouant le rôle de source de courant modulé.
http://www.tubecad.com/2004/blog0023.htm


Et oui, un n-ième variation autour de ce circuit génial !
Le demi-circuit de droite n'a qu'un but : piloter de manière dynamique la consigne de courant de ce circuit de Taylor pour contrer la distorsion thermique de J1 et fixer l'offset de sortie à 0V.

forr a écrit :
Est-ce que le circuit démarre tout seul à la mise sous tension


Normalement oui. Je l'est simulé avec et sans l'option de calcul initial de la polarisation à T=0.


RE: Le retour de la distorsion thermique - jacquese - 11/09/2017 07:24:46

Bonjour à tous,
Pour faire suite à ma dernière proposition de circuit contrant la distorsion thermique par compensation entre deux transistors identiques, j'ai réalisé une implémentation concrète avec les régulations d'alim intégrées sur le circuit :



Ca va servir de brique de base pour un PLLXO et une sortie de DAC R2R.

J'ai réalisé quelques mesures à l'oscillo avec une charge de 10K en sortie. Sortie sur canal A, géné sur Canal B et courbe violette = A-B.

Sinus 2V 1kHz :


Carré 2V 1KHz :


Sinus 2V 500KHz:


Suivi d'un signal rapide (temps de montée à l'entrée : 200ns)


Je vais essayer de faire des mesures de comparaison des points de polarisation et de puissance dissipée instantanée entre les deux FET. A la simulation j'obtiens des différences inférieures à 1mW à pleine échelle.

Jacques