Atténuateur BF de puissance

 

Voir aussi Atténuateur BF fixe

La présente page aborde la notion d'atténuation d'un signal BF de puissance, qui peut être utile ou nécessaire en insertion entre la sortie d'un amplificateur BF de puissance (à transistors ou à lampes) et un haut-parleur. Il est important de bien comprendre que la réalisation d'un atténuateur de puissance ne doit pas être conçu à la légère, car il en va de la bonne santé de l'atténuateur ou de l'amplificateur de puissance lui-même !

Contraintes liées aux puissances mises en jeu

L'utilisation d'un atténuateur BF simple dans le domaine audio avant amplification, qu'il soit un simple pont diviseur ou un atténuateur en T ou en Pi, ne pose pas de problème particulier en terme de puissance, car la plupart du temps on atténue des tensions sous un courant très faible. Quand il s'agit d'atténuer un signal BF produit par un amplificateur BF de puissance, il en va tout autrement. On ne travaille plus avec des impédances de plusieurs KOhms ou plusieurs dizaines de KOhms, mais avec des impédances de quelques fractions d'ohms ou de quelques ohms. Les courants qui circulent de la sortie de l'amplificateur vers le haut-parleur n'est plus de l'ordre de quelques micro-ampères, mais de plusieurs ampères. Les puissances utile et dissipée ne sont plus de quelques microwatts ou de quelques milliwatts, mais de l'ordre des watts. Sans allez plus loin dans la discussion, on peut déjà sentir que les résistances classiques de 1/4W ou de 1/2W utilisées dans les atténuateurs simple "basse puissance" risquent d'être un peu "justes". Un atténuateur utilisé dans le domaine de la puissance va faire ce qu'on lui demande, c'est à dire atténuer de la puissance. En d'autres termes, atténuer une tension sous un courant donné. L'atténuation se fait par dissipation thermique, la puissance atténuée étant convertie en chaleur par les résistances formant l'atténuateur. On voit donc bien que si l'on choisi mal ses résistances, elles risquent de surchauffer, et en cas de dépassement de la puissance maximale qu'elles peuvent dissiper, brûler et se couper. Si vous employez un atténuateur de puissance avec un amplificateur à lampes ou avec un amplificateur transistorisé doté de protections insuffisantes, vous savez sans doute ce qu'il risque d'arriver... Si vous ne le savez pas, je vous laisse l'imaginer.

Un exemple d'atténuateur

Il existe plusieurs façon d'atténuer un signal BF de puissance, l'exemple suivant montre un atténuateur en "T" (nom donné à cause de la forme "dessinée" par les résistances R1, R2 et R3).



Si on considère de manière théorique que le HP est une simple résistance (que l'on peut appeler R5 pour la circonstance), on peut regarder ce schéma sous un autre angle, et s'apercevoir que l'on a ici deux ponts diviseur résistifs (R1-R3 et R4-R5) , avec une résistance connectée entre les deux ponts (R2).



Si les résistances R1, R3, R4 et R5 (le HP) ont une valeur identique, les deux ponts se partagent chacun la moitié de la puissance appliquée sur l'entrée. Le schéma suivant met cela en évidence. On utilise une tension continue, mais le principe d'analyse est identique à celui où l'on aurait fait usage d'un signal alternatif de fréquence fixe délivrant une tension qui aurait conduit à un courant moyen identique. Le HP reçoit donc la moitié de la tension qu'il aurait reçue en temps normal, et qui dit moitié de tension, dit quart de puissance, soit une atténuation de 6 dB. Dans ce cas idéal, la résistance R2 voit la même tension à ses deux bornes, et il n'y circule donc aucun courant. Les quatre résistances R1, R3 et R4 dissipent chacune une puissance de l'ordre de 14W, qui est la puissance électrique reçue par le haut-parleur. Pour une puissance d'entrée donnée, on en déduit donc que chacune de ces résistances devra être en mesure de pouvoir dissiper grosso-modo le quart de la puissance fournie. Si l'atténuateur doit être raccordé à un ampli capable de délivrer 60W, chaque résistance devra être capable de dissiper 15W au minimum. Pour R2, c'est un peu particulier, car cette résistance va dissiper une puissance qui va varier en fonction de l'impédance du haut-parleur. Mais dans tous les cas, la puissance que va dissiper cette résistance sera faible en comparaison de la puissance dissipée par les autres résistances.



Mais le cas idéal est bien loin de notre monde réel. Un HP présente une résistance dont la valeur dépend de la fréquence, c'est d'ailleurs pour cette raison que l'on parle d'impédance et non de résistance. La valeur résistive du HP évolue en fonction de la fréquence du signal électrique qu'on lui applique. Dans les deux schémas qui suivent, on simule un HP de 3 ohms et un de 10 ohms. Bien entendu, le courant délivré par l'amplificateur BF ne sera plus le même, bien que la tension fournie reste quant à elle de même amplitude (on est toujours dans la théorie et on considère que l'ampli délivre ce qu'on lui demande, ce dont il est capable tant qu'on n'atteint pas ses limites).



Le premier constat que l'on peut faire avec cette valeur de 3 ohms pour le HP, est que la puissance est quasiment la même dans le HP (la tension a chutée et le courant à augmenté), mais qu'elle a augmentée dans R4, passant de 14 W à 17 W. Cette résistance va donc chauffer plus dans ce cas précis. Voyons maintenant ce qui se passe pour un HP de 10 ohms.



Cette fois, la résistance R4 ne dissipe plus que 7 W alors que le haut-parleur perçoit un peu moins de 10 W, et la résistance R3 dissipe maintenant 17 W. Bien que statiques et réalisées avec des tensions continues, ces quelques mesures montrent qu'il est important de choisir des résistances de puissance convenablement dimensionnées, et qu'on ne peut pas se permettre de dire que chaque résistance doit être capable de dissiper le quart de puissance de la puissance totale fournie par l'ampli. Si nous refaisions les calculs avec un HP d'impédance 30 ohms (dans les aigus cela peut arriver), on s'apercevrait alors que la puissance dans le HP serait de quelques 4 W pour une puissance ampli inférieure à 30 W, avec une dissipation de 19 W dans R3. 

Conclusion : des résistances de 4 ohms / 25 W ne seront pas de trop pour un atténuateur 6 dB destiné à un ampli pouvant délivrer 60 W, avec utilisation d'un HP 4 ohms.

Atténuateur variable à impédance constante

Voir page Atténuateur BF de puissance variable

 

 

 

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