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Compensation prédictive
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En électronique on utilise souvent la contre-réaction pour corriger un défaut de linéarité d'un circuit. Mais il existe également une compensation anticipatrice où on injecte un signal d'erreur pour compenser l'erreur qui se produit.
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En électronique, on connait la contre-réaction, dont le but est de réduire les déformations en injectant à l'entrée une proportion du signal de sortie inversé. Le signal de sortie contient l'erreur (inversée) et réduit ainsi la déformation du signal. Il n'est pas possible d'éliminer totalement la déformation du signal et la contre-réaction réduit le taux d'amplification de l'ensemble, ce qui fait qu'il faut un ou deux étages amplificateurs supplémentaires. On retrouve parfois le terme anglais feed back pour contre-réaction. Dans les systèmes de contre-réaction normaux, il n'est pas possible de ne renvoyer à l'entrée que le signal d'erreur.

Un autre système pour compenser les déformations, c'est la compensation anticipatrice (feed forward) où on injecte à l'avance un signal de compensation à l'entrée pour éliminer la déformation avant qu'elle ne se produise. Ce système ne fonctionne que si on connait au départ les déformations qui peuvent apparaitre. La contre-réaction est plus courante en électronique que la correction anticipatrice.


Les appareils électroniques comme les amplificateurs sont alimentés en monophasé. La tension d'alimentation est redressée et filtrée. On limite l'ondulation résiduelle à moins de 5% [au repos] et moins de 10% [puissance maximale]. C'est purement pour des raisons économiques (composants moins chers) qu'on ne va pas plus loin.

On réduit le ronflement 100Hz de manière électronique: nous avons ici un étage amplificateur composé d'un transistor. A l'entrée, nous avons un signal à amplifier (1 vert) qui se retrouve à la sortie, amplifié et déphasé de 180°.

Mais nous avons également une ondulation sur l'alimentation, c'est le signal 3 rouge. Ce signal se retrouve à la sortie (4), d'amplitude un peu réduite, certes, mais bien présent et qui produit un ronflement audible. Le signal arrive en sortie via la résistance de charge du transistor (indiquée par le trait rouge).

Via la résistance (trait bleu) et le condensateur, on injecte une partie de l'ondulation sur la base du transistor, c'est le signal 5. Le transistor amplifie et déphase également l'ondulation, c'est le signal 6 bleu qui compense exactement l'ondulation 4.

On combat ainsi le mal par le mal. Il ne s'agit pas d'une contre-réaction (qui est courante en électronique), mais d'une commande prédictive (ou compensation anticipatrice) où on corrige l'erreur avant qu'elle ne se produise. Une telle correction n'est possible que quand on connait parfaitement l'influence des perturbations.

Comment cela est réalisé en pratique peut se voir sur le schéma de droite (schéma de la partie audio d'une télévision). La partie qui réduit le ronflement est indiquée en rouge, à partir de la tension d'alimentation +2. La tension d'alimentation est filtrée, mais il reste une ondulation de près de 10V et cette ondulation se retrouve en partie dans le signal de sortie (haut parleur) si on ne prend pas des mesures correctrices.

Les amplificateurs transistorisés de tourne-disques des années 1960 (à composants discrets) avaient également une correction anticipative. Les condensateurs électrolytiques avaient une valeur de 500µF, ce qui était trop peu pour réduire l'ondulation résiduelle. On corrigeait le mal par le mal en injectant une partie de l'ondulation à l'entrée de l'ampli.


Le schéma à gauche montre un amplificateur Mullard (une firme qui était surtout connue pour ses amplificateurs à lampes) d'une puissance de 1W. L'amplificateur se compose de 4 étages, un préamplificateur, un étage de commande et un étage push pull. Il y a très peu de différences avec un amplificateur à tubes! Ce circuit utilise à la fois la contre réaction et la compensation anticipée.

L'étage de puissance est un push pull avec deux OC81 (dissipation maximale de 600mW, tension maximale de 10V, courant maximal de 200mA et amplification de 50×). La déformation la plus importante apparait dans cet étage (et dans l'étage de commande), mais l'ondulation de la tension d'alimentation ne joue presque pas: le montage étant symmétrique, l'ondulation apparait sur les deux branches et s'annulle. La contre-réaction est transmise à l'étage de commande.

L'étage de commande produit à la fois une déformation et est sensible à l'ondulation de la tension d'alimentation. La contre-réaction englobe les deux étages finaux, là où la déformation est la plus importante. La contre réaction est la ligne verte, la compensation anticipative la ligne bleue. L'ondulation de la tension d'alimentation est transmise à la base par la résistance de polarisation. C'est ce transistor qui est branché asymmétriquement qui produit le ronflement le plus important. Le transistor est un OC81D (qui n'est pas la version améliorée du OC81): 150mW de dissipation maximale, tension de 16V, cournt de 10mA et gain de 20×.

L'étage de préamplification est surtout un étage d'adaptation pour adapter l'impédance élevée d'une cellule de pick up cristal à l'impédance très basse d'un transistor. Le transistor utilisé ici est un OC71: 125mW, 10V, 10mA et gain de 30×. L'étage est commandé en tension (via la résistance R2) et son amplification est faible. L'ondulation est également assez faible, cet étage bébéficiant d'un filtrage plus poussé (R9 et C2).

Quand on voit les caractéristiques de l'amplificateur à transistors, on se rend bien compte que les amplificateurs à lampes étaient bien plus capables. Mullard n'a d'ailleurs pas survécu au passage aux transistors. Un amplificateur single ended avec un seul tube ECL86 fournit une puissance triple! (et utilise le tiers de composants). Pas étonnant qu'on ait utilisé des tubes jusque dans les années 1970.

Les gens me disent parfois, pourquoi publier de tels schémas anciens? C'est bien simple, c'est avec les schémas avec composants discrets qu'on apprend vraiment l'électronique. Quand les bachelors en électronique sortent de l'école, ils ne savent même pas réparer une petite alimentation à découpage, ils ne savent pas comment fonctionne un chargeur de batterie, ils ne savent pas réparer une machine à laver, remplacer un fusible...

Comparaison contre-réaction et compensation anticipée

La contre-réaction ne permet pas d'éliminer complètement la distortion introduite par l'amplificateur, mais permet de la réduire très fortement. Plus l'amplificateur est linéaire à la conception, plus la distortion avec contre-réaction sera faible. La contre-réaction réduit le signal total (et donc les distortions) d'un facteur 100 (par exemple): les distortions n'ont pas disparu mais elles sont fortement réduites. La réduction de l'amplification doit être compensée par une amplification totale plus élevée: si chaque étage amplifie 10×, il faut ajouter deux étages d'amplification. Une contre-réaction trop poussée a également comme effet de rendre le son moins agréable: il faut ici trouver le juste milieu.

La compensation anticipatrice n'est possible que si on connait exactement la déformation et le facteur d'amplification. Dans le premier exemple nous avons une ondulation sur la ligne d'alimentation dont on connait l'amplitude (Ux). L'ondulation à la sortie est réduite par le rapport résistance de collecteur (ligne rouge) et l'impédance du transistor. L'impédance du transistor est assez élevée, le transistor fonctionne comme une source de courant, il se comporte donc comme une résistance dynamique très élevée. En sortie nous avons par exemple une ondulation Ux × 0.8.

Notre amplificateur amplifie par exemple -10×. Pour compenser l'ondulation parasite il faut injecter un signal de (Ux × 0.8) × 0.1. Comme on connait l'impédance du circuit d'entrée, on peut calculer la valeur de la résistance de compensation (la résistance à trait bleu).

Contrairement à la contre-réaction, il est possible d'éliminer totalement la distortion avec une compensation anticipée: il faut pour cela connaitre parfaitement les paramètres du système. Si le système se dérègle par l'usure, la compensation devient moins bonne. Par contre l'amplitude de l'ondulation ne joue pas: la compensation élimine l'ondulation, quel que soit son amplitude.

De nombreux montages utilisent une compensation invisible, comme l'amplificateur montré ci-dessus. La compensation anticipée se cache sous la forme d'une résistance de polarisation d'un transistor. Les circuits intégrés utilisent souvent de tels "trucs" pour limiter l'effet de l'ondulation. La compensation est très bonne, car le circuit intégré est fabriqué en une fois et tous les composants ont la même tolérance.

Les amplis opérationnels ont une compensation intégrée de l'ondulation de l'alimentation. Tant que la tension d'alimentation reste suffisamment élevée pour permettre de commander normalement la charge, l'effet de l'ondulation est négligeable et il ne faut pas prendre de mesures correctrices supplémentaires.

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