En électronique le principe de la contre-réaction permet le contrôle des circuits d'amplification et de filtrage.
Le principe de la contre-réaction a été découvert par Harold Stephen Black le 2 août 1927. Cette idée lui serait venue alors qu'il se rendait à son travail aux laboratoires Bell [1] [2] . Ses précédents travaux sur la réduction des distorsions dans les amplificateurs lui avaient déjà permis de découvrir les amplificateurs " a priori " (feedforward en anglais) qui modifient le signal à amplifier de façon à compenser les distorsions dues aux composants de puissance [3]. Bien qu'ayant refait surface dans les années 70 pour compenser les distorsions des amplificateurs BLU, dans les années 20 la réalisation pratique des amplificateurs " a priori " s'avère difficile et ils ne fonctionnent pas très bien. En 1927, la demande de brevet Black pour la contre-réaction fut accueillie comme une demande d'invention de mouvement perpétuel. Elle fut finalement acceptée 9 ans plus tard [4] [5] , en décembre 1931, après que Black et d'autres membres des laboratoires Bell ont développé la théorie relative à la contre-réaction.
Le fonctionnement est fort simple. Par l'intermédiaire d'un circuit annexe, appelé boucle de contre-réaction, dès que le signal de sortie du circuit à piloter atteint un certain seuil, on réinjecte sur l'entrée une partie du signal de sortie inversé, qui en s'additionnant au signal originel, diminue l'amplitude du signal réel sur l'entrée du circuit.
Dans les filtres actifs, la boucle de contre-réaction est en fait un filtre qui réinjecte sur l'entrée uniquement les signaux indésirables, les maintenant ainsi à un niveau très faible, pendant que l'on peut amplifier fortement les signaux désirés.
Le principal effet de la contre-réaction est de diminuer le gain du système. Cependant, les distorsions dues à l’amplificateur sont elles aussi soustraites au signal d’entrée. De cette façon, l’amplificateur amplifie une image réduite et inversée des distorsions. La contre-réaction permet aussi de compenser les dérives thermiques ou la non-linéarité des composants. Bien que les composants actifs soient considérés comme linéaires sur une partie de leur fonction de transfert, ils sont en réalité toujours non linéaires ; leur lois de comportement étant en puissance de deux. Le résultat de ces non-linéarités est une distorsion de l'amplification.
Un amplificateur de conception soignée, ayant tous ses étages en boucle ouverte (sans contre-réaction), peut arriver à un taux de distorsion de l’ordre du " pour cent ". À l’aide de la contre-réaction, un taux de 0,001 % est courant. Le bruit, y compris les distorsions de croisement, peut être pratiquement éliminé.
C’est l’application qui dicte le taux de distorsion que l’on peut tolérer. Pour les applications de type hi-fi ou amplificateur d’instrumentation, le taux de distorsion doit être minimal, souvent moins de 1 %.
Le concept de contre-réaction est utilisé avec les amplificateurs opérationnels pour définir précisément le gain, la bande passante et beaucoup d’autres paramètres.
Alors que la contre-réaction semble être le remède à tous les maux d’un amplificateur, beaucoup pensent que c’est une mauvaise chose. Comme elle utilise une boucle, il lui faut un temps fini pour réagir à un signal d’entrée et pendant cette courte période, l’amplificateur est " hors de contrôle ". Une transitoire musical dont la durée est du même ordre de grandeur que cette période sera donc grossièrement distordue. Et cela, même si l’amplificateur possède un taux de distorsion faible en régime permanent. C’est essentiellement cela qui explique l’existence des " distorsions d’intermodulations transitoires " dans les amplificateurs. Ce sujet a été largement débattu à la fin des années 70 et pendant un grande partie des années 80 [6] [7] [8].
Ces arguments ont été sources de controverses pendant des années, et ont amené à prendre en compte ces phénomènes lors de la conception d’un amplificateur afin de les éliminer [9] [10]. Dans les faits, la majorité des amplificateurs modernes utilisent de fortes contre-réactions, alors que les schémas utilisés pour les amplificateurs audio haut de gamme cherchent à la minimiser.
Quels que soient les mérites de ces arguments sur la façon dont elle modifie la distorsion, la contre-réaction modifie l’impédance de sortie de l’amplificateur et par conséquent, son facteur d’amortissement. Pour faire simple, le facteur d’amortissement caractérise l’habileté d’un amplificateur à contrôler une enceinte. Si tout se passe bien, plus la contre-réaction est forte, plus l’impédance de sortie est faible et plus le facteur d’amortissement est grand. Cela a un effet sur les performances en basses fréquences de beaucoup d’enceintes qui ont un rendu des basses irrégulier si le facteur d’amortissement de l’amplificateur est trop faible.