Amplificateurs à tubes
intermodulation, contre-réaction, harmoniques,...
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Deux composants que l'on retrouve dans presque tous les amplificateurs: les résistances d'arrêt et les condensateurs sur les résistances de polarisation des cathodes.
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Résistances d'arrêt

Le but des résistances d'arrêt est de réduire les oscillations parasites (Barkhauzen). Les oscillations apparaissent principalement avec les tubes de puissance et certains tubes y sont plus affectés que d'autres. Souvent les oscillations sont inaudibles (fréquence d'oscillation supérieure à 20kHz) mais elles bouffent de la puissance et déplacent le point de fonctionnemente correct du tube.

Les résistances d'arrêt fournissent un chemin d'impédance plus élevée, qui amortit les oscillations. Certains tubes ont besoin de telles résistances d'amortissement (sur la grille de commande et la grille d'arrêt), d'autres tubes peuvent être stabilisés par une petite capacité entre la grille de commande et l'anode. Cette dernière solution permet de stabiliser un tube de façon déterminée en réduisant l'amplification pour les fréquences élevées (inaudibles). Le petit condensateur (une centaine de pF au maximum) est nécessaire pour les montages qui ont tendance à osciller comme les penthodes et les montages cascode.

Le petit condensateur permet de déterminer précisément la limite haute de la bande passante, quel que soit le tube utilisé: on n'est plus à la merci de la capacité propre de la grille (qui peut être différente d'un fabricant à un autre).

L'extrait de schéma montre les résistances d'arrêt d'un tube EL34. Pour une lampe EL84 on utilisera une valeur de 100Ω pour la grille d'arrêt et de 1kΩ pour la grille de commande. Comme dans beaucoup de situations, la valeur correcte doit être déterminée au pifomètre.

L'emploi de résistances d'arrêt n'empèche pas l'utilisation d'un petit condensateur limiteur de bande passante. Un exemple de ce condensateur, qui relie la sortie à l'anode du tube précédent est indiqué en rouge dans le second schéma.

Condensateurs de cathode

Les condensateurs de cathode placés en parallèle sur la résistance de polarisation permettent à la composante alternative de passer via le condensateur et annulent ainsi la réduction du gain si on avait utilisé une résistance sans condensateur.

La résistance de cathode sert à polariser correctement le tube. Il se produit une chute de tension, ce qui fait que la cathode se retrouve à un potentiel légèrement positif par rapport à la grille de commande. Selon le tube, la grille de contrôle doit avoir une polarisation de -1V à -50V par rapport à la cathode.

On utilise parfois des résistances de cathode non-découplées pour stabiliser le gain d'un étage. Cela se fait surtout dans les étages de préamplification. Un inconvénient d'une résistance de cathode non-découplée c'est l'augmentation de la résistance interne du tube: ce procédé n'est donc normalement pas utilisé pour les étages de puissance.

Condensateur: oui
L'étage de puissance single ended doit avoir un condensateur sur la résistance de polarisation. Sans ce condensateur, l'étage amplifierait très peu et son impédance interne augmenterait. On peut ainsi réduire le taux d'amplification d'un étage d'entrée, mais ce n'est pas la bonne solution pour l'étage de puissance.

Un condensateur de 50µF suffit pour un petit amplificateur single ended. Bien que l'effet du condensateur de découplage soit important, cela ne sert à rien de choisir une valeur trop élevée, le tube amplifie alors des fréquences très basses que le transformateur de sortie n'est pas en mesure de transmettre au secondaire. On augmente alors surtout la distortion d'intermodulation. Une valeur trop élevée peut également produire un effet de motorboating (le bruit d'un moteur tournant au ralenti).

On peut ajouter en parallèle un condensateur non-polarisé de 0.22µF, cela se fait sur les schémas dans les magazines spécialisés qui font dans les cables oxygen free et les filtres de secteur à 1995.75€, mais l'effet est négligeable à condition d'utiliser des condensateurs électrolytiques d'une bonne marque. Il vaut mieux régler correctement les différents étages, l'effet sera plus notable qu'un petit condensateur en plus.

Condensateur: non
Il est recommande de ne pas découpler les cathodes communes d'un amplificateur push pull qui travaille en classe A: cela va augmenter la linéarité de l'étage de puissance (et donc réduire l'intermodulation). En effet, quand le courant augmente dans une penthode, il doit se réduire d'un facteur identique dans l'autre penthode. Il faut simplement une résistance cathodique commune pour les deux tubes.

Un circuit déphaseur de type "long tail" utilise la résistance de cathode commune pour générer les deux tensions déphasées de 180° (voir la page consacrée aux circuits déphaseurs).

Le circuit à droite utilise un déphaseur classique de type cathodyne, mais suivi d'un étage amplificateur à résistance de cathode commune non découplée (R11 = 1.5kΩ). Ce type de circuit produit deux signaux parfaits de même amplitude et l'impédance de sortie des deux tubes est identique.

Condensateur: oui mais
Pour un fonctionnement en classe AB: on utilisera plutôt une polarisation négative à partir d'une source de tension négative indépendante. Une résistance de cathode de très faible valeur permet de déterminer le courant dans chaque tube. Ce type de circuit avec polarisation négative fixe permet de réduire les pertes dans la résistance de cathode et est donc principalement utilisé dans les amplificateurs d'une puissance plus élevée.

La plupart des circuits montrés sur ces pages utilisent une polarisation négative fixe. La résistance de cathode a une valeur si faible qu'il n'est pas nécessaire de la découpler par un condensateur, dont la résistance interne est de toute façon aussi élevée que celle de la résistance.



Pour les amplificateurs de puissance plus faible (utilisant des tubes PL84, PCL86 ou PCL805), le schéma standard est donné à gauche.

La résistance de cathode est déterminée pour un étage push pull équipé de PCL805 travaillant en 300V.

Ce circuit permet un déplacement automatique du point de fonctionnement de la classe A (signaux audio de faible amplitude) vers la classe AB (signaux audio de forte amplitude). Le fonctionnement en classe A produit peu de distortions, mais le rendement est moindre. Quand les tubes doivent fournir un signal plus important, les pics moins négatifs du signal font que les tubes conduisent en moyenne plus de courant. Le courant plus important dans la résistance fait que la chute de tension au bornes de la résistance de cathode devient plus importante, ce qui déplace le point de fonctionnement vers la classe AB qui a un meilleur rendement, mais qui peut produire des distortions quand l'amplitude du signal est faible. Quand le niveau sonore diminue à nouveau, le courant diminue, ainsi que la polarisation plus négative et les tubes repassent en classe A.

Ici aussi il n'est pas recommandé d'augmenter trop la valeur du condensateur de cathode: 50µF pour un amplificateur single ended de quelques watts, 100µF pour un amplificateur de 15W par canal et 220µF pour un amplificateur de puissance encore plus élevée. La combinaison de la résistance et du condensateur a une constance de temps de 33ms, ce qui correspond à une fréquence de 30Hz, la fréquence minimum à reproduire.

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