Amplificateurs à tubes
de la préamplification à l'étage final
Types de tubes

Une petite liste des lampes qu'on peut rencontrer dans un amplificateur.
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Diode

L'avantage d'une lampe diode dans l'alimentation d'un amplificateur, est que la lampe a une courbe plus progressive, elle entre progressivement en conduction aux alternances. Une diode au silicium passe brusquement en conduction et à l'arrêt et cela produit une oscillation parasite dans le transfo (ringing) qui s'entend dans les amplificateurs mal conçus.

Un autre avantage est que la tension monte lentement au moment où l'émission électronique du tube débute. Il n'y a pas de tensions trop élevées qui apparaissent, ce qui est important pour les étages préamplificateurs qui parfois ne sont conçus que pour une tension plus basse, obtenue quand les tubes sont tous en conduction.

Une lampe diode n'est possible que pour la haute tension, là où le courant est limité et les tensions sufficamment élevées pour accepter une chute de tension de plus de 10V. Pour le chauffage, il faut obligatoirement passer par des diodes au silicium si on veut également redresser le courant de chauffage.

Si on utilise des diodes au silicium, il faut simplement placer des petits condensateurs de 10nF à 100nF ventre la masse et chaque fil du secondaire pour tous les circuits qui consomment du courant pour éviter le ringing. Des diodes 1N4007 suffisent pour la haute tension.

Si on remplace une lampe par un redresseur "solid state", il faut normalement placer une résistance de 100Ω en série avec les diodes pour compenser le fait que les diodes au silicium ont une chute de tension plus basse. On peut éviter que la haute tension ne monte trop haut à la mise en route par l'utilisation d'un relais qui n'alimente le circuit HT qu'au bout de 30 secondes. Les contacts du relais doivent être cours-circuités par une résistance d'environ 100kΩ qui va permettre à la tension de monter lentement avant la ferméture du contact.


ECC82


ECC83

Que nous montrent les courbes?
Sur l'abscisse on indique la tension entre cathode et anode, sur l'ordonnée le courant anodique, et ce pour des tensions de grille différentes.

Avec un tube ECC82 on remarque que le courant anodique augmente avec la tension: à partir d'une tension minimale la lampe se comporte comme une résistance, notament une résistance de 6.7kΩ avec une tension de polarisation de -2V. Si on fait passer la tension de grille de -2V à -4V, le courant de plaque diminue de 13 à 7.5mA (pour une tension de 150V), donc environ une diminution de moitié.

Le tube ECC83 a une résistance interne dix fois supérieure avec une tension de grille de -1V. Si on varie la tension de grille de -1V à -2V, le courant passe de 1.2 à 0.2mA, une diminution de seulement 1mA, mais en proportion une diminution de 600%.

On voit bien que ce sont deux lampes aux caractéristiques totalement différentes.

Triode

Une triode a un élément de plus que la diode, notament une grille qui sert à controler le courant entre la cathode et l'anode. La grille a généralement une tension négative par rapport à la cathode pour repousser plus ou moins les électrons. On peut obtenir une tension négative avec une résistance de cathode. Quand le courant circule dans la lampe il se produit une chute de tension de par exemple 2V dans la résistance, qui forme automatiquement la polarisation de la grille.

La tension de grille est normalement négative par rapport à la cathode, mais dans certaines circonstances, la tension de grille peut devenir légèrement positive, ce qui permet un courant de plaque plus important (tubes de commande de la déflection horizontale et verticale d'un téléviseur). Dans les applications audio normales, la tension de grille ne devient pas positive par rapport à la cathode. Quoi que...

Au lieu d'une tension de polarisation produite par une résistance de cathode, on peut également utiliser une source négative. Cela se faisait dans les appareils utilisant des lampes à chauffage direct, mais cela est encore réalisé dans les amplificateurs travaillant en classe AB.

Une triode a une réaction entre l'anode et la grille. Les paramètres effectifs sont différents de ce qu'un calcul théorique pourrait donner. Une lampe ECC83 a un µ de 100 (facteur amplification), mais en pratique l'amplification ne dépassera pas le 50.

Une triode a généralement une résistance d'anode où va se développer une tension suite au courant anodique. On choisit une résistance la plus élevée possible pour avoir un gain en tension le plus élevé possible avec le courant vairiable. Un petit rappel: la triode a sur son entrée une tension variable, qui est transformé en courant de plaque variable. Ce courant doit à nouveau être transformé en tension.

A partir d'une certaine résistance d'anode, le gain n'augmente plus. La raison est simple: quand la résistance de plaque augmente, la tension aux bornes de la résistance augmente, ce qui fait que la tension au tube devient plus faible. En plus d'une réduction du gain, cela produit également une déformation du signal, c'est la raison pour laquelle on n'augmente pas trop la résistance d'anode d'une triode (une valeur typique est de 100kΩ).

Et en plus, il y a la capacité parasite entre grille et anode qui fait que le tube n'est pas particulièrement efficace aux fréquences élevées, où la capacité parasite agit comme un cours-circuit.

Tétrode

En placant une grille de plus entre la grille de commande et l'anode, on isole électrostatiquement les deux électrodes. La grille écran est généralement placée à un potentiel entre la tension de cathode et la tension de l'anode (cela dépend des applications). Les caractéristiques du tube changent complètement

Pour commencer, l'amplification est plus élevée, puisque l'anode influence moins le flux d'électrons. Les lignes caractéristiques du tube sont totalement différentes. La tension d'anode n'influence que peu le courant d'anode: la tension sur la grille joue ici un role beaucoup plus important.

Un problème qu'ont les tétrodes (et pratiquement tous les tubes avec de nombreuses grilles) c'est que les tétrodes ont un souffle plus important que les triodes. Les électrons peuven têtre absorbés soit par la grille écran, soit par l'anode, et un électron qui est absorbé par la grille ne peut plus être absorbé par l'anode. Comme le flux d'électrons dans une lampe n'est pas régulier, cela produit un souffle (bruit de fond). Des circuits particuliers permettent d'éliminer à la fois les inconvénients des triodes et des tétrodes/penthodes.

La tétrode fonctionne normalement bien tant que l'amplitude du signal est faible. Si la tension de l'anode passe en dessous de celle de la grille écran, le courant dans la grille écran va augmenter au détriment du courant à l'anode. Cela produit un coude prononcé dans les caractéristiques du tube. Un tel tube produit des déformations qui ne peuvent pas être éliminées par un montage symmétrique (push pull).


EF86


EL34

Que nous montrent les graphiques?
Le courant anodique est moins dépendant de la tension d'anode. Les courbes sont pratiquement horizontales.

Le courant n'augmente que de 1mA quand la tansion d'anode passe de 100 à 300V. La résistance interne du tube est donc de 200kΩ avec une tension d egrille de -2V. Si on fait varier la tension de grille de commande de -1V à -2V le courant passe de 5.1 à 2.9mA (à tension de grille écran constante).

Le courant augmente de 25mA quand on augmente la tension d'anode de 100V à 300V, donc une résistance interne de 8kΩ avec une tension de grille de commande de -10V. Quand nous modifions la tension de la grille de commande de -10V à -15V, le courant anodique passe de 130 à 70mA.

Mémorisez bien ces résistances internes de 67kΩ (ECC83), 200kΩ (EF86), 8kΩ (EL34): pour avoir le meilleur transfert de puissance, la résistance de charge doit avoir la même valeur.

Penthode

La penthode an une grille supplémentaire entre la grille écran et l'anode (grille suppresseuse ou grille d'arrêt) dont le but est de renvoyer les électrons émis de l'anode vers l'anode (électrons libérés par émission secondaire). Les électrons secondaires ont une vitesse plus faible et sont donc repoussés par la grille suppresseuse (au potentiel de la cathode), tandis que la même grille n'a pratiquement aucun effet sur les électrons rapides émis de la cathode.

Le coude caractéristique du tube est fortement réduit (cela dépend du tube). Le tube EF86 a un fonctionnement pratiquement linéaire, mais le EL34 a toujours un petit creux présent quand la tension anodique est basse (plus basse que la tension de grille écran) et que les électrons ont donc plus tendance à se jeter sur la grille écran que sur l'anode. L'effet peut être éliminé par une construction spécifique du tube, voyez le tube PL504 décrit plus loin (tétrode à flux dirigé).

La lampe EL34 qui est fabriquée dans différents pays (Chine et Russie en particulier) a des caractéristiques qui dévient parfois de la norme. C'est pour cela qu'il faut acheter 4 tubes d'une même série quand on veux construire son amplificateur (amplificateur stéréo à montage push pull). Le circuit doit être ajusté et les tubes ne peuvent pas être échangés sans refaire les réglages. Pour les étages de préamplification, les différences dans les caractéristiques n'ont pas autant d'influence.

Une penthode a toujours un souffle plus prononcé qu'une triode, mais l'effet n'est pas significatif en ce qui concerne les tubes de puissance. Même l'étage de préamplification peut être construit avec une penthode si le signal à l'entré est suffisamment fort (entrée au niveau AUX de 200 à 500mV). Ce n'est que dans les récepteurs où le signal d'antenne ne fait que quelques µV que le souffle des penthodes se remarque par une détérioration du rapport signal/bruit.

Tétrode à flux dirigé

La penthode a été brevetée par Philips dès son invention, ce qui a forcé les américains à inventer autre chose. Ah! Ces néerlandais, on ne peut jamais compter sur eux! Et c'est encore bien, car ainsi on a pu trouver des constructions qui sont plus efficaces que les penthodes. C'est ainsi que Philips a également utilisé des tétrodes à flux dirigé là où la puissance doit être élevée (PL504 et PCL805).

Il n'y a pas de grille d'arrêt dans une tétrode à flux digigé, mais deux plaques pour concentrer le flux d'électrons. Le nuage d'électrons (chargés négativement) agit ainsi comme grille d'arrêt. Il est possible d'obtenir de meilleures caractéristiques avec une tétrode à flux dirigé qu'avec une penthode classique, en particulier en ce qui concerne les puissances élevées.

Lampes avec encore plus de grilles

Certains tubes ont encore plus de grilles, mais ne nous concernent pas vraiment (amplificateurs audio). Ces tubes sont employés comme multiplicateurs et comme changeurs de fréquence.

Un tube caractéristique est le ECH81 (triode-heptode) qui permet de mélanger le signal d'antenne à un signal de fréquence plus basse pour obtenir un signal de moyenne fréquence fixe qui sera amplifié par la suite. Le signal d'antenne est appliqué à la première grille et le signal de l'oscillateur local à la troisième grille. Les grilles 2 et 4 sont des grilles écran et la grille 5 est la grille d'arrêt classique. On obtient sur l'anode le produit grille-1 × grille-3. Ces tubes ne sont normalement pas utilisés dans des applications basse fréquence.

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