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

Nous commençons notre liste des composants qu'un peut trouver dans un amplificateur à lampes avec les diodes et les triodes.
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Diode

On peut uniquement trouver des diodes de redressement dans un amplificateur, pas des diodes de détection. Certains amplificateurs modernes utilisent encore et toujours des lampes diodes, alors qu'il existe des diodes au silicium qui peuvent parfaitement les remplacer.

Avantages des lampes diodes

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.

Si on utilise des diodes au silicium, il faut simplement placer des petits condensateurs de 10nF à 100nF entre la masse et chaque fil du secondaire pour tous les circuits qui utilisent des diodes pour éviter le ringing. Ces condensateurs sont également utiles pour absorber les parasites du secteur (à placer sur tous les fils secondaires). Des diodes 1N4007 suffisent pour la haute tension. Des diodes plus exotiques ne vont pas améliorer la qualité sonore de l'ampli.

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.

Mais la plupart des tubes diodes sont à chauffage direct qui est plus rapide que le chauffage indirect des autres tubes. Le chauffage direct fait que la haute tension monte plus rapidement que la consommation dans les autres tubes et une surtension peut malgré tout se produire pendant la mise en route.

Une diode thermo-ionique n'est possible que pour la haute tension, là où le courant est limité et les tensions suffisamment 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.

Images à droite:
Les tubes de redressement sont souvent des diodes à chauffage direct (le filament est la cathode) qui permet un rendement plus élevé. Le transfo a besoin d'un bobinage supplémentaire, car la tension de chauffage de ces diodes est de 5V au lieu de 6.3V comme pour les autres tubes. La dissipation anodique d'une diode est faible par unité de surface en comparaison de la dissipation d'une pentode de puissance. Cela est fait pour éviter que l'anode chauffe de trop, ce qui causerait une émission de la cathode, ce qu'il faut absolument éviter. La surface de l'anode est grande par rapport à la dissipation maximale.

Remplacement des tubes redresseurs par des diodes au silicium

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.

Si on n'utilise pas de relais, il faut parfois prévoir des mesure supplémentaires pour protéger certains tubes préamplificateurs, par exemple un diviseur de tension pour éviter que la haute tension ne dépasse une certaine valeur.

Il y a une page qui explique en détail les mesures à prendre pour le remplacement des tubes redresseurs par des diodes au silicium.

Contrairement au diodes de redressement, les diodes de détection ont toujours des cathodes à chauffage indirect. La diode de détection la plus connue est le EABC80 (image à gauche), qui se compose de deux diodes pour le discriminateur FM, d'une diode pour la détection AM et d'une triode pour commander le tube de puissance EL84. Cette combinaison était utilisée dans pratiquement tous les postes de radio.



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 cathodesauf certains tubes qui peuvent fonctionner en classe AB2.



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 qui avaient toutes les cathodes à la masse. La tension négative est utilisée 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 d'amplification de tension), 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.

Images à gauche:
La 12SL7 est une triode double (mieux connue sous la référence 6SL7 avec tension de chauffage de 6.3V). C'est un tube préamplificateur comparable au ECC83 avec une dissipation anodique très faible de 1W par triode, d'un gain µ = 70 et d'une pente de 1.6mA/V. La cathode est très fine, ce qui limite le courant à 8mA.

Le 6SL7 a le même brochage que le 6SN7 mais les deux tubes ont des caractéristiques différentes (le 6SN7 est comparable au ECC82). Le 6SL7 et 6SN7 ont un soquet octal, qui était la norme aux Etats Unis, alors qu'en Europe on était déjà passé au soquet noval qui était meilleur marché, plus petit et plus facile à fabriquer (tout en verre).

La nomenclature des tubes américains (RETMA) se trouve ici.

Le tube à gauche est une version de 1950 avec une anode cylindrique. Les tubes plus modernes ont une autre forme d'anode.

Une des (double) triodes les plus connues est le ECC83 qui est détaillée ici. Les différentes triodes (liste) sont énumérées ici: pour chaque fonction il y a une triode adaptée: les triodes préamplificatrices et les triodes pour commander les tubes de puissance: sélection des tubes de commande.

Nous avons également une utilisation d'une triode inversée (l'entrée se fait sur l'anode et la sortie sur la grille et cela fonctionne très bien!)

La suite de l'article où on parle de tétrodes et pentodes.

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