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Nous avons déja parlé de l'étage d'entrée qui amplifie le signal jusqu'à une amplitude d'environ 10V pour commander l'étage de puissance.
Dans l'introduction on vous parle de la fonction de l'étage déphaseur et on vous montre quelques schémas avec les taux de distorsion correspondant.
Quel circuit déphaseur choisir?
A droite des petits circuits déphaseurs comme décrits dans les manuels d'utilisation (avec le dessin typique des résistances dans les années 1950). Un tel type de circuit n'est actuellement plus de mise, alors que les amplificateurs à lampes peuvent maintenant atteindre un taux de distorsion de 0.1%. Les montages indiqués à droite peuvent être utilisés pour un amplificateur utilisant des tubes qui ne nécessitent pas un sweep important sur la grille, comme par exemple une paire de EL84 ou 6V6, eventuellement une paire de EL34 si on ne les pousse pas à fond.
Cathodyne avec ECC82
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- Concertina ou cathodyne
L'étage inverseur à triode simple concertina/cathodyne suffit pour commander un petit amplificateur avec des tubes du genre EL84 ou PCL86 (résistance de grille du tube de puissance de 1MΩ). Un tel tube nécessite un signal de 10Veff (30V crête-à-crête) sur la grille de commande pour obtenir la puissance nominale de l'ampli.
| Vb | 300V
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| Ia Ia' | 0.9mA 0.8mA
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| Vo | 20V (d = 1%)
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| Vo/Vi | 11
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Le montage cathodyne peut fournir un signal de 20V effectifs dans un penthode de puissance basse à moyenne. On utilise ici un ECC82 qui a un gain plus faible, mais une impédance plus basse et qui est mieux à sa place pour commander un tube de puissance.
Ce circuit tout simple a de bonnes caractéristiques (meilleures qu'un circuit si simple laisserait présager), avec une différence en amplitude sur les deux sorties qui n'est déterminée que par les résistances de charge.
Le montage est particulièrement asymmétrique en ce qui concerne les impédances de sortie et le bel équilibre peut être brisé dès que des tubes d'une puissance plus élevée doivent être commandés.
Le sweep (déviation en tension) est le plus faible de tous les montages car le signal est prélevé à la fois à la cathode et à l'anode.
Le déphasage entre les sorties est très faible, car une seule triode est utilisée: on utilise le même nombre de triodes pour les deux phases.
Ce montage est bien adapté pour les petits amplificateurs qui utilisent des tubes de puissance EL84 ou 6V6.
Mullard avec ECC83
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- Long tail, Mullard ou déphaseur de Schmidt
Pour un étage qui utilise des tubes EL34, on donnera la préférence un circuit qui utilise deux triodes long tail ou mullard avec la possibilité de modifier la résistance de charge pour équilibrer les tensions alternatives. Il faut un signal de 25Veff sur g1 pour commande au maximum le tube.
| Vb | 300V
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| Rk | 1kΩ
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| Itot | 1.5mA
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| Vo | 40V (d = 4.5%)
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| Vo/Vi | 60
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Dans cette configuration, le circuit Mullard avec ECC83 produit une amplification importante, mais également une distorsion qui n'est actuellement plus acceptable. On utilisera un signal de sortie de maximum 25V. Le circuit mullard standard nécessite une double triode avec un gain important (µ = 100) pour avoir une symmétrie suffisante.
Le montage long tail est également utilisé sous une forme plus moderne dans les amplificateurs opérationnels (circuits intégrés ou circuits batis sur des composants discrets).
Le montage à droite est en fait un floating paraphase, qui combine les avantages du montage long tail avec ceux du paraphase.
C'est un montage avec deux entrées, la seconde entrée est mise à la masse pour l'alternatif ou est utilisée pour injecter le signal de contre-réaction.
L'étage produit une légère amplification et l'impédance des deux étages est identique. L'impédance d'un tel montage est plus élevée que celle d'un montage simple.
Il y a toujours une différence d'amplitude entre les deux sorties. Il s'agit d'un amplificateur différentiel, qui doit avoir une différence à amplifier. La différence est moindre quand on utilise des tubes à gain élevé.
Le rapport des résistances d'anode et de cathode détermine en partie l'assymétrie et on utilise une résistance cathodique de valeur élevée, parfois avec une alimentation négative pour réduire la chute de tension. Par contre une résistance cathodique de valeur élevée réduit le gain de l'ensemble et augmente l'impédance du circuit anodique. Comme dans toutes les choses de la vie, il s'agit ici aussi d'un compromis à faire.
On peut réduire la différence en mettant sur la sortie 1 (celle qui reçoit le signal à amplifier) un diviseur résistif avec trimmer qui fournit une tension de 90 à 100%. Ne pas jouer avec la valeur des résistances, cela provoque une asymmétrie et augmente légèrement les distorsions.
Ce montage permet de nombreuses modifications.
Déphaseur paraphase
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- Paraphase
Le montage paraphase n'est pas tellement utilisé dans les amplificateurs de type "hifi". On le retrouve par contre assez souvent dans les amplificateurs de guitares. Il existe trois variantes de ce montage:
- le montage standard, où on prélève une partie du signal amplifié pour l'envoyer à une triode qui va effectuer le déphasage
- le montage anode suiveuse qui correspond à un circuit ampli opérationnel avec un gain de -1× et
- le montage paraphase flottante qui utilise en plus une résistance cathodique commune (comme un montage mullard).
Ce dernier montage peut se targuer d'avoir des caractéristiques hifi.
Le montage à droite est une paraphase flottante, mais qui utilise une hexode pour le déphasage. L'anode de la tension en phase est la grille écran, la vraie anode est mise à la masse et sert d'écran électrostatique. Le tube ECH42 est en fait une triode-hexode utilisée pour le changement de fréquence dans les postes AM.
C'est le seul montage où les cathodes sont mises à la masse pour la composante alternative. Ce montage est également appellé anode suiveuse car le gain de l'étage inverseur est fixé à -1×.
Le paraphase permet une déviation importante car les cathodes sont mises à la masse. Le montage peut être réalisé de différentes manières, avec le montage floating paraphase qui reprend certaines caractéristiques du montage long tail.
L'étage préampli et l'étage déphaseur sont réalisés avec une triode double pour avoir des caractéristiques identiques sur les deux sorties.
- Williamson
Le montage Williamson est un montage qui utilise un étage concertina suivi d'un étage long tail, il ne s'agit donc pas vraiment d'un montage séparé. Il est utilisé pour commander les tubes de puissance qui nécessitent un swing important (déviation de tension) comme les tubes de déflection de ligne (tétrodes à flux dirigé).
L'amplificateur Williamson utilise un tel montage, mais le montage williamson comme nous le connaissons a déja été développé par son précécesseur, un certain Cocking.
Le montage Williamson produit un double signal très symmétrique (phase + et -), même quand la charge est complexe. L'impédance de sortie est basse et les distorsions sont faibles.
- Cross coupled
L'étage de déphasage cross coupled (branchement croisé) est un montage peu utilisé dans les schémas amateurs, mais on le retrouve dans certains circuits commerciaux. C'est un circuit qui a de bonnes caractéristiques (peu de déformations, bande de fréquences élevée, incursion de tension élevée, impédance des deux sorties identique) mais qui nécessite deux double triodes de type différent pour bien fonctionner.
- Déphaseur sans nom
J'ai rencontré le montage à droite dans un amplificateur sans nom équipé de doubles triodes 6SN7 et de tétrodes à faisceaux dirigés 6Y6. La double triode 6SN7 a un gain en tension relativement faible (le tube est comparable é&lectriquement à notre ECC82) et le tube 6Y6 est comparable au 6L6 plus connu, mais adapté à une tension anodique plus faible (150V = tension du réseau américain redressé).
La première triode est un adapteur d'impédance sans amplification en tension. La tension va vers la cathode de la triode supérieure du déphaseur et vers la grille du déphaseur inférieur. Le déphaseur inférieur amplifie le signal et le déphase de 180° (la ligne cyan devient magenta).
Pour la triode supérieure il faut s'imaginer que le curseur de l'adjustable est mis à la masse. Il n'y a une tension variable que sur la cathode. Avec une commande sur la cathode (montage à grille commune) il n'y a pas de déphasage (la ligne cyan reste cyan).
L'amplification avec un montage à grille commune est un peu plus forte qu'avec un montage à cathode commune. L'ajustable permet d'envoyer une légère proportion du signal qui arrive sur la cathode sur la grille pour réduire l'amplification. Le réglage doit être tel que l'amplitude sur les deux sorties est identique (mais la phase inversée).
Ce déphaseur a les avantages et inconvénients du montage paraphase, notament un sweep important (déviation du signal) et une impédance en sortie pratiquement identique. Mais le réglage de la symmétrie doit être refait à chaque changement de tube et la symmétrie se perd quand la double triode s'use. Ce montage n'est donc pas vraiment à recommander dans un nouveau montage, le déphaseur de Schmidt est meilleur.
- Push pull sans déphaseur
Le montage SIPP (Self Inverting Push Pull) n'a pas d'étage déphaseur tandis que le montage Simplex est un montage stéréo push pull qui n'utilise que la moitié des tubes d'un amplificateur traditionel (et pas de déphaseur non plus).
Les tubes à émission secondaire peuvent produire le signal déphasé. Ces tubes avaient un gain très élevé, mais avaient un fonctionnement instable et un bruit de fond qui n'est pas compatible avec les amplificateurs modernes. Ces tubes étaient principalement utilisés dans les applications de public address, où une puissance élevée était nécessaire, mais où la qualité sonore importait peu.
Il est possible de remplacer les tubes (triodes) d'un préampli et déphaseur par des transistors (en tout ou en partie). Cela fonctionne très bien et permet par exemple de remplacer une double triode d'un montage Williamson par deux transistors. La qualité sonore est excellente
Un montage cathodyne avec son tube préamplificateur amplifie environ 50× (2 triodes), c'est le schéma sans la partie verte. Un tel montage permet de commander une pentode du genre EL84 (qui nécessite une tension de 10V eff.) avec une tension de 200mV.
Un montage paraphase qui utilise aussi 2 triodes amplifie également 50×, l'amplification étant fournie par la première triode.
Le montage mullard ou long tail à 3 triodes amplifie environ 200× (si on ajoute le tube préamplificateur), c'est la solution idéale pour commander une paire de EL34 (25Veff).
Le montage Williamson (c'est le schéma complet) permet une amplification de 2000×. Cela permet de commander une tétrode à flux dirigé (40V effectif) avec une tension de 20mV. Le facteur d'amplification est tellement élevé qu'on ajoute toujours une contre-réaction.
La diode anti flashover (en rouge) est décrite sur une autre page.
Notez qu'il y a encore d'autres montages, mais ils sont encore moins utilisés et il vaut mieux se baser sur ces montages qui ont fait leur preuves et qui ne nécessitent pas d'artifices particuliers.
Nous continuons la visite du musée virtuel avec la page consacrée aux étages de commande. Ils servent à commander les tubes de l'étage de puissance. Ils ne sont nécessaires que si l'amplitude de commande doit être élevée et/ou si la capacité parasite est importante (tubes de déflection).
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