Amplificateurs à tubes
Commande des tubes push pull
Etage déphaseur

L'étage déphaseur permet de commander l'étage de puissance avec un signal double: un signal normal et un signal déphasé de 180°
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Montage concertina ou cathodyne


Image d'oscilloscope quand l'amplitude du signal est trop forte


Pour commander un amplificateur en classe AB2
il faut autre chose qu'un cathodyne


Cathodyne avec bootstrap (vert)
et correction de l'impédance (rouge)

L'étage déphaseur à une seule triode est appellé "Concertina" dans la littérature d'époque, mais on retrouve également le nom de cathodyne ou split load (charge répartie).

Sur le schéma, j'ai ajouté le premier étage. R14 et R18 sont les résistances de polarisation de la grille. Ce circuit "amplifie" le signal environ 0.9× à 0.95× (une faible réduction de l'amplitude du signal). Avec le premier étage, nous avons une amplification de 15× (pour être précis, de deux fois 15).

Ce circuit est tout simple et donne de bons résultats, mais il y a quelque chose qui ne se remarque pas à l'image, c'est l'impédance différente du circuit de cathode et d'anode. Cela peut poser problème si l'étage final est à basse impédance.

Nous envoyons un signal alternatif sur la grille de la seconde triode ECC83. Sur la cathode nous avons un signal en phase et sur l'anode en phase inverse. mais si la résistance de charge est relativement faible (située après le condensateur C19 et C20) elle peut influencer le signal. L'impédance dynamique de la cathode d'une lampe ECC83 est d'environ 700Ω, tandis que celle de l'anode est 100× plus élevée. L'amplitude du signal sera plus élevée sur la cathode que sur l'anode.

On peut réduire ce problème en prélevant non plus la tension sur la cathode, mais sur le point commun des résistances R18/R19. Si l'impédance de charge est de 1MΩ il n'y a aucun problème. Une mesure avec un multimètre précis doit déterminer l'amplitude du signal sur les deux branches: signal à l'entrée de 100mV 400Hz effectif, le signal sur les deux sorties doit être de 1.5V effectif.

Cet étage déphaseur permet de commander une paire de EL84, mais n'est pas en mesure de commander une paire de PL504 ou PL519 qui nécessitent un signal de commande à basse impédance. Ces tubes doivent être commandés avec un fort signal et avec la grille qui peut devenir légèrement positive. Dans ce cas, l'étage déphaseur doit être suivi d'un étage de commande pour chaque tube de puissance (plusieurs schémas sont montrés sur ces pages).

Il n'est pas possible d'utiliser une triode qui permet un courant plus important (et qui a alors une résistance interne plus faible), car le fonctionnement correct du tube est basé sur un gain important de la triode (µ ≥ 100).

L'étage déphaseur a une impédance d'entrée très élevée et peut être commandée par toutes les sources possibles, et en particulier par une penthode ou une cascode.

Déformations du signal à cause des sorties asymmétriques

Prenons un exemple, une triode simple ECC83 en montage cathodyne qui doit commander deux tubes de forte puissance (tétrodes à flux dirigé). Ces lampes doivent recevoir un signal de forte amplitude, avec la grille qui peut devenir momentanément positive (classe de fonctionnement AB2).

Nous montrons le signal sur les deux grilles de commande des tubes de puissance. La première courbe est le signal sur l'anode ("anode output"), la seconde courbe est le signal de la cathode ("cathode output").

Le signal de la cathode est peu déformé, et c'est normal car la cathode a une impédance faible et peut commander le tube de puissance, même quand la grille devient légèrement positive.

Pour l'anode par contre, il y a un problème:

  • Quand la tension de l'anode augmente, la tension de sur la grille du tube de puissance est limitée et ne peut pas devenir positive. La sortie sur l'anode est à haute impédance et ne peut pratiquement pas fournir de courant (quand la grille de commande devient positive, il y a un faible courant de grille qui apparait). Cette déformation typique est à la base du son typique des amplificateurs de guitare.

  • Quand la tension de l'anode diminue, nous avons un pic négatif, causé par la cathode du tube déphaseur et la grille du tube de puissance. La tension de grille devient positive et un leéger courant de grille circule (la grille se comporte comme une diode en conduction, voir schema). C'est alors comme si l'étage déphaseur était découplé quand la tension sur la cathode devient maximalement positive. Cela produit une augmentation de l'amplification de l'étage cathodyne, avec le pic qu'on voit sur l'image d'oscilloscope.
Le pic négatif très visible n'a en fait que peu d'influence sur le son obtenu. En effet, avec une tension de grille de -60V le tube de puissance correspondant est pratiquement hors conduction (alors que l'autre tube est en conduction maximale).

C'est la raison pour laquelle un circuit déphaseur de type concertina/cathodyne n'est pas recommandé pour commander des tubes de forte puissance (amplificateurs hifi). Pour un amplificateur de guitare, on choisira justement un tel type de montage!

L'étage déphaseur a une impédance d'entrée très élevée et peut être commandé par tous les types de montages, même ceux qui ont une impédance de sortie élevée (penthode ou cascode).

Diode anti-flash

Le montage montré ci-dessus a un couplage par condensateur. Un couplage direct est possible si la tension anodique du premier tube est suffisamment basse (100V environ), c'est la raison de la résistance anodique de valeur relativement élevée.

Dans les montages à étage déphaseur couplés directement, la tension sur la grille à tendance à augmenter jusqu'à la tension d'alimentation (via la grille d'anode du tube préamplificateur) tandis que la cathode est maintenue à la masse par la résistance de cathode.

Quand le tube n'est pas encore assez chaud, il n'y a pas d'émission et la tension entre les deux électrodes peut augmenter jusqu'à plus de 300V (la valeur de la tension d'alimentation sans charge). C'est une tension trop élevée pour la triode et un flash over peut se produire. A terme, cela peut endommager le tube, alors qu'il existe une solution très simple pour éliminer le problème.

Il s'agit d'une diode placée entre la cathode et la grille de la triode, avec l'anode de la diode branchée à la grille. La diode n'est en conduction que quand le tube est encore froid et limite la tension à +0.6V. Une fois que la triode entre en conduction, la tension entre cathode et grille passe à -1.5V (environ) et la diode n'est plus en conduction.

La diode n'a aucune influence sur le son (elle n'est pas en conduction en fonctionnement normal). Il faut choisir une diode à faible capacité interne comme une diode 1N4148. Le courant a fournir est de quelques mA et la tension inverse est limitée à quelques volts.

Une dernière version du montage cathodyne

Le montage cathodyne n'amplifie pas, il faut un étage précédent pour amplifier le signal à un niveau suffisant pour commander les tubes de puissance. Si on utilise de la contre-réaction, le montage ne suffit pas pour obtenir une amplitude suffisante, qui est de 10V (effectifs) pour une paire de EL84 et de 25V pour une paire de EL34.

L'étage précédent produit seul l'amplification. Chaque tube produit une amplification déterminée, qui est limitée par le le facteur µ du tube. De plus, l'amplification est réduite par la résistance d'anode.

Le montage bootstrap (indiqué en vert) va rendre la résistance d'anode pratiquement infinie, ce qui permet d'augmenter l'amplification du tube jusqu'à sa valeur limite de µ. On prélève le signal (en phase) sur la cathode du déphaseur. Le tube se comporte comme s'il était chargé par une résistance de valeur infinie (source de courant). L'impédance d'entrée de l'étage déphaseur est pratiquement infinie.

Pour compenser l'effet de la résistance, il faut ajouter un petit circuit compensateur (en rouge) qui va égaliser les impédances que voit le tube. Après calculs et essais, la résistance a reçu une valeur de 120kΩ qui permet d'égaliser l'amplitude du signal alternatif sur les deux sorties.

Ce circuit amélioré permet de commander directement une paire de EL84 même avec une contre-réaction de 10dB. Pour commander une paire de EL34 on peut transformer le déphaseur en montage williamson en ajoutant une double triode.

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