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

Ce montage est parfois appellé accordéon, car il fonctionne comme un accordéon: quand la tension diminue sur l'anode (tube plus en conduction) elle augmente sur la cathode. Le sweep maximal est donc toujours limité à moins de la moitié de la tension d'alimentation. C'est le seul montage déphaseur qui a cette limite.

Une des caractéristiques du concertina, c'est que le signal sur les deux sorties reste identique, même avec des triodes dont les caractéristiques ne sont plus optimales (tubes en fin de vie). Le signal sur les deux résistances reste toujours identique.

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 (comme montré sur le schéma). 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 les montages qui ont une impédance de sortie élevée (pentode ou montage cascode).

On peut également éliminer le condensateur de couplage si la tension anodique du premier tube est réglée sur une valeur relativement basse. Cela ne pose normalement pas de problèmes, car les amplitudes à cet endroit sont encore très faibles (tout au plus 10V effectifs, soit 30V p-p).

On pourrait croire que le réglage d'un cathodyne est correct si la tension est établie à 1/3 sur la résistance inférieure, 1/3 sur la triode et 1/3 sur la résistance supérieure.

Une meilleure répartition est atteinte si on met 1/4 de la tension sur la résistance inférieure, 2/4 sur la triode et 1/4 sur la résistance supérieure, donc une répartition de 50V et 150V pour une tension d'alimentation de 200V. Avec une déviation de 100V pp (le maximum théorique que le circuit peut accepter) on a une tension sur la résistance inférieure qui va de 0V (triode bloquée) à 100V (triode en saturation) et sur la résistance supérieure de 200V (triode bloquée) à 100V (triode en saturation).

En pratique on va utiliser une répartition de 1/5, 3/5 et 1/5 pour toujours avoir une tension suffisante aux bornes de la triode. Le gain de certaines triodes devient très faible quand la différence de tension est faible, c'est par exemple le cas avec les triodes doubles ECC83 qui sont souvent utilisées dans un déphaseur. Avec une déviation de 100V pp et une tension d'alimentation de 250V il nous reste toujours 50V à la triode quand le signal est positif maximum.

Déformations du signal à cause des sorties asymmétriques

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.

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!

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

Une dernière version du montage cathodyne

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.

Ce schéma n'utilise pas de diode anti flash sur la seconde triode. La diode protège la seconde triode d'une tension trop importante entre la grille (à un potentiel positif via la résistance de 100kΩ) et la cathode (à la masse via une résistance de 47kΩ).

Le montage cathodyne peut également être utilisé comme étage déphaseur dans un montage SRPP d'origine. Le gain des deux branches est identique, mais la tension développée sur les condensateurs de couplage ne l'est plus (c'est le but recherché).

Les montages qu'on trouve dans les radios et téléviseurs commerciaux n'utilisent plus le cathodyne alors qu'il permet une meilleure linéarité à puissance élevée. Mais il nécessite une triode supplémentaire.

Le cathodyne/concertina/split load/accordéon peut également être réalisé vaec des transistors haute tension, et cela fonctionne même très bien. Voici mon montage cathodyne à transistors.

Mais si vous voulez un montage compact sans faire appel à des transistors, vous pouvez utiliser un tube ECF80 of PCF80 qui combine à la fois une triode et une pentode.

La pentode est utilisée comme préamplificatrice et a un gain plus élevé qu'une triode, tandis que la triode est utilisée comme déphaseuse cathodyne. On obtient deux tensions de 14V effectifs: cela est suffisant pour commander une paire de EL84 ou 6V6. Le tube peut même être utilisé pour commander des tubes plus puissants (EL34, KT77,, EL504, EL508,...) Mais la puissance disponible sera limitée par le signal que le déphaseur peut fournir sans distorsion.

Le signal maximal que le cathodyne peut fournir est pratiquement identique pour tous les montages. Il est plus faible pour un ECC83 qui nécessite un etnsion cathode-anode plus élevée.