Amplificateurs à tubes
Etage symmétrique double mullard
Etage déphaseur

L'étage déphaseur double mullard est symmétrique du début à la fin et permet de réduire les distortions. Le taux de réjection du mode commun (common mode rejection ration) est élevé.
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Prototype avec EF86

Mon but n'est pas de refaire un schéma trouvé sur le net, mais de créer un amplificateur avec un schéma unique. Je voulais faire un amplificateur d'environ 2 × 30W avec un taux de distortion inférieur à 0.1%. La configuration serait un double mullard et j'avais déja choisi les tubes: 2 × EF86 comme préampli, 2 × ECC82 comme étage de commande et 2 × PL504 comme étage de puissance (par canal). J'avais déjà tous les tubes en stock, récupérés de diverses télévisions, radios et amplificateurs.

Je fais des tests avec la partie préampli, mais ce n'est vraiment pas l'idéal. Les pentodes EF86 de récupération avaient des caractéristiques très différentes (ce qui m'a forcé à utiliser des résistances de polarisation individuelles). De plus, le bruit de fond me dérange. Il est toujours présent avec des pentodes utilisées en préamplificateur, mais ici le souffle est vraiment très présent, peut être causé par une pentode défaillante. A cette époque, vers 1995 - 2000, il était très difficile de trouver des tubes EF86 valables. Augmenter la contre-réaction globale ne réduit que très peu le souffle des pentodes.

Pourquoi ne pas remplacer les pentodes par un montage cascode qui a tous les avantages d'une pentode sans les inconvénients?

Double mullard avec cascode

Le second circuit à gauche est la partie aboutie du schéma: c'est un long tail moderne qui utilise la tension négative de polarisation des tubes de puissance pour stabiliser le point de fonctionnement des tubes préamplificateurs. Le premier étage utilise deux ECC83 sous forme de montage cascode avec un courant anodique de 1mA environ. La tension sur l'anode du tube haut est de 160V environ. Pas possible de faire une connection directe de l'anode à la grille du tube suivant, cela ne fonctionne que si le second tube est un étage déphaseur cathodyne.

On a normalement une seule résistance de cathode (non découplée), mais pour stabiliser au mieux le permier étage, chaque cathode a sa propre résistance. Les deux cathodes sont couplées ensemble par le condensateur de 4.7µF, le couplage des cathodes est une caractéristique du montage long tail. Les résistances individuelles permettent d'éviter d'avoir des différences de tension anodique sur le tube supérieur trop importantes, même avec des tubes dont les caractéristiques sont différentes.

Il y a une contre-réaction globale qui est introduite sur la seconde branche du montage mullard / long tail (qui est normalement mis à la masse). Cette contre-réaction est facultative et le taux de contre-réaction peut être modifié en changeant le rapport des résistances. Le petit condensateur améliore la stabilité du montage, sa valeur dépend du transfo de sortie utilisé (compensation du déphasage).

Le second étage est également un montage long tail, également alimenté avec une tension cathodique négative. Le tube utilisé ici est un ECC81.

Il y a une contre-réaction locale prélevée sur l'anode du tube de puissance correspondant (EL509). Un tel montage est décrit plus en détail (avec schémas) sur la page du tube EL509. Le montage décrit sur cette page est passé par plusieurs versions, c'est avec le préampli montré ici que les caractéristiques étaient les meilleures.

Une résistance adjustable permet d'avoir une tension de 150V sur l'anode, ceci pour avoir le swing le plus élevé. La modification de la résistance adjustable n'a aucun effet sur le fonctionnement dynamique de l'étage, puisque les deux cathodes sont couplées par le condensateur (non-polarisé) de 10µF.

Symmétrique du début à la fin
Grâce au double montage mullard, les différences dynamiques entre les deux systèmes sont très limitées: il n'y a pratiquement pas de différence d'amplitude du signal sur les grilles de commande des deux tubes de puissance. Le montage symmétrique du début à la fin permet une réduction des distortions. Même un étage préamplificateur produit des distortions (principalement des harmoniques de rang 2) qui peuvent être éliminées par un montage symmétrique.

Un avantage supplémentaire du montage totalement symmétrique, c'est que le ronflement peut être fortement réduit, car il agit identiquement sur les deux systèmes. Ce n'est plus tellement nécessaire maintenant qu'on a des condensateurs électrolytiques de valeur élevée, mais cela permet de faire fonctionner l'ampli stéréo avec seulement un seul condensateur de 220µF/385V sur l'alimentation (et 470µF sur la branche négative).

Pour avoir une fonctionnement parfaitement symmétrique sur les deux branches, même en utilisant des tubes aux caractéristiques divergentes, il faut brancher les tubes comme sur le schéma: le premier ECC83 est utilisé dans la partie basse de la cascode, le second ECC83 dans la partie haute et le ECC81 comme étage de commande.

Les deux étages tirent 7mA (que l'alimentation négative doit également pouvoir fournir), les tensions indiquées sont ±20% comme avec tous les amplis à lampes. L'amplitude du signal alternatif pour obtenir la puissance nominale est de:

  • 200mVrms grille de la cascode
  • 2.1Vrms grille étage de commande (avec effet de la contre réaction)
  • 35Vrms grille tube de puissance
La tension alternative sur le transfo de puissance est alors de 580V, avec l'impédance primaire du transfo de 2×4.7k. La puissance mesurée par canal était d'un peu plus de 30W.

Le condensateur et la résistance sans valeur entre les deux anodes sert à sert à déterminer la limite supérieure de la bande passante. Les valeurs doivent être déterminées expérimentalement (cela dépend du montage et du placement des composants), commencez avec R = 33k et C = 100pF. L'idéal c'est d'utiliser un oscilloscope, d'envoyer un signal carré de 100mV 10kHz à l'entrée et de voir que les coins sont bien arrondis.

La différence entre un amplificateur normal (single ended) et un amplificateur symmétrique (push pull ou double mullard) est rendu avec le graphique. Les deux graphiques montrent la tension de sortie par rapport à la tension à l'entrée.

Le premier graphique est celui d'un étage single ended, avec en vert l'amplification idéale (linéaire) et en rouge la courbe effective du tube. La zone jaune est la déformation. Cette déformation ne joue pas un role très important pour un étage préamplificateur car l'amplitude du signal en sortie est si faible (5V effectif) que la portion de la courbe ressemble à une droite. Mais pour un étage de commande qui doit fournir un signal alternatif de 25V effectifs ou plus, la déformation est bien notable. Et la déformation est très importante pour un étage de puissance qui a un swing important (il utilise pratiquement toute la courbe).

Avec un montage single ended les distortions peuvent être réduites en réalisant un schéma optimalisé au maximum où on diminue les distortions de l'étage de puissance en introduisant des déformations inverses dans l'étage de commande. Pour l'étage de commande on choisit un point de fonctionnement qui n'est pas optimal, mais dont les distortions compensent celles de l'étage de puissance. On retrouve parfois la dénomination "starved" pour un tel circuit, qui utilise une tension anodique trop basse pour l'étage de commande. La contre réaction permet également de réduire les distortions, mais c'est un pis-aller.

Quand on utilise un montage totalement symmétrique on a deux tubes qui produisent environ les mêmes distortions, mais elles s'anullent au final. Nous avons la distortion d'un tube (courbe rouge) et la distortion pratiquement identique de l'autre tube (magenta). La zone jaune est minimale. Ce système fonctionne le mieux avec des triodes doubles (deux triodes dans une seule ampoule) car elles ont pratiquement des caractéristiques identiques. C'est pour cela qu'il faut faire correctement les paires dans le montage ci-dessus: une paire avec les deux triodes inférieures de la cascode, une paire avec les triodes supérieures et la dernière paire avec l'étage de commande.

Les étages préamplificateurs des amplis modernes sont construits sur base d'étages long tail, qu'il s'agisse d'étages composés de composants discrets ou d'amplis opérationnels. L'étage d'entrée est une paire différentielle qui reçoit sur une entrée le signal à amplifier et sur l'autre entrée une partie du signal amplifié prélevé en sortie (contre-réaction). Les amplis à transistors bien conçus n'ont pas d'éléments qui causent un déphasage et peuvent avoir une contre-réaction importante tout en restant stables.

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