Amplificateurs à tubes
Commande des tubes push pull
Etage déphaseur

Cette page reprend quelques améliorations qu'on peut ajouter aux circuits déphaseurs. Nous partons à partir d'un étage inversteur de type "Long Tail".
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Le déphaseur long tail est un type de déphaseur qui est souvent utilisé. Dans cet exemple, le long tail est la seconde partie d'un déphaseur Williamson, le déphasage des deux entrées étant effectué par un montage cathodyne.

Supposons que le signal à l'entrée du montage soit asymmétrique. C'est le cas lorsque nous avons affaire à un montage long tail normal. Nous appliquons un signal sur l'entrée 1, mais pas sur l'entrée 2. Voyons ce qui se passe:

  1. La triode de gauche amplifie le signal qui se retrouve sur l'anode, mais inversé.
  2. La triode n'a pas de condensateur de découplage, ce qui fait que la tension se retrouve également sur la cathode commune (mais avec une amplitude un peu plus faible)
  3. La seconde triode fonctionne en mode à grille commune et amplifie le signal sur la cathode. Nous avons le signal amplifié et non inversé sur l'anode de la seconde triode.
Voici quelques valeurs pour vous donner un ordre d'idée des tensions alternatives.
  • E1: 1V +
  • E2: 0V =
  • R3: 0.9V +
  • V1: 10V -
  • V2: 9V +

+ et -:
phase positive ou négative
du signal alternatif.

La tension alternative sur la cathode commune étant plus faible que celle sur la grille 1, nous avons donc également une tension alternative plus faible sur l'anode 2.

Le montage long tail commandé sur une seule branche a ainsi une sortie moins bien équilibrée qu'un autre type de montage, mais a l'avantage d'un swing plus élevé et d'une impédance de sortie identique sur les deux branches. C'est pour cela que ce montage est utilisé pour commander les tubes de forte puissance. Pour équilibrer les deux signaux, on modifie la valeur de la résistance d'anode d'un tube ou on le fait précéder d'un montage cathodyne qui produit les deux phases. Cette dernière solution est utilisée pour les amplis hifi.

Plus le gain des triodes est élevé, et plus le circuit permet de corriger les inégalités. Le rapport

résistance anodique / résistance cathodique

détermine également la correction de l'inégalité: plus la résistance cathodique est élevée (par rapport à la résistance d'anode) et plus la correction sera efficace. Mais une résistance trop élevée limite la tension disponible pour les triodes et donc le swing possible en sortie.

Mais si nous remplacions la résistance cathodique par une pentode? Ce tube a une résistance interne très élevée (le tube se comporte en source de courant)

Mais ce n'est pas tout: on peut utiliser cette pentode pour corriger les inégalités. Nous repartons du circuit présécent avec un signal positif sur l'entrée 1 et aucun signal sur l'entrée 2. Le tube V1 amplifie ici aussi le signal qui se retrouve sur la sortie 1. Mais les deux anodes sont reliées par une résistance. Au milieu nous avons donc la demi-amplitude du signal de sortie V1. Ce signal se retrouve sur la pentode qui amplifie et déphase le signal. Nous avons alors sur son anode un signal inversé de forte amplitude.

Et c'est maintenant que ca devient interessant: ce signal est en phase avec le signal injecté sur la grille V1 et va donc réduire l'amplification de ce tube. Le signal va commander le second tube via la cathode et va produire un signal de forte amplitude en sortie. Ce signal est montré en vert, car il n'existe pas en réalité.

Le signal vert (qui est le signal d'erreur) va être présent à la connection de R5 et R6 et va commander la pentode. Les signaux sur les anodes de V1 et V2 ont dans ce cas une polarité inverse, ce qui réduit le signal disponible sur la grille de la pentode. Celle-ci ne va amplifier que les différences.

Avec le montage long tail classique avec résistances anodiques identiques, on peut obtenir une symmétrie de 90% environ. Si on utilise des résistances adaptées, on peut augmenter la symmétrie jusqu'à 99%, mais elle dépend fortement de l'état des triodes (c'est pour cela que le montage long tail utilise toujours des doubles triodes).

Le montage avec pentode permet d'avoir une symmétrie de 99% qui ne dépend plus que du rapport des résistances R5 et R6. La dérive d'un tube n'influence pas le circuit.

La symmétrie peut dans tous les cas être augmentée en alimentant les deux branches par un signal déphasé produit par un montage cathodyne, mais si on n'utilise pas de pentode correctrice, la symmétrie en sortie dépend des caractéristiques des triodes V1 et V2.

Ce type de montage n'est pas utilisé dans les amplificateurs domestiques; l'asymmétrie est suffisamment réduite par le fait que le montage long tail est généralement précédé d'un cathodyne pour les amplificateurs hifi ou l'utilisation d'une résistance anodique différente pour les amplificateurs un peu moins hifi. Ce montage avec pentode était utilisé dans les oscilloscopes haut de gamme, les appareils de mesure (les premiers amplificateurs opérationnels) et surtout les ordinateurs analogiques pour obtenir un signal très symmétrique.

Mais dans un amplificateur normal, la déformation est surtout causée par l'étage de puissance. Ne pourrait-on pas inclure l'étage de puissance dans la boucle de régulation?

L'étage de puissance (qui est ici dessiné avec des triodes) a une résistance cathodique commune non découplée. Sur les cathodes des tubes de puissance, on obtient le même signal que sur les résistances R5 et R6 du circuit précédent (puisque le signal sur la cathode a la même polarité que sur la grille). La correction joue donc dans le même sens: ce circuit est équivalent au circuit précédent, mais inclut les tube de puissance dans la boucle.

Mais voilà! On n'utilise que rarement des triodes dans l'étage de puissance, celle-ci ne pouvant fournir qu'un tiers de la puissance d'une pentode. La pentode a une grille écran portée à un potentiel positif et va bouffer une partie du courant cathodique. Notre mesure du courant cathodique n'est donc plus une bonne mesure du courant anodique.

Nous avons maintenant notre circuit avec des penthodes en sortie, des pentodes de puissance classiques ou des tétrodes à flux dirigé, cela ne joue pas un grand rôle.

Tout d'abord, notez que les deux grilles écrans des pentodes de puissance sont connectées entre elles, éventuellement avec une résistance anti-oscillation de 100Ω (la résistance d'arrêt n'a autrement aucune influence sur le fonctionnement du tube). Il y a ici aussi une résistance commune R, qui va linéariser un peu le fonctionnement des tubes (mais uniquement si ceux-ci sont pairés). Cette correction à elle seule n'a pas grande influence.

Le signal pour la correction d'asymmétrie est maintenant prélevé via une résistance R7 sur le circuit anodique des deux tubes. Qu'on prélève le signal sur la cathode commune ou l'anode commune ne joue aucun rôle, sauf que la phase de l'erreur est inverse. Et qu'ici on mesure le courant de plaque effectif.

La solution la plus simple, c'est de commander la pentode de correction via sa cathode (indiqué en vert sur le schéma). En effet, une commande sur la cathode agit inversément par rapport à une commande sur la grille, et nous avons à nouveau la phase correcte pour la correction.

Le signal de correction est introduit sur la cathode et prélevé sur l'anode, avec la grille suppresseuse connectée à la cathode. Il s'agit du montage super classique d'une pentode préamplificatrice.

Mais avec les tubes, on peut s'amuser plus qu'avec les transistors. Si maintenant on injectait le signal de correction sur la grille suppresseuse? (Nous utilisons une simple résistance cathodique non découplée), la partie modifiée est en orange.

Il faut savoir que la grille suppresseuse agit comme une sorte d'arbitre: elle renvoie les électrons lents (issus de l'émission secondaire) d'où ils viennent: vers l'anode ou vers la grille écran. Mais si on joue sur la polarisation de la grille, on modifie le taux de séparation: si la tension est fortement négative, plus d'électrons sont refoulés vers la grille écran, si la tension est plus positive, plus d'électrons traversent la grille suppresseuse et se retrouvent sur l'anode.

Conclusion: la tension sur la grille écran suit la tension sur la grille suppresseuse et la grille écran est utilisée comme source pour les triodes. Ce dernier montage est un exemple, je ne sais pas s'il a été utilisé en pratique. Pour la pentode qui doit corriger l'asymmétrie, il faut un tube qui accepte un courant relativement important sur sa grille écran (donc pas un EF86 mais un EL84).

Un circuit qui utilise la grille suppresseuse pour commander le flot d'électrons est le transitron. Nous n'allons pas détailler le fonctionnement de ce montage, mais il dépend des caractéristiques de la grille suppresseuse. Toutes les penthodes ne peuvent pas être utilisées, et certaines penthodes qui sont en parfait état de marche n'oscillent pas. Le montage transitron a rapidement été remplacé par d'autres montages. Le circuit précédent (le numéro 3) était par contre utilisé dans les applications où il faut un signal très linéaire et parfaitement symmétrique: dans les studios d'enregistrement pour commander la tête de gravure (fabrication de la matrice pour presser les disques) ou les têtes d'enregistrement magnétiques.

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