Principe de montage Williamson

Nous avons gardé le meilleur pour la fin, avec un déphaseur concertina suivi d'un étage amplificateur double à cathode commune, ce qui le transforme en amplificateur différentiel.

L'amplificateur différentiel V2a et V2b est en fait un étage "driver" (étage de commande) des tubes de puissance: son impédance doit être basse pour bien commander les tubes de sortie. Et c'est ici que réapparait le tube ECC82, qui a un gain en tension assez faible, mais une résistance interne assez faible. Ce tube permet également un sweep important.

Avec cette résistance commune, le second étage ressemble à un déphaseur long tail, sauf qu'il est alimenté par les deux branches. Ce circuit a les avantages des deux systèmes, mais pas les inconvénients:

• La différence d'impédance entre l'anode et la cathode du tube déphaseur V1b (cathodyne) ne joue pas, puisque les tubes suivants sont tous deux à haute impédance. Il s'agit d'une double triode qui ne nécessite pas de courant important.

• Les deux triodes du second étage fournissent un signal identique, puisqu'elles reçoivent un signal identique (mais déphasé) sur leur grille (ce qui était l'inconvénient du montage long tail).

• Les deux triodes amplifient le signal de chaque branche comme une triode à cathode découplée.

• La résistance de cathode commune élimine les distorsions, puisque quand le signal sur une branche augmente, il diminue sur l'autre branche. Les asymmétries sont automatiquement éliminées.

Un inconvénient de ce montage, c'est qu'il nécessite une triode supplémentaire. Comme l'étage différentiel amplifie également le signal, on pourrait donc commencer le circuit par l'étage déphaseur (sans premier étage), suivi des deux triodes et puis de l'étage final en push pull, sauf que ce montage plus complexe est destiné aux tubes qui nécessitent une commande plus serrée et une très grande amplitude du signal (tubes PL519 par exemple). Il faut donc commencer le circuit par une première triode amplificatrice. Mais comme on a un gain très élevé, on peut réduire l'amplification des tubes en réduisant les résistance d'anode: 33kΩ pour l'étage déphaseur et 33kΩ (ou même moins) pour l'étage différentiel. La bande passante sera améliorée et les tubes de puissance seront mieux commandés.

L'amplificateur complet pourrait ainsi se composer des tubes suivants: ECC83 (préamplificateur et déphaseur), ECC82 (amplificateur des deux phases) et deux fois PL519 (tubes de puissance). Un schéma alternatif est décrit sur la page du PL504.

Le circuit utilise des condensateurs de découplage de 220nF. Actellement on préfère réduire la valeur de ces condensateurs pour éliminer les fréquences trop basses qui de toute façon ne peuvent pas être reproduites.

Cx: 22nF — C19, C20: 47nF — C21, C22: 100nF
R17, R19: 33kΩ — R22, R23: 33kΩ

Amplificateur historique de conception Williamson avec tubes américains 807

C'est une configuration tout à fait standard: la première triode est une amplificatrice de tension tandis que la seconde assure le déphasage (montage cathodyne)

Le second tube est un amplificateur symmétrique (long tail) qui permet de commander les tubes de puissance. Les tubes de puissances ont une polarisation par résistance cathodique et sont branchés en mode triode, avec la grille écran connectée à l'anode.

Mais cet amplificateur qui semble être ce qui se fait de mieux a également des inconvénients, qui sont très apparents sur ce schéma. L'inconvénient principal c'est la contre réaction globale qui va de la sortie à l'entrée. Les déphasages dans un tel ampli peuvent le rendre instable: le remplacement du transfo de sortie, l'utilisation de haut parleurs avec des filtres non adaptés, un léger changement de valeur de certains composants peuvent rendre l'ampli instable.

L'étage différentiel (la seconde triode) a une résistance cathodique de très faible valeur, ce qui fait que cet étage amplifie fortement. Le surplus d'amplification doit être compensé par une contre réaction plus énergique.

La quantité de contre réaction locale est déterminée par le rapport des deux résistances et on peut librement jouer avec le taux de contre réaction: comme il s'agit d'une contre réaction locale, le risque de déphasages et d'oscillations parasites est limité.

Personellement je préfère également éviter le montage triode des tubes de puissance: un montage triode limite fortement la puissance des tubes et nécessite un sweep de commande plus élevé. A la limite un montage ultra linéaire peut être utilisé, mais il nécessite un transfo adapté.

Un autre montage que j'ai rencontré dans un amplificateur des années 1990 est le dernier montage à gauche. Ce montage est appellé super triode (STC: super triode connection) et est parfois utilisé dans des montages single ended. Dans ce cas présent il était utilisé dans un amplificateur de type Williamson avec des tubes PL519 dans l'étage de puissance. Je ne me rappelle plus des autres tubes utilisés, mais je me rappelle que l'ampli fonctionnait très bien.

Le tube intermédiaire est en configuration à anode commune (cathode suiveuse), mais la triode ne reçoit ps son alimentation de la haute tension, mais de la tension anodique du tube de puissance.

La contre réaction est basée sur le fait que dans une triode, l'influence de la tension anodique se fait sentir sur la cathode. Un tel montage ne peut pas être réalise avec une pentode dans l'étage intermédiaire, la grille écran bloquant l'influence de la tension anodique.

Ce circuit nécessite un tube supplémentaire (double triode) qui doit pouvoir résister aux hautes tensions présentes sur l'anode (double de la tension d'alimentation) mais ne nécessite pas de composants supplémentaires.

De plus le taux de contre réaction dépend de l'influence de la grille par rapport à l'anode sur le courant cathodique. Un tube avec un facteur d'amplification important (grille à pas serré) produit une contre réaction moindre qu'un tube à grille à pas lâche.

Si le montage super triode est utilisé avec un amplificateur push pull, il doit employer des tubes de commande dont l'impédance est identique (ce n'est par exemple pas le cas avec un déphaseur cathodyne simple). L'influence du tube de puissance se fait sentir via la capacité grille-anode du tube intermédiaire. Cette capacité est souvent plus importante dans une triode que dans une pentode (même de puissance) à cause de la grille écran qui agit comme écran électroqtatique.

Le dernier schéma de principe est souvent utilisé dans les amplificateurs de forte puissance qui travaillent en classe AB2 (ou A2) où un courant de grille peut circuler dans les tubes de puissance en cas de pics sonores.

Il nécessite une alimentation négative supplémentaire et le point de fonctionnement des tubes de puissance est réglé par la polarisation du tube de commande.

La triode supplémentaire enpèche que le condensateur de couplage ne se charge à cause du courant de grille et fixe ainsi mieux le point de fonctionnement des tubes de puissance. Tout comme avec le montage super triode, cette triode supplémentaire ne procure pas d'amplification en tension.