| Nous expliquons ici pourquoi certains amplificateurs ont besoin d'un étage de commande |
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L'étage déphaseur qui est nécessaire pour les amplificateurs en configuration push pull n'est pas toujours en mesure de commander correctement l'étage final. Certains tubes ont besoin d'une tension alternative importante. Comme ils ont une capacité de grille importante, ils doivent être commandés via un circuit à relativement basse impédance.
Le montage Williamson (schéma à droite) est un étage de préamplification (bleu), suivi d'un étage déphaseur en montage cathodyne (vert) et avec un étage de commande (rouge). L'étage de commande est un circuit long tail (paire différentielle) idéal pour attaquer les tubes difficiles. Le cathodyne a un bootstrap pour augmenter le gain de l'étage préamplificateur et une correction d'impédance sur l'étage déphaseur, voyez l'explication sur la page consacrée au montage cathodyne (bas de page). On utilise généralement un tube ECC82 (une triode pour attaquer chaque tube de puissance). Ce tube peut fournir un courant plus élevé que la triode ECC83 et est mieux à sa place comme étage de commande. Bien que l'amplification en tension d'un ECC82 est nettement moindre, la transconductance du tube est plus élevée (2.5mA/V au lieu de 1.5mA/V).
Il est également possible de réaliser une contre réaction locale, ce qui permet d'améliorer les caractéristiques de l'amplificateur en augmentant le facteur d'amortissement. Les basses sont mieux définies. Un exemple de contre-réaction locale est montrée sur le second schéma: le tube de commande (orange) reçoit la contre-réaction sur sa cathode. Les distortions se manifestent le plus à l'étage de puissance: la contre-réaction locale permet de les réduire fortement, et en plus d'augmenter le facteur d'amortissement de l'ampli. Lors du calcul du facteur d'amplification global, il faut savoir que les tubes de commande procurent également une amplification. Elle n'est généralement pas aussi importante que celle d'un préamplificateur à cause de la résistance anodique plus basse. L'amplification est encore réduite par la contre-réaction locale si elle est présente. Voici les avantages d'un étage de commande (driver), qu'on peut insérer dans un schéma, même pour des tubes de puissance qui n'en n'ont pas nécessairement besoin:
On utilise généralement une triode double comme étage de commande (ECC81 ou ECC82), ces tubes ont une impédance plus basse et peuvent mieux attaquer les tubes de puissance. Par contre la penthode EF80 qui travaille avec un courant anodique plus important peut également commander des tubes de puissance si le sweep demandé n'est pas trop élevé.
Pourquoi utiliser un circuit de commande spécifique?L'impédance d'entrée du tube de puissance n'est pas infinie. Il y a la résistance de la grille, mais il y a surtout la capacité de la grille par rapport à la cathode. La capacité par rapport à l'anode est multipliée par l'amplification du tube (capacité de miller) et peut atteindre une valeur de 100pF pour un tube de puissance (mais ne vous en faites pas, avec des mosfets, on parle de capacitances de l'ordre de plusieurs nF).La résistance de la grille doit également avoir une valeur pas trop élevée pour stabiliser le point de fonctionnement.
images d'oscilloscopeQuand on utilise une résistance anodique du tube de commande qui est trop élevée (100kΩ dans ce cas) le tube ne peut pas commander correctement l'étage de puissance. Les flancs du signal de commande (en bleu) ne sont plus bien verticaux; à 1kHz cela ne semble pas être très important, mais l'effet est plus visible à 10kHz. Heureusement que les fréquences de 10kHz sont des sinus (peu d'harmoniques) et la déformation d'un signal en créneaux ne porte pas à conséquence.Ce qu'on remarque également, c'est l'impédance de l'étage qui n'est pas constante: le tracé descendant est plus raide que le tracé montant. C'est normal car le tube est en conduction pendant le tracé descendant (résistance anodique + impédance du tube en parallèle) et pratiquement hors conduction pendant le tracé montant (il n'y a que la résistance anodique qui tire le niveau vers le haut). L'effet est particulièrement visible sur le troisième tracé d'oscilloscope. Pour les amplificateurs de forte puissance commandés sur g1 il faut une résistance anodique du (des) tube(s) de commande qui ne dépasse pas 47kΩ, mais même pour les amplificateurs utilisant des tubes PL509 il ne faut pas réduire la résistance à une valeur trop basse. Pour les petits amplificateurs qui utilisent des EL84 ou ECL86, une résistance anodique de 100kΩ est amplement suffisante. Certains puristes disent qu'il faut utiliser une résistance anodique de très basse valeur pour l'étage de commande (plus la résistance est basse et mieux c'est), mais ce sont des conneries. Le seul résultat qu'on obtient en utilisant des résistances de valeur plus basse, c'est une diminution de l'amplification de l'étage et même une augmentation des distortions. Le tube est utilisé plus près de ses limites et un tube qui a une émission réduite se remarque rapidement (la résistance anodique de 22kΩ nécessite un courant de plaque de 10mA). De plus, certains tubes provoquent des distortions s'ils sont utilisés avec un courant plus important. Le tube ECC83 en particulier déforme le signal s'il doit fournir une courant de plus de 1mA.
La pente est montrée sur la courbe Ug1/Ia (courant anodique selon la tension de commande). Le graphique montre l'amplitude du signal de commande pour une déviation de courant identique (δ 10mA). En classe A le courant de repos est moyen et la tension de commande est moins négative. Le sweep maximum est donc moins important, puisque la grille de controle ne devient normalement pas positive. En classe AB le courant de repos est beaucoup plus faible, la tension est plus négative et peut avoir une déviation plus importante. |
Un amplificateur qui travaille en classe AB a besoin d'une tension de commande plus élevée qu'un amplificateur qui travaille en classe A à cause de la pente (transconductance) qui est moins importante quand le tube travaille avec un courant anodique plus faible.
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