Amplificateurs à tubes
Controle automatique du gain (CAG)
CAG

Le controle automatique du gain permet de limiter la puissance maximale d'un ampli, par exemple pour la sonorisation. Un tel circuit a plusieurs noms: limiteur de dynamique, compresseur ou controle automatique du volume.
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Dans un controle automatique du volume on redresse et filtre le signal à la sortie de l'ampli, pour l'envoyer à l'étage préamplificateur où il va adapter l'amplification. Le système est comparable au controle automatique du gain (qu'on appellait à l'époque "anti fading") des postes de radio AM. Cette concordance va même si loin qu'on utilisatit régulièrementd es tubes EF89 (pentode moyenne fréquence radio) à la place des tubes EF83 qui étaient conçu pour cette fonction. Il est vrai que les tubes EF89 étaient utilisés dans pratiquement toutes les radios, tandis que les tubes EF83 étaient moins courants. Le tube EF86 plus courant est utilisé pour l'amplification audio, mais sans réglage du gain.

Pour obtenir un gain variable selon la tension appliquée à la grille on utilise un pas variable pour la grille de commande. Avec une tension de grille légèrement négative, ce sont les spires rapprochées qui influencent l'amplification. Or un tube à grille serrée a un gain élevé. Quand la tension est plus négative, les spires rapprochées bloquent le passage des électrons, et ce sont maintenant les spires plus lâches qui controlent l'amplification.

Les tubes EF83, EF89, EF183 sont dit "à pente variable", l'amplification de la pentode dépend de la polarisation de la grille de commande. Cette pente variable produit la distortion, mais elle est très faible pour les signaux de faible amplitude, où la courbe peut être assimilée à une droite. Les caractéristiques du tube EF83 ne sont donc pas superbes, avec une distortion qui va de 1.5% à 2.3% selon la tension de polarisation de la grille de commande. Mais pour l'utilisation qu'on en fait, cette distortion n'est pas rédhibitoire: un enregistreur à bande avait une dynamique et une bande passante limitée et la source de distortion la plus importante n'était pas le tube EF83.

Même dans les systèmes de sonorisation (public address) l'avantage du système l'emporte sur les inconvénients. Le compresseur est généralement utilisé uniquement pour les messages parlés où l'intelligibilité est plus importante que la distortion.

Les différentes pentodes préamplificatrices (EF83, EF86,...) sont décrites ici.



Un autre type de compresseur (principalement utilisé par les radio-amateurs) est montré à gauche (le 6C4 est une triode utilisée dans les émetteurs portables). Le même circuit se retrouve dans certains amplificateurs de guitare pour limiter la dynamique (petits amplificateurs personnels pour exercices).

Le 6C4 peut être remplacé par n'importe quelle triode (ECC81, ECC82, ECC83) car le tube ne sert que d'amplificateur pour le redresseur qui suit. Comme double redresseur on peut utiliser un EAA91 à la place du 6AL5. Pour le premier tube, on peut également employer un EC91, on a ainsi un tube qui utilise le même soquet B7G. Le tube de sortie 6HZ6 peut être remplacé par un EF91, EF94,... On peut aussi utiliser un EF86, mais ce tube a un soquet différent. Le tube EF91 est également un tube à pente variable (comme toutes les pentodes préamplificatrices à numéro impair), mais nous utilisons ici une autre mani§re de régler le gain.

On peut remplacer le tube redresseur par une paire de diodes au germanium OC81, OC91,... et remplacer la triode et pentode par un tube combiné ECF80/PCF80. Un seul tube et quelques composants suffisent pour fabriquer un controle du volume meilleur que le système décrit plus haut.

Le fonctionnement du limiteur de dynamique est très simple: la première triode amplifie le signal qui est redressé et filtré (tension négative par rapport à la masse). Cette tension modifie la tension de la grille suppresseuse (g3) de la pentode.

Ce circuit plus moderne a comme avantage qu'on ne modifie pas la polarisation de la pentode, ce qui engendre des déformations (le tube est forcé de travailler sur la partie la plus "courbe" de sa courbe). Ici la pentode travaille dans la partie la plus rectiligne de sa courbe tandis que la grille suppresseuse bloque plus ou moins le flot d'électrons. La grille suppresseuse fonctionne ainsi comme seconde grille de commande (mais avec une amplification moindre). les électrons qui sont repoussés sont attirs par la grille écran et n'influencent plus le courant anodique.

Le tube ECH81 a deux entrées pour mélanger deux signaux. C'est également ce qui se passe ici, mais un des deux signaux est une tension continue. Et ici aussi on dispose d'une triode pour amplifier le signal à envoyer au redresseur. Mais ce tube est destiné à amplifier de très faibles signaux radio et je ne sais pas si ce tube est suffisamment linéaire. De toute façon il faudra injecter le signal audio sur g3 et la tension de réglage sur g1. Le ECH81 est aussi un tube à pente variable, 81 est un nombre impair et il n'existe pas de ECH82.


L'amplification d'une pentode peut aussi être modifiée en découplant plus ou moins la grille-écran (GAIN). Le gain maximal est de 170×, le gain minimal de 29×. Ce tube correspond au ECF80/PCF80 européen dont on utilise la pentode.

Un tel réglage du gain ne peut être placé que comme premier étage d'un amplificateur. Le réglage peut se faire automatiquement par un MOSFET à la place de P1 qui est utilisé comme résistance variable. La triode du ECF80 est alors utilisée comme amplificateur pour le redresseur. Attention, le mosfet doit avoir une tension légèrement positive au repos (résistance nulle et amplification maximale) qui va vers zéro pour limiter le gain.

Ces systèmes (et surtout le dernier) ont une meilleure linéarité que le système originel, mais la plage de réglage est plus limitée.


Utilisation dans un système d'amplification complet

Doit-on placer le controle du gain avant ou après le potentiomètre de volume? Les deux cas sont possibles, mais ils sont utilisés dans des circonstances différentes:
  • Potentiomètre de volume avant le CAG
    Le circuit fonctionne comme limiteur pour protéger l'ampli et les enceintes.
    Le limiteur entre en fonction pour limiter la puissance de l'ampli passé un niveau fixe. Le limiteur agit rapidement passé ce niveau.
    Ce système est principalement utilisé dans les systèmes d'appel (public address) pour éviter une surmodulation qui rendrait les messages parlés incompréhensibles.

  • Potentiomètre après le CAG
    Le système fonctionne comme réducteur de dynamique de la source sonore.
    Le réglage de volume fonctionne normalement après que la source est comprimée (lecteur de CD, qui a une dynamique trop étendue pour certaines applications). La réduction de la dynamique agit de façon graduelle.
    Le systèmee st utilisé pour la sonorisation d'espaces publics, dan l'horeca (musique ambiante à niveau relativement constant, mais dont on peut modifier l'amplitude selon les circonstances).

Dans un amplificateur complet, la pentode doit être située hors d'une boucle de contre-réaction globale, autrement la modification du gain est plus ou moins compensée par l'effet de la contre-réaction (c'est pour la même raison qu'on ne met pas le potentiomètre du volume dans la boucle de contre réaction d'un ampli).

Dans certains cas bien précis (et en connaissance de cause) on peut modifier le gain de la pentode dans une boucle de contre-réaction pour éviter les oscillations (gain trop élevé). On utilisera ici un circuit le plus linéaire possible, mais avec une plage de réglage plus limitée, comme le dernier circuit.

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