Montage cascode

Le tube inférieur reçoit le signal à amplifier sur sa grille et transmet le signal amplifié au tube supérieur, qui est branché en montage à grille commune. Le signal à amplifier entre par la cathode tandis que la grille est maintenue à un potentiel fixe.

Nous allons diviser la tension d'alimentation de façon équilibrée sur chaque tube, donc 100V sur le tube inférieur, 100V sur le tube supérieur et 100V sur l'anode. La cathode du tube supérieur se trouve donc à 100V et notre diviseur de tension est rapidement calculé: R4 = 2.2MΩ, R2 = 1MΩ. Nous prenons 100kΩ pour R11 ce qui fixe également le courant dans l'ensemble à 1mA.

Nous reprenons notre graphique. Pour avoir un courant de 1mA avec une tension d'anode de 100V il nous faut une tension de grille d'environ -0.6V. La résistance de la cathode est ainsi calculée rapidement: R14 = 600Ω, R12 = 1MΩ. Le condensateur anonyme de découplage peut avoir une valeur de 0.22µF.

Combien va amplifier ce circuit? Faisons varier la tension sur la grille de -0.1 à -1.1V. La tension sur l'anode ne varie pratiquement pas, car elle est maintenue fixe par le tube supérieur. Le courant peut varier de 1.9mA à 0.6mA. Le second tube ne modifie pas ce courant, qui se retrouve donc sur l'anode. Avec un courant de 0.6mA nous avons une tension de 60V sur la résistance d'anode, avec un courant de 1.9mA nous avons une chute de tension de 190V. On obtient ainsi un taux d'amplification de 130×. Avec la résistance inférieure non découplée l'amplification est réduite à 100× environ.

Notez que l'amplification de puissance est plus élevée avec un tube à transconductance élevée (Gm), puisque la première triode amplifie le courant (la tension est fixe). Le second tube sert d'isolant entre l'entrée et la sortie et n'amplifie pas. Le tube ECC81 qui a un gain élevé (3.5mA/V) est ici mieux à sa place qu'un ECC83.

Refaisons le calcul avec ce tube, mais avec un courant de 5mA pour profiter au mieux des caractéristiques du tube (les courbes de ce tube se trouve à droite). Avec une tension de 100V, il faut polariser la grille à -0.5V. Faisons varier la tension de grille de 1V (de 0 à -1V), Nous avons un courant qui va de 3 à 8mA. Pour toujours avoir une tension de 100V aux bornes de la résistance anodique, nous devons utiliser une valeur de 22kΩ. Avec 3mA nous avons une tension de plaque (triode supérieure) de 234V (300 - 66V), avec un courant de 8mA nous avons une tension de 124V, soit une différence de 110V. L'amplification est environ la même, mais avec une impédance de sortie beaucoup plus basse.

Un avantage de ce circuit (par rapport à la pentode), c'est qu'il n'y a pratiquement pas de souffle, les électrons n'ont en effet pas à choisir entre la grille écran et l'anode. Un tel circuit peut être utilisé pour amplifier le signal d'un microphone ou d'un tourne disque à cellule dynamique.

Il n'y a pas d'influence du second tube sur le premier, il n'y a donc pas de capacité parasite entre l'entrée et la sortie. Cette construction était principalement utilisée comme étage préamplificateur dans les tuners des télévisions, mais on la retrouve également dans les syntonisateurs modernes, sous la forme d'un transistor mosfet à deux gates (rien ne se perd, rien ne se créé, tout se transforme, disait l'autre). L'absence de capacité perasite permet au montage d'amplifier des signaux de fréquence très élevée.

Tout comme avec une pentode, la résistance interne est plus élevée qu'avec une triode seule. Un tel circuit peut avoir tendance à osciller: un petit condenstateur de 5pF à 47pF entre l'anode (sortie) et la grille (entrée) élimine totalement les oscillations sans réduire les aigues (le condensateur est indiqué en rouge).

Un circuit cascode ou pentode est idéal pour commander l'étage déphaseur: avec sa résistance de cathode élevée, l'impédance d'entrée du déphaseur est très élevée.

Remarques et inconvénients du montage casdcode

Pour avoir le sweep le plus élevé, on mettra la cathode du tube supérieur à environ 1/4 de la tension d'alimentation.

Le tube ECC83 n'est plus linéaire si on le fait travailler avec une tension trop basse et/ou un courant trop élevé. Les deux tubes ont le même brochage et selon le circuit utilisé on va soit prendre un ECC83, soit un ECC81.

Mais le montage cascode lui-même produit plus de distorsions qu'un montage simple (pour une amplitude du signal de sortie identique). Dans l'utilisation originelle de ce circuit (les amplificateurs de signaux haute fréquence) cet inconvénient ne joue pas.

En pratique on ne va pas utiliser un montage cascode dans un ampli audio, sauf s'il est placé dans une boucle de contre réaction où le gain plus élevé de la cascode est souvent un avantage indéniable.