Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance
Push pull

L'étage de puissance va commander les haut-parleurs. On utilise généralement la configuration push pull qui permet une puissance plus élevée et permet à la fois de réduire certaines distortions.
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Montage push pull

La configuration symmétrique (push pull) permet de réduire certaines distortions. Les amplificateurs à transistors ont toujours une telle configuration, qui n'est pas absolument nécessaire pour les amplificateurs à lampes. Pour une basse puissance, une configuration single ended peut suffire.

L'étage de puissance peut aussi bien fonctionner en classe A qu'en classe AB. On peut passer d'une classe de fonctionnement à l'autre en modifiant la tension de polarisation. Il est même possible de réaliser un amplificateur qui travaille en classe A aux basses puissances pour passer en classe AB à puissance plus élevée. Le passage d'une classe à l'autre est automatique (auto bias).


Construction d'un ampli de 20W avec un taux de distorsion total inférieur à 0.1% (1955), tubes de puissance EL34


Amplificateur moderne équipé de 4 EL84


Amplificateur moderne avec tubes de puissance EL34, puissance de 2 × 36W

En comparaison des amplificateurs à transistors, nous avons une classe AB1 et AB2. La polarisation statique est identique pour les deux classes, mais en classe AB2 la tension de commande sur la grille est plus importante, ce qui permet à la tension de grille de devenir positive par rapport à la cathode (uniquement pendant les pics).

Certains tubes sont particulièrement destinés à ce type de fonctionnement, comme par exemple le PL504 qui a une forte réserve de puissance (le tube peut délivrer plus de 400mA), mais qui a une dissipation sur l'anode limitée à 16W. Le courant de repos est alors réglé sur environ 10mA pour limiter la dissipation dans le tube.

Pour les étages de puissance, on utilise principalement des pentodes, mais elles ont un fonctionnement moins linéaire. Certaines lampes ont encore un creux dans les caractéristiques comme une ancienne tétrode.

Il est possible d'utiliser une pentode comme triode en branchant la grille-écran à l'anode, mais cela produit une forte réduction de l'amplification. Un montage en triode nécessite une tension de commande 2× plus élevée et fournit une puissance 4× moindre.

Nous avons en gros 4 configurations possibles:

Penthode en classe ATriode en classe A
Penthode en classe ABTriode en classe AB

Chaque configuration nécessite des tubes qui fonctionnent au mieux dans la configuration désirée. Le fonctionnement en classe AB nécessite un montage push pull.

Passons rapidement les caractéristiques en revue:

  • Montage pentode
    • Amplification élevée, forte puissance disponible
    • Déformations qui sont plus difficiles à maitriser, même en configuration symmétrique (push pull)
  • Montage triode
    • Déformations importantes, mais qui peuvent être éliminées plus aisément en montage symmétrique
    • Amplification plus faible, le tube doit recevoir une tension de commande plus importante

  • Classe A
    • Rendement faible, le tube doit être polarisé au milieu de sa ligne de fonctionnement (comme un étage de préamplification ou un étage de puissance à un seul tube)
    • Le courant moyen qui circule dans les tubes est constant, quel que soit le volume. En montage push pull, quand le courant augmente dans un tube, il diminue dans l'autre.
    • Très bonne qualité audio
    • Peut être utilisé dans un montage single ended ou symmétrique (push pull)
  • Classe AB
    • Rendement élevé, le tube est polarisé de telle façon que le courant au repos est faible
    • On utilise une tension négative fixe pour la polarisation
    • Tous les tubes ne fonctionnent pas bien en classe AB, il faut un réglage du courant de repos plus précis
    • Le facteur d'amplification est moindre, il faut un signal de commande plus élevé

Classe de fonctionnement A et AB

La classe AB ne peut être utilisée que dans les étages symmétriques (à configuration push pull). En comparaison d'un amplificateur à transistors, le courant au repos est comparativement plus élevé avec un ampli à lampes. Pour vous donner un ordre d'idées, il est de 30mA au repos par tube, pour passer à 120mA à pleine puissance (amplificateur de 30W). Pour un amplificateur à transistors, on a un courant de repos de 10mA qui passe à 2A en pointe (pour une même puissance). Certains tubes comme les PL504 (tétrode à faisceaux dirigés) peuvent fonctionner avec un courant de moins de 10mA et 120mA en pointe.

L'impédance de sortie des tubes est plus élevée quand l'étage fonctionne en classe AB. En classe A, les deux tubes sont en permanence en conduction (l'un conduisant plus, l'autre moins), en classe AB un des tubes n'est plus en conduction. Il ne fournit plus aucun courant et ne participe donc plus à réduire l'impédance de l'étage.

Le seul moyen d'avoir un fonctionnement correct en classe AB, c'est d'utiliser un tension négative fixe pour polariser les tubes de puissances. On peut également utiliser la polarisation négative fixe pour un fonctionnement en classe AB. La polarisation par chute de tension sur la résistance de cathode n'est pas possible en cas de fonctionnement en classe AB.

Quand les tubes fonctionnent plus près du coude (avec un courant anodique au repos plus faible) la pente de l'ampli est beaucoup plus faible (mA/V). Il faut donc une tension de commande (swing) plus important pour arriver à la même puissance.

Montage ultra-linéaire (UL)

Le montage ultra-linéaire est décrit sur une page séparée. Dans de nombreux cas il permet de réduire les distorsions à un niveau très bas (même plus bas qu'un montage en triode), tout en ne réduisant que légèrement la puissance totale disponible. Si le transformateur est équipé des connections nécessaires, il faut tenter le montage ultra-linéaire.

La broche médiane se trouve généralement à 43% (donc un peu plus du coté de la haute tension) et produit le moins de déformations. Certains transfos ont également une broche à 20% (donc plus près de la haute tension) qui produit une puissance plus élevée avec une distorsion encore très faible.

Le fonctionnement en mode triode est la forme extrème du montage ultra linéaire. La distorsion est très faible, mais la puissance disponible l'est également. A une telle puissance, un montage pentode ou UL produit le même faible taux de distorsion, mais avec l'avantage qu'on peut monter en puissance.

Le montage ultra-linéaire peut être utilisé pour les montages single ended et push pull avec pentodes. Il n'y a aucun avantage à faire fonctionner certains tubes en mode ultra-linéaire car les distortions ne sont par réduites. Il s'agit par exemple des tubes de déflection (en fait pratiquement toutes les tétrodes à faisceaux dirigés).

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