Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance
EL34

Les amplificateurs à lampes utilisent souvent des tubes EL34 dans les amplificateurs domestiques.
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Si on désire une puissance un peu plus élevée qu'avec le tube EL84, le passage aux lampes EL34 est tout naturel. En fonctionnement single ended un tel tube peut fournir 10W (avec 10% de distortion), en montage push pull la puissance est plus élevée (elle dépend du niveau de distorsion que vous jugez acceptable).

Le tube EL34 est une pentode classique, donc avec trois grilles: une grille de controle, une grille écran et une grille d'arrêt. L'anode a une forme assez ronde, tandis qu'une tétrode à flux dirigé a une forme rectangulaire. La photo monte l'anode avec deux découpes. On voit la cathode rouge et les deux grilles (G1 et G2).

Contrairement à une tétrode à faisceaux dirigés, les spires de la grille écran ne sont pas placées dans le prolongement des spires de la grille de commande: la grille écran absorbe ainsi plus d'électrons et le rendement global du tube est moins bon.

  • Le signal à amplifier est envoyé sur la grille de controle (G1) qui module le flux d'électrons,
  • la grille écran (G2) est portée à un potentiel positif fixe (jusqu'à 10% des électrons sont captés par la grille écran et sont donc "perdus") et
  • la grille d'arrêt (G3) portée à un potentiel négatif repousse les électrons de l'anode (émission secondaire), tandis que les électrons en provenance de la cathode poursuivent leur route jusqu'à l'anode.
La grille écran réduit l'influence de l'anode et permet une amplification plus élevée (la tension anodique influence moins le courant anodique).

Tout comme le tube EL84, le tube EL34 a encore un peu les caractéristiques d'une tétrode, et notament le petit creux dans la courbe de fonctionnement, ce qui fait que la déformation est plus importante en fonctionnement en pentode qu'en triode, surtout quand le tube fonctionne à forte puissance. La lampe EL34 peut également fonctionner en triode, mais alors la puissance d'un étage push pull est limitée à moins de 10W.

Le creux dans les caractéristiques apparait quand la tension d'anode passe sous la tension de la grille-écran. La tension de cette grille est normalement fixe (condensateur de découplage à la masse). Si la tension d'anode est basse par rapport à la tension de grille-écran, le courant vers la grille-écran augmente au détriment du courant d'anode. La grille suppresseuse ne peut pas éliminer totalement ce phénomène qui apparait principalement avec les tubes de construction plus sommaire.

La configuration qui est la mieux adaptée à ce tube est la configuration "ultra-linéaire" où la grille écran est branchée à une prise médiane supplémentaire du transfo de sortie. On obtient la distortion la plus basse avec une prise à 43%. Cette configuration permet de légèrement faire varier la tension de grille-écran pour qu'elle ne passe plus au dessus de la tension d'anode.

Les amplificateurs avec tubes EL34 sont soit utilisés comme amplificateurs hifi avec une puissance par canal de 20W (et polarisation en classe A), ou comme anplificateur de public address (polarisation AB et même B). En augmentant la tension anodique, on peut utiliser un transformateur de sortie d'une impédance plus élevée, ce qui réduit les déformations. Ces tubes peuvent également être utilisés dans les amplificateurs de guitare, où on va justement augmenter les déformations pour donner un son plus riche en harmoniques.

Les lampes EL34 sont toujours fabriquées en Chine et en Russie, mais les spécifications ne correspondent pas nécessairement aux spécifications d'origine. Il faut donc acheter 4 tubes pairés et les remplacer tous les quatre à la fois si un tube est défectueux.

Amplificateur "Mullard"

A droite le schéma d'un amplificateur de 1955 qui se compose d'une diode de redressement GZ84, d'un préamplificateur EF86, d'un étage déphaseur "long tail" et d'une paire de EF34. C'est le schéma de base d'un amplificateur avec tubes EL34. Ce schéma a été propagé par la firme Mullard.

Pour avoir un fonctionnement plus symmétrique de l'étage déphaseur, il est recommandé de placer en série avec R12 un trimmer de 10kΩ, à régler pour avoir la même amplitude sur les deux grilles des tubes de puissance. Attention, le trimmer se trouve à la tension d'alimentation de 350V!

Le second circuit avec EL34 va plaire aux puristes par sa symmétrie, et les caractéristiques sont encore meilleures.

Le premier tube est une double triode ECC83, dont la première triode fonctionne comme préamplificateur et la seconde comme montage paraphase pour produire la phase inverse. Même s'il y a une asymmétrie (une des tensions alternatives étant plus importante que l'autre), cette asymmétrie est réduite par l'étage suivant.

Le second tube est une double triode ECC82 conçue pour fournir une tension de 25V aux grilles des tubes de puissance. La résistance cathodique commune non-découplée permet de réduire les inégalités et les résistances de 47kΩ doivent avoir une précision de 2% et doivent pouvoir dissiper 2W.

Les deux amplificateurs utilisent des résistances cathodiques individuelles, les tubes de puissance ne doivent donc pas nécessairement être pairés. Le fonctionnement est en classe A avec "auto bias" (déplacement du point de fonctionnement vers le mode AB quand le volume est élevé). La tension sur chaque résistance de cathode doit être de 28V (courant de 60mA), chaque résistance doit pouvoir dissiper 3W.

La puissance des amplis est de 20W avec une distortion inférieure à 0.1% (inférieure à 1% sans contre-réaction). La puissance est amplement suffisante pour une grande maison, surtout si l'amplificateur est monté en stéréo. La tension d'alimentation doit être de 350 à 400V pour une puissance de 20W avec une déformation inférieure à 0.1%. Le signal à l'entrée est de 300mV pour obtenir la puissance nominale.

Amplificateur de sonorisation

Le schéma suivant est un schéma d'amplificateur de sonorisation. Cela se voit (entre autre) au transfo de sortie qui permet le branchement de hauts parleurs conçus pour les lignes à 100V. Le but de l'amplificateur est de fournir la puissance la plus élevée avec le moins de composants possibles. L'amplificateur utilise deux doubles triodes ECC83 et quatre pentodes EL34 dans l'étage push pull. Pour la sonorisation cela suffit d'utiliser un ECC83 comme étage de commande (driver), pas besoin d'un ECC82.

Le premier étage amplifie le signal pour l'envoyer à un réglage de la tonalité. On perd pratiquement tout le gain dans le controle de la tonalité. La seconde triode amplifie à nouveau le signal, mais reçoit également le signal de contre-réaction sur sa cathode, ce qui réduit son facteur d'amplification à 8× environ (son amplification aurait dû être de 70× environ). La contre-réaction est prélevée d'un bobinage séparé pour éviter un effet indésirable selon le bobinage utilisé en sortie (bobinages 50/70/100V ou sortie normale 8Ω).

Le déphaseur est un montage long tail, mais avec une résistance de cathode de valeur assez basse, permettant un gain assez élevé (normalement on limite le gain à une valeur de 2× environ). Pour avoir une amplitude identique dans la seconde branche du déphaseur, on utilise des résistances anodiques de valeur différentes pour les deux branches: 33kΩ et 150kΩ.

L'étage de puissance reçoit une polarisation négatives des grilles, nécessaire quand on veut extraire jusqu'au dernier watt des tubes. La tension anodique des tubes est très élevée, 850V à vide. Le courant anodique est de 14 à 30mA au repos, pour passer à 54 - 81mA à puissance maximale. Il n'y a pas de réglage individuel du courant dans les tubes de puissances et le courant peut donc varier dans de grandes limites. La dissipation à l'anode est de 25.5W au repos, pour passer à 56W à puissance maximale. On dépasse ici très fortement la puissance maximale admise pour ce tube.

L'amplificateur produit une puissance de 120W avec un taux de distortion de 2%. Ce sont des chiffres qui sont atteint grâce au fort taux de contre-réaction.

Dynaco ST-70

Le Dynaco ST-70 est repris ici, car il est l'un des amplificateurs à lampes le plus fabriqué au monde. Il est fait usage de composants à la limite pour réduire les frais: self de filtrage un peu maigre, condensateurs de filtrage de 30µF (pour un azmpli stéréo de 20W!) et transfo de sortie un peu faiblard. Le transfo d'alimentation est également un peu faible pour la puissance que l'ampli peut fournir. Il date de 1959 et le schéma a des caractéristiques interessantes.

C'était un amplificateur stéréo qui pouvait être fabriqué en kit. Une des caractéristiques, c'est l'utilisation d'un petit circuit imprimé pour la partie préampli et déphaseur. Le second schéma montre tout ce qui se trouvait sur la plaquette (donc pratiquement tout). Assez dangereux, car les composants sont sous haute tension. La qualité du circuit imprimé n'était pas optimale en comparaison des méthodes de montage utilisées jusqu'à présent (composants fixés par des plaquettes). Le plastique avait tendance à se dégrader et les soudures à lacher.

Le préamplificateur utilise un tube de Sylvania, le 7199 conçu spécialement pour ce type d'amplificateur avec une pentode préamplificatrice et une triode déphaseuse. L'équivalent européen est le ECF80/PCF80 qu'on retrouve dans de nombreuses télévisions où le tube est mis à toutes les sauces. La pentode reçoit le signal de contre réaction sur sa cathode, c'est le système classique.

La triode est utilisée comme déphaseuse cathodyne avec un petit condensateur de 82pF pour limiter la bande passante vers le haut.

Les tubes de puissance sont de EL34 en branchement ultra linéaire, qui est le meilleur montage pour ce tube. Il y a une contre-réaction du secondaire du transformateur, mais également via un petit condensateur de 390pF à partir du primaire. L'avantage c'est que pour la contre réaction aux fréquences élevées on ne passe pas par le transfo qui peut causer des déphasages. Dans l'amplificateur qui nous concerne ce petit condensateur est important, car le transformateur de sortie n'est pas super et provoque des déphasages dans la bande passante audio.

Le schéma peut être utilisé tel quel dans un amplificateur moderne, en remplaçant le 7199 par un ECF80/PCF80 ou un PCF82 qui a un gain plus élevé. On peut également utiliser d'autres combinaisons comme un EF86 + un demi ECC82.

Il serait aussi interessant de remplacer la résistance cathodique commune des EL34 par deux résistances individuelles de 10Ω permettant de mieux régler le courant dans chaque tube. La tension d'alimentation est de 420V, la tension pour le déphaseur d'environ 380V et celle pour la pentode d'environ 320V.

Amplificateur "Elector"

Le dernier schéma à droite est typique pour un amplificateur à lampes "moderne" en classe AB, on rfeconnait de loin les schémas Elector. La tension de polarisation des grilles de commande est réglée par un potentiomètre. Il faut un courant de repos identique dans les deux tubes (à mesurer aux bornes des résistance de cathode de 1Ω). Il faut un courant de repos de 35mA (35mV), ce qui est obtenu avec une polarisation d'environ -30V. Il faut régler l'amplificateur en se basant sur la valeur du courant cathodique, pas sur la tension de la grille de commande. La puissance disponible avec un taux de distortion de 0.1% n'est pas plus élevée qu'avec une polarisation par résistance cathodique, mais le rendement de l'ampli est meilleur.

Le circuit repris d'un magazine technique et adapté a quelques défauts: le risque de destruction de la triode. La grille est branchée au positif via la résistance d'anode du tube précédent tandis que la cathode est tirée à la masse par la résistance cathodique. Quand la triode n'est pas encore en conduction, une tension de plus de 300V apparait entre les deux électrodes. Une petite diode anti-flash entre la grille (anode de la diode) et la cathode permet de limiter la tension à une faible valeur.

Ce schéma a un autre défaut, il faut prévoir des résistances de 1MΩ entre le negatif des potentiomètres ajustables et le curseur. Quand le curseur fait mauvais contact, il faut éviter que la grille des tubes de puissances ne se retrouvent sans tension de polarisation. J'ai déjà vu de nombreux amplificateurs dont le fusible des tubes de puissance a sauté à cause de la disparition de la tension négative sur la grille.

Et un troisième défaut: les diodes d'alimentation commutent rapidement et produisent un bruit très caractéristique (bruit de crécelle) composé d'un signal à 100Hz et de toutes ses harmoniques. A chaque fois que les diodes sessent de conduire, il se produit une oscillation dans le transfo qui se propage à tout l'ampli.

Le bruit de commutation peut être éliminé en branchant un petit condensateur de 10nF (haute tension) à 100nF (si le filament est alimenté par une tension redressée) entre la masse et chaque fil du secondaire. Le courant nécessaire pour la polarisation des tubes de sortie est extrèmement faible, mais ajouter deux petits condensateurs ne fait pas de mal.

C'est bizarre que ce circuit qui provient d'un magazine renommé n'a pas prévu ces condensateurs, alors que le schéma contient des condensateurs non polarisés en parallèle sur les condensateurs d'alimentation (là où leur effet est totalement nul).

La position des petits condensateurs anti-crécelle est indiquée par les points rouges (brancher à la masse).

Vous pouvez évidemment construire votre ampli avec les montages partiels qui ont les meilleures caractéristiques: une triode préamplificatrice, un étage déphaseur concertina, un ampli double symmétrique (comme le second montage) et un étage de puissance avec polarisation de la grille par tension négative.

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