Amplificateurs à tubes
Exemples de montages circlotron
Circlotron

Le montage circlotron est une sorte de montage à anode commune (cathode suiveuse). On utilise souvent des tubes de déflection ligne qui permettent de fournir un courant plus important sous une tension relativement basse.
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Description du montage
circlotron

Amplificateur avec transfo 100V et tubes PL504

Ce schéma est particulier: il utilise un transfo de ligne 100V comme transformateur de sortie (à la place d'un transfo spécialement conçu pour les amplificateurs à lampes). Les amplificateurs à ligne de distribution de 100V sont décrits ici.

Un amplificateur qui utilise dès la conception les tubes PL504 est le Voima R200W. Ce circuit est remarquable pour plusieurs raisons: il utilise des tubes de puissance PL504 dans une configuration assez particulière (circlotron) et utilise un controle de la polarisation.

Le transformateur de sortie est branché sur la cathode (l'impédance de la pentode est d'alors environ 200Ω). On utilise ici un transformateur spécifique pour lignes à 50, 70 et 100V, la cathode étant branchée à chaque extrémité du transformateur (connection 100V). La raison pour laquelle cette combinaison peu usuelle (transformateur 100V et PL504) est utilisée, c'est que l'impédance du tube en montage anode commune correspond à celle du transfo sur sa connection 100V.

Ces transformateurs se trouvent facilement dans les amplificateurs de public address (sonorisation de stades,...). De ce coté là, vous n'aurez pas trop de problèmes à vous procurer un transformateur de sortie, les amplificateurs à sortie pour ligne de 100V sont très courants dans ce segment. Attention ces transformateurs ne peuvent pas être utilisés dans le circuit d'anode (montage plus classique), leur impédance étant bien trop basse.

On aurait pu utiliser un montage classique avec anode commune (cathode follower), mais on a préféré utiliser un montage spécial circlotron. Ce montage nécessite un transformateur avec double alimentation haute tension. C'est un montage assez particulier qui permet de réduire les distortions, mais la commande en anode commune nécessite une tension de commande sur la grille très importante (l'amplification en tension de l'étage de puissance est inférieure à 1).

Contrairement à un montage push pull classique où le signal d'un tube ne passe que par la moitié d'un bobinage primaire, ici le signal d'un tube passe par les deux bobinages primaires. La mise à la masse du commun du transformateur ne sert qu'à empècher que tout le montage ne soit flottant. L'alimentation du préamplificateur et déphaseur est prélevée via un self double, mais dans les schémas récents on prévoit une alimentation supplémentaire indépendante (donc encore un transfo haute tension supplémentaire!). Cette alimentation est référencée par rapport à la masse.

Une seconde particularité du circuit est la présence d'un circuit de controle de la polarisation. Cet amplificateur est utilisé pour fournir une puissance de 200W (sic), or la dissipation maximale dans le tube est limitée à 16W (22W pendant une dixaine de secondes). Quand l'amplitude du signal augmente, la polarisation négative devient plus importante, faisant travailler le tube en classe B pendant les pics de signal.

Si vous disposez d'un transfo de ligne 100V, c'est un type de montage qui peut être envisagé. Le transfo de ligne 100V a une impédance trop basse pour être placé dans le circuit d'anode (amplificateur push pull classique).

Le montage circlotron nécessite donc deux alimentations haute tension indépendantes par canal. En pratique pour un amplificateur stéréo il faut donc un transformateur avec 4 bobinages secondaires identique, mais il vaut mieux utiliser 4 transformateurs indépendants. Attention, le signal audio haute amplitude est présent sur l'alimentation. C'est pour cela que les transfo's d'alimentation ne peuvent pas être placés ur un chassis séparé, mais doivent être montés près de l'étage même (pour réduire les risques d'oscillations parasites).

Si vous voulez obtenir une puissance de 200W, vous avez intérêt à utiliser des pentodes PL509 ou PL519 qui ont une dissipation d'anode de 45W et peuvent fournir momentanément un courant de 1A. La tension de chauffage d'un PL519 est de 40V (au lieu de 27V). La puissance de 200W est un peu (ou beaucoup) trop optimiste pour une paire de PL504, mais vous pouvez éventuellement en utiliser deux en parallèle (donc 4 par canal).

Les tubes PL509/PL519 ont des caractéristiques moins linéaires que les tubes PL504 qui pouvaient être utilisés avec une contre-réaction minimale.

Les transformateurs pour ligne de distribution ont généralement un bobinage 4/8Ω qui peut être utilisé pour brancher des enceintes normales.

Amplificateur sans transfo de sortie et tubes EL36

Un exemple d'amplificateur concret de Philips. Déjà à l'époque, les schémas Philips avaient la particularité d'être particulièrement lisibles et aisés à comprendre. L'ampli utilise 4 tubes de puissance EL36 (non, pas EL34). Le EL36 est un tube de balayage ligne précédant la série PL500 (mais également avec l'anode sur le toit).

Ici on n'utilise même pas de transfo de sortie, mais le signal est directement envoyé à des haut parleurs haute impédance. Dans les années 1950, l'impédance des hauts parleurs n'était pas fixée, et on trouvait tout aussi bien des haut-parleurs basse impédance que haute impédance.

Les connections f et g fournissent la tension de polarisation des tubes de puissance (elle est d'environ -20V avec f négatif).

c et i sont les tensions d'alimentation positives (300V) tandis que j et e sont les tensions de grille-écran (+150V). Les tubes de balayage fonctionnent avec une tension g2 relativement basse.

d et h est le négatif des deux alimentations haute tension.

Il y a toujours un condensateur de bootstrap (C7 et C8 de 8µF), mais la tension d'alimentation des tubes de commande est prélevée différemment.

Le premier étage a une alimentation produite par la moyenne des deux hautes tensions (R14 et R15 de 18kΩ). Les deux hautes tensions ne sont pas stables, mais quand l'une augmente, l'autre diminue, ce qui fait que la tension moyenne est relativement constante.

Comme étage déphaseur on utilise un étage long tail aussi appellé Mullard. L'utilisation de pentodes dont la résistance interne est très élevée est possible, car l'impédance de l'étage de puissance est également très élevée. Les deux pentodes permettent un signal symmétrique grâce à leur forte amplification.

Notez qu'il y a une contre-réaction globale à la fois sur la cathode du tube préamplificateur (système normal), mais également sur la grille. C'est assez normal dans ce genre d'amplificateur sans transfo de sortie, où nous avons deux parties qui fonctionnent totalement indépendamment l'une de l'autre. Il n'est pas possible de prendre uniquement le signal sur la partie positive et espérer que cela corrige également l'amplitude négative du signal. Les circlotrons avec transfo de sortie et commun à la masse peuvent se permettre de n'utiliser qu'un signal de contre-réaction, puisque le transfo de sortie couple les deux étages si le commun est mis à la masse.

La distortion de cet ampli est de 0.05% et l'intermodulation de 0.5%, des valeurs qui sont extrèmement bonnes (et qui ne sont normalement pas réalisables avec un amplificateur à lampes classique.

Amplificateur Electro-Voice avec tubes EL84

Electro-Voice est un des fabricants qui a lancé le Circlotron aux Etats Unis. On se rend compte que le circuit peut être relativement simple.

Une des caractéristiques des amplificateurs Electro-Voice est le réglage de l'amortissement du haut parleur. Un amortissement trop fort produit des basses trop maigres, un amortissement trop faible produit des basses qui ne sont pas amorties et ne sessent de résonner. La contre-réaction joue à la fois sur la tension (comme une contre-réaction normale), mais également sur le courant.

Les deux bobinages du transfo d'alimentation peuvent être de puissance plus basse, les diodes et les condensateurs de filtrage peuvent également être de valeur moins élevée: on utilise 2×40µF, ce qui est moins que la valeur requise pour une radio à lampes qui utilise 2×50µF.

Le premier tube est un 12AX7 (correspondant au ECC83 européen), le second tube est un 12BH7 (correspondant au ECC82). Les deux étages forment un montage Williamson qui produit un signal déphasé sans distortion.

Les tubes de puissance sont des EL84, L'amplificateur permet une puissance de 15W avec une distortion pratiquement nulle, à une puissance plus élevée la distortion augmente graduellement.

Encore un circuit de circloton avec quatre tubes PL84 par canal. Ces tubes ne correspondent pas aux EL84, mais aux EL86 (ou UL84). Ce sont des tubes qui ont été conçus pour fonctionner avec une tension plus basse. les tubes ont une résistance interne plus basse et sont donc parfaitement à leur place ici. La tension d'alimentation A+ et B+ est de 200 à 250V, la tension A et B est de 150 à 180V.

Le schéma n'est pas complet, il manque l'étage déphaseur. L'impédance d'entrée de l'ampli est très basse et le circuit ne peut être commandé que par un circuit à transistors ou ampli op avec une sortie positive et négative. On peut faire mieux en ce qui concerne l'entrée, regardez par exemple le circuit de principe du circlotron et faites le précéder par un déphaseur cathodyne (voir schéma ci-dessus).

La plupart des amplificateurs circlotron utilisent une polarisation négative fixe pour les tubes de puissance. Cela permet un fonctionnement plus correct en classe AB où une des pentodes peut être hors conduction. Il est également possible d'utiliser une résistance de cathode. Les tubes de sortie fonctionnent alors en classe A avec un léger effet auto-bias. La puissance disponible est d'environ 20W par canal, elle peut passer à 30W si vous utilisez une polarisation négative fixe pour les tubes de sortie.

Le schéma a légèrement été adapté pour permettre une tension plus élevée pour l'étage de commande et pour le premier étage. Avec le schéma d'origine, la tension d'alimentation était trop basse. Sous 250V, le courant doit être de 50mA par penthode (avec résistance cathodique de polarisation), nous sommes alors juste sous la limite de la dissipation autorisée.

Ici aussi on voit qu'un transfo n'est pas nécessaire si on utilise des haut parleurs d'impédance élevée. Pour des haut parleurs normaux, il faudra utiliser un transfo, mais celui-ci ne doit pas avoir de primaire avec prise médiane. Si une puissance un peu moindre est acceptable, on peut utiliser un transfo d'alimentation 230V vers 24V, 40VA puisqu'il n'y a pas de composante continue qui circule dans le primaire. L'idéal c'est un transfo toroïde.

Il s'agit d'un circuit "design", aussi appellé nouvelle cuisine où on utilise un montage beaucoup trop complexe qui nécessite en plus un étage de commande à très basse impédance..

Encore un circuit circlotron d'origine russe utilisant un ECC85 en entrée, ECC83 en amplificateur de tension et ECC82 comme driver. Pourquoi faire simple, quand on peut faire compliqué, n'est ce pas.

Le premier étage fonctionne en cathode suiveuse et n'amplifie donc pas. Cet étage permet d'introduire la contre-réaction sur la cathode, où elle n'influence que l'étage suivant. Cet étage sert surtout à éviter que la contre-réaction ne réduise l'impédance d'entrée.

Le second et le troisième étage servent à l'amplification. Le second étage (en antiphase) est alimenté par une tension moyenne (alimentation violette) tandis que le troisième a son alimentation de type bootstrap.

Il n'y a pas ici de tension de polarisation négative mais une résistance cathodique qui permet de régler le courant dans le tube de puissance EL34.

Plus on ajoute de tubes et de composants, et moins l'amplificateur est bon. Le meilleur circuit, c'est le circuit le plus simple, comme par exemple le circuit de Philips avec les pentodes EF86 ou le circuit Electro-Voice.

La plupart des amplificateurs à lampes deviennent instables s'ils ne sont pas connectés à une charge. Souvent il se produit une oscillation qui peut détruire les tubes de sortie et le transfo. Un montage circlotron est plus stable de ce point de vue, puisque l'étage de puissance n'amplifie pas la tension.

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