Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance push pull série
SRPP

Cette page est consacrée aux premiers circuits push pull série. Vous allez voir comment fabriquer un vrai SRPP original, pas le circuit "light" qui est apparu à la suite.

Le but de ce montage était d'avoir une puissance plus élevée qu'avec un montage single ended, mais sans devoir utiliser un transformateur push pull.

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Il n'y a pas une seule firme qui est à la base du montage SRPP, mais il est un fait que MBLE a fabriqué de nombreux appareils et des kits à monter soi-même. MBLE faisait des recherches sur l'énergie nucléaire, a réalisé des circuits pour les satellites de communication,... MBLE a été repris par Philips pour avoir un pied dans le marché belge. Au bout de quelques années le siège social de MBLE à Bruxelles, rue des deux gares, est devenu le siège officiel de Philips Belgique tandis que les nombreux brevets partaient à tout jamais vers les Pays Bas.

Le principe de base est simple: on veut un ampli sans transformateur de sortie lourd et cher. Ce qu'il nous faut à la place, c'est un haut parleur à impédance élevée, mais ce n'est pas un problème: il faut de toute façon un haut parleur, alors qu'il soit à basse ou haute impédance importe peu.

L'impédance d'un tube de puissance comme le EL84 fait environ 4kΩ. Il existe des tubes qui sont conçus pour une tension plus basse (et un courant plus élevé), cest tubes ont une impédance nettement plus basse. Et comme l'ampli travaille avec deux tubes en parallèle pour la composante alternative, on arrive à une impédance de 1kΩ environ. Un haut parleur de 800Ω s'approche sufisamment de l'impédance idéale de l'ampli.

On met sur la grille du tube inférieur un signal positif et sur le tube supérieur un signal déphasé de 180°. Quand le tube inférieur conduit plus, le tube supérieur conduit moins et inversément.

Mais on a un problème: l'amplitude du signal sur la grille supérieure doit être plus élevée que celle sur le tube inférieur. La cathode du tube supérieur est a un potentiel variable et il faut y ajouter le signal alternatif. Cela semble un problème insurmontable, et pourtant il y a une solution toute simple.

A gauche le schéma de principe avec un étage déphaseur cathodyne avec R1 et R2 qui ont une valeur identique de l'ordre de 47kΩ. Le schéma de principe n'a pas de polarisation de grille (résistances cathodiques découplées et résistance de fuite de grille).

R3 est une résistance d'environ 33kΩ dont le but est d'avoir un courant identique dans le tube supérieur et inférieur. Une partie du courant disparait en effet via le résistance R4 de la grille écran. On s'est rendu compte par après que cette résistance n'est pas nécessaire et que le montage fonctionne aussi bien sans cette résistance.

C1 et C2 sont les condensateurs de couplage qui envoient la composante alternative vers les tubes de puissance. C3 transmet le signal prélevé sur la cathode du tube de puissance supérieur vers la résistance de charge (le haut parleur). Ce condensateur doit avoir une valeur de 8µF ou plus. C4 découple la grille écran du tube inférieur (8µF).

La magie apparait grâce à C5, c'est un condensateur bootstrap qui transmet la composante alternative vers le nœud R1/R5. La résistance anodique a toujours une valeur de 47kΩ mais a maintenant une impédance dynamique très élevée, ce qui fait qu'on obtient automatiquement une variation de tension plus élevée sur l'anode comparé à la cathode.

Le signal du cathodyne se développe aux bornes de R2, par exemple une tension alternative de 1V, pour commander la pentode inférieure. Le signal est positif par rapport à la masse (flèche vers le haut). Il apparait une tension identique aux bormes de R1, mais négative (inversion par le cathodyne). Le nœud R5/R1 n'est pas à un potentiel fixe, mais reçoit le signal alternatif en sortie. Ce signal a une amplitude de 30V négatif (amplification de la pentode = 30×). C1 reçoit ainsi une tension alternative de 1 + 30V = 31V pour commander la pentode supérieure.

Le circuit est auto-régulé: si on utilise des tubes de puissance avec une amplification moindre (ou une charge à impédance plus basse) nous avons une amplitude alternative moindre au nœud de sortie des deux tubes de puissance, et donc également une tension de bootstrap moindre.

Et pour terminer nous avons encore C6 de valeur très faible pour optimaliser le fonctionnement du cathodyne. Le circuit d'anode du cathodyne a une impédance plus élevée que le circuit de cathode. Le condensateur produit un leger boost des fréquences élevées pour compenser la capacité de miller du tube supérieur. Des tests pratique ont révélé que ce condensateur n'est pas nécessaire en pratique.

Le haut parleur est traversé par le courant de la grille écran (environ 5mA), mais cela ne pose pas de problème pour le haut parleur. Cela permet par contre un rendement un peu plus élevé.

Nous avons à droite un montage presque complet. Les tubes de puissance sont des tubes UL84 qui ont été développés spécialement pour fonctionner à une tension un peu plus basse (170V nominal) avec un courant anodique plus élevé de 70mA (dissipation sur l'anode de 12W). Le 12AX7 est équivalent au ECC83.

La valeur des résistances cathodiques est la suivante: 120Ω pour la pentode inférieure et 130Ω pour celle de la pentode supérieure. Si on utilise une résistance d'égalisation (R3 sur le schéma ci-dessus) il faut également une résistance de 120Ω, mais on a vu que cette résistance n'améliore pas le fonctionnement de l'ensemble.

Alors qu'un ampli single ended atteint une puissance de 4W, on peut obtenir ici une puissance de 8W. Pour avoir le moins de déformations il faut faire travailler les tubes pratiquement en classe A, donc avec le courant anodique qui ne devient jamais zéro. La puissance qu'on peut ainsi obtenir est moindre qu'avec un vrai amplificateur push pull avec transfo (qui peut fournir plus de 10W).

La tension de grille écran de la pentode inférieure doit être mise à une tension correspondante à la moitié de la tension d'alimentation avec un pont résistif découplé. En pratique la tension sera prélevée sur la cathode de la pentode supérieure via une résistance. Ce schéma est le schéma le plus abouti du montage SRPP.



Ce site contient plusieurs schémas testés et annotés, le schéma avec PCL805 montre les tensions continues à obtenir, mais également les tensions alternatives. On voit que sur la grille de la pentode supérieure la tension de commande est plus importante (46V) que la tension sur la cathode (43V). Les 3 volts supplémentaires, c'est la tension de commande du tube supérieur. Cette tension correspond à la tension de commande du tube inférieur, mais déphasée de 180°.

On s'est également rendu compte que l'étage cathodyne n'était pas absolument nécessaire.

Le rendement du montage sans cathodyne est moindre, mais si on peut faire un circuit avec une triode en moins, pourquoi pas. Ces schémas ont été développés dans les années 1950 et les tubes étaient fort chers.

Quand on voit un montage SRPP dans un appareil grand public, c'est souvent cette version édulcorée qui est utilisée.

La puissance disponible passe de 8W à 7W. Pour des applications hifi on ne va pas monter au dessus de 4W pour avoir une qualité élevée même sans contre réaction.

Les résistances sans valeur sont des résistances anti-oscillation de 1kΩ. Le condensateur du haut parleur a une valeur de 20µF et les condensateurs de découplage de la grille écran ont une valeur de 8µF.

Ce circuit simplifié va devenir le montage SRPP standard qu'on retrouvera dans tous les appareils grand public. Une puissance supérieure à 4 W n'est que rarement nécessaire dans un téléviseur.

J'ai beaucoup expérimenté avec des montages SRPP. J'avais beaucoup de tubes de puissance récupérés d'anciennes télévisions, mais je n'avais pas de transformateurs symmétriques pour construire un vrai amplificateur push pull. J'ai utilisé un amplificateur SRPP pendant plus de 20 ans et il a subit de nombreuses améliorations. C'était d'abord un SRPP light (qui est en fait un montage single ended où la pentode supérieure sert de résistance de chatge), et puis le schéma a évolué vers un vrai push pull série.

La version ultime utilise deux PCL86 par canal pour une puissance de 6W (d = 10%). Sans la partie cathodyne j'ai une puissance de 4W.

Si vous voulez réaliser un ampli à lampes, c'est ce type de montage qui est le plus aisé à réaliser sans nécessiter de transfo push pull symmétrique, tandis que les transfos de ligne 100V sont très bon marché.

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