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. C'est un montage à cathodyne surboostée.

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.

Julius Futterman a conçu un amplificateur du même type, mais la tension alternative plus importante du tube supérieur est produit autrement. C'est génial, mais avec les tubes qu'il compte utiliser (des tubes de déflection ligne des téléviseurs couleurs) le montage n'est pas très stable et finalement il en revient au montage de type MBLE. Les haut parleurs de 800Ω n'existent pas aux Etats Unis et il doit utiliser au moins 4 × 2 tubes par canal pour arriver à une impédance de haut parleur de 16Ω.

Un autre montage moins connu, mais qui a été commercialisé sous forme d'amplificateur (il a également été utilisé dans certaines télévisions haut de gamme) est le montage SRPP en bas à droite.

Il est basé sur le schéma classique (avec triode déphaseuse), mais on utilise ici un petit "transfo" avec un rapport 1:1. Il s'agit en fait d'un transfo utilisé comme double self qui a une résistance ohmique très basse mais une impédance très élevée pour les fréquences audio. La chute de tension est très faible (important pour avoir un facteur d'amplification élevé) mais la tension à la grille écran est référée par rapport à la tension sur la cathode (autrement on a un fonctionnement en triode qui est à éviter ici).

Si on veut recréer ce circuit, on peut utiliser un petit transformateur d'isolation (utilisé dans certaines installations de sonorisation pour couper les boucles de masse).

Ce circuit a une contre réaction continue et alternative de la sortie vers la cathode de la première triode (via la résistance de 220k et 1k). Comme l'ampli n'utilise pas de transfo de sortie, il ne faut pas ajouter de circuit compensateur de phase, c'est tout bon pour la qualité sonore.

La pentode supérieure reçoit le signal sur sa grille via un diviseur résistif pour la composante continue pour stabiliser le point de fonctionnement à la moitié de la tension d'alimentation. La tension de grille écran de la pentode inférieure prélevée sur la sortie aide à la stabilisation du point de fonctionnement. Le courant dans les deux pentodes est réglé par la résistance cathodique.

La tension d'alimentation est de 325V, le courant dans les pentodes de 60mA. Ce montage est moins destiné aux débutants car il nécessite un transfo spécial (rapport 1:1, utiliser un trasnformateur audio pour isolation de masse) et est conçu pour les haut parleurs de 800Ω.

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 charge), et puis le schéma a évolué vers un vrai push pull série.

Votre amplificateur SRPP: vous le voulez avec ou sans déphaseur cathodyne?

Un montage SRPP avec P130L se trouve ici. C'est le montage classique avec la triode déphaseuse.

La liste des montages que j'ai réalisé. 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.