Amplificateurs à tubes
Amplificateur pour casque d'écoute
SRPP

Un amplificateur pour casque d'écoute en configuration push pull série avec une paire de PCL805 par canal.
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Il est aisé de comprendre pourquoi on retrouve de nombreux circuits amplificateurs pour casque d'écoute avec des tubes. La plupart des amplificateurs ont une sortie spécifique pour casque d'écoute, mais cette sortie prélève simplement le signal du haut parleur et en réduit le signal par une résistance en série.

Tous les puristes crieront à la catastrophe (et ils n'ont pas tout à fait tord). A cause de la résistance série, l'amortissement du casque n'est pas très bon. De plus, tous les casques d'écoute ont une impédance différente. Les casques standards ont une impédance de 16Ω, mais les casques ésotériques ont une impédance beaucoup plus élevée. Pourquoi au fait? Personne ne peut me donner la réponse!

Le circuit proposé ici est en fait destiné à ces casques qui ont une impédance élevée. Avec un petit amplificateur classique, on manque de dynamique (headroom), dès qu'il y a un passage à fort volume le signal est limité par la tension d'alimentation. L'écrètage avec des transistors est très désagréable.

Quand on utilise une tension d'alimentation d'environ 300V, on n'a plus ce petit problème. De plus, les casques d'écoute avec leur rendu très analytique s'accommodent très bien du son "rond et chaud" d'un amplificateur à tubes.

A gauche un amplificateur réalisé au début des années 2000, alors qu'on trouvait encore énormément de tubes PCL805 (rassurez-vous, on en trouve encore pas mal...).

C'est un amplificateur qui combine un ampli opérationnel, beaucoup de diodes zener, une tension positive, une tension négative et une haute tension. Cela fait beaucoup pour alimenter un casque d'écoute.

Nous avons d'abord un ampli opérationnel (LF351, un ampli low noise spécialement conçu pour des applications audio) qui va amplifier le signal à l'entrée et le comparer au signal en sortie. Comme un tel ampli a un gain très élevé, on peut être sûr que le signal en sortie suive parfaitement le signal en entrée. Il y a des diodes 1N4148 pour protéger chaque entrée, car les transistors n'aiment pas les tensions élevées qu'on peut retrouver dans les amplis à lampes.

Vous remarquerez que le circuit est couplé en DC du début à la fin, et le concepteur a dû réaliser de nombreux trucs de passe-passe pour y arriver. L'avantage c'est une polarisation des tubes de puissance par tension sur la grille et non par résistance cathodique, ce qui permet un fonctionnement en classe AB et un rendement plus élevé. Rendement plus élevé qui n'est pas vraiment nécessaire ici.

Est ce qu'un couplage continu du début à la fin est vraiment nécessaire? Non, je ne le crois pas. On peut avoir une bande passante très étendue en utilisant des condensateurs de couplage de valeur suffisamment élevée. Ici on peut descendre à 5Hz, ce que je ne recommanderais jamais pour un ampli à lampes qui alimente un haut parleur. En effet, pour un haut parleur il faut profiter de toute la puissance disponible des tubes, et ne pas perdre de la puissance dans des basses fréquences que le transformateur de sortie a du mal à transmettre au haut parleur.

Mais le couplage continu (avec asservissement) n'est pas nécessaire dans ce montage. Les deux pentodes se stabilisent automatiquement à la moitié de la tension d'alimentation grâce au montage qui est symmétrique. Et même si on a 170V ou 140V à la sortie, c'est amplement suffisant pour créer un signal sinusoïdal de 35V effectif. Couplé à un casque d'écoute de 800Ω cela fait une puissance de 1.5W, ce qui est énorme.

Un casque d'écoute a une sensibilité d'environ 90dB/mW (90dB avec une puissance de 1mW). La plupart des sorties "PHONES" des amplificateurs ne fournissent pas plus de 10mW et avec 50mW vous avez suffisamment de puissance pour vous rendre sourd en quelques minutes.

L'amplificateur à d'autres petits problèmes. Ces problèmes ne vont pas se remarquer avec la faible puissance qui est nécessaire pour commander un casque d'écoute, mais remplacez le casque d'écoute par une petite enceinte (et un petit transfo pour adapter l'impédance), et vous allez directement vous rendre compte comme le circuit est mal conçu. L'ampli va flipper dès qu'on lui demande plus de 100mW.

La sortie de la première triode est connectée à la sortie de l'ampli via la résistance anodique de 39kΩ. Le but est de créer un bootstrap qui augmente l'impédance de la résistance anodique de la première triode (Rö1a). Est-ce nécessaire? Non, l'ampli opérationnel a déjà un gain sufisamment élevé. Mais comme on doit utiliser une résistance de valeur assez basse, le bootstrap devient nécessaire pour que la triode amplifie suffisamment linéairement. Les montages à couplage continu comme ici nécessitent de faire des compromis et les tubes ne fonctionnent pa avec leurs meilleurs paramètres.

Le second tube est alimenté directement via la haute tension. Les tubes ne sont jamais très linéaires et deux tubes peuvent avoir des caractéristiques différentes, surtout dans ce cas précis où on utilise des tubes de déflection trame, tubes qui ne sont plus fabriqués et qui peuvent avoir vieilli différemment. Le circuit comme il est dessiné peut donner une amplitude positive très différente de l'amplitude négative et la correction doit nécessairement se faire via l'ampli opérationnel.

Enlevez l'a-op, et l'amplificateur ne fonctionnera pratiquement plus (même si on règle toutes les polarisations de tous les tubes de façon correcte). On aura un amplificateur à tubes très mal conçu. C'est l'a-op qui corrige les défauts du circuit.

J'ai écouté de nombreux amplificateurs à lampes avec un étage préamplificateur avec ampli opérationnel. Un ampli opérationnel a un gain très élevé (compez un gain de 75.000× environ). Couplé à l'amplificateur à lampes (qui a également un gain propre) on obtient une contre-réaction extrème qui produit un son peu musical. Dans les amplis pour HP, on devrait limiter la contre réaction à 20dB (10×) et à 30dB pour un ampli pour casque. Le concepteur de ce circuit a totalemant loupé la philosophie des amplis à lampes modernes: la contre réaction doit servir à encore améliorer la qualité d'un ampli qui est déja bonne à l'origine.

Voici la version "améliorée" du circuit. Et oui, j'ai ajouté certains composants, notament quelques condensateurs sur le secondaire du transformateur. Ces condensateurs vont envoyer à la masse les parasites qui arrivent via le secteur. Un casque d'écoute a une sensibilité environ 1000× plus élevée qu'un haut parleur. Les parasites vont donc s'entendre beaucoup plus fort.

Le filtrage d'origine de 220µF (que je n'ai pas modifié) est également limite, il peut être porté à 470µF. On élimine bien entendu toute la partie transistorisée et le signal arrive directement à la première triode qui sert de comparateur (à la place de l'a-op). Le gain de l'ampli d'origine était d'environ 39× je ne l'ai pas modifié. Sans contre réaction le gain est de 900×, la contre-réaction produit ainsi une atténuation de 27dB, ce qui est appréciable, mais pas trop.

Le second étage est le traditionnel déphaseur cathodyne+ (avec la résistance anodique branchée sur la sortie pour la composante alternative). La symmétrie du signal en sortie ne dépend plus de l'amplification d'un tube, mais d'un rapport de résistances. Il est facile d'avoir des résistances avec une tolérance de 1%. La tolérance du gain d'un tube moyen est de 20%.

Si votre ampli a tendance à osciller à basse fréquence ("motorboating"), il faut réduire la valeur du condensateur de sortie (vers le casque d'écoute), Une valeur de 100µF est amplement suffisante. Comme le circuit ne produit pratiquement pas de déphasage (pas de transfo en sortie) il ne faut pas prendre de mesures particulières pour assurer la stabilité de l'ampli quand on utilise une contre réaction.

Si la tension d'alimentation dépasse le 300V en fonctionnement, on peut légèrement augmenter les résistances cathodiques des tubes de puissance. Les résistances de 330 et 390Ω peuvent être portées à 390 et 430Ω. Alimenté en 300V avec la résistance inférieure de 330Ω on a une dissipation de 4.5W par tube et une puissance audio de 2W avec un taux de distortion inférieur à 0.1%. En 350V et 390Ω la dissipation est également de 4.5W, ce qui est bien en deça des limites du tube (8W).

Encore une petite remarque: quand vous allez brancher votre casque sur l'ampli, vous allez vous rendre compte du souffle assez prononcé d'un ampli à lampes. C'est tout à fait normal, ce souffle s'entend même avec un haut parleur, si on se met à moins de 1m de l'enceinte. Le souffle peut être réduit mais pas totalement éliminé par la contre réaction.

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