Amplificateurs à tubes
Mon amplificateur SRPP
PCL86

Un amplificateur SRPP optimalisé avec une paire de PCL86 par canal.
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Voici le schéma définitif qui utilise des PCL86. Le problème, c'est le chauffage des tubes: j'ai uniquement un transfo d'alimentation de 24V avec lequel je peux alimenter une paire de PCL86, mais pas une paire de PCL805 qui nécessite 18V (ou 36V). Pour les tests, je dsposais de deux alimentations de labo, mais ce n'est plus possible quand l'ampli est terminé.

Le PCL86 existe également en version ECL86 qui nécessite une tension de chauffage de 6.3V. Les autres caractéristiques du tube sont identiques.

Le circuit a été adapté pour fournir les meilleurs résultats. La contre réaction se fait via la cathode de la triode, car le gain global de l'ampli était tellement élevé que c'était la seule possibilité. La triode est ainsi également reprise dans la boucle de contre réaction.

Le circuit fonctionne mieux avec un condensateur de couplage entre les deux triodes, car elles peinent à fournir un courant de plus de 1.5mA. Sans condensateur de découplage, de déphaseur a un fonctionnement asymmétrique. Ce problème ne se pose pas avec des tubes PCL805.

Le courant constant dans le transfo audio est de 5mA, ce qui est acceptable et ne produit pas de saturation du fer.

Le condensateur de 120pF a été ajouté pour assurer une stabilité à toute épreuve. Cela réduit la bande passante à partir de 25kHz.

La bande de puissance va de 50Hz à 22kHz ± 3dB grâce entre autre à la contre réaction, mais également la bonne tenue du transfo de ligne de sonorisation 100V. La puissance n'est pas énorme, 3.4W avec un taux de distortion inférieur à 0.1%, alors que le circuit a été optimalisé au maximum. La consommation est de 23W par canal (7.6W puissance de chauffage et 15.3W haute tension).

A droite le signal sur l'anode de la première triode (en bleu). La triode compare le signal à l'entrée (en jaune, sur la grille) avec un pourcentage du signal en sortie (prélevé sur le secondaire du transfo). Une explication plus complète est donnée sur la page de la contre-réaction.

Tant que l'ampli n'est pas saturé, l'image est celle d'un sinus (qui peut être légèrement déformé, car ce tube compense les déformations de l'ampli). Une fois que l'ampli est saturé, la sortie ne suit plus parfaitement l'entrée. Il y a une différence entre le signal à l'entrée et le signal en sortie.

Il est ainsi très aisé de voir à partir de quelle tension l'ampli ne suit plus: il suffit de mesurer le taux de distortion du signal de correction. Cela permet de déterminer exactement la puissance maximale que l'ampli peut fournir (puissance RMS).

Facteur d'amplification et contre-réaction

Sans contre-réaction, avec un signal de 60mV effectifs à l'entrée on obtient un signal de 70V effectifs en sortie (primaire du transfo), ce qui correspond à la puissance nominale de l'ampli. Cette sensibilité est trop élevée pour une utilisation normale. Au lieu de réduire l'amplitude du signal en entrée, il est plus interessant d'utiliser une contre-réaction.

La contre-réaction réduit le gain de 3× (9.5dB), et réduit également les distortions (tant que les limites de l'ampli ne sont pas atteintes). Une contre-réaction de 9.5dB est très limitée et ne diminue pas les caractéristiques dynamiques de l'ampli. Ce n'est qu'avec une contre-réaction de plus de 20dB que la qualité sonore de l'ampli peut être réduite.

Le décibel est décrit sur cette page.

Rapport de transformation

Le transformateur sert à adapter l'impédance de l'ampli à celle du haut parleur. Le transfo utilisé est un Visaton TR84, c'est un transfo de ligne de sonorisation 100V qui est parfaitement à sa place ici.

La résistance ohmique du bobinage primaire est de 137Ω, mais ce n'est évidemment pas cette résistance que les tubes voient. Avec le rapport de transformation, l'impédance du haut parleur de 5Ω est transformée en impédance de 2.8kΩ, qui est la charge idéale pour une paire de PCL86. Si le transfo est chargé avec un HP de 8Ω, l'impédance est de 3.3kΩ, qui est un peu trop élevée (la charge est trop faible et l'ampli ne peut pas donner toute sa puissance, car il est limité par la tension d'alimentation de 325V).

Le montage SRPP n'est pas critique quant aux caractéristiques du transfo de couplage et permet l'utilisation de différents types de transformateurs. Le courant constant est limité à 5mA (au lieu d'environ 38mA pour un ampli single ended), il n'y a donc pas de risques que le fer entre en saturation. Si vous utilisez un transfo d'alimentation, il faut idéalement un rapport de transformation 220V vers 10V, mais le Visaton est vraiment bon marché (en comparaison d'un transfo push pull).

Mais je viens de recevoir un transfo pour la tension de chauffage qui fournit 14V 2A. Redressé avec des diodes schottky et filtré, cela me donne juste 18V pour les PCL805.

Le PCL86 (et ECL86) a spécifiquement été conçu pour des applications audio single ended et push pull. Le PCL86 était également utilisé dans des applications SRPP, par exemple l'étage de puissance audio d'un téléviseur. La qualité sonore était bien meilleure que les amplificateurs à transistors qui sont venus après.

La triode a un gain élevé de µ = 100 et cela est important pour l'étage d'entrée et surtout le déphaseur. La triode est comparable a une triode ECC83. On voit bien la triode sur l'agrandissement et la grille est visible à travers de la découpe. Le gain en tension était si élevé qui j'ai pu augmenter la contre-réaction (diminuer la valeur de la résistance de contre-réaction) pour adapter la sensibilité de l'ampli aux sources modernes (lecteur de CD).

Mais le tube a également un inconvénient: il a été conçu pour une tension d'alimentation plus élevée que 150V (et avec la résistance cathodique cela fait encore moins). Le tube a une cathode qui peut fournir 55mA, et quand on décompte le courant de la grille écran il nous reste 50mA. Cela se voir bien sur les photos: la cathode du PCL86 est moins large que celle du PCL805.

Un premier test a montré qu'il est difficile de dépasser 40mA avec une tension d'alimentation de 400V et une tension de grille de commande de -4V, même après une régénération de la cathode (courant de chauffe de 125% et haute tension de 100V pendant une heure).

Les images d'oscilloscope montrent que le tube fonctionne le mieux avec une impédance de charge plus élevée (jusqu'à 3.3kΩ), ce qui était prévisible avec un courant anodique si faible. Si vous utilisez un transfo de 100V, branchez le haut parleur sur la connection 4Ω (même s'il a 8Ω).

La pentode a un gain élevé et peut être commandée par une tension de 10V crête à crête (amplification de 30×). Avec la triode qui a également un gain très élevé, cela nous donne une sensibilité de 50mVrms, ce qui est de trop. Il faut limiter le gain par une contre-réaction énergique. Après plusieurs tests, j'ai finalement opté pour une contre-réaction qui va du secondaire du transfo à la cathode de la triode (contre-réaction globale).

Première image d'oscilloscope:
Toutes les images sont montrées avec la contre réaction débranchée pour avoir la meilleure idée du signal effectif. Il vaut mieux d'avoir à l'origine un signal très propre que d'avoir à corriger par après un signal déformé.

L'amplitude du signal au primaire est de 300V crête à crête au maximum (avec une tension d'alimentation de 350V). En comparaison d'un circuit avec des transistors, il n'y a pas de clipping bien marqué (et qui s'entend directement), par contre la distortion d'intermodulation devient très élevée. Fréquence de test 1kHz.

La résistance de charge est de 4.7Ω sur la sortie 4Ω, la puissance est de 8.5W. En pratique on ne va pas monter au dela de 4W pour rester sous 1% de distortion sans contre réaction.

Seconde image d'oscilloscope:
Quand tu vois un tel signal, tu peux être sûr que ton ampli fonctionne parfaitement (mesure sur le secondaire). Il n'y a pas d'overshoot ni d'oscillations parasites. La bande passante van de 50Hz à 20kHz. La bande passante a volontairement été limitée à 50Hz pour ne pas perdre de puissance aux fréquences basses.

La puissance fournie ici est de 7W avec un signal en créneaux (puissance RMS plus élevée).

Un montage SRPP est plus stable qu'un montage push pull, mais la puissance disponible est plus faible. Un ampli avec les mêmes tubes, mais utilisant une configuration push pull classique peut fournir une puissance 4 × plus élevée.

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