Amplificateurs à tubes
Push pull série avec ECC81 et EL84
PCL86

Une dernière version de l'amplificateur push pull série avec un ECC81 et une paire de EL84 par canal.
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Le but de ces différentes pages, c'est de vous inciter à réaliser un ampli push pull série avec des composants que vous avez au fond de vos tiroirs, auquel on ajoute quelques composants bon marchés. On ne va donc pas utiliser un transformateur push pull (très cher), mais un transformateur de ligne de sonorisation.

Si les tubes PCL86 et PCL805 avec lesquels j'ai réalisé mes appareils sont devenus relativement rares, il n'en va pas de même avec les tubes EL84 qui sont encore fabriqués. Ces tubes sont utilisés dans les amplis push pull parallèles (les amplis classiques), mais un tel ampli nécessite deux transfos push pull symmétriques.

Les tubes fonctionnent tous en 6.3V, mais cela n'oblige pas à utiliser un transfo qui fournit 6.3V. J'utilise un transfo de 24V 2A avec les 4 pentodes en série. Pour les deux tubes triodes, j'utilise les filaments en série (12.6V).

Les tubes PCL86 et PCL805 ont tous deux une dissipation maximale de 9W, tandis que le tube EL84 peut dissiper 12W. On pourra donc théoriquement lui faire fournir une puissance plus élevée. Mais ce tube, qui a des caractéristiques qui le rapproche au PCL86 a un courant anodique limité à 65mA continu. Nous avons donc ici le même problème qu'avec le PCL86: un fonctionnement peu efficace avec une tension de 150V.

Avec le PCL86, la tension limitée à 150V par tube et le courant maximum de 45mA ne porte pas trop à conséquence, parce qu'on est quand même assez proche des limites de dissipation du tube.

La solution, c'est d'utiliser une tension plus élevée. Il y a ici deux possibilités: soit utiliser un transfo qui produit une tension plus élevée (transfo pour ampli avec EL34), soit utiliser un transfo normal (150V redressé fournit environ 210V) et doubler la tension. On ne doit ainsi pas utiliser de condensateurs électrolytiques de tension élevée mais on peut se contenter de condensateurs avec une tension de 300V qui sont plus courants (ils sont utilisés dans les alimentations à découpage).

Nous avons donc une tension d'alimentation maximale de +250 et -250V (l'ampli fonctionne également très bien avec +200 et -200V, le minimum étant 170V). Le schéma standard doit être modifié, puisque la masse ne correspond plus au négatif.

La double triode utilisée est une ECC81. J'aurais tout aussi bien pu utiliser une ECC83 qui a un gain en tension légèrement supérieur, mais c'est le seul type que j'avais en stock. C'est un tube qui était utilisé à l'origine dans les tuners VHF des télévisions, mais qui a de bonnes caractéristiques audio. Dans les applications VHF, le tube est utilisé avec un courant de 8.5mA et une tension de 170V, procurant un gain de µ = 65.

Le gain en tension de la triode est de 50×, celui de la pentode de 18×.

Le schéma a été adapté pour une tension d'alimentation de 2 × 175V. Si on utilise une tension plus élevée, il faut légèrement augmenter les résistance de cathode (100 devient 120Ω et 120 devient 150Ω) pour avoir un courant cathodique dans le tube inférieur d'environ 50mA pour 175V, 45mA pour 220V et 40mA pour 200V.

La résistance g2 du tube inférieur peut être portée à 12kΩ ou 15kΩ si on augmente la tension. Il faut environ -5V sur la cathode du tube supérieur.

Le schéma est montré avec une alimentation double, mais vous pouvez également réaliser le montage avec une alimentation simple (basez-vous sur le schéma avec tubes PCL86).

La première triode ECC81 est montée entre la masse et la haute tension positive pour éviter le ronflement du secteur.

La seconde triode est alimentée avec la tension positive et négative. Pour éviter les ronflements du secteur il faut ici un filtrage supplémentaire sur la tension négative.

Pour le reste on reprend les éléments déjà décrits précédemment.

La tension d'alimentation est de 2 × 250V au maximum (augmenter les résistances cathodiques comme indiqué plus haut pour réduire le courant et limiter la dissipation). la tension minimale est de 2 × 170V.

Le transfo doit fournir du 125V - 175V 50VA pour un ampli stéréo.

Si la tension d'alimentation depasse les +250V et -250V, il faut placer une résistance de fuite de 33kΩ en parallèle sur le condensateur de 47µF de l'alimentation négative (point rouge).
Le tube EL84 est une vraie pentode, cela se voit aux six supports de grille (les deux autres tubes PCL86 et PCL805 sont des tétrodes à faisceaux dirigés qui n'ont que deux grilles). Cela se remarque également au courant de g2 qui est assez important. On perd directement 15% du courant cathodique via la résistance de la grille écran. Par contre le signal est beaucoup plus linéaire, ce n'est que quand on s'approche des limites que le sinus est applati en haut et en bas.

Tensions mesurées sur la grille de commande de la pentode inférieure (15V top-top) et sur son anode (230V top-top en charge). On voit qu'il n'y a pas un écrètage brusque quand les limites du tube sont atteintes.

La puissance que nous pouvons obtenir dépend du courant dans les tubes. Prenons le cas avec deux EL84. La cathode peut fournir en continu 65mA. C'est une valeur à ne pas dépasser pour éviter sa destruction rapide par bombardement ionique. Nous fixons son courant à 50mA.

Avec un courant de 50mA et une tension utilisable de 150V, nous avons une résistance interne de 3kΩ. Comme les deux tubes travaillent en parallèle, cela fait une résistance de 1.5kΩ. Avec cette résistance, la puissance théorique maximale qui peut être obtenue est d'un peu plus de 6.5W. La puissance dissipée dans le tube est de 7.5W, ce qui est bien dans les limites.

Refaisons le calcul avec le tube PCL86 dont le courant maximal est de 43mA. On obtient une puissance maximale de 5.5W (ce qui correspond aux résultats pratiques, à cette puissance nous avons par contre un taux de distortion de plus de 10%). La dissipation dans le tube est de 6.5W.

Et terminons avec le PCL805 qui accepte un courant de 75mA. La puissance qu'on pourrait atteindre ici est de 10W, mais il faut réduire le tension d'alimentation pour éviter de dépasser la dissipation maximale dans un tube (8W). La tension maximale admissible est réduite à 250V. La puissance de 10W est fournie avec un taux de distortion très élevé. Un compromis qui donne de bons résultats (compte tenu du transformateur dont je dispose qui fournit du 300V), c'est un courant de 45mA, l'ampli fournit alors 6W (d = 10%) ou 4W avec d < 0.1%).

Ces calculs sont approximatifs, j'ai réservé 40V pour tenir compte du coude des tubes et 10V pour la résistance de cathode, mais il donnent une bonne indication de la puissance qu'on peut obtenir. La puissance effective qui peut être obtenue en pratique avec un EL84 n'est en fait pas plus élevée qu'avec une paire de PCL805, car le courant de 50mA est en fait un courant de 42.5mA, donc une puissance 15% moindre.

J'ai réalisé les trois circuits, et voici ma conclusion:

  • PCL86
    Très bonne qualité sonore, mais peu de réserve de puissance. Le résultat pourrait être meilleur avec des tubes neufs (ECL86). Le gain de l'ensemble est très élevé et il faut une contre-réaction pour réduire l'amplification totale. Le circuit est stable et ne nécessite pas de mesures supplémentaires.

  • PCL805
    Très bonne qualité sonore, faibles pertes via g2, il faut une contre-réaction pour réduire les distortions. Bonne puissance, les tubes mettent plusieurs minutes avant de se stabiliser et de donner un bon son (tubes anciens). Malgré cela, c'est cet apli qui donne la meilleure qualité sonore.

    Les tubes travaillent parfaitement avec une tension plus basse, le courant de la grille écran est limité (le rendemente st donc plus élevé).

  • EL84
    Test avec des tubes récents. Très bonne qualité sonore, peu de réserve de puissance, comparable au PCL86. Ce tube pourrait fournir une puissance plus élevée avec une tension plus élevée (le test d'écoute s'est fait avec +170 et -170V).

    Le courant dans le transformateur de sortie (c'est le courant de la grille écran du tube supérieur et le courant de la triode déphaseuse) est d'environ 10mA, ce qui fait saturer le transfo dans les pointes de puissance (pics négatifs). C'est probablement ce qui limite la puissance disponible. Le EL84 est mieux à sa place dans un ampli push pull parallèle si la tension d'alimentation est de 300V. Il fonctionne nettement mieux à partir de 350V.

Le montage avec une tension d'alimentation négative et positive nécessite des condensateurs de valeur beaucoup plus élevée par rapport au montage standard pour éviter le ronflement du secteur (il faut deux fois 470µF par monobloc).

Si vous disposez d'un transfo d'alimentation qui fournit 250V au secondaire, la tension redressée est de 350V, ce qui est bon. Le montage avec une seule tension d'alimentation a assez avec des condensateurs de filtrage de 220µF (il en faut un par monobloc), mais leur tension doit être de 400V.

Attention, le tube PL84 n'est pas comparable au EL84. C'est un tube qui a été conçu dès l'origine pour fonctionner avec une tension plus basse et il est mieux à sa place ici.

Et maintenant vous vous demandez sûrement quel circuit des trois j'ai gardé... C'est le circuit avec les 4 PCL805. Malgré que les tubes ne sont plus très récents, c'est cet ampli qui donne le son le plus agréable. Un courant de 45mA pour un tube qui est prévu pour en fournir 75 permet de tirer le meilleur parti des tubes. Les deux autres tubes travaillent plus près de leur limites.

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