Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance
PCL86 et ECL86

Un montage PCL86 et ECL86 push pull. Grace à la présence d'une triode dans le tube, on peut réaliser un ampli push pull avec seulement deux tubes (4 en stéréo).
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Le PCL86 (ou ECL86) est une triode-tétrode à flux dirigé utilisé comme amplificateur audio single ended ou push pull.

Ce tube est normalement utilisé dans les téléviseurs des années 1960-1970 comme étage de puissance audio en montage single ended ou SRPP (avec un PL84 en complément). Dans les téléviseurs le chauffage des cathodes est assuré par une chaine série directement branchée sur la tension de secteur, avec tous les filaments en série pour un courant total de 300mA.

Amplificateur de tourne disque

Le tube en version 6.3V a également été utilisé dans certains pick ups, c'était la version la plus aboutie des tubes ECL80 et ECL82 (plus de puissance avec un taux de distortion plus faible).

Il s'agit du circuit d'un tourne disque mono. On essaie de limiter les coüts et on utilise qu'une seule diode pour le redressement (les appareils plus anciens utilisaient un tube redresseur double alternance EZ80). Un redresseur double alternance est meilleur car il produit un ronflement moindre. Le ronflement est plus présent dans un ampli asymmétrique comme ici que dans un ampli push pull où la composante common mode est mieux éliminée.

Le circuit présente plusieurs bizarreries, comme le branchement assez spécial du transfo de sortie, montage utilisé dans certains appareils Philips et telefunken. La raison de ce branchement spécial du transfo dans les applications single ended est expliquée sur cette page (elle est double).

Remarquez également le système de contre-réaction assez complexe qui agit à la fois sur la cathode du tube de puissance (contre réaction locale sur un tube) et sur la grille de la triode (contre réaction locale, mais avec fonction loudness).

Le but ici n'est pas d'avoir de la hifi, mais de reproduire le mieux possible une bande de fréquence limitée (le haut parleur de ces tourne disques est généralement médiocre). C'est également al raison des condensateurs de couplage de 10nF qui limite la bande passante vers le bas et du condensateur de 1nF en parallèle sur le primaire du transfo. Cette construction permet d'éviter que la puissance limitée du tube ne soit utilisée pour reproduire les basses les plus profondes. Les basses sont bien présentes, mais c'est réalisé par une accentuation des basses moyennes (Bose utilise aussi ce procédé dans ses enceintes Accoustimass qui sont trop limitées pour reproduire les basses profondes.

Amplificateur

pour radio

Philips
22RB564


Les lampes étaient encore utilisées dans les appareils de 1970: les transistors existaient déjà, mais ils étaient plus chers et généralement moins fiables que les tubes électroniques.

Remarquez ici aussi le branchement bizarre de l'alimentation: elle arrive au transformateur via +1 et repart via +2. La radio dispose simplement d'une réduction des aiguës.

Amplificateur SEPP

(single ended push pull)

Utilisé dans pratiquement tous les téléviseurs Philips
Un amplificateur qui était utilisé dans presque tous les téléviseurs jusque dans les années 1970. Le circuit SRPP a une basse impédance et permet d'éliminer le transformateur de sortie. Le haut parleur doit par contre avoir une impédance de 800Ω.

Le circuit utilise un tube combiné triode-tétrode PCL86 et un PL84 dans la partie haute du montage srpp. C'est le circuit le plus abouti: il sert également d'amplificateur moyenne fréquence (interporteuse FM à 5.5MHz)

Amplificateur hifi standard

C'est un amplificateur bien conçu qui peut fournir 10W par canal. Il est possible de construire un amplificateur moderne à partir de ce circuit.

La triode a les caractéristiques d'une (demi) ECC83: hun gain en tension élevé et une pente assez faible. Le préampli reçoit sa contre réaction sur la cathode et le déphaseur est un cathodyne. Le courant dans le cathodyne est juste un peu plus de 1mA et c'est également la valeur à ne pas trop dépasser si on veut que la triode reste dans sa partie linéaire de sa courbe.

L'étage de puissance push pull a une résistance de polarisation commune, ce qui était normal dans les amplificateurs de cette époque, mais cela limite un peu la puissance disponible. L'amplificateur travaille en classe A avec un courpant de repos de 35mA et une dissipation de 10W par tube.

Remarquez également la faible valeur des condensatteurs: condensateurs de couplage de 22 et 100nF et électrochimiques de 40µF. Une valeur plus élevée n'est pas nécessaire car l'étage de puissance travaille en classe A avec le courant qui augmente dans un tube quand il diminue dans l'autre: la tension cathodique est stable.

Ce qui peut être modifié: passer d'une polarisation par résistance cathodique à une polarisation négative. On peut utiliser la tension de chauffage qu'on double? Prévoir un ajustable pour chaque tube et une résistance cathodique de 1Ω pour mesurer le courant de repos. On peut continuer en classe A ou passer en classe AB avec un courant de repos d'environ 8 à 10mA

Les résistances d'arrêt des grilles ont une valeur trop élevée. Le second schéma est meilleur en ce qui concerne ce point.

Amplificateur hifi B&O

Un amplificateur de Bang & Olufsen, cela ne peut être que de la qualité! Le schéma montre des similitudes avec le schéma précédent, et pourtant c'est un schéma fort différent. La résistance anodique de la triode préamplificatrice a la même valeur, et pourtant ce tube fait partie d'une paraphase flottante avec la seconde triode.

L'étage d epuissance a des résistances cathodiques séparées, découplées par seulement 25µF. Les grilles de commande et écran ont chaque une résistance d'arrêt. Deux petits condensateurs de 8pF limitent la bande passante et il y a un double filtre RC sur la sortie de l'ampli pour compenser les déphasagesq du transfo.

La bande passante de l'ampli est consciemment limitée par les condensateurs de couplage de 10 et 22nF et par le condensateur de découplage de 25µF.

Ce qui peut être modifié: passer à une résistance cathodique commune (mais cela nécessite des tubes pairés) ou utiliser une polarisation négative et des résistances de mesure sur chaque cathode.

Si vous voulez construire cet ampli, je ne vous recommande pas une paraphase flottante dont le fonctionnement correct dépend de nombreux paramètres dont le type de transfo utilisé.

Amplificateur moderne

Nous avons un circuit assez classique avec deux PCL86, ce tube était souvent utilisé dans la partie son des téléviseurs (de là la nomenclature PCL au lieu de ECL). Pour un amplificateur stéréo il faut 4 lampes neuves (ECL86 ou PCL86) et deux bons transfos symmétriques. La haute tension est fournie par un transfo de 175V qui fournit une tension rectifiée d'environ 250V. La pentode a une dissipation maximale inférieure qu'une pentode EL84 et le tube est optimalisé pour une tension de fonctionnement un peu plus basse. En pratique, on remarquera que la puissance annoncée n'est jamais atteinte, voir page de test PCL86.

Ce schéma utilise un étage déphaseur de type "paraphase", et plus précisément un montage à anode suiveuse que vous pouvez remplacer par un étage déphaseur cathodyne/concertina si vous préférez (résistance d'anode et de cathode de 47kΩ et résistance de polarisation de 1.5kΩ). Le condensateur de découplage manque, il aurait permi d'améliorer l'amplification du tube (la contre réaction se fait de toute façon via R7). Un circuit plus élaboré, la paraphase flottante est éventuellement possible, la contre-réaction doit alors être ajoutée à via la cathode commune.

Pour éviter des oscillations parasites il faut utiliser la triode amplificatrice avec la pentode inférieure (signal en phase), c'est le tube V1, tandis que la triode déphaseuse doit être utilisée avec la pentode supérieure (signal déphasé), tube V2 car le tube contient à la fois une triode et une pentode. Si on ne tient pas compte de ces recommandations, l'amplificateur peut se mettre à osciller.

Le schéma date des années 1980-1990 avec le renouveau d'intérêt pour les amplificateurs à lampes. A cette époque, on voulait absolument avoir un amplificateur "hifi" avec les lampes. Le circuit utilise des condensateurs de couplage de 470nF. Je vous recommande de réduire leur capacité à 47nF ou 100nF, l'amplificateur fonctionnera bien mieux, car il ne devra plus amplifier de fréquences subsoniques qui ne sont pas transmises par le transfo de sortie et que le haut parleur ne peut de toute façon pas reproduire. Quand l'ampli a une puissance limitée, il faut éviter de dissiper de la puissance en pure perte.

L'étage final utilise une seule résistance de cathode. Quand l'amplificateur travaille à puissance élevée, le point de fonctionnement passe automatiquement en classe AB (auto bias). C'est un système qui peut être utilisé pour des tubes PCL86, mais qui ne fonctionne pas bien pour des PCL805. Le fonctionnement en mode auto-bias ne permet pas de faire fonctionner les tubes au meilleur de leur possibilités. Quand on règle le courant pour un fonctionnement optimal à pleine puissance sonore, le courant au repos devient trop élevé pour les tubes. Mais c'est l'autobias est le système le plus simple et qui ne nécessite pas de réglages.

Mon montage

C'est ma version avec des triodes-pentodes PCL86. L'amplificateur est à résistance de polarisation commune, mais avec une petite tension négative pour égaliser le courant dans les tubes. Je n'avais que des tubes de récupération de différents fabricants et les caractéristiques n'étaient pas identiques. C'est aussi la raison pour laquelle l'amplificateur n'était pas très bon.

Etage préampli standard, cathodyne standard. Le condensateur de 220nF sur les cathode peut être gardé, mais il n'a aucune utilisé en pratique si vous utilisez de bons électrochimiques. Je l'ai simplement ajouté pour éviter de me faire attaquer par les gourous de la secte ésotérique high end.

J'ai pu éliminer le condensateur de limitation de bande passante de 1nF quand j'ai acheté un bon transfo push pull. Avec ce stransfo il n'y avait pas d'oscillations parasites aux transitoires (signal en dents de crénaux).

On peut utiliser ce schéma avec un tube ECC83 moderne ainsi que des pentodes EL84. Ces tubes sont encore fabriqués, tandis que les ECL86 et surtout PCL86 sont probablement tous en fin de vie. Pour la tension négative il est posisble d'utiliser la tension de chauffage redressée et filtrée. Prévoir un ajustable pour chaque pentode.

Quelques calculs

Le transformateur de sortie a une résistance ohmique de par exemple 150Ω. On ne peut pas dessiner une ligne de charge classique comme pour un étage basse puissance, car le tube n'est pas en mesure de fournir un courant de plus de 100mA. La ligne de charge est pratiquement verticale mais stoppe à 100mA.

Le réglage du point de fonctionnement optimal est différent d'une pentode préamplificatrice. Le tube est polarisé pour avoir un courant anodique adapté, sans s'occuper que la tension d'anode se trouve à la moitié de la tension d'alimentation.

Nous avons une tension d'alimentation de 230V (c'est également la tension sur la grille écran), résistance du transfo (un bobinage secondaire) de 150Ω, donc chute de tension pour 100mA de 15V, c'est le trait rouge pratiquement vertical.

On fait fonctionner le tube à 40mA, pour être sous la limite de dissipation maximale. La tension entre cathode et grille est de 218V si on tient compte de la chute de tension à la cathode et dans le transfo. 218V * .04A = 8.72W.

Comptons sur une impédance du transfo de 2.5kΩ (impédance du bobinage de l'anode au positif). Pour une variation du courant de 35mA on a une déviation de la tension de 87.5V. La tension sur l'anode va donc de 224V + 87.5V = 311.5V à 224-87.5 = 136.5V.

La tension anodique plus élevée que la tension d'alimentation provient du fonctionnement en push pull de la seconde pentode. Quand elle est en conduction, sa tension anodique diminue, et par un effet de balançoire la tension anodique augmente sur l'autre pentode. On remarque que quand le tube est plus en conduction, sa dissipation dépasse la limite autorisée. Pour éviter cela on va réduire le courant au repos à 35mA (fonctionnement en classe A).

Selon le graphique la polarisation de la grille est de -6V. On utilise une polarisation par tension négative fixe, qui permet d'obtenir la puissance la plus élevée du tube. Prévoir une tension ajustable qui va jusqu'à -12V.

Une impédance plus adaptée pour ce tube est de 5kΩ par bobinage (permettant une déviation de 150V). Mais il faut également tenir compte que le tube est conçu pour un courant anodique au repos de 39mA maximum, c'est donc un tube qui est assez limité si on songe à l'utiliser dans un amplificateur hifi. La puissance maximale qui peut être obtenue (dans les meilleures conditions possibles) est de 9W par canal. En pratique cela sera un peu moins.

Comme transfo, on peut utiliser un transfo destiné au tubes EL84, mais le transfert de puissance n'est pas obtimal et il faut brancher un HP de 8Ω sur la prise 4Ω du transfo. Si on utilise un transfo d'alimentation pour des tests, il faut utiliser un transfo 2×110V vers 12V, 10 à 20VA.

Cette configuration avec un transfo d'alimentation toroïde en sortie a été testée avec une paire de PCL805 et fonctionne parfaitement. Il n'est pas garanti que tous les transfos d'alimentation puissent être utilisés.

Le tube PCL86 peut fournir 3.5W en configuration single ended, 7W en push pull classe A et jusqu'à 10W en classe AB (avec transformateur audio adapté). Le montage qui est montré ici fonctionne en auto-bias et fournit une puissance maximale de 10W (l'explication de la puissance et de la distortion se trouve ici).

PCL805

Comme j'avais pas mal de PCL805 (et que je n'avais pas de PCL86 suffisamment pairées pour réaliser un ampli stéréo en push pull) j'ai construit le circuit avec des tubes PCL805. Attention, ces tubes n'ont pas de broches compatibles. La triode a une caractéristique qui la place entre un ECC81 et un ECC83 (gain en tension de µ = 60 et pente S = 5.5mA/V). La pentode a besoin d'une tension de grille de -10V au minimum. Il faut alors augmenter la résistance de cathode à 390Ω. La tension de chauffage est de 18V au lieu de 13.3V. Ce tube est le petit frère du PL504 décrit sur d'autres pages: ce tube servait à la déflection verticale.

Tout comme le PCL86, il s'agit d'une vraie tétrode à flux dirigé. Le tube permet un courant de pointe plus élevé, mais par contre le coude de la tétrode est un peu plus prononcé.


Transformateur d'alimentation haute tension.
Le 220V redressé donne du 305V et la prise médiane est idéale pour fournir la tension pour la grille écran d'un PCL805 en montage push pull parallele.

20VA est la valeur minimale pour un monobloc, que ce soit un montage push pull classique ou un montage push pull série.

Tension de chauffage

La tension de chauffage d'un PCL86 est de 13.3V, mais les tubes peuvent également fonctionner en 12.6V. Pour un PCL805 qui nécessite 18V, il faut utiliser un transfo d'alimentation de 24V 20VA et dissiper la tension trop élevée avec une résistance de 20Ω 5W (une par tube) ou encore mieux redresser le 12V avec un pont à diodes schottky et filtrer la tension

Oscillations parasites

Encore un petit conseil: quand l'étage de puissance fonctionne en classe AB, des oscillations amorties peuvent apparaitre lors de la commutation d'une pentode à l'autre (aucun schéma montré sur ces pages ne travaille en classe AB). L'effet dépend de plusieurs paramètres: le transfo utilisé, son placement par rapport aux tubes et aux autres composants et même les enceintes peuvent faciliter ces oscillations.

On peut les éliminer ou du moins fortement les réduire avec un filtre boucherot: un montage série d'un petit condensateur de 4.7nF et d'une résistance de 4.7kΩ au primaire du transfo (anodes des pentodes), voir schéma Bang & Olufsen plus haut. Si les oscillations ne sont pas causées par le transfo même, on peut placer un petit condensateur de 47 à 100pF entre l'anode de la pentode et sa grille de commande (il faut deux condensateurs par canal). L'influence sur la bande passante est inaudible, les condensateurs limitent le gain au dessus de 20kHz.

J'ai également utilisé ces tubes pour réaliser un amplificateur simplex, c'est un amplificateur stéréo qui utilise la moitié des tubes, donc deux tubes en tout (au lieu de quatre).

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