Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance
PCL805

Un test pratique d'un amplificateur push pull parallèle avec tubes PCL805
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Sur une page précédente j'ai noté que j'ai construit plusieurs amplis push pull avec des tubes PCL86 et PCL805. Cela fait maintenant plus de 20 ans, et je voudrais mesurer les caractéristiques effectives d'un tel ampli avec un générateur de signaux et un oscilloscope à module de mesure, comme je l'ai fait pour des amplis SRPP.

Le problème d'un ampli push pull parallèle, c'est le transformateur push pull. Il faut débourser une somme importante pour avoir un transformateur valable. On trouve sur ebay des transfos de récupération, mais il n'est pas possible d'en avoir les caractéristiques. Il n'est pas possible de réaliser un ampli stéréo avec de tels transformateurs. Les fabricants d'amplificateurs (et de radios, celles haut de gamme, car les radios standard avaient un étage de puissance single ended) utilisaient différents types de transformateurs pendant la production. Il est donc pratiquement impossible d'avoir deux transformateurs identiques.

Une alternative aux amplis push pull, ce sont les amplis SRPP qui étaient utilisés avec des haut parleurs de 800Ω dans les téléviseurs et les radios de bonne qualité. Un tel amplificateur peut facilement être adapté pour fonctionner avec des haut parleurs modernes, sans devoir acheter deux transformateurs push pull. Dans leur configuration complète, ce sont également des amplis push pull, mais brachés en série, tandis que les amplis push pull que nous connaissons travaillent en parallèle.

Une autre alternative ce sont les montages circlotron, mais ces amplis nécessitent une alimentation plus complexe.

J'ai utilisé les tubes que j'avais en grande quantité, les PCL86 et PCL805. Le PCL86 est comparable au EL84, mais avec une triode en plus et une tension de chauffage de 13V. La dissipation maximale autorisée est également moindre. Le tube PCL805 est en fait un tube de déflection trame, mais il fonctionne très bien quand on lui demande un courant plus élevé (sous une tension plus basse pour éviter de dépasser la dissipation maximale). Grâce à la cathode très large, ce tube devrait être un très bon candidat pour un amplificateur travaillant en classe AB, mais les tests ont démontré que le tube fonctionne mieux en classe A. La tension de chauffage de ce tube est de 18V.

Je me suis basé sur le schéma suivant pour mes tests avec le PCL805. J'ai aussi bien utilisé une tension négative que des résistances cathodiques pour obtenir la polarisation de la grille de commande. La contre-réaction a été débranchée pour les tests.

Mesure du courant une sortie

Transformateur de mauvaise qualité

Ringing

Nouveau transformateur

Tension en triangle

Le transformateur a une impédance primaire de 2×2.5kΩ, la valeur idéale pour un EL84 (et PCL86).

Mesure du courant sur une des anodes
Quand le tube est en conduction, sa tension diminue (mesure du courant via une résistance, sans transfo). On voit très bien la déformation causée par le fonctionnement en classe AB, mais en comparaison des transistors le passage d'un état de conduction à la non-conduction est très graduel. Le but est d'adapter la polarisation des grilles de commande pour que les déformations d'un tube annullent celles de l'autre tube.

Signal sinusoïdal et transformateur de mauvaise qualité
Un problème avec les transformateurs push pull inconnus: ce transformateur acheté sur ebay et "adapté pour les tubes EL84, EL34, 6V6, 6L6,..." (terminez la liste vous-même) ne peut transférer que quelques watts au secondaire. Comme charge j'ai une résistance de 4.7Ω au secondaire. Nous obtenons 11W, mais avec une déformation très importante qui ne disparait pas en branchant la contre-réaction.

Avec deux PCL805 l'ampli fournit 9.5W (distortion de 1%) avec une tension d'alimentation de 290V. C'est le maximum qui peut être obtenu, et le résultat est même meilleur qu'avec une paire de PCL86.

Il est dommage que je me suis séparé de mes amplis à lampes il y a plus de 20 ans. J'ai décidé d'acheter un bon transfo push pull d'une marque reconnue pour continuer les tests, tout cela au nom de la science.

Ringing
En comparaison d'un ampli SRPP avec un transformateur de sonorisation 100V on voit ici une oscillation assez prononcée, produite par la pentode qui n'est plus en conduction. Cette pentode ne peut plus controler son bobinage correspondant, et les capacités parasites font que le bobinage produit une oscillation. Ce problème peut être réduit avec un filtre de boucherot, dont la fonction primaire est de linéariser l'impédance du haut parleur, mais qui peut très bien être utilisé pour éliminer les oscillations parasites. Par bobinage (anode) brancher une résistance de 1kΩ et un condensateur de 10nF à la masse.

Test avec un autre transfo push pull.
Mon transfo est finalement arrivé et je peut continuer les tests.

Le PCL805 travaille normalement avec un courant important (par rapport au PCL86). Il y a pourtant une manière de controler le tube sans perdre trop ses bonnes caractéristiques, c'est de réduire la tension de g2 jusqu'à la moitié de la tension d'alimentation. Ce même truc est utilisé avec les tubes PL504 (déflection ligne). Le tube devient un très bon tube audio, avec une bonne réserve de puissance.

Si on tente d'utiliser le PCL805 avec la même tension sur la grille écran qu'avec un PCL86, il faut utiliser une tension de grille de commande si négative que le tube ne fonctionne plus linéairement.

J'ai remarqué que le passage de la conduction à la non-conduction est très graduel (cela se voit également sur l'image d'oscilloscope ci-dessus). Quand on tente de faire travailler l'ampli en classe AB, le seul résultat qu'on obtient, c'est une réduction de la puissance de sortie. Le tube fonctionne en fait comme un tube à pente variable genre EF85. En modfifiant la tension de la grille de commande, on peut jouer sur l'amplification du tube dans un facteur de 1 à 10.

Il est important d'utiliser une tension de g2 qui soit fixe, pas une tension en provenance de la haute tension et qui passe par une résistance de valeur élevée (valeur dans les tests = 47kΩ). Quand on n'utilise pas de tension fixe, le courant anodique varie fortement selon le signal à amplifier. Le courant au repos est même plus élevé quand le tube ne reçoit pas de signal à amplifier!

Comme la tension g2 doit avoir la demi-valeur de la tension d'alimentation, on peut utiliser un transformateur avec prise médiane, par exemple un transfo d'isolation avec secondaire de 110V + 110V, puissance de 50VA. Le courant dans la grille écran est limité et un redressement simple alternance suffit, suivi d'un condensateur de filtrage de 47µF.

Le but de la réduction de la tension sur g2 est d'avoir un courant de plaque plus bas, pour que la dissipation maximale ne soit pas dépassée quand nous travaillons avec une tension d'alimentation de 300V. Cette tension si élevée est nécessaire pour éviter un écrètage contre la tension d'alimentation (qui s'entend nettement!). Un transfo avec une impédance un peu plus basse aurait ici mieux fait l'affaire.

Avec un signal sinusoîal en entrée nous obtenons 187V effectifs en sortie (535Vpp) pour obtenir une puissance de 12W (courant anodique de 30mA). Le tube résiste bien à cette tension élevée, dans les téléviseurs le tube doit résister à une tension de 700V.

On est très près des limites du tube quand on travaille avec un courant anodique de 30mA. J'ai réduit le courant à 25mA, qui est une valeur plus "safe". La réduction de puissance est limitée. Le courant est ajusté en modifiant la tension de polarisation négative desz grilles de commande.

Tension en triangle
Il est très difficile de bien reproduire un signal en triangle, et bon nombre d'amplificateurs à tubes ratent cette épreuve. Les signaux en triangle ne sont normalement pas utilisés pour tester un ampli, pourtant ils donnent une idée de son fonctionnement linéaire.

Le signal ici est très bon (même avec la contre réaction débranchée). Faites un test avec un signal en triangle pour voir comment se comporte votre ampli et vous serez surpris du résultat!

Conclusion PCL805
Le circuit fonctionne mieux avec une résistance de cathode. La résistance de cathode permet une stabilisation automatique du point de fonctionnement et est généralement la solution à préférer pour les petits amplificateurs, mais les PCL805 fonctionnement mieux avec une tension de grille négative. La polarisation négative permet une puissance de 10 à 20% plus élevée avec la même haute tension (mais ne pas dépasser la dissipation maximale).

Si on travaille avec une polarisation négative, il peut être interessant de pouvoir ajuster les deux tensions indépendamment pour avoir un courant anodique identique (une différence de 5% ne se remarque pas). Le réglage doit idéalement se faire à puissance maximale avec un oscilloscope, sans contre-réaction et en prenant garde de ne pas dépasser la dissipation maximale.

Un montage push pull parallèle avec des PCL86 est décrit ici.

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