Amplificateurs à lampes
L'étage de puissance
PL504

Je vois dans beaucoup de forum des bricoleurs qui utilisent une lampe PL504 comme étage de puissance single ended. Mais cette lampe électronique qui est une tétrode de déflection doit être utilisée d'une manière particulière. Regardez le premier et le second schéma.
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Amplificateur de test single ended avec
PL504/EL504 en configuration standard
(commande sur la grille 1)

Cette page fait suite au test d'un ampli single ended avec PCL84. Le schéma a été adapté aux caractéristiques de la lampe PL504.

Le PL504 et EL504 sont des sweep tubes, des lampes de déflection. Ce sont des lampes qui peuvent fournir des pics de courant importants. Mais la lampe n'est pas adaptée à fournir un courant relativement constant (elle n'est alors pas très linéaire). Et un amplificateur single ended est l'application typique où un courant relativement constant est demandé. Ce n'est pas que la lampe est mauvaise dans cette application, il faut simplement l'utiliser correctement.

La lampe peut fournir un courant important, même avec une tension anodique relativement basse, mais ce n'est pa bon pour le transformateur de sortie qui préfère travailler avec un courant anodique moindre (et une tension plus élevée). Cela évite que le transfo n'entre en saturation, ce qui peut arriver très vite avec un tube de déflection.

Un courant élevé ou une tension élevée, cela n'a pas d'importance pour un sweep tube. Mais pour pouvoir utiliser la lampe correctement il faut utiliser une tension de grille écran assez basse. Cela a plusieurs avantages:

  • La lampe fonctionne avec un meilleur rendement, car il y a moins de pertes via la grille écran (dans ce cas précis, le courant de grille écran au repos est de 0.6mA).

  • Nous avons un facteur d'amplification plus important car la tension de polarisation de la grille de controle est plus basse (-11.57V). Une tension de 4.596Veff est suffisante pour commander la lampe au maximum.

  • La distorsion est moindre (regardez l'oscillogramme), mais une contre réaction est malgré tout recommandée. Non pas spécifiquement pour réduire les distorsions, mais pour limiter la sensibilité de l'ampli.
La tension de grille écran plus basse est également nécessaire dans le cas d'un ampli SE avec PCL805 (regardez le second schéma), c'est également un sweep tube.


Sans contre réaction


Avec contre réaction
Tension anodique en magenta
avec sonde 10:1

La contre réaction est recommandée avec cet ampli, car sans contre réaction nous avons une sensibilité de 65mV (haut facteur d'amplification de la triode ECC83 couplé au gain élevé de la tétrode PL504). Une contre réaction de 22dB est élevée, mais permet de réduire la sensibilité à 834mV pour obtenir la puissance maximale.

La triode ECC83 a un facteur d'amplification de 60× et la tétrode de 42×, une valeur extrèmement élevée pour une lampe de puissance. Je vous avais bien dit que la PL504 était une lampe extraordinaire...

La triode est branchée normalement. Pour avoir un fonctionnement linéaire cette triode a besoin d'une tension anodiqe élevée et un courant de 1mA au plus (ici: 182V et 0.9mA). La contre réaction arrive sur la cathode.

La tétrode a une tension de grille écran de 82.7V et c'est parfait. Une tension plus élevée et la lampe se déchaine et ne fonctionne plus correctement dans une application linéaire. On obtient même une puissance plus basse avec une tension de grille écran plus élevée, en utilisant une OA2 de 150V au lieu d'une 85A2 (les distorsions dépassent plus rapidement les 0.1%). La résistance du stabilisateur de tension dissipe plus de 3W et il est recommandé d'utiliser trois résistances de 5.6kΩ 2W.

A droite un oscillogramme avec la contre réaction débranchée (tension d'entrée de 65mV effectifs). Nous voyons que le sinus n'est plus très beau, avec le pic positif aplati et le creux plus pointu. Un signa que la lampe aurait pu fournir un courant encore plus élevé.

C'est toujours interessant de tester un ampli sans contre réaction, cela permet de voir comment l'ampli se comporte. On voit alors facilement ce qui cloche. La contre réaction va corriger ces défauts, mais quand elle arrive à la limite, les distorsions qu'on voit ne permettent pas de discerner le problème.

Le second osccilogramme est parficulier, j'ai notament mesuré la tension anodique (avec une sonde 10:1 car nous avons un sweep de 554V, ce qui est un peu trop pour l'oscilloscope).

La tension anodique diminue jusqu'à 20V. En fait, la tension va même à 9V, car nous avons une tension cathodique de 11.57V! La tension de saturation très basse est une des caractéristiques des sweep tubes. Le PL504 est un mosfet en verre, mais sans la sensibilité aux décharges électrostatiques.

L'impédance de sortie est de 8kΩ, ce qui est causé par le courant anodique relativement bas de 29.1mA (pour ne as saturer le transfo). La dissipation anodique du PL504 est faible, notament 8.6W, alors que la lampe peut dissiper une puissance double. Cela permet d'avoir une longue durée de vie de la lampe.

La puissance audio est de 3.35W, ce qui est normal. La puissance audio d'un ampli single ended est toujours inférieure de moitié de la dissipation anodique (elle est de 1/3 pour les pentodes). Nous obtenons ici un rendement de 39%, ce qui est très bien. Le circuit a été optimalisé, et changer un paramètre augmente les distorsions à puissance élevée, et donc diminue la puissance que l'ampli peut fournir.

Les images d'oscilloscope dont parfaites et on croirait que l'ampli est parfaitement au point. Mais avec un signal en créneaux il y a des oscillations amorties. l'ampli n'a pas de limitation de la bande passante, qui est droite jusqu'à 50kHz. Je n'ai pas ajouté de circuit correctif, car cela dépend du transfo que vous utilisez.

Je n'ai pas testé le montage ultra linéaire, je sais que cela va foirer avec ce type de lampes. La tension de grille écran est alors beaucoup trop élevée, la tension sur la grille de controle doit alors être beaucoup plus négative et la lampe travaille alors dans la partie la plus courbe des caractéristiques. La stabilisation du courant grâce au stabilisateur de tension 85A2 se perd totalement.


Commande sur la grille écran

Amplificateur de test single ended
avec EL504/PL504 avec commande
sur la grille écran (enhanced triode)

Une autre possibilité, c'est d'utiliser une commande sur la grille écran (enhanced triode). Nous mettons la grille normale à la masse et nous gardons la résistance cathodique qui va stabiliser le courant dans la lampe.

Il faut prévoir quelques milliampères en pointe pour la grille écran, ce qui rend la seconde triode ECC83 inutilisable. Mais nous avons une triode moins connue, la ECC832 qui a deux triodes diférentes à bord:

  • une triode de type ECC83 comme préampli (branchement 8-7-6) et
  • une trode ECC82 comme étage d'attaque (branchement 3-2-1).
C'est une double triode moins connue, mais qui est toujours fabriquée. Il faut respecter le branchement, puisque les deux triodes sont différentes.

La triode d'attaque a un gain en tension très faible (mais une pente élevée), cela se voit à la tension de grille de -21V. La résistance cathodique de 75kΩ est nécessaire pour tirer la tension vers le bas (la tétrode tire très peu de courant quand la tension de grille écran est faible). Nous avons un fonctionnement asymmétrique sans cette résistance quand on dépasse 1kHz.

Nous utilisons ici aussi une tension de grille écran relativement basse. On peut changer la tension en modifiant le rapport des deux résistances de 2.2MΩ.

J'utilise la résistance anodique de 1kΩ pour mesurer le courant de la grille écran du PL504. La résistance de 75kΩ a été débranchée pour les mesures (il ne reste plus que la consommation propre du PL504.

Il nous faut une tension nettement plus élevée pour commander la tétrode, notament 23V. La cathode suiveuse nous fait également perdre quelques volts.

La puissance disponible est comparable à celle du montage normal, nous avons ici 3.5W.

Le courant moyen dans la grille écran est très faible, en commande à puissance maximale nous avons un courant de 1.33mA, avec un signal de commande très faible nous avons 0.28mA. Ce sont les pics qui provoquent l'augmentation du courant sur la grille écran.

L'amplification générale est plus faible car le PL504 a besoin d'une tension de commande beaucoup plus élevée. Quand la contre réaction est débranchée nous avons besoin d'une tension de 348mV pour obtenir un signal relativement propre de 5.380V. Avec le branchement normal, nous avions assez avec 65mV. La contre réaction ne fait plus que 8.3dB, nous avons absolument besoin du gain plus élevé d'une triode ECC83.

Le couant dans la tétrode passe à 35.6mA avec une dissipation anodique de 10.4W. Nous sommes toujours dans les limites.

Le premier oscillogramme montre que latension anodique ne peut plus descendre si bas, la tension anodique minimale est de 54V. Nous voyons également un début de distorsion, qui apparait plus nettement avec un signal triangulaire. On ne peut pas faire de mesures avec un tel signal (sinus: mesure de la puissance, signal en créneaux: mesure des oscillations parasites). Par contre les distorsions sont très apparentes.

Sans contre réaction

La distorsion est déjà très faible sans contre réaction (voir oscillogramme en haut de page), mais alors il faut absolument utiliser une basse tension de grille écran (voir le schéma tout en haut de page).

On a encore moins de distorsion si on passe à une commande sur la grille écran (sans contre réaction), mais il faut un premier étage au gain élevé. La contre réaction est très faible ici car on manque de réserve. On peut remplacer le ECC832 par un PCL80 avec la pentode comme amplificateur de tension et la triode comme driver. Le circuit ne fonctionnemas avec un ECC82 ou ECC83.

Comment venir à bout des
oscillations parasites amorties

Les oscillations amorties qui apparaissent quand l'amplificateur reçoit un signal en créneaux est souvent causé par le transformateur de sortie. Les capacités parasites entre les spires produisent une oscillation.

les oscillations sont rapidement amorties, ce qui indique que le circuit dans son entièreté est correct, l'oscillation n'est pas amplifiée par la contre réaction.



On peut fortement réduire ces oscillations par un petit filtre (filtre de Boucherot ou réseau Zobel) que l'on place entre l'anode de la lampe de puissance et la masse (ou entre le bobinage primaire du transfo). Le condensateur limite l'effet du filtre aux fréquences les plus élevées et la résistance absorbe les oscillations. Un filtre avec un seul des deux composant ne fonctionnera pas, un condensateur seul risque d'augmenter les oscillations (effet de circuit accordé). La valeur des composants dépend du transformateur utilisé, mais j'ai une bonne atténuation des oscillations sans réduction de la bande passante par un filtre de 1.5kΩ et 1.2nF en série.

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