Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance
SIPP

Un amplificateur à étage de puissance SIPP n'utilise pas de déphaseur pour produire la phase inverse, mais la produit dans l'étage de puissance même.
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Un montage self inverting push pull moderne


Remplacement du LM317 par un montage à composants discrets

Un montage qu'on ne rencontre pas souvent est le montage SIPP ou self inverting push pull. Ce montage se passe d'étage inverseur et élimine également l'étage de commande. C'est l'étage de puissance qui effectue l'inversion du signal: l'étage est basé sur le montage long tail ou mullard, mais utilise une source de courant constante, qui n'était pas disponible à l'époque.

L'amplificateur doit répondre à une condition: il ne peut fonctionner qu'en classe A. C'est une version parallèle du montage SRPP (series regulated push pull).

Décrivons le montage SIPP en se basant sur le schéma de droite. Nous avons d'abord un étage series regulated push pull. La plupart des lampes de radio ont deux triodes, donc pourquoi pas ne pas les employer toutes deux dans un montage amplificateur. On aurait pu se contenter d'utiliser une seule triode, mais la montage SRPP a quelques avantages:

  • La distortion est réduite car les deux triodes forment un montage symmétrique où la déformation introduite par une triode est compensée par la déformation inverse de l'autre triode.
  • L'impédance de sortie est plus basse car le signal est prélevé sur la cathode du tube supérieur. Une basse impédance n'est pas vraiment nécessaire dans ce montage précis.
  • La charge du tube amplificateur de tension (le tube inférieur) est le tube supérieur, qui se comporte comme une résistance de valeur élevée. La charge dynamique sur le tube inférieur est moindre et le tube peut donc amplifier plus (jusqu'à la valeur limite µ du tube).
Dans ce cas précis on aurait pu aussi bien utiliser un montage cascode ou utiliser la seconde triode pour l'autre canal.

L'étage de puissance est un montage ultra-linéaire qui a un rendement plus élevé qu'un montage en triode et produit moins de déformations qu'un montage en pentode. Le signal de commande arrive sur un seul tube, le second est commandé par la cathode commune.

Le montage ne fonctionne bien que si la résistance de cathode se comporte comme une vraie source de tension. On y arrive en la remplaçant par un LM317, une puce qui est utilisée comme stabilisateur de tension ajustable, mais qui peut tout aussi bien être utilisée comme source de courant constant.

Quand la tension sur la grille de commande V1 augmente, le courant dans le tube augmente également. Comme le régulateur fournit un courant constant, il faut que le courant dans l'autre tube diminue, car la grille de commande de V2 est maintenue à un potentiel fixe (0V). Le montage doit nécessairement fonctionner au milieu de la classe A, avec un tube qui n'est jamais mis hors conduction, car cela signifie que l'autre tube ne pourrait plus être commandé. D'un autre coté, le courant maximal est déterminé par ce que fournit le régulateur. Un tel amplificateur n'a pas de réserve de puissance comme un vrai amplificateur push pull.

On règle le courant en modifiant la résistance du régulateur selon la formule suivante;

I = 1.2 / R

Avec une résistance de 10Ω on a un courant de 120mA (dans les deux tubes). Voici quelques valeurs que vous pouvez utiliser:

RésistanceTension d'alimentationDissipation par tube
EL8418Ω300V10W
EL3410Ω350V21W
KT886.8Ω350V31W

Un petit refroidisseur suffit pour une paire de EL84. Pour une paire de EL34 in faut un refroidisseur avec une surface d'au moins 25cm2. Pour alimenter une paire de KT88, on utilisera de préférence la version "K" du régulateur, qui est disponible au format TO-3. On utilise le boitier métallique (avec une pastille isolante) comme refroidisseur.

On pourrait utiliser un montage SIPP comme étage déphaseur dans un ampli normal. Si on ne le fait pas, c'est parce que le bruit de fond du régulateur est notable dans un étage préamplificateur. On ne peut pas éliminer le bruit de fond en plaçant un condensateur en parallèle sur le régulateur, car cela empèche que les hautes fréquences aillent au second tube.

Le montage est parfois appellé CCS ou Constant Current Source. On peut remplacer le LM317 par un montage discret, car le LM317 n'est en fait pas destiné à cette tâche et ses caractéristiques se dégradent à 10kHz. On peut le remplacer par un petit circuit à composants discrets, composé d'un transistor MOSFET de puissance et d'un transistor NPN à gain élevé. Le condensateur élimine si nécessaire le bruit de fond du transistor. Utiliser une valeur d'environ 1nF au maximum. Le 8V provient du 6.3V redressé et filtré. La formule pour le caclul de la résistance devient ici: R = 0.63 / I.

Le circuit est simple et produit une bonne qualité sonore. Tout comme avec un ampli single ended il n'y a qu'un seul condensateur de couplage. La puissance est plus élevée qu'un ampli single ended, mais n'atteint pas celle d'un vrai push pull. Les déformations augmentent quand on s'approche de la puissance maximale: le montage SIPP est en fait un montage single ended qui fournit un peu plus de puissance, ce n'est pas un vrai push pull où les déformations s'anullent.


Montage utilisé pendant le seconde guerre mondiale


Montage Philips utilisé après la seconde guerre mondiale

Le push pull du pauvre

Le montage SIPP a été utilisé pour la première fois pendant la seconde guerre mondiale. On cherchait une manière de réaliser un amplificateur avec une puissance suffisante en utilisant le moins de tubes possible. Les tubes étaient chers et difficile à trouver pendant la guerre. Un SIPP permet une puissance plus élevée qu'un montage single ended, mais pas autant qu'un vrai push pull qui peut travailler en classe AB.

Des petits malins ont incorporé l'étage déphaseur dans le premier tube de puissance. Le signal qui est appliqué à la pentode (ou tétrode) supérieure produit un courant anodique variable, mais également un courant g2 qui varie avec le courant anodique. En utilisant une résistance de la bonne valeur, on obtient une amplitude identique sur la grille écran que sur la grille de commande (mais avec une phase inversée). Le signal avec la phase inversée est envoyé à la grille de commande du second tube.

Il y a un réglage de la tonalité simple qui est placé dans la contre-réaction. Cet amplificateur a des caractéristiques moyennes, mais à la guerre on ne pouvait pas faire autrement. Le haut parleur est de type électrodynamique avec bobine de champ séparée (les aimants étaient très chers pendant la guerre). Trois fois 8µF, c'est très peu pour filtrer le ronflement.

Philips a utilisé un circuit similaire dans ses tourne-disques (juste après la seconde guerre mondiale). Le but était ici aussi d'obtenir une puissance plus élevée qu'avec un tube EL41 qui était alors d'usage courant. La triode est un EBC81, une diode-triode qui était utilisée dans les postes de radio bon marché (c'était avant l'apparition de la FM). On utilise une sorte de contre-réaction positive, où le signal de sortie est utilisé comme potentiel de la cathode. Il faut une tension de polarisation négative pour les grilles de commande des tubes de puissance.

Les caractéristiques de ces amplificateurs ne sont pas optimales: le ronflement n'est pas amorti et les distortions ne sont pas réduites car le montage n'est pas vraiment symmétrique, puisque le signal n'est envoyé qu'à un seul tube, le second tube recevant le signal inversé et déja amplifié.

Après la seconde guerre mondiale on a expérimenté avec des montages push pull qui permettent la stéréo, mais n'utilisent que la moitié des tubes d'un amplificateur stéréo push pull classique: ce sont les montages simplex.

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