Le schéma générique à droite permet de passer du mode pentode (A) au mode triode (B) ou ultra-linéaire (C).

Ultra linéaire ou charge répartie?

Les triodes ont généralement de meilleures caractéristiques quand on les emploie en montage push pull. Les triodes produisent plus d'harmoniques paires, mais celles-ci sont éliminée par le montage push pull symmétrique. Les pentodes produisent plus d'harmoniques impaires, qui ne peuvent pas être éliminées. Mais on ne trouve plus beaucoup de triodes de puissance. Par contre, une pentode devient une triode si on branche la grille écran à l'anode.

En moyenne la puissance disponible est réduite au quart quand on passe d'un mode pentode au mode triode, c'est une raison pour laquelle on trouve très peu de triodes de puissance. L'amplification (gain en tension entre le signal sur la grille grille et sur l'anode) est réduite quand on travaille en mode triode: il faut une tension de commande 3 à 4× plus élevée pour obtenir une puissance donnée. Mais comme la limite de puissance est atteinte plus rapidement en mode triode, il faut une tension alternative identique sur la grille de commande, quel que soit le mode de fonctionnement, triode, pentode ou UL. C'est pour cela que la commutation entre les différents modes de fonctionnement peut se limiter à un interrupteur double.

Si on utilise un branchement entre les deux, on obtient un montage à charge répartie. Ce mode de fonctionnement n'est pas seulement la moyenne de la pentode et de la triode, il y a une chimie bien particulière qui se produit. En fait, on injecte de la contre-réaction sur la grille écran. Or la grille écran produit une déformation du signal inverse à la déformation sur la grille de commande (c'est la raison de la commande sur la grille écran).

La raison qu'un montage ultra linéaire est à la fois meilleur qu'un montage triode ou pentode est expliqué par les courbes à gauche, les courbes bien connues Ua/Ia.

• Avec une pentode, le courant augmente rapidement avec la tension anodique, puis l'augmentation se tasse. L'influence de la haute tension est limitée par l'action de la grille écran. La courbe est logaritmique.

• Avec une triode, le courant augmente d'abord lentement, puis de plus en plus vite (il y a également un plateau dans le courant maximal, mais à ce courant, le tube est détruit par la dissipation). La courbe est exponentielle.

• En montage ultra linéaire, les deux distorsions s'annullent et la courbe est linéaire.

Mais ce qui est bizarre, c'est que la distortion est moindre en montage ultra-linéaire: si la puissance est moyenne, la distortion est elle bien moindre à une valeur spécifique de prise médiane. Cette valeur dépend du tube utilisé, elle est de 43% pour un tube EL84 ou EL34 (pentodes classiques), où on obtient une puissance de 11W. On utilise souvent la valeur de 20% pour avoir un bon compromis (puissance un peu plus élevée de 15W et distortion encore très faible). Les courbes ont été tirées avec une paire de EL34 sous 300V (de là la puissance relativement faible) et une impédance primaire (transformateur) de 6kΩ.

Cette courbe est applicable pour les vraies pentodes. Les tétrodes à flux dirigé ont leur "sweet spot" vers 15% (6V6, KT66, PL500,...), là où leur puissance est également un peu plus élevée. Si on utilise de tels tubes, il faut utiliser un transfo à prises à 20% (à défaut de 15%) pour profiter au maximum de l'effet ultra linéaire. Les tubes de déflection ligne ne sont que rarement utilisés en montage UL car la tension de grille écran doit être plus basse que la tension d'anode.

Attention: le graphique est tiré pour un certain signal à l'entrée et une tension d'alimentation déterminée. Si on augmente le signal, on augmente également la distortion, tandis que si on augmente la tension d'alimentation, on peut obtenir une puissance plus élevée. La courbe dépend également de la classe de fonctionnement (A ou AB). Il n'y a donc pas une courbe standardisée.

A droite le a puissance fournie par un ampli push pull équipé de tubes EL84 dépend du mode de fonctionnement. Nous nous limitons aux puissances avec une tension de 300V.

Les premières valeurs concernent un mode de fonctionnement en pentode classique. On obtient une puissance de 17W avec un taux de distortion de 4% (le rapport puissance et distortion est expliqué plus en détail ici). La dissipation à l'anode est de 10.8W par tube, elle est de 13.8W à puissance maximale. La dissipation autorisée est de 12W, c'est pour cela qu'on parle de puissance "musicale", ce n'est pas une puissance qui peut être fournie en continu.

Le tableau nous apprend également qu'il faut un signal sur la grille de 2 × 10V effectifs pour obtenir le puissance maximale.

Nous avons ensuite le fonctionnement à charge répartie avec la grille écran à 20%. Nous traitons la première colonne de chiffres. La puissance disponible est un peu plus faible (14.4W), mais la distortion n'est plus que de 0.85%. La puissance dissipée au repos dans le tube est de 8.4W pour atteindre 16.5W à puissance maximale. Le fonctionnement est ici nettement en classe AB. La seconde colonne n'est pas applicable: la dissipation maximale du tube est déjà atteinte au repos.

Il faut ici un signal sur la grille de commande de 2 × 9.2V pour obtenir la puissance maximale.

Le fonctionnement en charge répartie à 43% est le mode ultra linéaire où la distorsion est la plus faible. Nous avons une puissance de 10.1W avec un signal de commande de 2 × 8V.

Et finalement nous avons un montage triode, avec g2 connecté à l'anode. La puissance disponible est de 5.2W pour un taux de distortion de 2.5%. Ici aussi il faut un signal à l'entrée de 2 × 10V effectifs pour atteindre la puissance maximale.

Je ne comprend pas les raisons qui poussent les gens à utiliser le montage triode, alors qu'il ne permet qu'une faible puissance (trois fois plus faible qu'un montage pentode). Si on utilise un montage pentode classique on obtient un taux de distortion plus faible quand l'ampli produit 5.2W. Et en plus on a l'avantage de la réserve de puissance.

Ce qu'on remarque aussi, ce que quel que soit le montage utilisé, il faut pratiquement la même amplitude sur la grille de commande pour obtenir la puissance maximale.