Amplificateurs à tubes
Etage de puissance en montage ultra linéaire
Puissance

Il est possible de réaliser un montage ultra-linéaire sans utiliser de transfo prises adaptées. Je vous montre un montage single ended et push pull.
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Pour le montage distributed loading et ultra linéaire il faut normalement utiliser un transfo adapté avec prises supplémentaires. Ces prises sont fixes (il faut rebobiner le transfo pour changer les rapports) et déterminent les caractéristiques du montage. Selon le tube utilisé il y a un point de branchement idéal.

Ampli single ended et ultra-lineair

A gauche le schéma d'un amplificateur qui utilise un transfo destiné à un amplificateur push pull pour obtenir un fonctionnement en charge répartie. La prise à 50% correspond assez bien au niveau de distortion minimum d'une pentode de type EL84 (fonctionnement ultra-linéaire). La puissance disponible est de 4W avec un taux de distortion très bas, qui est encore réduit avec la contre-réaction. On utilise ici une penthode EF86 comme étage préamplificateur, ce qui donne un gain général plus élevé et permet une contre-réaction plus énergique.

Attention, dans certains cas, le montage ultra linéaire dans un ampli single ended n'apporte pas une réduction des distorsions. Le montage single ended produit principalement des harmoniques paires qui ne sont pas réduites par le montage UL.

Transformateurs push pull et single ended

Les transformateurs utilisés dans les amplificateurs de type push pull ont des tôles empilées au format EI. Les tôles sont empilées tête-bêche pour réduire au maximum l'entrefer et avoir un circuit magnétique fermé. C'est ainsi que le transfert de puissance est le meilleur. Les transformateurs d'alimentation ont également un tel empilement.

Les transformateurs utilisés dans les amplis single ended (ainsi que les selfs de filtrage) ont des tôles empilées avec la forme E d'un côté et la forme I de l'autre pour obtenir un leger entrefer pour éviter que la tôle n'entre en saturation.

Dans le cas présent, il faudra utiliser un transformateur destiné à un ampli de 10 à 20W pour obtenir une puissance de 4W. Le transfo est alors conçu pour une puissance plus élevée et il n'y a pas de risque qu'il entre en saturation malgré le courant continu permanent. Utiliser le tube à la tension la plus élevée possible (300V pour un EL84) avec un courant de plaque plus faible pour limiter la dissipation (30mA).

Mode ultra linéaire avec un transfo de sortie normal

Il n'est pas courant de remplacer la prise médiane d'un transfo par deux résistances. Le courant dans la grille écran est relativement important, ce qui nécessite des résistances de valeur assez basse, par exemple 2.2kΩ et 3.3kΩ pour un rapport de 43%. Or ces résistances absorbent une puissance audio importante, l'impédance du transfo étant par exemple de 2.5kΩ (environ 1/3 de la puissance du tube est dissipé en pure perte dans les résistances).

Les pentodes de déflection ligne ne peuvent normalement pas être utilisées dans un montage ultra linéaire, à cause de la tension sur la grille écran qui doit être plus basse que la tension d'anode. Même si on trouve un transfo à l'impédance adaptée des tubes de ligne, il est pratiquement impossible de trouver un transfo pour montage ultra-linéaire à cette impédance particulière.

Par contre, un schéma de principe que j'ai trouvé dans un bouquin qui date des années 1990 est repris à gauche (il manque la résistance cathodique). Il est destiné aux tubes de déflection ligne (genre PL504 et PL519) qui ont une impédance de sortie plus basse, qui doivent avoir une tension sur la grille-écran plus basse et qui produisent des déformations plus importante en mode pentode.

L'impédance anodique des tubes PL504/PL519 ou EL509 est plus basse, et celle de la grille écran est plus élevée, ce qui nous donne un rapport de résistances plus favorable où la puissance perdue dans les résistances est limitée. En comparaison des pentodes classiques, ces tubes nécessitent un courant moins important sur g2 et on peut donc utiliser des résistances de valeur plus élevée.

La tension de g2 doit être de 160V au maximum et 50V au minimum (cela dépend de la tension d'alimentation et du point de fonctionnement du tube). Le rapport des résistances correspond environ à un rapport de 20%, optimal pour les tétrodes à flux dirigé.

Pour une tension anodique de 280V nous fixons le courant à 60mA pour rester en deça de la dissipation maximale. Nous obtenons une puissance de 5W, à peine un peu plus qu'un ampli single ended avec EL84. Il est nécessaire d'utiliser un transformateur single ended qui peut absorber 60mA sans saturer. Nous remplaçons ici le problème du transfo ultra-linéaire par le problème du transfo single ended.

Mode ultra linéaire avec transfo push pull classique

Un montage push pull est une meilleure solution. Mais nous ne voulons pas utiliser de transfo ultra linéaire qui est beaucoup plus cher qu'un transfo push pull classique. Les tubes que nous pouvons utiliser dans un montage ultra-linéaire sans transfo spécial doivent avoir un courant de grille écran limité: il s'agit donc principalement de tétrodes à faisceau dirigé. Toutes les pentodes dont le pas de la grille écran correspond à celui de la grille de commande sont de bons candidats (la grille écran se trouve dans l'ombre de la grille de commande).

Nous avons le PL504 (dissipation de 16W) et le PCL805 (dissipation de 8W à la pentode). Ce dernier tube était destiné à la déflection trame des téléviseurs monochromes.

Nous ne décrivons pas le circuit: si on utilise des PCL805, il faut un préampli, un déphaseur cathodyne et les deux pentodes de puissance. Un exemple d'ampli push pull avec PCL805 se trouve ici. Les pentodes peuvent être polarisés par une résistance cathodique commune découplée par un condensateur (solution de facilité) ou on peut utiliser une tension de polarisation négative qui permet un rendement un peu plus élevé.

Si la tension d'alimentation est de 280V nous mettons le courant anodique à 25mA. Le pont de résistances nous donne la bonne tension de la grille écran. Une partie du pont de résistances est découplé pour avoir un branchement ultra-linéaire à 25%. Le pont de résistances est ainsi utilisé à la fois pour la polarisation statique des grilles écran et pour le fonctionnement ultra linéaire.

Le fonctionnement d'une pentode en mode ultra linéaire réduit son facteur d'amplification (il s'agit d'une contre réaction locale). Une contre réaction globale n'est plus possible si on utilise deux PCL805 par canal (le gain total est trop faible). Les pentodes doivent recevoir un signal de commande si important, que le cathodyne s'approche de ses limites de fonctionnement.

Le pont de résistances a un effet positif sur le transfo de sortie: les résistances amortissent le transfo quand celui ci travaille à pleine puissance sans haut parleurs (risque de claquage des bobinages).

Un autre tube qui peut être utilisé, c'est par exemple le PL504 (une paire par canal). On peut augmenter le courant anodique à 50mA. Les trois résistances doivent avoir une valeur de 10k, 4.7k et 22k.
* La résistance de 22kΩ (33kΩ sur le schéma) peut être réduite à 0 (avec élimination du condensateur) si on adapte la tension de g1.

Triode et pentode en parallèle

Une méthode alternative d'avoir un branchement ultra-linéaire sans transformateur adapté est d'utiliser deux tétrodes ou pentodes en parallèle, l'une branchée en mode triode (ce sont les tétrodes bleues dans le schéma) tandis que la seconde est branchée en mode pentode (rouge). C'est une idée propagée par Igor S. Popovich.

Tout comme avec le montage ultra linéaire qui donne un meilleur résultat que le montage triode ou pentode, ce montage a des caractéristiques qui ne sont pas apparentes à première vue. La polarisation est réglée telle que les triodes sont en permanence en conduction (classe de fonctionnement A) tandis que les pentodes sont polarisées en classe AB. Cela est réalisé par la tension de grille écran qui est plus basse pour les pentodes que pour les triodes.

A faible volume, ce sont les triodes qui fournissent la puissance: on a ainsi les caractéristiques plus linéaires du montage triode, qui sont encore améliorées par le fonctionnement en classe A. A puissance plus élevée, ce sont les pentodes qui prennent le relais, n'ayant pas de contre réaction locale (de l'anode vers la grille écran). L'amplificateur peut fournir une puissance élevée tout en ayant les bonnes caractéristiques d'un amplificateur avec étage de puissance avec triodes.

On peut utiliser ici tous les types de tubes qui d'origine n'ont pas de trop bonnes caractéristiques en mode pentode, comme les tubes 6V6, 6L6 ou EL34. La puissance totale est un peu plus élevée qu'avec un montage pentode seule (on ne gagne pas beaucoup en puissance). Par contre on peut en théorie mélanger les tubes: deux tubes qui fonctionnent bien en mode triode et deux tubes qui ont une puissance élevée.

Il faut un signal de commande plus important pour attaquer une paire de PL504: on oublie le montage cathodyne, et même le montage long tail de base montre ses limites. L'effet est causé par la contre réaction locale (de l'anode à la grille écran). Ce qu'il nous faut ici c'est un montage williamson complet. Nous avons alors un ECC83 (préampli et déphaseur cathodyne) suivi d'un étage de commande qui utilise les deux triodes d'un ECC81 ou ECC82. Le montage williamson a une basse impédance de sortie qui est identique sur les deux sorties et qui reste constante selon l'amplitude. L'amplitude du signal en sortie est élevée, et cela permet de compenser le gain faible des PL504 (qui est encore plus réduit par le montage ultra linéaire). Il est possible d'utiliser une contre réaction globale.

Les deux montages sont montrés comme exemple. Cela permet de voir qu'on peut jouer à l'infini avec les différents montages. Ce montage ne doit pas être réalisé si vous ne disposez pas d'un stock important de PCL805, PL504 ou PL509/PL519.

En plus du montage triode et du montage pentode, nous avons un montage enhanced triode où le tube est commandé via sa grille écran. Ce montage est généralement utilisé pour les tube de déflection ligne utilisés en single ended (montage asymmétrique à un tube de sortie).

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