Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance
811A

La lampe 811A est une triode à chauffage direct américaine utilisée comme amplificateur de modulation et comme amplificateur de radio-fréquences jusqu'à 27MHz.
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La lampe 811A est la forme la plus élémentaire d'une lampe amplificatrice: une triode à cathode à chauffage direct (filament en tungstène thorié), une grille et une anode. C'est l'ancètre de la lampe 807, une tétrode à faisceaux dirigés qui a également été utilisée comme amplificateur audio et radiofréquences.

Deux 811A en push pull fournissent une puissance audio de 160W avec une tension anodique de 1500V et u courant anodique de 175mA. Il y a un courant de grille de 34 à 50mA à cette puissance. La tension alternative sur la grille doit être de 60Vrms (170Vt-t entre les deux grilles).

Au repos (sans signal) on a une dissipation anodique de 65W, la tensionde polarisation négative est alors de -4.5V et le courant de repos de 32mA. Une tension négative n'est pas nécessaire quand la tension anodique est de 1250V.

C'était ce qu'on appellait à l'époque la classe de fonctionnement ICAS (Intermittent Commercial and Amateur Service). Pour la radiodiffusion on utilisait la classe CCS: Continuous Commercial Service qui ménageait un peu plus les lampes. Dans beaucoup de datasheets on mélange les deux classes de fonctionnement: le graphique à droite est pour une classe ICAS qui permet une puissance plus élevée.

Le schéma montre un amplificateur de modulation standard pour moduler le signal radio. La modulation se faisait généralement à haute puissance, à la lampe émettrice même. La plupart des émissions se faisaient en AM en ondes moyennes ou courtes et une qualité sonore moyenne était suffisante. La lampe 811A pouvait également servir de lampe de puissance radio jusqu'à 27MHz.

Etage d'attaque: 2A3

L'étage de commande utilise deux 2A3, qui sont également des triodes à chauffage direct. A cette époque il n'était possible d'avoir une émission suffisante qu'avec une cathode à chauffage direct (le filament servait de cathode). La lampe 2A3 était principalement utilisée comme lampe de puissance dans les amplis audio, en single ended ou push pull.

L'étage push pull peut fournir une puissance de 10W, qui est nécessaire car les lampes de puissance travaillent en classe A2, donc avec un courant de grille.

Les paramètres mentionnés sur le datasheet sont les paramètres de fonctionnement standard de la lampe 2A3. La polarisation se fait par une résistance cathodique commune. Le transformateur de chauffage alimente les deux lampes en parallèle, il n'est pas dessiné sur le schéma. Le transfo fournit 5A sous 2.5V.

Le couplage avec l'étage de sortie se fait avec un transformateur, c'était le système le meilleur marché, à une époque où les lampes étaient les composants les plus onéreux, mais la qualité sonore d'un tel ampli n'était pas tès élevée. La tension alternative est multipliée par 6 (× 2). Les lampes travaillent en classe A1, donc sans courant de grille.

Etage de puissance: 811A

La version "A" est la version améliorée de la lampe 811. Dans les amplificateurs existants on peut remplacer la version originale par une version A, mais l'inverse n'est pas autorisé.

La polarisation se fait ici avec une tension légèrement négative, nécessaire quand la tension anodique est de 1500V et qui n'est pas nécessaire avec une haute tension de 1250V. La grille est polarisée très positivement pendant les pics pour avoir un courant anodique suffisamment élevé, malgré le facteur d'écrasement propres aux triodes. Quand il y a un courant anodique important, la tension diminue, ce qui limite l'augmentation du courant. En utilisant une tension positive sur la grille on accélère les électrons, ce qui nous donne malgré tout un courant anodique élevé.

Le transfo de chauffage doit fournir ici un courant de 8A sous 6.3V. Le filament est en tungstène thorié: l'alliage avec du thorium permet une émission d'électrons plus importante. Le filament doit être porté à une température plus élevée en comparaison d'une cathode avec couche d'oxyde de barium, mais le filament est moins fragile et résiste mieux au bombardement d'ions. La cathode reste plus longtemps en bon état malgré la puissance très élevée que la lampe doit fournir. Il n'y a pas de particules d'oxyde de barium qui se détachent de la cathode.

Comme il n'y a pas de particules qui se détachent de la cathode, la grille peut être placée le plus près possible du filament. L'influence de la grille est plus élevée et la lampe a un facteur d'amplification très élevé, même avec le facteur d'écrasement des triodes.



"Les pentodes sont moches,
les tétrodes à faisceaux dirigés sont fonctionelles,
mais les triodes à chauffage direct sont belles!"



A droite on voit le haut de la lampe, avec le filament qui forme un M. Le grille est à pas serré (pour une lampe de puissance qui a normalement un pas plus lâche) et la grille se trouve très près du filament.





L'anode se trouve sur le dessus de la lampe pour pouvoir travailler sous une tension élevée. Cela sera aussi d'application pour les lampes plus récentes comme la 807, mais aussi sur les nombreuses lampes de déflection lignes. Les lampes préamplificatrices radio avaient également une connection sur le dessus de la lampe, mais c'était pour la connection à la grille et le branchement sur le dessus du tube servait à éliminer l'influence de l'anode sur la grille.

Ces triodes à chauffage direct ne sont normalement plus fabriquées, sauf par quelques fabricants isolés comme Psvane. Le prix de cette lampe est interessant, car ces lampes ont été conçues pour des application radio à très haute tension, et la demande est limitée. Le prix de cette lampe très puissante est plus bas que celui d'une lampe destinée spécifiquement à l'amplification audio et qui peut fonctionner sur une tension de 300V (300B et 2A3).

Ces lampes sont des "bright emitters": le filament en tungstène thorié doit être chauffé plus fort pour avoir une émission d'électrons suffisante. Ces tubes produisent pratiquement autant de lumière qu'une lampe à incandescence et deviennent très chaudes. En comparaison, les lampes avec une couche d'oxyde de barium sur la cathode sont appellées "dull emitters" parce que la cathode ne doit pas être chauffée autant.

Construire un amplificateur?

Il faut tenir compte des caractéristiques particulières de cette lampe si vous voulez l'utiliser dans un ampli. C'est une lampe conçue comme étage de puissance dans les émetteurs de radio, où une impédance de sortie élevée ne pose pas problème. L'impédance élevée est principalement causée par le pas très serré des fils de la grille (les lampes de puissance utilisent normalement un pas plus lâche).

la lampe 811A ressemble plus à une pentode qu'à une triode en ce qui concerne l'impédance de sortie, qui est d'environ 14kΩ. La lampe a un facteur d'amortissement très bas (inférieur à 1) qui n'est plus acceptable actuellement. Une contre réaction énergique est nécessaire pour améliorer le facteur d'amortissement.

La lampe travaille avec une tension de grille qui peut être positive et négative. Lors du passage il peut se produire des harmoniques impaires très desagréables. Une solution, si on fait travailler la lampe sur une tension anodique relativement basse de 500V est de ne travailler qu'avec une tension de grille positive. Avec une tension d'alimentation de 500V on arrive à une puissance de 18W.

C'est une triode à chauffage direct et le filament est normalement chauffé en alternatif (c'est mieux pour obtenir une émission étalée sur tout le filament). Un bruit de fond de 50Hz est difficile à éviter, même si le point médian a été réglé le mieux possible. Le point médian est différent pour chaque lampe, il faut un transfo d'alimentation avec autant de bobinages qu'il y a de lampes de puissance.

Le préampli utilise une triode double 12AY7 dans un montage SRPP pour avoir une basse impédance de sortie. On peut utiliser une lampe ECC81 à la place.

Le filament est alimenté par un bobinage séparé maintenu à environ 80V pour éviter qu'il y ait une tension trop élevée entre filament et cathode.

L'étage de commande est un 12AY7 qui peut être remplacé par un 6V6 (la lampe est utilisée comme cathode suiveuse). La commande de l'étage d epuissance est en classe A2 avec courant de grille permanent.

La tension du filament de la lampe 811A peut être redressée et filtrée (avec au moins 10.000µF par lampe) pour réduire le ronflement. La résistance ajustable peut alors être éliminée. Chaque filament doit avoir son propre bobinage.

La haute tension (B1) est d'environ 600V.

L'amplificateur n'a pas de contre réaction et le son ressemble à celui d'une radio d'avant la seconde guerre mondiale. On peut prévoir une contre réaction, mais pour compenser la diminution de l'amplification il faut remplacer le préampli par un montage cascode qui a un gain qui se rapproche d'une pentode.

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