A cause du mauvais rendement de ce type de montage, les lettres SE (Single Ended) peuvent tout aussi bien indiquer Small Efficiency, Super Expensive et Stupid Engineering. On vous a prévenu!

Les montages proposés par certaines firmes sont super chers car il faut utiliser un transformateur de puissance spécial. Il y a toujours un courant qui circule dans le transformateur, ce qui produit un champ permanent. Pour éviter la saturation magnétique du transfo, il faut prévoir un entrefer, ce qui réduit un peu le transfert de puissance. En plus du mode de fonctionnement (qui ne permet pas un rendement élevé), le transfo ne permet pas de transmettre toute la puissance au haut parleur. On peut donc également parler de conception stupide.

Pour vendre leur matériels, on trouve des textes du genre:

"Il faut de l'énergie pour inverser le champ magnétique d'un transfo, ce sont les pertes par hystérésis. L'énergie nécessaire pour changer la polarité du champ magnétique provient du signal. Les signaux de très faible amplitude ne sont donc pas bien reproduits car l'énergie est utilisée à inverser le champ magnétique. Les amplificateurs single ended n'ont pas ce problème et sont en mesure de reproduire les plus menus détails sonores."

Ils n'ont pas tout à fait tord, mais c'était il y a 70 ans, quand on utilisait des tôles de qualité inférieure pour construire les transfos d'amplificateurs (c'était la guerre). Le problème était amplifié dans les amplificateurs travaillant en classe AB qui ont peu de puissance aux très bas volumes (courant de repos faible). Mais ce n'est plus le cas actuellement et les transformateurs ne méritent plus cette mauvaise réputation.

Dans la plupart des radios et téléviseurs on utilisait un amplificateur single ended, parfois en montage SRPP et la puissance sonore était amplement suffisante.

On a les avantages du montage single ended, mais également ceux du montage push pull: réduction des distorsions grâce au montage symmétrique, réduction du ronflement du secteur (CMRR: common mode rejection ration) et distribution de la puissance nécessaire sur deux tubes.

Mais voyons comment les ingénieurs ont résolu le problème du transfo à entrefer...

Voici le schéma de la partie audio d'une radio des années 1950. A cette époque, pas de fioritures, le circuit le plus simple possible. Pas de transfo d'entrée, la radio est connectée directement au secteur (ce qui permet une alimentation en continu et éventuellement une alimentation sous 110/130V). Les tubes sont de type "Uxxx" qui indique un courant de chauffe de 100mA. On perd 10W en puissance de chauffage dans la résistance de 950Ω, mais cela permet au fabricant d'économiser le transfo d'alimentation.

Le redressement est monophasé et il y a un ronflement assez important. Mais les ingénieurs ont trouvé le truc qui va à la fois réduire les ronflements à 50Hz et le courant permanent dans le transfo.

Le tube de puissance est un UL84, un tube adapté à une tension plus basse (ce n'est sûrement pas l'équivalent du EL84!). Le courant est le plus élevé possible (69mA), ce qui produit une dissipation de 0.9W sur la grille écran et de 11.1W sur l'anode. Le tube est utilisé très près de ses limites, comme pratiquement tous les tubes dans les montages SE. Ce courant qui est relativement important nécessiterait un gros transformateur avec un entrefer important dans un appareil normal.

Mais le transfo est assez spécial: la haute tension arrive par le milieu du bobinage primaire. Là, le courant se divide en deux, une partie est le courant anodique, l'autre partie est le courant qui va aux autres parties de la radio (et fournit également la tension pour g2). Le courant anodique est ainsi compensé en partie par le courant "radio", ce qui permet de réduire la taille du transfo.

Ce montage a naturellement aussi des inconvénients, il y a une perte de puissance audio, mais cela n'était pas très important à l'époque: certaines radios avaient un tube de puissance qui ne pouvait fournir qu'un watt et demi avec 10% de distortion.

Mais ne pourrait-on pas utiliser un système modernisé, avec un second bobinage identique parcouru par le courant de repos du tube, mais en sens inverse? Ce courant constant (fourni par une source de courant à impédance infinie pilotée par le courant de repos du tube) éviterait ainsi la magnétisation du fer. Un entrefer n'est plus nécessaire, le transfo peut être nettement plus petit (les ampli single ended ne sont jamais très puissants) et la self-induction serait beaucoup plus élevée, permettant de mieux reproduire les basses. On pourrait même utiliser un transfo push pull! (l'exemple donné à gauche n'est pas parfait, il ne tient pas compte du courant de g2)

Ignare! Abruti! Bachibouzouk! Imbécile! Si on utilise un montage single ended, c'est justement pour que la magnétisation ne passe jamais par zéro! Un reportage sur Telechat explique très clairement que les gluons du fer n'aiment pas du tout être retournés continuellement. Cela provoquerait des distorsions très désagréables et un effondrement du cours de l'or fin!

L'étage de puissance est à charge répartie, qui produit une contre-réaction via la grille écran. Il n'y a pas de contre réaction globale.

Ce qu'on remarque tout de suite sur la photo, ce sont les grands transformateurs de sortie, qui sont nécessaires avec un ampli single ended si on veut une bande passante étendue vers le bas. La double triode préamplificatrice est utilisée en parallèle, ce qui n'est pas nécessaire, le tube de puissance qui travaille au milieu de sa courbe n'a pas besoin d'une puissance élevée.

L'ampli travaille avec une haute tension de 300V et la résistance de cathode de 500Ω indique que l'ampli ne sera pas chargé trop fort. Comme avec tous les amplificateurs single ended, on note la présence d'harmoniques paires. On peut modifier l'effet en utilisant d'autres résistances cathodiques, un courant plus élevé donnant un son plus "chaud" (avec plus d'harmoniques paires) tandis qu'un courant plus faible donne un son moins ample.

Options pour le transformateur

Utiliser un autre transfo peut être possible (par exemple un transfo de ligne de distribution à 100V) mais il faudra limiter le courant au repos et éventuellement augmenter la tension d'alimentation, mais cela produit un mauvais transfert de puissance: l'impédance du transfo est généralement de 1kΩ, tandis que celle d'un tube travaillant avec un faible courant de plaque est d'environ 5kΩ. Il ne faut en tout cas pas espérer de puissance élevée, 1 ou 2W pour un transfo de 10W.

Les transfos d'alimentation (ainsi que les transfos pour ligne de sonorisation) sont constitués de tôles en forme de E et de I montées tête-bèche pour réduire au maximum l'entrefer et augmenter le rendement du transfo. Tout comme les transformateurs pour ligne de distribution, les transfos d'alimentation peuvent être utilisés pour adapter l'impédance dans un montage srpp (mais avec des réserves).

Certains transfos d'alimentation peuvent en effet être utilisés comme transfo audio, cela dépend de la qualité du bobinage, mais jamais avec un courant permanent important. Utilisés dans un montage single ended à un tube de puissance, il faut réduire le courant au maximum, ce qui a comme résultat une augmentation de l'impédance du tube. Il faut donc un rapport de transformation élevé pour charger correctement le tube, un transfo 220V / 6V est approprié.

Vous disposez d'un transfo symmétrique en provenance d'un ampli push pull? Construisez un montage push pull, ce type de transfo est fait pour cela. Utilisés en mode asymmetrique, ces transfos fournissent une puissance encore moindre qu'un transfo de ligne de 100V.

Vous avez récupéré un transfo d'une vielle radio (ou télé à lampes)? Attention, c'est peut être le transfo de trame, il ne vous servira à rien. Les anciennes radios à lampes avaient un bon son "chaud et rond comme une lampe", mais c'est un leurre conçu par les ingénieurs. (voir article de Menno van der Veen "Que peut-on apprendre des anciennes radios à lampes"). Conclusion: la puissance est limitée et la distortion élevée.

Le EL84 généralement utilisé dans les radios à lampes est une pentode classique, , donc avec une impédance de sortie élevée. Même après le transformateur de sortie l'impédance reste élevée (plus de 10Ω), produisant un amortissement du haut parleur désastreux. Mais couplé à la fréquence de résonance du haut parleur, ces radios produisent des basses très (_trop_) présentes, le son typique "rond et chaud" d'une radio à lampes.

Dans un amplificateur single ended, le tube ne peut pas être utilisé sans contre réaction si on veut des performances acceptables. La contre réaction ne sert pas nécessairement à réduire les distorsions, mais à augmenter le facteur d'amortissement.

Ampli single ended avec PL504

Pourquoi une telle complication???
Pourquoi utiliser un montage SE peu performant???

Il était donc tout naturel de tenter d'utiliser ces tubes dans un montage hifi. PL504 ca va très bien en pentode single ended (voir mon schéma). PL509/PL519 ca va en montage push pull, mais pas en single ended. En montage SE triode classique la puissance d'un PL509 est trop basse. Il ne reste plus que le montage enhanced triode si on veut utiliser un PL509 en single ended. C'est donc en éliminant tout les circuits boiteux qu'on est arrivé au montage enhanced triode!