Amplificateurs à tubes
L'étage de puissance
Push pull

On finirait par l'oublier, car c'est actuellement le montage standard dans les amplificateurs à tubes: le montage push pull classique.
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EF91
Premier schéma: le tube EF91 était fabriqué en très grande quantité avec un prix relativement bas, ce qui permettait de réaliser un ampli push pull avec une paire de EF91, permettant une puissance de 4W.


EL84
Le second schéma est l'amplificateur Mullard typique (EL84), vendu à cette époque en kit à construire soi-même. Un tube redresseur double alternance, une pentode préamplificatrice EF86, un ECC83 et deux EL84.


EL34
Le troisième schéma est celui d'un amplificateur avec EL34, tube préamplificateur EF86 et déphaseur long tail.

Le montage push pull classique est également appellé push pull parallèle, car il existe aussi un montage push pull série. Le montage push pull classique nécessite toujours un transfo de sortie adapté. La qualité sonore de l'ensemble dépend pour beaucoup de la qualité de ce transfo. Les deux montages push pull sont symmétriques, ce qui permet de réduire certaines distorsions.

A l'origine le montage push pull était principalement destiné à la sonorisation, car on pouvait obtenir un rendement élevé en faisant travailler les tubes en classe AB ou même B. Pour les applications domestiques, une puissance de quelques watts étant amplement suffisante, et alors on utilisait un seul EL41 ou EL84. Malgré le bruit des bombardements de la seconde guerre mondiale, les gens n'étaient pas encore aussi sourds qu'actuellement.

Un amplificateur classique se compose d'un tube préamplificateur 1 (par exemple une moitié d'un tube ECC83), suivi d'un étage déphaseur 2, qui fournit les deux signaux déphasés à 180° pour les pentodes de puissance. On peut ici utiliser la seconde triode d'un ECC83. On termine par deux pentodes de puissance 3, par exemple une paire de EL84.

Si on désire une puissance de plus de 10 à 15W, il faut passer à des tubes plus puissants, comme les tubes EL34. Ces tubes ont également besoin d'un signal d'attaque plus puissant. Il faut alors nécessairement utiliser un déphaseur mieux adapté: soit un montage long tail qui utilise deux triodes, soit un montage Williamson qui en utilise trois.

Le déphaseur long tail est souvent appellé Mullard, car il était utilisé dans pratiquement tous les amplificateurs en kit de Mullard. La liste des montages déphaseurs se trouve ici.

A partir de ces circuits développés dans les années 1950, on peut actuellement construire des amplificateurs avec de très bonnes caractéristiques. A l'époque, la puissance était donnée pour un taux de distorsion de 1% ou plus.

Avantages et inconvénients

Si on retrouve principalement des montages push pull dans les amplis à lampes modernes, c'est qu'ils ont les meilleures performances: ils ont un rendement relativement élevé et une bonne qualité sonore.

Mais ils nécessitent un transfo de sortie adapté. Un transfo bon marché ou de récupération (dont on ne connait pas les caractéristiques) ne permetra pas de réaliser un ampli haut de gamme. Pour un fonctionnement optimal, il nécessite des tubes de puissance pairés (ou un réglage indépendant du courant de repos de chaque tube).

Si vous voulez vous lancer dans la construction d'un ampli à lampes bon marché, ce n'est pas le chemin le plus recommandé, car le prix d'un bon transfo push pull est élevé. Dans ce cas, je vous recommanderait le montage push pull série ou SRPP qui utilise également deux triodes (ECC83) et deux tubes de puissance par canal (par exemple EL84), mais ne nécessite pas de transfo push pull adapté. Le montage SRPP se contente d'un transfo de ligne de sonorisation 100V bon marché et bien standardisé. Ce montage est beaucoup plus stable qu'un push pull classique et ne nécessite pas de tubes pairés.

Deux images d'oscilloscope

La première image nous montre trois signaux::
  • Le signal d'entrée avec une amplitude de 3V tt (1V rms), c'est la tension maximale avant que l'ampli ne sature. la fréquence est de 100Hz.

  • Le signal de sortie de 30V tt (10V rms). La résistance fictive a une valeur de 7.5Ω ce qui nous donne une puissance continue de 13.5W.

  • Le signal prélevé sur une des résistances cathodiques de 1Ω (montage à polarisation de grille négative)
La tension maximale sur la résistance est de 64mV, ce qui correspond à un courant de 64mA par tube. La haute tension est de 325V, mais la dissipation maximale n'est pas atteinte car chaque tube n'est en conduction que 50% du temps. Quand le tube est en conduction, la tension sur l'anode diminue. Un amplificateur push pull bien conçu, travaillant en classe AB a un rendement de 70%. Pour une puissance de sortie de 10W, il y a environ deux fois 1.5W qui est dissipé dans les deux tubes.

La seconde image nous montre à nouveau le signal à l'entrée (réduit ici à 1.8V tt), mais ici on voit le courant dans les deux cathodes. On voit bien qu'un tube entre en conduction quand l'autre est coupé. Le passage d'un tube à l'autre s'effectue sans accroc et ne s'entend pas du tout.

Ce que l'on voit par contre, c'est qu'un des tubes a une tension cathodique plus élevée que l'autre parce qu'il est moins usé que l'autre. C'est pour cette raison que l'on dit d'utiliser des tubes pairés dans l'étage de puissance d'un ampli.

Le problème ne peut pas être réduit en modifiant la tension de polarisation au repos: les deux tubes peuvent fournir sans problème un courant de 6mA. Un des tubes a une émission réduite, ce qui limite le courant maximal qu'il peut fournir.

Une différence de 10% ne se remarque pas à l'écoute. Les distortions augmentent par contre avant que la puissance nominale ne soit atteinte. Une telle condition ne peut être détectée qu'avec un oscilloscope. Quand on le remarque à l'écoute normale, c'est que l'émission d'un tube a chuté de plus de 30%.

Un amplificateur qui utilise une polarisation par résistances cathodiques peut compenser ce défaut dans une certaine limite si l'ampli utilise une résistance cathodique par tube (découplée par un electrochimique de valeur suffisante). Une polarisation par résistances cathodiques implique un fonctionnement en classe A et un rendement moindre.

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