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.
-

-


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.


Ampli moderne
Et un ampli moderne pour continuer, il utilise des transformateurs toroïdes mais un déphaseur cathodyne qui n'est pas à sa place ici.

Un exemple d'amplificateur moderne est montré ici.


Amplificateur hybride
Un ampli qui utilise à la fois des transistors et des tétrodes à faisceaux dirigés.
 

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.

Push pull de base

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.

Pendant la seconde guerre mondiale (et après) on a fabriqué des amplificateurs push pull sans étage dephaseur, c'est le montage SIPP ou self inverting push pull.

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 (déphaseur de Schmidt) qui utilise deux triodes, soit un montage Williamson qui en utilise trois (en plus de la triode préamplificatrice).

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. Mais un amplificateur single ended a besoin d'un transfo encore plus cher (plus complexe à réaliser car il faut un entrefer et nécessite plus de fer pour éviter la saturation).

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 recommanderais 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 plus stable qu'un push pull classique et ne nécessite pas de tubes pairés. La qualité sonore est bonne, même sans contre réaction.

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 sur une des résistances cathodiques de 1Ω (montage à polarisation de grille négative)
Ces signaux sont prélevés sur le dernier ampli (hybride), mais est valable pour tout ampli push pull fonctionnant en classe AB.

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 anodique n'est pas de 20.8W (c'est la dissipation maximale en pointe). Chaque tube n'est en conduction que pendant la moitié du temps et quand un tube est en conduction sa tension anodique diminue.

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%-15% 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.

La troisième image nous montre l'apparition de la distorsion de croisement à puissance maximale (tension 9.17V, résistance de charge de 4Ω puissance de 21W). Dans les amplificateurs à lampes la distorsion de croisement est la plus importante à puissance élevée.

La raison est simple à expliquer. Quand l'ampli débite une puissance élevée, il tire également un courant plus élevé. La haute tension (ainsi que la tension de la grille écran) diminuent. La grille écran d'une pentode (et surtout d'une tétrode à faisceaux dirigés) se comporte comme une seconde grille de controle. Quand la tension sur la grille écran diminue, c'est comme si la grille de controle devenait plus négative.

La solution la plus simple, c'est d'augmenter le courant de repos pour qu'il n'y ait pas de distorsion de croisement à puissance élevée. Mais il y a une solution plus élégante, notament stabiliser la tension de la grille écran ou encore mieux, la faire augmenter légèrement quand la haute tension diminue, ce qui nous donne un ampli avec une dynamique très étendue.

Un amplificateur peut facilement être adapté en ajoutant un circuit correcteur de tension. ON peut alors diminuer le courant de repos des tubes de puissance (l'amplificateur ne deviendra plus aussi chaud) tandis que la puissance sera plus élevée et les distorsions moindre.

Courbes de fonctionnement Ug1/Ia

Ces courbes de fonctionnement doivent prouver qu'un amplificateur push pull a un fonctionnement plus linéaire.

La première image montre la courbe de fonctionnement d'un amplificateur single ended (un seul tube de puissance). Le point de fonctionnement est choisi de telle sorte qu'il se trouve au milieu de la partie la plus rectiligne de la courbe Ug/Ia.

La polarisation au repos est de par exemple -5V, et le sweep de la tension à l'entrée peut aller de -10V à 0V pour un courant anodique de 20 à 60mA. Normalement la grille de commande ne peut pas devenir positive.


Le second graphique montre le fonctionnement en montage push pull où le courant du second tube (graphique inférieur) s'ajoute au courant du premier tube.

Le point de fonctionnement s'est déplacé vers le point A, avec une tension de polarisation au repos de -10V. Le courant de repos total dans les deux tubes est environ identique au courant de repos dans un seul tube d'un montage single ended (40mA).

    Ce que nous voyons, c'est que le sweep est devenu deux fois plus grand, notament de -20V à 0V pour chaque tube. L'amplificateur peut être commandé avec un signal plus important et fournira également un signal en sortie plus important, un courant de 3 à 60mA par tube.

Le cut-off du tube supérieur se trouve un peu à gauche du point 0 gauche (qui correspond à 0V sur la grille du tube inférieur). Le tube supérieur et le tube inférieur restent donc en permanence en conduction: c'est toujours une classe de fonctionnement A1.

    La partie courbe de la caractéristique d'un tube est compensée par la partie courbe de l'autre tube. La courbe totale (en cyan) correspond de très près à une ligne droite: l'amplificateur est plus linéaire qu'un amplificateur single ended, et il permet un signal à l'entrée d'amplitude double.

    Pour obtenir plus de puissance, certains amplificateurs travaillent en classe A2 ou AB2, donc avec un signal à l'entrée plus important, la tension sur la grille de commande peut devenir positive. Tous les tubes ne peuvent pas fonctionner avec la grille de commande positive (élimination du nuage d'électrons à proximité de la cathode et bombardement ionique de la cathode plus important). De plus, il faut un circuit de commande adapté pour permettre un fonctionnement avec une grille de commande qui peut devenir positive.


Le point de fonctionnement idéal des tubes peut être différent selon les tubes utilisés (3° graphique). Les tétrodes ont une courbe rectiligne à partir d'une tension plus négative: la partie rectiligne commence avec une tension de grille de commande plus négative.

On peut donc réduire le courant de repos pour profiter d'un sweep plus important et donc d'une variation du courant anodique plus importante. Ici le courant dans les tubes de puissance peut devenir nul dans un tube quand l'ampli travaille à puissance plus élevée.

Comme le courant de repos est plus faible, on a une augmentation du rendement, qui est de maximum 50% pour l'ampli travaillant en classe A1 et de 75% pour un ampli travaillant en classe AB1. Le courant de repos est d'environ 10mA et peut monter à 80mA, puisque le sweep autorisé devient plus grand.

Mais l'amplificateur avec des tétrodes à faisceaux dirigés n'a pas que des avantages: l'addition des deux courants anodiques ne permet pas une courbe parfaitement rectiligne: elle est plus courbe pour les puissances élevées. Les amplificateurs à tétrodes produisent moins de distorsions à basse puissance, mais les distrorsions augmentent rapidement à puissance élevée. C'est pour cette raison que les tétrodes à faisceaux dirigés (genre KT77, PL508, EL509) n'ont pas détroné les pentodes classiques (EL84 et EL34).

    L'amplificateur à tétrodes à faisceaux dirigés peut également travailler en classe AB2, donc avec une tension de grille de commande qui peut momentanément devenir positive. Un tel montage était utilisé pour le public address où une puissance très élevée est nécessaire (avec une distorsion relativement importante). Certaines tétrodes à faisceaux dirigés utilisés dans la déflection magnétique des téléviseurs peuvent être utilisés en classe AB2 grâce à leur cathode plus large.

Publicités - Reklame

-