Amplificateurs à tubes
Etage de puissance à circlotron
Circlotron

Le montage de puissance "circlotron" est un montage spécial qui permet une impédance de sortie plus basse.
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Montage anode commune - cathode suiveuse

Le circlotron est un montage assez bizarre. Il part à l'origine d'un montage à anode commune, donc avec l'entrée sur la grille (classique), mais la sortie sur la cathode. Ce type de montage est également appellé cathode suiveuse, parce que la tension sur la cathode suit la tension sur la grille. Le but de ce montage est d'avoir une sortie basse impédance.

La cathode suiveuse à elle seule n'a pas de trop bonnes caractéristiques:

  • le montage de White tente de remédier à ce problème (ce montage est plutôt utilisé pour envoyer du signal sur une longue ligne) tandis que
  • le montage Series regulated Push Pull est une autre solution au problème (ce montage est utilisé pour les étages de puissance, mais il nécessite un haut parleur à relativement haute impédance).

Comme tous les montages à cathode suiveuse, l'impédance de sortie est relativement basse. On peut ainsi utiliser un transformateur avec moins de spires au primaire. L'amplificateur pourra ainsi monter plus haut en fréquence, puisque l'inductance du transfo sera plus faible pour une puissance donnée.

Principe du circlotron

Le circlotron nécessite pour un amplificateur mono deux alimentations haute tension. Ces deux alimentations sont totalement flottantes par rapport à la masse (ce n'est donc pas un montage +HT et -HT).

Supposons le cas extrème où un tube est en conduction et l'autre bloqué: nous avons soit la situation 1a, soit la situation 1b. On remarque plusieurs caractéristiques:

  • Les alimentations fournissent du courant (et donc de la puissance) à tour de rôle et peuvent donc être dimensionnées pour la demi-puissance de l'amplificateur.
  • Le bobinage primaire est chaque fois utilisé dans son entièreté: il peut donc avoir une impédance plus basse . Il est parcouru alternativement par un courant dans un sens et puis dans l'autre. Il n'y a pas de courant permanent (voir notes plus loin).
  • Le commun du transfo ne sert que pour référencer la masse. Un transfo avec commun au primaire n'est même pas nécessaire, on peut utiliser deux résistances cathodiques (de valeur élevée) pour déterminer le niveau zéro (c'est nécessaire pour polariser les grilles de commande).
Si un transfo d'amplificateur push pull doit par exemple avoir une impédance de 2 × 2.4kΩ, ici nous pouvons utiliser un transfo avec une impédance de 800Ω. L'impédance plus basse est réalisée par un transfo avec moins de spires et comme il n'y a pas de courant permanent (comme dans un ampli push pull), les spires peuvent être réalisées en fil plus fin.

C'est pour cette raison que le transfo utilisé peut être un transfo typique pour installation à ligne de 100V (exemple de schéma avec transfo 100V). La page contient également un exemple d'amplificateur où on se passe de transformateur de sortie.

Nous avons donc décrit un des avantages principaux de ce type de montage, mais le circlotron n'est pas seulement un étage de puissance.

Schéma avec pentodes

Le schéma 2 montre un étage de puissance circlotron. Il utilise trois alimentations: deux alimentations pour la haute tension et une tension de polarisation négative (la fameuse batterie "C" qu'on utilisait dans les postes à lampes d'avant la seconde guerre mondiale). Cette troisième alimentation ne doit pas fournir de puissance, mais il est interessant qu'elle puisse être réglable, et si possible réglable indépendamment pour les deux tubes.

Nous utilisons ici des pentodes, qui ont un facteur d'amplification plus élevé. Il ne faut ici pas utiliser un montage en triode qui produit un gain trop faible (la cathode ne suit pas bien la tension sur la grille). Dans un amplificateur en configuration push pull le montage en triode permet de réduire les déformations (et réduit également la puissance disponible de plus de la moitié). Le montage à cathode suiveuse produit peu de déformations, qu'on ne peut pas réduire par un montage en triode (au contraire!)

Nous avons donc deux pentodes, mais où brancher g2? La grille écran du tube 1 est branchée sur l'alimentation positive du tube 2. Bizarre? Ben non: branché sur sa propre alimentation, on aurait eu un montage en triode qui n'est pas idéal ici. Branché sur l'alimentation de l'autre tube, le signal alternatif correspond au signal alternatif sur la cathode (l'alimentation B2 se comporte comme un gros condensateur relié à la cathode V1). La tension sur g2 varie donc de la même manière que la tension sur la cathode, c'est ce que nous recherchons.

La résistance de g2 a une valeur normale de 100Ω à 1kΩ selon le tube et la tension utilisée. Il s'agit d'une résistance d'arrêt destinée à éliminer les oscillations haute fréquence de certains tubes.

Certains tubes, et particulièrement les tubes qui étaient à l'origine destinés à la déflection horizontale des téléviseurs, nécessitent une tension g2 un peu plus faible: l'alimentation haute tension peut fournir une tension plus faible via une résistance et un condensateur (ne pas éliminer la résistance d'arrêt mais la réduire à 100Ω). Ce montage est montré à l'exemple 2a.

Circuit de commande

Le schéma suivant montre un schéma pratiquement complet. Nous avons ajouté deux triodes 12AX7 (ECC83) pour commander nos tubes de puissance. Dans le montage à cathode suiveuse l'impédance d'entrée des tubes est très élevée et on peut utiliser une double triode ECC83, même pour commander des tube de déflection ligne (genre PL504/PL509). La triode ECC83 a un gain plus élevé qu'une triode ECC82, ce qui est interessant, car on va réaliser une contre-réaction locale (qui va réduire son amplification).

Une contre-réaction locale sur deux tubes doit normalement connecter l'anode du tube de puissance avec la cathode du tube de commande correspondant, puisque chaque tube produit un déphasage de 180° (donc 360° au total). Ici, nous n'avons qu'un seul tube qui déphase (le tube de commande) tandis que le tube de puissance ne fait que suivre. Il faut donc que la contre-réaction soit appliquée à l'autre tube de commande (rassurez-vous, cela fonctionne très bien!).

Avec la contre-réaction avec les valeurs indiquées, l'ensemble des 4 tubes a un facteur d'amplification d'environ 10×. L'étage déphaseur doit donc délivrer une tension alternative assez importante!

Le circuit a encore un petit truc (qui est utilisé dans tous les montages circlotrons), c'est le montage bootstrap, qui est ici réalisé en version double. La résistance d'anode du tube de commande n'est pas reliée à un potentiel fixe, mais à une tension variable (qui varie avec la même phase et amplitude que la tension sur l'anode). Cela a comme effet que la résistance d'anode a une impédance beaucoup plus élevée que sa résistance ohmique. Le gain de la triode se rapproche très près du gain théorique maximal de la triode qui est de µ (100× pour une triode ECC83).

On va même encore plus loin avec la résistance de grille du tube de puissance est également découplée (cela se fait souvent avec des montages à cathode suiveuse).

Attention, les tube EL34 ne sont pas à leur place dans ce montage. Ce sont des tubes haute tension/faible courant, il faut les remplacer par des EL509 (tension moyenne/courant important).

Etage déphaseur

Nous devons encore amplifier le signal et produire un signal déphasé à 180°. L'amplitude de ce signal doit être de 20V, comme pour commander les tubes de puissance d'un amplificateur classique (mais avec une impédance qui peut être un peu plus élevée). Il est recommandé d'utiliser un étage Williamson qui permet un signal très linéaire et d'amplitude élevée. Pour mémoire, je vous ai dessiné un tel montage à droite.

Le montage Mullard (long tail) à 3 triodes peut également être utilisé, ainsi que le montage cathodyne (sans la partie verte).

Comme dans tous les montages à tubes, il peut être nécessaire de légèrement modifier la valeurs de certains composants pour avoir une polarisation correcte. Voici les tensions à atteindre pour une tension d'alimentation + de 300V:

  • Anode 1: 95V
  • Cathode 2: 90V, anode 2: 210V
  • Anode 3 et 4: 150V
Si les tensions ne sont pas atteintes (à 20% près, nous travaillons avec des tubes...) il faut modifier la résistance de cathode du tube 1 (pour la polarisation des tubes 1 et 2) et/ou la résistance de cathode commune pour les tubes 3 et 4.

Le préamplificateur nécessite une alimentation HT indépendante (mais qui peut alimenter deux préamplificateurs si vous voulez circloter en stéréo).

Alimentation(s)

Il ne manque plus que l'alimentation, elle est complexe et necessite des accomodements à cause du fait que chaque alimentation de puissance est flottante. Il est vraiment recommandé d'utiliser des transfos indépendants. Pour un amplificateur stéréo, il faut 4 transfos de puissance 50VA fournissant 200V alternatifs (redressé cela fait 250V, c'est amplement suffisant). Le négatif des condenstateurs électrolytiques ne peuvent pas être connectés ensemble (attention aux condensateurs électrolytiques en boitier métallique).

Puis il faut encore une alimentation, mais celle-ci peut être normale: transfo 10VA 250V alternatif, 350V continu, une dixaine de milli-ampères. Celle-ci va alimenter les deux préamplificateurs. Les schémas d'amplis circlotron publiés sur le net utilisent la tension moyenne des deux alimentations. Cela fonctionne, car quand une des deux tensions augmente, l'autre diminue et la tension moyenne reste relativement constante (utiliser des résistances de valeur élevée et identiques).

Avec toutes ces alimentations, n'oubliez pas la tension de chauffage des tubes!

Et finalement la tension de polarisation des étages de puissance. Contrairement à un amplificateur push pull classique, le réglage de la tension de polarisation peut être un peu moins précis (certains montages n'utilisent même pas de réglage de la tension de polarisation). La tension peut être produite par (encore) un bobinage supplémentaire, ou par le redressement par montage tripleur de la tension de chauffage des tubes.

Pour le réglage de la polarisation, prenons comme exemple un amplificateur avec des tubes de puissance EL509. Nous les faisons travailler à 50mA sous 250V (dissipation de 12.5W, donc bien en dessous des limites). La mesure du courant peut se faire avec une résistance anodique de 1Ω. La tension de polarisation est d'environ -25V. Le fonctionnement est symmétrique quand il y a 0V aux bornes primaires du transfo de sortie (différence de tension entre les deux cathodes des tubes de puissance).

Caractéristiques spécifiques du circlotron

Le montage est surtout utilisé parce qu'il a une sortie à basse impédance, il permet donc d'utiliser des transformateurs de sortie moins complexes à fabriquer (mais qui actuellement sont très difficiles à trouver, puisque ce n'est pas un montage très commun).

Le montage permet de plus une puissance élevée avec des tubes de puissance moyenne, le courant de repos pouvant être plus faible qu'avec un montage push pull classique. Dès les puissances moyennes, un des tubes peut être complètement coupé, ce qui améliore le rendement. Contrairement aux amplificateurs push pull classiques, il n'y a pas de risque d'oscillations parasites sur la branche primaire qui est "en l'air", puisque tout le bobinage est utilisé en permanence.

Comme transformateur de sortie on peut utiliser un transformateur pour ligne à 100V. Les transformateurs récupérés dans d'anciens amplificateurs à transistors "public address" sont commandés par des transistors (en montage émetteur commun push pull classique). Ils ont une impédance correcte pour être commandés en anode commune.

Mais autrement, ce type d'amplificateur hors du commun a besoin d'une alimentation complexe et il y a un risque d'accrochage (boucle de contre réaction capacitive du transfo de puissance vers l'étage d'entrée). Plus qu'un amplificateur classique à lampes, ce type de montage nécessite un design extrèmement soigné. C'est un circuit qu'il ne faut pas essayer comme premier montage "pour se lancer dans les tubes".

Quelques circuits circlotron sont décrits sur cette page. On retrouve souvent des tubes de déflection ligne, ces tubes pouvant fournir un courant important sous une tension relativement basse.

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