| Le tube de puissance peut être commandé sur g2 (grille écran) au lieu de g1 (grille de commande). Ce type de montage est appellé "enhanced triode" par analogie avec le montage pentode et triode (où la pentode est utilisée comme une triode). |
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La commande sur g2 (la grille-écran) a été utilisé pour la première fois dans les amplificateurs à courant continu.
Un amplificateur classique reçoit son signal sur la grille g1 et le signal amplifié est prélevé sur l'anode. La tension sur l'anode est environ 100V plus élevée que la tension sur la grille. Chaque étage d'amplification augmente ainsi la tension d'alimentation nécessaire d'environ 100V. En pratique on ne construit pas d'amplificateurs à plus de 3 étages, cela nécessite une tension d'alimentation de 400V. Ces trois étages sont suffisants pour amplifier un signal de 1mV pour commander un relais. Mais la grille g2 se trouve à un potentiel plus élevé, on peut avoir une tension identique sur g2 et sur l'anode. L'anode d'un étage peut ainsi être branché directement à la grille du tube suivant. Comme une commande sur g2 nécessite un peu de puissance, l'amplification d'un étage est limité à 20×. En pratique la tension sur g2 est environ 10 à 20% inférieure à la tension sur l'anode, cela permet de réduire le courant de commande nécessaire et donc augmenter l'amplification. Avec un amplificateur à 4 étages, on a les tensions suivantes:
La commande sur g2 a définitivement été abandonnée avec l'arrivée de transistors comùplémentaires qui ne nécessitaient pas de condensateurs de couplage. Mais on a gardé à l'esprit qu'une commande sur g2 donnait moins de déformations du signal.
Commande sur g2La commande sur g2 est comparable à la commande d'un transistor NPN. Le faible courant de base produit un courant de collecteur plus important, tandis qu'avec une pentode le faible courant de la grille écran produit un courant anodique important.Il y a malgré tout une différence: la base du transistor se comporte comme une diode et produit des distorsions s'il est commandé en tension, tandis que la grille écran se comporte comme une résistance.
Une petite remarque si vous comptez réaliser un ampli avec commande sur la grille écran: les tétrodes à faisceaux dirigés (beam tetrodes) sont les seuls tubes qui peuvent profiter de la commande sur la grille écran à cause du pas de la grille écran qui est plus serré. Cela ne sert à rien de tenter de commander une pentode classique via sa grille écran, cela ne fonctionnera pas bien.
Enhanced triodeLa commande sur la grille écran est souvent appellé montage "enhanced triode" par analogie avec le montage pentode et triode (où la pentode est branchée comme une triode). Mais le montage triode a des inconvénients, notament une puissance au moins trois fois moindre que le montage pentode. Le montage enhanced triode n'a pas cet inconvénient, mais nécessite une puissance plus élevée de l'étage de commande. Il nécessite en plus une refonte du schéma, il n'est pas possible de passer d'un mode de fonctionnement à l'autre en basculant un interrupteur.Le nom de "enhanced triode" a été lancé par Tim de Paravicini en comparaison des MOSFETs qui travaillent en mode "enhanced" avec gate positif (mais sans courant de gate). Les pentodes qui sont le mieux adaptées à la commande sur g2 sont celles qui ont un rapport élevé courant anodique/courant g2. Les tubes de déflection ligne des téléviseurs sont de bons candidats. Ces tubes ont une construction particulière, avec les spires de la grille g2 qui se trouvent dans l'ombre des spires g1. Ce ne sont pas de vraies pentodes, mais des tétrodes à flux dirigé. En fonctionnement linéaire, la grille de commande (g1) produit une déflection des électrons et la grille g2 se trouve ainsi à l'ombre. Elle reçoit moins d'électrons et permet donc une commande du tube avec une puissance moindre. Les tubes de déflection ligne sont donc ainsi parfois utilisés em mode enhanced triode. C'est principalement le cas quand le tube est utilisé comme amplificateur single ended (pas de push pull). Le tube PL500/PL504 pouvait sans problème être utilisé single ended même commandé sur g1, mais le PL509/PL519 plus puissant donne un son moins agréable en commande sur g1. La déviation du signal qui est nécessaire pour commander totalement le tube de puissance est pratiquement identique à la tension nécessaire sur g1, mais il est nécessaire de fournir de la puissance (comme avec un amplificateur à transistors). Si on ajoute une contre-réaction sur g1 (voir les pages de détail) il faut une amplitude 5× plus élevée par rapport à une commande sur g1. La puissance disponible en sortie avec une commande sur g2 est environ 10% moindre qu'avec une commande sur g1. Dans notre analogie montage triode/montage pentode, La commande sur g2 peut être assimilée à un montage UL (ultralinéaire). La commande sur la grille écran est principalement utilisée avec des tubes de déflection ligne, qui ont des caractéristiques un peu moins linéaires que les tétrodes à faisceaux dirigés et le pentodes classiques. Même en 2022 on trouve encore de nombreux tubes de déflection en condition NOS ou même de fabrication plus récente, les les prix sont plus bas que ceux d'une pentode classique.
Mais le montage avec commande sur la grille écran est principalement utilisé dans les amplificateurs single ended, où la dissipation anodique maximale détermine la puissance audio. Avec une dissipation de 8W, on n'obtient qu'une puissance audio de 2.6W, tandis qu'un tube PL504 permet une puissance de plus de 5W, ce qui est parfaitement acceptable pour un petit amplificateur stéréo. Par contre la commande sur g2 pourrait très bien être utilisée avec un montage push pull: la triode étant alors utilisée pour fournir le courant de la grille écran de la tétrode. La triode peut fournir un courant de 5mA. Il suffit alors d'une double triode genre ECC83 pour amplifier le signal audio et produire les deux phases. Pour votre information: le trait A-B indique la zone interdite: quand la tension anodique est trop basse, le courant de la grille écran devient trop important (mais avant d'atteindre cette limite, on atteint la dissipation maximale de la triode)
Quelques schémas pratiques sont détaillés sur ces pages:
Un autre problème avec la commande sur g1La commande sur la grille écran a comme avantage que l'étage de puissance est commandé en courant ainsi qu'en tension.Normalement l'étage de puissance reçoit un signal alternatif d'amplitude de 10V et plus via un condensateur, tandis que la polarisation fixe arrive via une résistance de fuite. Quand le signal a une amplitude élevée, le point de fonctionnement peut se déplacer, ce qui engendre une distorsion de croisement et/ou une réduction de la puissance disponible.
Mon circuit définitif (après de nombreux tests) est devenu un montage single ended avec PL504 qui utilise une self-induction au lieu d'un transfo. La commande sur g2 n'est pas vraiment nécessaire avec un PL504 si on utilise une tension de grille écran suffisamment basse. La sensibilité d'un montage enhanced triode est moindre et le circuit nécessite une triode supplémentaire. Pour arriver à la sensibilité maximale, il faut réduire la tension de la grille de commande à -0.7V, ce qui réduit la déflection des électrons, qui passent ainsi très près de la grille écran. La grille écran peut également être à un faible potentiel de 22V. Une image d'oscilloscope se trouve ici. |
Le tube PCL805 (déflection trame) est également un très bon candidat pour une commande sur la grille écran: regardez comme les courbes sont équidistantes. Les caractéristiques rentent identiques avec une tension de grille écran de 100V et une tension de g1 de -15V.
A gauche le prototype d'un ampli SE avec commande sur la grille-écran. La distortion de l'étage de puissance était moindre que celle de l'étage de préamplification (moins de 1% avec une tension anodique de 250V et un courant de plaque de 65mA). Avec la contre-réaction, la distortion ne pouvait plus être mesurée (avec les appareils que j'avais à l'époque). La puissance disponible était par contre limitée à 4W à cause du transfo, qui doit être d'un type particulier avec un entrefer pour éviter la saturation magnétique.
Ce phénomène est évité via la commande sur la grille écran qui arrive directement sur le tube de puissance sans condensateur qui se charge. En cas de commande sur g1 avec un signal de forte amplitude (fonctionnement en classe AB2) on utilise le même principe qu'avec la commande sur la grille écran (mais avec des polarisations différentes).
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