Amplificateurs à tubes
Triode ou pentode dans l'étage de puissance
Triode ou pentode

Quelle est la différence entre une triode ou une pentode dans l'étage de puissance?
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Ne montrons la courbe de puissance et de déformation d'une triode et d'une pentode. Nous faisons varier l'impédance du transfo sur l'axe horizontal. K = Klirrfactor, taux de distortion, Ra = impédance du transfo d'anode.


Triode


Pentode


Influence de l'harmonique paire

Triode

La triode a un point où la puissance est maximale, tandis que la déformation diminue quand l'impédance augmente. Les harmoniques impaires sont très peu présentes, c'est une des caractéristiques des triodes. Il est possible de sélectionner un point de fonctionnement où on a un compromis entre la puissance et la distortion.

Pentode

La puissance ne diminue que peu quand l'impédance augmente (une pentode fonctionne comme source de courant). La distortion montre un creux marqué à une certaine puissance. La pentode demande une impédance spécifique pour avoir le taux de distortion le plus bas. On peut légèrement réduire l'impédance pour limiter les harmoniques impaires (la puissance est un peu moindre). Dans un montage symmétrique, nous allons voir que les harmoniques impaires ne peuvent pas être réduites.

Beam tetrodes

Les tétrodes à flux dirigé se retrouvent entre les deux, avec l'avantage qu'on peut un peu déplacer le creux de la déformation en modifiant les paramètres de fonctionnement du tube. Si on augmente le courant (et qu'on réduit la tension pour ne pas exéder la dissipation maximale) on peut utiliser un transfo avec une impédance plus basse et inversément.

Harmoniques paires

Les triodes produisent principalement des harmoniques paires, qui n'ont pas les inconvénients des harmoniques impaires.
  • Les harmoniques paires s'entendent moins: une déformation de 10% se remarque à peine. C'est pour cela que certains amplificateurs avaient une déformation de 10% et se vendaient bien malgré tout.

    Nos oreilles ne sont pas faites pour discerner nettement les harmoniques paires. La musique semble plus belle quand il y a un léger taux d'harmoniques paires en comparaison d'un son parfait sans aucune distortion. Quand on frappe la touche d'un piano avec la pédalen enfoncée, plusieurs cordes se mettent à vibrer en sympathie.

  • Un étage de puissance single ended peut compenser la distortion du dernier étage par une distortion inverse dans l'étage de commande, ce qu'on peut obtenir par un "low loading", où on fait travailler l'étage de commande à un courant moindre. La déformation qui apparait alors correspond à la déformation de l'étage de puissance, mais avec une phase inverse. Les deux déformations s'atténuent un peu.

    Dans un étage push pull, les harmoniques paires de chaque tube sont réduites par le montage symmétrique. Il faut que l'étage de puissance soit parfaitement symmétrique, avec un courant de plaque identique, un signal sur la grille identique, un transformateur dont les deux bobinages sont parfaitement identiques,....

On voit que les harmoniques paires produisent un signal asymmétrique: cette asymmétrie peut être réduite soit en introduisant une déformation inverse dans l'étage précédent, soit en réalisant un montage symmétrique.,

Distortion d'intermodulation

La distortion d'intermodulation, au contraire des harmoniques s'entend très nettement. Les harmoniques sont naturelles, pas l'intermodulation. La modulation, c'est l'influence d'un signal par un autre. Un modulateur à diode utilise la caractéristique non-linéaire d'une diode pour produire différents produits (utilisation dans le changement de fréquence d'un récepteur). D'un autre coté, il faut qu'un tube amplificateur ait le fonctionnement le plus linéaire possible pour réduire l'intermodulation.

C'est quoi en fait l'intermodulation et l'entend-on vraiment? L'intermodulation c'est l'influence d'un signal de basse fréquence (par exemple une note basse de l'orgue) sur le signal de fréquence élevée d'une flûte. L'influence inverse est aussi présente, mais le signal de l'orgue est beaucoup plus puissant et l'influence ne joue que dans un sens.

Cela est rendu à droite, avec la basse fréquence de l'orgue en bleu et la fréquence élevée de la flûte en rouge. L'amplitude du signal rouge varie avec celle du signal bleu, l'amplitude de la flûte varie selon la fréquence de l'orgue. En cas d'un signal complexe (orchestre), cela brouille le signal. En stéréophonie il n'est plus possible de placer les intruments, on n'entend plus la différence entre une flûte et un violon, ... C'est comme si on versait de la bière et du vin dans un même verre (de coca).

Harmoniques inpaires

Les harmoniques impaires produisent un résultat différent: le signal reste symmétrique mais est écrêté des deux cotés. On voit qu'un circuit push pull symmétrique ne peut pas éliminer une telle distortion, puisqu'elle apparait aussi bien avec les amplitudes positives que négatives.

Mais est-ce que les harmoniques impaires dérangent plus en comparaison des harmoniques paires? C'est difficile à dire et les avis sont partagés. Les harmoniques impaires se remarquent un peu plus et elles produisent également une distortion d'intermodulation, mais musicalement il n'y a pas vraiment de différence. La distortion d'intermodulation est un battement à la fréquence double de la fréquence basse (qui se remarque un peu plus, car non "porté" par un son).

Le son si typique d'un instrument à cordes est entre autre produit par les harmoniques impaires. Mais dans un amplificateur, toutes les harmoniques supplémentaires (paires et impaires) sont des déformations du signal original. Les harmoniques paires sont plus aisément réduites et les composants qui produisent des harmoniques impaires (les pentodes, pour ne pas les citer) sont considérés de moindre valeur, mais ici aussi on peut les réduire par un schéma judicieux.

Si les harmoniques impaires ont tellement mauvaise presse, c'est à cause du clipping, quand l'amplificateur atteint brusquement ses limites. L'exemple du clipping, c'est un signal carré qui produit un son très désagréable à l'oreille. Or ce signal est composé exclusivement d'harmoniques impaires.

Un début de clipping (même si on le voit à peine à l'oscilloscope) s'entend très aisément par l'irruption massive d'harmoniques impaires. Le clipping apparait généralement aux basses fréquences (par exemple 110Hz), mais les harmoniques sont présentes dans tout le spectre, à des fréquences où nos oreilles sont particulièrement sensibles.

Liens

La distortion d'intermodulation est décrite plus en détail ici.

Ce sont les amplificateurs à triode qui sont le plus souvent vendus en configuration asymmétrique (single ended), alors que ce sont principalement les triodes qui bénéficient d'un montage symmétrique (push pull) qui élimine les distortions. C'est à ne rien y comprendre, et à mon avis, ces amplis, qui sont tous fabriqués en Chine, n'ont pas de très bonnes caractéristiques. Voici un exemple d'amplificateur à triode single ended.

Il est aisé de commuter un amplificateur à pentodes en amplificateur à triode (voir triode, pentode, distributed loading et ultra linear). Quand on passe en mode triode, la puissance chute fortement (le son est moins fort avec un signal d'entrée donné). Mais quand on fait travailler le circuit en mode pentode à la basse puissance du mode triode, on a le même taux de distortion qu'avec le mode triode à puissance maximale. Il n'y a donc aucun intérêt à utiliser le mode triode. Par contre le mode ultra linéaire est très interessant, s'il est appliqué correctement.

Si vous voulez vraiment utiliser une triode dan un étage de puissance asymmétrique, je vous recommande le montage super triode.

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