Amplificateurs à tubes
intermodulation, contre-réaction, harmoniques,...
Distorsion

La distorsion, l'intermodulation, le clipping, les harmoniques (paires et impaires, bien sûr!)
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Les distorsions apparaissent à cause du fonctionnement non-linéaire des amplificateurs.

Distorsions harmoniques
Le fonctionnement non-linéaire de l'ampli fait apparaitre des fréquences qui n'étaient pas présentes à l'entrée de l'ampli. Une fréquence simple (par exemple 1kHz) reçoit des fréquences multiples (2kHz, 3kHz,...). C'est un effet qui est recherché dans certains types d'amplificateurs (guitare), mais qui est à éviter dans un ampli hifi.

Intermodulation
La distorsion d'intermodulation apparait quand deux fréquences sont mélangées dans un étage qui n'est pas assez linéaire. La fréquence basse (généralement d'amplitude plus élevée) module la fréquence élevée et produit un effet de trémolo.

Comment mesurer les distorsions
Il existe plusieurs systèmes pour mesurer la distorsion. Un distorsiomètre adapté est un appareil très cher et on peut également employer un oscilloscope avec une fonction de mesure ou un module FFT.

Les distorsions linéaires
Les distorsions linéaires ne provoquent pas une déformation du signal, mais une modification de l'amplitude selon la fréquence et/ou un déphasage. Ce sont surtout les enceintes accoustiques qui provoquent de telles distorsions, car l'ampli a une bande passante étendue et un déphasage limité.

Clipping ou écrètage

Le clipping ou écrétage produit des déformations symmétriques (aussi bien l'amplitude positive que négative est touchée). Nous montrons un amplificateur à transistors qui passe en clipping. Nous avons la fréquence à reproduire (en vert), le signal de sortie (jaune) et le signal d'erreur (en rouge). Le signal d'erreur est principalement une somme d'harmoniques impaires qui montent très haut en fréquence et en amplitude, ce qui donne un résultat désagréable.

L'écrètage se produit avec des basses fréquences (dont l'amplitude est plus élevée). Ces basses fréquences (par exemple 110Hz) s'entendent moins, mais les harmoniques se trouvent dans la région où nos oreilles sont le plus sensible (330Hz, 550Hz, 770Hz,...). Les harmoniques s'entendent plus que la fréquence fondamentale, même si leur amplitude est moindre.

Les amplificateurs à transistors ont une contre réaction très poussée, ce qui fait que les distorsions apparaissent brusquement. Ce sont alors des déformations que la contre réaction ne peut plus corriger comme la distorsion de croisement et l'écrètage.



L'image d'oscilloscope à droite montre en bleu le signal à l'entrée et en jaune le signal en sortie (résistance de charge de 6Ω). L'amplificateur utilise 4 ECL805 comme étage de puissance. Le signal à amplifier se compose d'un signal basse fréquence à 100Hz et d'un second signal à 2kHz. Le signal basse fréquence produit un écrètage du signal haute fréquence. L'amplificateur est conçu pour une puissance RMS continue de 13 à 14W. Pour éviter un tel clipping, on peut envisager un bi-ampli.

Distorsion dans un étage de puissance single ended

La distorsion de l'étage de puissance (harmoniques paires uniquement) peut être réduite en introduisant une distorsion inverse dans l'étage de commande. Cela peut être réalisé en polarisant le tube de telle manière que la tension anodique est relativement basse. Un étage de puissance push pull réduit automatiquement les distorsions harmoniques paires. L'information provient du datasheet du tube 6L6. Une meilleure méthode pour réduire les distorsions (harmoniques paires et impaires) est d'utiliser une contre-réaction, mais cela réduit le facteur d'amplification et peut obliger le constructeur à ajouter un tube.

... et nous continuons avec les résistances d'arrêt et les condensateurs de cathode

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