Impedance

En modifiant le courant anodique, on modifie également l'impédance de sortie de l'ampli. Est ce qu'on doit pour cela remplacer le transfo?

Pas nécessairement: le transfo agit comme adaptateur d'impédance et une différence de 20% avec l'impédance idéale ne porte pas à conséquence. Un haut parleur a une impédance qui varie entre 3 et 12Ω selon la fréquence. Beaucoup de transformateurs audio ont un secondaire avec plusieurs sorties. Le transfo à gauche a une sortie à 16Ω, 8Ω et 4Ω.

Si on utilise une paire de EL34 avec une tension élevée et un courant relativement bas (impédance élevée), on va brancher le haut parleur sur la sortie 4Ω. Si on utilise une paire de EL509 avec un courant élevé et une tension plus basse, on va utiliser la sortie de 8 ou même de 16Ω.

L'étage de puissance qui travaille en classe AB a une impédance pratiquement double d'un ampli qui travaille en classe A. En effet, avec un amplificateur en classe AB, la puissance est uniquement fournie par un seul tube, tandis que l'autre est hors conduction. Dans un ampli en classe A, un tube produit un courant plus élevé et l'autre tube produit un courant plus faible mais le second tube n'est pas mis hors conduction. Il y a donc toujours deux courants dans le transfo, l'un qui augmente et l'autre qui diminue, ce qui réduit l'impédance de sortie.

Tout cela pour vous indiquer que les valeurs d'impédance indiquées avec les tubes sont à prendre avec un grain de sel et ne s'appliquent qu'à des condistions de fonctionnement spécifiques.

Pour savoir de la façon la plus simple si l'impédance est correcte, on va charger l'ampli avec une séries de résistances de 4Ω, 5Ω, 6Ω,... et à chaque fois mesurer la puissance avant que les distorsions n'apparaissent.

• Si la puissance maximale est par exemple obtenue avec une résistance de 5Ω sur la sortie 8Ω on peut utiliser la sortie 16Ω du transfo (pour une enceinte de 8Ω) ou déplacer un peu le point de fonctionnement des tubes vers la classe AB.
• Si la puissance maximale est obtenue avec une résistance de 15Ω sur la sortie 8Ω, il faut utiliser la sortie 4Ω du transfo ou augmenter le courantd e repos des tubes de puissance (si possible).

Transformateur adapté

Un transformateur push pull est représenté par le premier schéma à droite. Le schéma montre un transfo qui dispose en plus d'une sortie de sonorisation à 100V.

Certains transformateurs push pull sont bobinés en bifilaire et pour bien faire devrait être représenté comme sur le second schéma.

Le bobinage bifilaire garantit un bon couplage entre les deux bobinages primaires, mais il permet également aux deux bobinages d'avoir la même impédance. Il s'agit non seulement de la résistance ohmique du fil de cuivre, mais également de la self induction.

Le bobinage bifilaire produit par contre un effet plus important de la capacité entre les spires. La première spire verte se trouve tout à coté de la première spire rouge (connectée à la haute tension, donc un potentiel fixe). Il existe des méthodes de bobinage qui permettent de réduire cet effet, mais elles sont complexes à mettre en œuvre.

Un exemple de bobinage spécifique pour un transfo push pull audio est donné à gauche: nous avons d'abord les deux bobinages primaires (en jaune) isolés l'un de l'autre pour éviter le couplage par capacités parasites, mais placés au même niveau pour avoir une impédance identique à toutes les fréquences.

Au dessus on met le bobinage secondaire (orange) avec le nombre de prises voulues pour l'impédance des haut parleurs.

Image d'oscilloscope avec un transfo de sonette ou avec un transfo toroïde adapté source: 1kHz signal carré, sortie au secondaire

Certains tubes fonctionnent mieux en montage ultra-linéaire, par exemple les tubes EL34 (mais ils nécessitent alors un transformateur adapté). Un push pull avec PL504 n'en a pas besoin, mais je n'ai pas fait de tests pour d'autres combinaisons. Si vous voyez dans les caractéristiques que le tube a le creux caractéristique de la tétrode, il faut essayer le montage ultra-linéaire.

Les transfos pour montage ultra-linéaire ont une prise à 20% et/ou à 43% du signal (l'anode étant 100% et l'alimentation 0%). Certains tubes ont la meilleure qualité sonore à 43%, d'autres à 20%. Le montage ultra linéaire est décrit plus en détail ici.

Un montage à 100% (en fait un montage en triode) donne une basse distorsion, mais la puissance disponible est faible: si vous voulez la même puissance en montage triode qu'en montage pentode ou ultralinéaire, vous aurez plus de déformations avec un montage triode à puissance élevée.

Transformateur d'alimentation

Une solution alternative qui n'est pas trop mauvaise c'est d'utiliser un transformateur d'alimentation (la puissance du transfo doit environ être le double de la puissance des haut-parleurs). Il faut un transformateur avec deux bobinages de 110V et le rapport de transformation doit être de 1:20, donc un transformateur de 110V+110V vers 12V 100VA pour une paire de PL504. Tous mes tests ont été effectués avec cette combinaison. Je ne dis pas que c'est parfait (sans contre-réaction la bande passante à -6dB va de 30Hz à 15kHz), mais bien meilleur que ce que j'avais espéré. C'est en tout cas une solution pour tester des combinaisons avant de faire un choix définitif et d'acheter un transfo de sortie.

Dans tous les cas, il faut utiliser un montage push pull pour que le courant dans un bobinage compense le courant dans l'autre bobinage pour éviter la saturation du transfo. Mais un vrai transformateur audio donne un bien meilleur résultat.

Un transformateur adapté a tout d'abord une bande passante élevée (un transfo de sonette a une bande passante très limitée). Ensuite c'est le couplage serré entre les bobinages qui est important (pour éviter les oscillations parasites), et finalement l'adaptation du primaire au secondaire (impédances).

Transformateur toroïdal

Malgré leurs bonnes caractéristiques, les transfos toroïdals ne sont pas souvent utilisés. La résistance ohmique du bobinage est plus basse et une différence dans le courant anodique des deux tubes peut facilement provoquer une magnétisation du fer. Cela est aussi causé par le chemin magnétique qui est plus court et l'absence totale d'entrefer (les transfos classiques avec tôles EI ont un entrefer minimal). C'est un avantage (il y a moins de pertes) mais des tubes mal réglés peuvent provoquer une saturation du fer. Les transformateurs toroïdes ne peuvent pas être utilisés dans un montage single ended à cause de l'absence d'entrefer.

Si vous voulez le meilleur, n'économisez pas sur les transfos de sortie, mais achetez une paire de transfos toroïdaux adaptée aux tubes (ou achetez les tubes qui vont avec les transfos que vous avez).

Chaque transformateur a une impédance primaire (attention: elle dépend de l'impédance du haut parleur utilisé et la valeur est fournie pour une impédance secondaire donnée). Regardez les caractéristiques des tubes pour en calculer l'impédance (elle dépend du courant d'anode, et donc de la tension de polarisation g1, le la tension de la grille écran g2 et de l'age du capitaine quand il a eu la foutue idée de réaliser un amplificateur à lampes).

Les caractéristiques du tube (ainsi que son impédance interne) sont disponibles sur les sites de ventes. Ci-dessus il s'agit des caractéristiques du tube EL509 fabriqué par Svetlana. Ce tube peut fonctionner en mode pentode classique, en mode triode classique (anode et G2 connectées ensemble) mais également en un mode de fonctionnement triode alternative avec g1 et g2 branchés ensemble.

Malheureusement les valeurs fournies sur le site le sont pour un paramétrage donné (mais qui n'est jamais indiqué). En comparaison, les valeurs fornies par les fabricants d'origine (Philips ou Mullard) indiquent tous les paramètres de fonctionnement, voir ci dessous pour une paire de EL34 en mode pentode, classe AB1.

Si je peux conclure sur une note optimiste: les amplificateurs à lampes, ce n'est pas de la science exacte. Mais ne vous en faites pas, cela fonctionne même avec des paramètres décalés. C'est tout le charme des lampes. La tolérance des résistances de l'époque était de 20% et personne ne se plaignait.