Amplificateurs à tubes
la bande passante
Petits détails

La bande passante est la bande des fréquences qu'un amplificateur laisse passer. Pour la hifi, il faut au minimum une bande passante de 25 à 18kHz.
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Input

Lowest frequency

Highest frequency

Medium frequency

Amplifier bandwith without feedback and with feedback

Il y a plusieurs façons de mesurer la bande passante. Tout d'abord il vous faut un générateur de fréquences. Si vous n'avez pas d'oscilloscope, vous pouvez également mesurer la bande passante si vous avez un multimètre qui a un fonctionnement plus ou moins linéaire sur toute la gamme des fréquences.

Mesure avec multimètre

Mettez le générateur sur un signal sinusoidal de 1 volt et controlez les mesures du multimètre quand vous variez la fréquence. Si la mesure n'est pas linéaire, il faudra chaque fois corriger la mesure en modifiant sur le générateur l'amplitude du signal pour avoir un volt.

Mettez le générateur sur une fréquence moyenne, par exemple 800Hz, réglez pour que le multimètre affiche 1V à l'entrée de l'ampli. Allumez l'ampli, installez une charge fictive, réglez le volume pour que l'ampli travaille à une puissance de 10% de sa puissance nominale (le but n'est pas de mesurer sa puissance maximale). Ne touchez plus au bouton du volume.

Commencez les mesures, par exemple par la fréquence la plus basse à reproduire (20Hz). Corrigez si nécessaire l'amplitude du signal pour que le multimètre indique 1V à l'entrée. Mesurez la tension en sortie, par exemple 1.5V.

Effectuez les mesures suivantes en augmentant à chaque fois la fréquence d'un facteur de 1.5 (20Hz, 30Hz, 45Hz, 67Hz, 100Hz, 150Hz,...). Controlez et corrigez si nécessaire l'amplitude à l'entrée et notez la tension en sortie.

Déterminez l'amplitude maximale du signal, par exemple 2.5V à 500Hz. Quand on parle de bande passante, on convient qu'un amplificateur a une bande passante donnée, si la puissance fournie est au moins égale à la moitié de la puissance maximale notée dans la bande. Transformé en tension, cela signifie que le signal minimum acceptable doit avoir une amplitude supérieure à 0.7× le signal maximum.

Nous avons dans notre exemple un signal maximum de 2.5V, l'amplitude minimale du signal ne peut pas passer sous 1.77V.

N'oubliez pas de dessiner un beau petit graphique et publiez-le sur instagram.

Mesure avec oscilloscope

Une mesure avec un oscilloscope n'est pas nécessairement plus précise, mais elle permet de détecter les problèmes de l'amplificateur (par exemple: oscillations parasites). On met le générateur sur un signal carré.

Les images d'oscilloscope sont produites avec la contre-réaction débranchée. En pratique on fera des mesures aussi bien sans contre-réaction et avec contre réaction pour déceler des défauts, qui se signalent généralement par un ringing sur le signal d'oscilloscope.


Ringing

Le signal en sortie ne sera jamais très carré, mais c'est normal: un signal carré est une somme d'harmoniques qui s'étendent en théorie jusqu'à l'infini. Aucun signal musical n'a une forme carrée. Le signal carré permet par contre de déterminer rapidement la bande passante d'un amplificateur si l'oscilloscope est équipé d'un graticule permettant de faire des mesures (elles ne doivent pas être précises).

Le premier signal est le signal à l'entrée de l'ampli. Le second signal est le signal en sortie de l'ampli quand la fréquence est réglée sur le début de la bande passante. L'amplificateur n'est pas en mesure de maintenir de signal de crête. Le troisième signal est le signal à la fin de la bande passante, quand l'amplificateur peine à suivre le signal du générateur.

Et finalement le quatrième signal est le signal en milieu de bande. Le signal ne ressemble toujours pas au signal à l'entrée, mais ce n'est pas grave, aucun signal naturel ne ressemble à un signal en crénaux. N'oubliez pas que vous travaillez avec un amplificateur à lampes qui utilisent des condensateurs de couplage (il y a donc une fréquence inférieure en dessous de laquelle l'amplification chute fortement) et un transformateur de puissance qui n'est pas très linéaire. Les amplificateurs à transistors sont meilleurs sur ce point, ils ont une bande passante pratiquement linéaire entre 20 et 20kHz.

Un très bon amplificateur à lampes a une bande passante de 30Hz à 18kHz (mesures à -3dB), et cela ne sert pas à grand chose de tenter d'augmenter la bande passante: vous forcez l'amplificateur à amplifier des signaux qu'il ne peut pas amplifier, ce qui augmente l'intermodulation et rend le son imprécis.

Bande passante et contre-réaction

La contre-réaction permet de linéariser l'amplitude du signal dans la bande passante, en égalisant l'amplification des fréquences. La courbe de réponse devient plus plate et la bande passante augmente également.

La courbe rouge est la courbe de réponse sans contre-réaction globale, avec uniquement la contre-réaction locale (petits condensateurs entre anode et grille pour la stabilité de certains étages). L'amplitude est du signal est élevée, mais la courbe est... très courbe et les points à -3dB sont proches. C'est principalement le transformateur de sortie qui rend la courbe si gaussienne. En fait c'est une courbe de Poisson, mais nous divaguons (Ah! ce cher Siméon...).

La courbe verte est avec la contre-réaction enclenchée. L'amplification totale est réduite, mais la courbe de réponse est plus linéaire, avec les points à -3dB plus éloignés. La bande passante (en vert clair) est donc devenue plus large.

Il est possible d'adapter la contre-réaction de telle manière qu'elle corrige mieux la courbe avec une réduction un peu plus prononcée des fréquences élevées (pour mieux éliminer l'influence du transfo).

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