Amplificateurs à tubes
la haute tension et la tension de chauffage
Alimentation

L'alimentation d'un amplificateur à lampes doit fournir la haute tension d'environ 300V et la tension de chauffage (de généralement 6.3V). Dans certains circuits, il est nécessaire de prévoir une tension négative pour la polarisation des tubes de puissance.
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Le circuit à droite est le circuit standard d'une alimentation d'un amplificateur à lampes. Le circuit est repris du livre de Menno van der Veen. Comme tous les circuits qu'il a publié dans le livre, ce circuit nécessite quelques adaptations.

Interrupteur standby

S2 est l'interrupteur de standby, le but est de permettre aux tubes d'atteindre leur température de fonctionnement sans que la haute tension ne soit présente. Quand l'amplificateur doit être utilisé, on enclenche la haute tension. Qu'est ce qui cloche à ce schéma?

En général il n'est pas bon de faire chauffer les tubes longtemp sans haute tension, cela peut transformer la cathode. Les avis sont partagés sur cette question, combien de temps ont peut alimenter un tube avec uniquement la tension de chauffage.

Par contre, alimenter la haute tension après que les tubes aient atteint leur température de fonctionnement est idéal, car cela permet d'éviter les tensions trop élevées sur les étages de préamplification. L'amplificateur utilise des résistances pour réduire la tension des différents étages, mais quand il n'y a aucune consommation, la tension peut devenir trop élevée.

La solution à tous ces problèmes est simple: il faut placer une résistance de valeur élevée en parallèle sur l'interrupteur de standby (100kΩ 5W). La haute tension monte légèrement (jusqu'à environ 50V). C'est parfait pour reformer les condensateurs (ils vont durer plus longtemp). L'amplificateur fonctionne également à très faible volume, c'est une sorte de fonction mute. On sait ainsi qu'il signal audio est présent et on n'est pas surpris quand on enclenche la haute tension. La tension, même très faible évite la contamination des tubes car un courant d'électrons circule.

R20 est nécessaire pour limiter le courant maximal. On utilisera par exemple une résistance bobinée de 10Ω 5W.

Tension de chauffage

Faut-il redresser la tension de chauffage? Cela n'est nécessaire que pour l'étage préamplificateur (car l'amplitude du signal est faible) et pour l'étage déphaseur (le circuit de la cathode est à haute impédance). Quand on redresse la tension de chauffage, il faut également la filtrer, cela n'a autrement aucun sens. Ce n'est qu'avec les amplificateurs "hifi" qu'on a commencé à redresser la tension de chauffage, avant cela ne se faisait pas, même pas pour les étages d'amplification microphonique.

Le bobinage de 6.3V produit une tension redressée de 5.1V. Après filtrage, on a environ 7V sur le condensateur électrolytique. Pour un courant de chauffage de 0.15A, il faut prévoir une résistance de 5.6Ω pour réduire légèrement la tension. La tension ne doit pas être stabilisée, elle peut descendre jusqu'à 6V. La tension de chauffage des tubes de puissance ne doit pas être redressée.

Bruits de commutation

Pour réduire les bruits de commutation des diodes de redressement il faut placer des petits condensateurs de filtrage sur chaque sortie du transfo d'alimentation. La commutation produit des harmoniques sur 100Hz, 150Hz, 200Hz... qui se propagent à tout l'amplificateur.

Ces petits condensateurs éliminent également les parasites du réseau: les amplificateurs à lampes y sont très sensibles. Les condensateurs doivent être placés entre chaque sortie du secondaire (indiqué en rouge et orange) et la masse. On utilisera une valeur de 10nF pour la haute tension et de 0.1µF pour le chauffage (qu'il y ait redressement ou pas: les condensateurs neutralisent les parasites du réseau).

Tension négative

Les tubes de puissance reçoivent une tension négative réglable sur la grille de commande pour fixer le point de fonctionnement. Le courant nécessaire est très limité. Si on ne dispose pas d'un transfo qui a le bobinage nécessaire, on peut doubler et redresser la tension de chauffage. Avec un doubleur de tension simple on obtient -16V ce qui est suffisant pour les tubes EL84. Avec un tripleur on obtient -45V, ce qui est amplement suffisant pour les tubes EL34.

Le schéma à droite reprend uniquement l'alimentation 6.3V avec un redressement et un filtrage pour les tubes préamplificateurs. Les tubes de commande de l'étage final (ECC82) s'il y en a ne doivent pas avoir une tension de chauffage redressée et filtrée. La partie doit être multipliée par le nombre de tubes.

  • Comme l'amplificateur utilise par exemple 2 EF86, il faut un condensateur de 2200µF/16V, deux de 1000µF et deux résistances de 5.6Ω.
  • Si l'amplificateur utilise trois ECC83, il faut un condensateur de 6800µF, trois de 2200µF et trois résistances de 3.3Ω.

J'utilise ici un redressement simple alternance avec une partie positive et négative pour obtenir du 12V pour pouvoir commander un relais.

Pour la tension de grille négative j'utilise un tripleur qui me fournit du -45V. La consommation est tellement basse qu'un tripleur est à sa place ici.

Le -45V est également utilisé pour commander le relais de stand by. Ce relais remplace l'interrupteur de stand by (mais on peut utiliser les deux à la fois). Le relais est excité au bout de 30 secondes, quand le condensateur de 330µF est chargé. Le relais enclenche la haute tension quand les tubes ont suffisamment chauffé.

Si la tension négative n'est plus présente, le relais est desactivé, ce qui protège les étages de puissance d'un courant trop important.

Je ne place pas les condensateurs de filtrage ni les résistances de puissance sur la plaquette du signal, mais sur une plaquette séparée, ou j'utilise un montage avec des cosses à souder comme dans les anciennes radios à lampes. Je ne perd ainsi pas de place sur la plaquette du signal. Quand les fils de l'alimentation arrivent sur la plaquette du signal, il y a un découplage local avec des condensateurs de 100nF.

Filtres d'alimentation

Sur de nombreux forums on parle de filtres secteurs (et de cables pur cuivre oxygen free). L'important n'e'st pas seulement de savoir comment ils fonctionnent, mais comment les brancher correctement.

Les filtres secteurs deviennent de plus en plus nécessaires. Il y a dix ou vingt ans, la plupart des appareils domestiques avaient une alimentation linéaire ou étaient simplement alimentés en alternatif (éclairage incandescent). Ces appareils ne produisent pas de parasites sur le réseau.

Maintenant, pratiquement tous les appareils ont une alimentation à découpage: chargeur pour smartphone, téléviseur, laptop, desktop, éclairage led, panneaux photo-voltaïques,... A chaque moment de la journée des dixaines d'appareils sont branchés sur le secteur. Ces appareils produisent des parasites (même quand la charge n'est pas connectée).

Il y a trois types de parasites:

  • Nous avons d'abord les distortions harmoniques de la tension de secteur: au lieu d'avoir un beau signal sinusoïdal, on a un signal déformé causé par les différentes charges sur la ligne (et même un alternaneur ne produit pas un signal parfatement sinusoïdal). On mesure ce type de déformation en mesurant les harmoniques, en fait on analyse la composante 50Hz et la valeur des composantes de 100Hz, 150Hz, etc. Ces déformations sont inévitables, mais heureusement elles sont automatiquement éliminées lors du redressement et du filtrage.

    Les condensateurs se chargent à la tension maximale et redonnent leur tension entre deux pics de charge. Si la valeur des condensateurs est suffisante (100µF par canal pour un petit ampli push pull de 15W) l'ondulation résiduelle ne se remarquera pas. Dans les amplis où on tente d'éliminer le bruit au maximum, on va placer des résistances de faible valeur en série sur les diodes de redressement (il n'est pas nécessaire d'utiliser des tubes de redressement), valeur de 100Ω environ. Ce sont les résistances cyan sur le schéma de l'alimentation ci-dessus.

  • Nous avons ensuite les parasites du secteur: ils s'agit généralement de pics de tension différentiels (présents par rapport à la masse). Ils sont produits par certains appareils: moteurs à charbons, circuits d'allumage,... Tous les appareils où de forts pics de tension peuvent apparaitre. Ces pics de tension traversent le transfo par la capacité des bobinages et se retrouvent sur tous les composants. Ce sont principalement les amplificateurs PPP (Paralel Push Pull ou Circlotron) qui par leur montage avec masses d'alimentation "flottante" sont sensibles à ce type de parasites.

    Pour éliminer les distortions en mode différentiel, il faut s'assurer que les parasites ne traversent pas le transfo: il faut disposer d'un transfo avec écran électrostatique (relié à la masse locale). Tous les transformateurs d'antan avaient un tel écran, car les tubes étant haute impédance sont plus sensibles à ces parasites. En plus de l'écran électrostatique entre primaire et secondaire on peut placer de petits condensateurs de 10nF connectés entre chaque fil du bobinage secondaire et la masse.

  • Et finalement nous avons les bruits à la commutation, il s'agit de parasites internes qui apparaissent lors de la commutation des diodes de l'alimentation. La même solution qui a été citée ci-dessus élimine ces parasites (C de 10nF à la masse). Un filtre boucherot a un effet similaire (100nF et résistance de 22 à 47Ω). En effet, au moment où la diode ne conduit plus, le circuit devient haute impédance et le secondaire devient un circuit accordé qui produit une oscillation amortie.

Les filtres de secteur se composent de condensateurs entre les conducteurs et de petites selfs qui vont réduire les parasites. Il y a un condensateur de 10nF entre la phase et le neutre et deux condensateurs entre phase et masse, et entre neutre et masse (dans cet ordre et pas à l'envers!). Les condenstateurs doivent nécessairement être de type X2 qui résiste à la tension de secteur. Les deux petites self-inductions forment souvent un seul composant bobiné pour que les flux symmétriques s'annullent. Le filtre est alors mieux en mesure d'éliminer les parasites différentiels.

Ce type de filtre est présent sous forme de petit boitier métallique dans certains appareils ou sous forme de composants discrets dans les alimentations à commutation. Le bon fonctionnement du filtre dépend de la qualité de la masse: si elle est fortement perturbée, elle va "injecter" des parasites sur la ligne d'alimentation au lieu de les éliminer.

A droite un filtre intégré à une alimentation d'un magnétoscope (en violet). La masse provient du cable d'antenne, puisque le magnétoscope est alimenté sans prise de terre. Les deux selfs forment un seul composant.

Phase, neutre, masse et terre

Il n'y a pas qu'une seule "masse" dans une installation électrique standard 230/400V. La mise à la masse d'installations électriques et de générateurs est décrite ici.

Il y a d'abord le neutre qui est le conducteur électrique qui est mis à la masse dans le dernier transfo du réseau. Il a donc en théorie un potentiel nul par rapport à la masse. Mais comme ce cable transporte de la puissance, il se développe une légère tension sur le conducteur, qui alors ne se trouve plus au niveau de la masse, mais porte une tension alternative de quelques volts. Il s'agit souvent d'un signal avec une amplitude très déformée par rapport à la masse.

En plus du neutre, nous avons la phase qui apporte la tension électrique (les réseaux modernes sont en effet asymmétriques vu par les utilisateurs monophasés). Dans certains cas, on peut réduire les distortions en tournant la fiche dans la prise (on remplace le neutre par la phase et inversément). Si l'appareil ne fait en théorie pas la différence entre le neutre et la masse (c'est de l'alternatif), le neutre est du point de vue potentiel électrique plus proche de la masse.

Nous avons ensuite la masse ou PE (protective earth), qui est branchée localement à la terre via un pieu qui doit répondre à des normes assez strictes. Comme cette masse est locale, elle ne contient en principe pas de parasites, mais cette masse est utilisée par tous les appareils "mis à la masse": machines à laver, pompes,... Tous ces appareils produisent des parasites qui se propagent alègrement d'un appareil à l'autre via le cable de masse.

Ce qu'il nous faut pour un amplificateur, c'est une terre indépendante (ou pas de terre de tout, pour toute l'installation). La masse indépendante (reliée à la terre via un cable avec pieu indépendant) n'est pas souillées par les autres appareils qui utilisent également la masse. Les parasites en mode différentiel (ceux qui sont le plus difficiles à éliminer) sont alors envoyés directemenet à la terre via un conducteur séparé.

Les petits appareils électroniques n'ont pas besoin de masse s'ils répondent à des normes strictes (distance entre parties sous tension et parties isolées du réseau). IL s'agit d'appareils dits "à double isolation". Le fonctionnement à basse impédance réduit l'influence de parasites éventuels. Les amplificateurs à lampes ont par contre des composants à haute impédance qui sont sensibles aux parasites. Il faut donc mettre l'appareil à la masse, et pour bien faire à une masse distincte de la masse électrique de l'habitation.

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