| Les amplificateurs utilisent une haute tension redressée. Dans les amplificateurs anciens, le redressement était effectué par des diodes spécifiques. Mais peut-on les remplacer par des diodes au silicium? |
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Remplacer la diode haute tension
A droite la courbe d'une diode de redressement double EZ81. Elle pouvait fournir 150mA (deux diodes en parallèle), ce qui était assez pour alimenter un petit amplificateur (monobloc avec EL84). Mais peut-on la remplacer par deux diodes modernes? Ce qu'on remarque sur le graphique, c'est la pente de la diode EZ81: à 100mA elle produit une chute de tension de 15V: la résistance interne de la diode est donc de 150Ω. C'est une résistance qu'il faudra ajouter pour éviter d'avoir une haute tension trop élevée, faisant fonctionner les tubes à une puissance plus élevée (qui dépasse peut être les limites). La courbe rouge est celle d'une diode au silicium classique, genre 1N4007. Si vous remplacez le tube par une diode au silicium, il faut mettre en série une résistance de 150Ω de 3W au minimum. On peut en profiter pour ajouter un condensateur de filtrage entre les deux diodes et la résistance que nous avons ajouté. Sa valeur peut être de 100µF à 220µF (en plus des condensateurs d'origine).
Les diodes modernes commutent rapidement. Lors de la commutation il se produit des oscillations parasites dans le transfo (voir image d'oscilloscope en bas de page). Ces oscillations parasites s'entendent à bas volume sous forme d'un grésillement très caractéristique. Il peut être éliminé par deux petits condensateurs de 10nF 630V entre chaque sortie de transfo et la masse. Ces condensateurs sont indiqués en vert sur le schéma. Il est également utile de mettre une résistance bobinée de 10Ω 1W en série sur chaque diode, elle réduira le courant maximal lors de la mise en route. Et puis un dernier problème, c'est que les diodes au silicium fonctionnent directement, même quand les tubes ne sont pas encore assez chauds. La haute tension peut ainsi devenir trop élevée pour certains tubes préamplificateurs. Un amplificateur a une seule haute tension, et les tensions pour le préamplificateur sont généralement prélevées via une résistance. La tension peut devenir trop élevée pour certains tubes, car il n'y a pas encore de consommation.
Il est de toute façon recommandé de placer une petite diode anti-flashover à certains endroits pour éviter la destruction du tube déphaseur.
Amplificateurs modernes et diodes thermo-ioniquesOn trouve des amplificateurs modernes qui utilisent toujours des diodes de redressement, du genre GZ34 qui ont le même soquet que les tubes EL34 et qui peuvent fournir un courant plus important. Il s'agit surtout d'une solution esthétisante, le tube GZ34 va optiquement très bien avec les tubes de puissance EL34.J'ai trouvé sur le marché un ampli à lampes merde in China qui avait la diode thermo ionique cours-circuitée par deux diodes au silicium. Probablement que la chute de tension sur la diode empèchait l'ampli d'obtenir sa puissance nominale (l'ampli avait encore d'autres problèmes); Si vous achetez un ampli tout fait, il vaut mieux ne pas éliminer la double diode. Par contre si vous construisez vous-même votre ampli, vous pouvez vous passer aisément de la double diode thermo-ionique et la remplacer par deux diodes 1N4007. Lors de la conception du circuit, il faudra tenir compte de la chute de tension plus faible d'une diode silicium comparée à une diode thermo-ionique. Il faut compter sur une chute de tension de 15V.
Influence de la résistance interneDans tous les cas, l'amplificateur fonctionnera mieux avec des diodes au silicium qu'avec des diodes thermo-ioniques, surtout s'il s'agit d'un ampli travaillant en classe AB. Quand il faut reproduire un son très fort, le courant anodique va augmenter (parfois jusqu'à un facteur de 10). Avec la résistance interne plus élevée des diodes thermo-ioniques, la haute tension va diminuer. La puissance que l'ampli peut fournir va brusquement diminuer (10% ou plus).De plus, la chute de tension peut dérégler certains circuits, ce qui peut amplifier un phénomène de pompage présent dans certains circuits mal conçus. Conclusion: il vaut mieux éviter les diodes thermo-ioniques pour les amplificateurs travaillant en classe AB. Si on veut remplacer ces diodes dans un ampli existant, il vaut mieux éviter l'ajout d'une résistance (ce qui n'élimine pas le problème), mais plutôt adapter le courant dans les étages de puissance pour ne pas dépasser la dissipation maximale, prévoir un relais de temporisation et éventuellement augmenter la valeur de la résistance d'alimentation des étages préampli..
Comme il s'agit d'un redresseur simple alternance, le condensateur n'est rechargé qu'une fois par période, donc toutes les 20ms. Entre chaque charge, le condensateur a le temps de se décharger. Cette ondulation de 20% s'entend dans les étages asymmétriques mais est réduit dans l'étage de puissance (si l'étage de puissance est symmétrique = push pull). L'ondulation est présente sur les deux phases du transfo audio et est donc atténuée. Les étages asymmétriques doivent avoir un filtrage plus poussé (résistance et condensateur electrochimique supplémentaire). Ce qu'on voit également, c'est que quand la diode est en conduction, la tension du transfo chute légèrement (il ne s'agit plus d'un sinus). Le transfo doit fournir tout son courant pendant la courte période où la tension d'alimentation est plus élevée que la tension du condensateur. Le début et la fin de la partie en conduction se trouve entre les deux flèches.
Cette oscillation peut être éliminée par un petit condensateur à la masse de 10nF (valable pour le redressement simple et double alternance, un condensateur à chaque diode, voir exemple en haut de page). Les redresseurs thermo-ioniques qui ont une résistance interne plus élevée ne produisent pas un tel bruit à la commutation, mais ce n'est pas une raison d'utiliser de telles diodes, puisque d'autres méthodes permettent de l'éviter.
La tension de chauffage est de 42V par tube (il vous en faut deux pour un redressement double alternance). On limite la dissipation anodique (11W) par rapport à la surface anodique comme avec la plupart des diodes de redressement. C'est surtout le cas avec les diodes de redressement qui travaillent avec une tension élevée. C'est pour éviter que l'anode ne fonctionne comme cathode.
La diode a une chute de tension relativement basse:
Mais les meilleurs tubes de redressement sont à vapeur de mercure, comme le GU50. Ces tubes sont actuellement devenus très rares et ne sont plus fabriqués. Le tube peut fournir 250mA en permanence avec une haute tension de 1750V. La chute de tension est de 12V. Le tube contient un peu de mercure pour arriver à la résistance interne de faible valeur. Le mercure se vaporise quand la tension de chauffage est enclenchée, mais on ne peut pas enclencher directement la haute tension: le mercure doit avoir le temps de se vaporiser. Le tube ne peut fournir qu'un faible courant sans vapeur de mercure. La tension aux bornes de la diode est élevée et la cathode est rapidement détruite par le bombardement ionique. Il y a toujours un bombardement ionique quand la vapeur de mercure est présente, mais la tension aux bornes de la diode est si faible que les ions ne peuvent plus détruire la cathode. La diode GU50 et d'autres tubes similaires produisent une lueur bleue en fonctionnement (c'est normal). Les tubes de redressement à vapeur de mercure sont toujours simples (on ne trouve pas de GX50 par exemple). L'indication de type selon la nomenclature Philips-Mullard aurait dû être GW, mais la classification n'était pas encore finalisée quand la diode a été mise sur le marché.
Démarrage à chaudSi les tubes redresseurs à vapeur de mercure doivent démarrer avec cathode chaude, tous les autres tubes doivent démarrer avec une cathode froide, sauf peut être les PY500 qui résistent bien aux surtensions et hautes intensités.Si on coupe et remet la tension, il y a un fort courant nécessaire pour recharger le premier condensateur de filtrage. Si de nombreux démarrages sont nécessaires (à éviter si possible), il faut réduire au maximum la valeurs des condensateurs de filtrage (et surtout du premier). Ou bien utiliser des redresseurs solid state (1N4007). Mais un démarrage cathode chaude dans un amplificateur de puissance peut être mortel pour le tube redresseur. L'application de la haute tension alors que les autres tubes sont encore froid n'est pas recommandé non plus, dans certains cas il faut prendre des précautions pour éviter un arc, voir le lien diode anti flashover plus haut. |
Oscilloscope d'une alimentation simple alternance
Lors de l'arrêt de la conduction de la diode, il se produit une petite oscillation haute fréquence dans le transfo d'alimentation (voir à la seconde flèche). C'est une oscillation amortie, le circuit oscillant étant composé du transfo et de la capacité entre les spires. Cette oscillation se voit à peine, mais elle a une amplitude de plusieurs volts et c'est un signal radiofréquences qui peut se propager à tout l'ampli. L'oscillation est redressée, amplifiée et produit un bruit de crécelle très typique.
Et puis si vous voulez malgré tout utiliser des diode sthermo-ioniques, pourquoi ne pas utiliser des diodes PY500? Ce sont des diodes qui étaient utilisées dans la déflection ligne des téléviseurs couleurs. Une diode peut fournir un courant de 1A en pointe (440mA continu) et acceptent une tension inverse de 5.6kV. C'est suffisant pour tous les amplificateurs ménagers.
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