Amplificateurs à tubes
images d'oscilloscope
Oscilloscope

Quelques images d'oscilloscope à partir d'un sinus ou d'un signal carré.
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Les mesures ont été effectuées avec la contre-réaction déclenchée. La contre-réaction peut modifier le signal d'erreur et le rendre incompréhensible, alors que le signal non-corrigé donne des indications très précises sur la cause de la déformation. On remarque également des différences entre la forme du signal au primaire et au secondaire du transfo de sortie. Le transformateur de sortie a une charge ohmique pure (résistance) pour les mesures.

Les test ont été effectué avec un amplificateur standard (schéma de base en dessous de la page). Les tubes utilisés sont un ECC83 et deux PL508, ce sont des tubes de puissance trame des télévisions en couleur.

Image 1
Signal carré 1kHz, amplitude 1V (pointe à pointe), mesure sur l'anode d'un tube de puissance
J'ai utilisé à l'origine un transformateur de sonnette, il s'agit d'un transformateur avec un faible couplage primaire/secondaire. Ces transformateurs peuvent être cours-circuités sans danger.

Tout semblait aller normalement en classe A, mais une fois que l'ampli passe en classe AB, les tubes de puissance commencent à osciller au moment où la penthode correspondante passe hors de conduction. L'oscillation se produit également avec des signaux carrés.

Quand le tube de puissance n'est plus en conduction, il n'a plus aucun controle sur le transformateur de sortie, qui se met alors à osciller. La fréquence propre de ce transfo est de 30kHz environ.

Il n'est pas possible de bloquer les oscillations avec un condensateur entre anode et grille de controle du tube: le tube n'est pas en conduction et ne peut rien faire. J'ai obtenu des résultats acceptables avec un filtre de boucherot (4.7kΩ et 10nF) entre les deux anodes des tubes de puissance, mais il n'est pas sûr que cette solution puisse toujours être appliquée. Ce transformateur ne pouvait simplement pas être utilisé en classe AB.

Image 1b
Signal carré 1kHz, 1Vpp, mesure à la sortie
Si les oscillations parasitaires peuvent être amorties avec un petit condensateur entre les deux anodes ou entre anode et masse, éventuellement avec une résistance en série on obtient la courbe à droite, caractéristique d'un amplificateur avec très mauvaise bande passante.

C'est ce qui m'a poussé à utiliser un vrai transformateur de sortie, cela ne sert à rien de continuer à essayer avec un tel transfo dont on ne peut éliminer les oscillations parasites qu'en réduisant fortement la bande passante. Même avec une contre-réaction poussée, le son sera mauvais car la phase va changer avec la fréquence, ce qui fait que certaines fréquences seront plus ou moins amorties.

Je suis passé à un vrai tranfo de sortie et voici les images qui en ont résulté.

Image 2
Sinus de 1kHz, amplitude 1Vpp, mesure à la sortie
Nous avons un signal asymmétrique qui peut être causé par un tube dont l'émission est devenue insuffisante, par un tube qui est mal polarisé ou par un tube de puissance défectueux. Dans ce cas précis, une des penthodes de puissance n'avait pas de connection à la grille écran, ce qui fait que le tube n'amplifiait pratiquement pas.

Image 3
Signal carré 100Hz, 5Vpp, mesure à l'étage déphaseur
Il s'agit d'un écrétage qui peut se produire quand un étage reçoit un signal trop fort (ce qui est le cas ici). A cause de la contre-réaction, l'image ne ressemblera jamais à cela en réalité, c'est pour cela que pour les tests la contre-réaction est déclenchée et le signal est mesuré sur l'anode de la triode préamplificatrice.

A cause de la tension d'anode relativement basse (nécessaire pour pouvoir commander correctement le tube déphaseur) on voit que le signal est limité dans le sens négatif. L'amplitude du signal est de 70Vpp, c'est le maximum que l'étage préamplificateur peut traiter, mais en pratique cela ne pose aucun problème, les amplitudes étant limitées à une dixaine de volts.

Images 4, 5 et 6
Signal carré de 100Hz, 1kHz et 10kHz, 1Vpp, mesure au secondaire du transformateur de sortie
Si vous obtenez les images à droite, vous pouvez être sur que vous êtes sur le bon chemin. Pour obtenir une telle image, j'ai dû utiliser un vrai transformateur de sortie (2.2kΩ). La contre-réaction n'est pas connectée, l'amplificateur semblant fonctionner mieux sans contre-réaction qu'avec. J'ai un signal de 3.5V effectif (pour une puissance de 1.6W sur 8Ω). L'ampli travaille en classe A.

Le premier signal carré est à 100Hz. Cette forme est normale car le transformateur de sortie ne peut pas reproduire les fréquences les plus basses. Le plateau est en fait une fréquence très basse. En mesurant l'angle du plateau on peut déterminer la fréquence basse de la bande passante.

Le second signal est à 1kHz. La forme est parfaite, n'y touchez plus! On ne voit pas de traces d'oscillations parasites.

Les flancs deviennent moins raides à 10kHz, c'est tout à fait normal car j'ai limité la bande pssante en plaçant des petits condensateurs à des endroits critiques. Il y a plusieurs endroit où ces condensateurs peuvent être placés, et je ne peux pas garantir que vous aurez le même résultat avec le même montage. Pour obtenir cette image sans "overshoot" (oscillations amorties), j'ai dû placer un condensateur de 100pF entre la masse et l'anode du tube préamplificateur. Ce condensateur a limité la bande passante juste assez pour empècher l'instabilité. Avec ce condensateur, le montage était également plus stable avec une contre-réaction.

Il est possible qu'un flanc soit moins raide que l'autre. Cela peut être causé par des résistances d'anode de valeur élevée. Prenons un étage amplificateur simple à triode. Si nous appliquons un flanc positif à la grille de commande, le tube va conduire plus, et donc avoir une résistance interne plus faible. Le flanc descendant est raide et le tube suivant est bien commandé. Si nous appliquons un flanc négatif à la triode, sa conduction va diminuer, son impédance augmente et le flanc ascendant est moins raide car la résistance d'anode doit charger plusieurs capacités parasites: capacité d'anode de la triode, capacité des fils, capacité de la grille du tube suivant.

Ce n'est pas un phénomène dont on doit tenir compte à 10kHz: un signal carré à 10kHz a des harmoniques à une fréquence qui dépasse de beaucoup la bande passante de l'ampli. Il faut qu'il y ait un tout petit plateau horizontal, aussi bien en haut qu'en bas et c'est bon.

Quand tu remplaces la charge résistive par un vrai haut-parleur (et surtout par une enceinte multi-voies), tu vois que la forme des ondes ne correspond plus. Pour les tests avec des enceintes, il est recommandé d'utiliser des signaux sinusoïdaux de faible amplitude. Le facteur d'amortissement d'un ampli à tube est très faible et l'enceine se comporte comme un générateur électrique et ajoute un signal au signal de l'ampli. Un signal carré ne ressemble plus du tout à un signal carré, alors que l'ampli n'est pas brusquement devenu mauvais. L'image d'un signal à flancs carrés envoyé aux hauts-parleurs ne permet pas de déterminer la qualité de l'ampli.

Le schéma à droite montre un petit amplificateur à tube typique. On remarque le faible nombre de composants (quand on compare à un amplificateur à transistors). Pour stabiliser le fonctionnement, on peut ajouter des petits condensateurs à différents endroits critiques.

Si les oscillations parasites se produisent quand un signal fort est amplifié, il faudra principalement corriger autour des tubes de puissance. L'ampli travaille en classe A pour limiter les risques d'oscillations parasites.

On peut placer un petit condensateur de 1nF entre les fils du primaire, éventuellement sous la forme d'un filtre de boucherot (résistance + condensateur en série) qui forme un amortisseur pour les fréquences élevées.

Si les oscillations se produisent quand on ajoute la contre-réaction, on peut placer 47pF entre les anodes et les grilles de commande des penthodes de puissance.

J'ai obtenu le meilleur résultat avec un petit condensateur de 100pF entre l'anode du tube préamplificateur et la masse. Ce condensateur limite la bande passante vers le haut et empèche l'amplification de fréquences trop élevées, qui ne peuvent pas être transmises correctement par le transfo de sortie. Il se produit un déphasage à ces fréquences, qui fait que la contre-réaction négative agit comme contre-réaction positive.

Tu construis un amplificateur basé sur un schéma qui a donné de bons résultats (mêmes lampes, même transformateur de sortie, même schéma général) et pourtant le premier amplificateur fonctionnait parfaitement tandis que le son du second est mauvais et ne peut pas être amendé. Il y a tellement de petits détails qui déterminent le fonctionnement d'un ampli à tubes, même le placement des composants joue un rôle.

La configuration retenue qui me donne satifaction est: (également avec de vraies enceintes accoustiques)

  • légère contre réaction de 10dB (réduction de l'amplitude du signal de 3×)
  • petit condensateur sur l'anode du tube préamplificateur (100pF, résistance d'anode de 100kΩ)
  • filtre boucherot sur le primaire du transfo (4.7kΩ et 10nF en série)

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