Amplificateurs à tubes
intermodulation, contre-réaction, harmoniques,...
Petits détails

La contre-réaction permet de réduire la distortion. Il y a deux sortes de contre-réactions: la contre réaction locale qui agit sur les tubes de puissance et la contre réaction globale qui agit sur tout le circuit.
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Le but de la contre réaction est d'envoyer une partie du signal à l'entrée, pour réduire la distortion. Le signal en retour (qui contient le signal d'erreur) est ainsi réduit du signal correct.

La contre réaction est indiquée en dB (decibel) et indique le taux de contre réaction. Pour le déterminer, on mesure le signal à la sortie sans contre réaction, puis on ajoute la contre réaction et on mesure la réduction du signal.

  • Avec une contre réaction de 10dB, le signal est réduit de 3×. Si tu as un signal de 3V en sortie sans contre réaction, il est de 1V avec la contre réaction. 10dB est un taux normal pour une contre réaction globale.
  • Une contre réaction de 20dB produit une réduction de l'amplitude du signal de 10×. Un tel niveau de contre réaction n'est que rarement utilisé.

On se rend bien compte que pour avoir un signal suffisant à la sortie, il faut un taux d'amplification suffisant de l'amplificateur. Dans de nombreux cas, cela nécessite l'ajout d'un étage préamplificateur ou d'un étage de commande double (entre le déphaseur et les tubes de puissance).

La contre réaction sert à améliorer les caractéristiques d'un amplificateur qui est déjà bon à l'origine. Cela n'a aucun sens de tenter d'améliorer les caractéristiques d'un mauvais ampli, il ne deviendra jamais bon. En général on limite la contre réaction à 15dB (réduction du signal de 5.6×). Une contre réaction plus importante élimine les caractéristiques positive de l'ampli.

Contre réaction locale

La contre-réaction locale est peu connue, et pourtant elle a de nombreux avantages. Elle est appliquée là où la distortion est la plus importante, donc à l'étage de puissance. La contre réaction locale n'est possible que si chaque tube de puissance a son tube de commande propre:
  • C'est toujours le cas avec les amplificateurs single ended (pas de push pull)
  • C'est également possible avec le montage Williamson, ce circuit peut parfaitement être modifié pour une contre réaction locale.
  • Un circuit long tail ou mullard peut également être modifié, mais la différence d'amplitude du signal des deux triodes doit être compensé. Cela se fait le plus aisément en mesurant la distortion totale.
  • Les montages cathodyne ne peuvent pas être adaptés à cause de l'impédance différente entre anode et cathode, le montage paraphase est également difficile.

Une première possibilité est de placer une résistance de 1MΩ entre l'anode du tube de puissance et l'anode du tube précédent, éventuellement avec un petit condensateur de 10pF pour limiter la bande passante (c'est pas un émetteur radio qu'on construit). La contre réaction n'agit que sur le tube final.

Une seconde possibilité est une résistance de 330kΩ entre l'anode du tube de puissance et la cathode du tube de commande (rassurez-vous, ca marche très bien!). Selon le tube de commande utilisé, il peut être nécessaire d'ajouter un condensateur de 1µF en série avec la résistance pour éliminer la composante continue (accessoire pour un ECC82, nécessaire pour un ECC83).

Avec la résistance de 330kΩ, la contre réaction est très faible, de l'ordre de 3dB. On peut réduire la résistance jusqu'à une valeur de 18kΩ, ce qui produit une contre réaction de 20dB (le maximum admissible pour une contre réaction locale). Le condensateur de couplage est alors nécessaire.

La contre réaction locale a comme avantage qu'elle réduit l'impédance des tubes de puissance. Le rendu des basses est mieux défini car le facteur d'amortissement est meilleur. La contre réaction locale réduit également une mauvaise adaptation du transfo (utilisation d'un transfo de sortie qui n'est pas parfaitement adapté aux tubes de puissance disponibles).

La contre réaction locale rend également l'amplificateur plus stable. Elle ne peut pas éliminer les distortions introduites par le transformateur de sortie, mais c'est à la fois un avantage et un inconvénient: le transformateur produit un déphasage qui est parfois la cause d'oscillations difficiles à maitriser quand il fait partie de la boucle de contre réaction.

On peut choisir un taux de contre réaction très élevé car l'ampli ne devient pas instable. Le taux est limité uniquement par le signal maximal que l'étage précédent peut fournir. Si la contre réaction est trop importante, il faut un signal d'amplitude trop élevée, ce qui produit une distortion dans l'étage de commande.

La contre réaction locale peut être appliquée simultanément avec la contre réaction globale. Comme la contre réaction locale a déjà fortement réduit les distortions, une contre réaction globale limitée suffit.

Contre réaction globale

Dans bon nombre de schémas on utilise une contre réaction négative qui va du secondaire du transfo de sortie jusqu'à l'entrée de l'amplificateur (voir tracé en bleu dans le troisième schéma). Pour compenser la réduction de l'amplification, il faut généralement utiliser un étage supplémentaire.

L'étage supplémentaire peut prendre la forme d'un étage préamplificateur comme dans l'exemple, ou comme un double étage de commande des penthodes (entre le déphaseur et les penthodes). La seconde solution est préférée, même si elle nécessite une triode en plus:

  • le déphaseur ne doit pas commander directement les tubes de puissance (en général il n'aime pas çà).
  • l'étage déphaseur ne doit fournir qu'un signal d'amplitude relativement modeste
  • une contre réaction locale peut être ajoutée aisément

Je ne suis pas grand amateur d'un montage qui n'utilise qu'une contre réaction globale. Chaque étage produit un déphasage à cause des condensateurs de couplage et de découplage. Le transfo de sortie produit aussi un déphasage. Les circuits dont la contre-réaction agit sur plus de trois étages ne sont pas très stables et nécessitent des mesures pour compenser le déphasage.

Un des éléments correctifs sont indiqués en rouge. Il compense le déphasage du transformateur de sortie. Le petit condensateur en parallèle sur la résistance de contre réaction globale sert à compenser l'impédance variable du haut parleur.

Les haut-parleurs ont une impédance complexe, ce qui fait que la contre-réaction peut agir différemment selon le déphasage causé par le haut parleur. Les amplificateurs à transistors qui utilisent une forte contre-réaction utilisent un petit circuit RC pour limiter le déphasage causé par le haut parleur (C de 0.47µF et R de 10Ω). Un tel circuit peut également être utilisé avec les amplificateurs à lampes (placer le circuit sur le secondaire du transfo de sortie).

La contre réaction globale doit d'abord être testée avec une charge résistive. Si l'amplificateur se met à osciller, c'est que la polarité de la contre réaction est inversée. Il suffit de brancher la contre réaction avec le secondaire inversé.

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