Amplificateurs à tubes
Les caractéristiques particulières de la contre réaction globale
Contre réaction

Cela semble tout simple, on ajoute une contre réaction à un amplificateur pour réduire les distortions, mais on obtient un amplificateur "qui marche beaucoup moins bien"
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On ajoute une contre réaction et...

...elle marche beaucoup moins bien maintenant

Cet article plus technique fait suite à l'article général sur le contre réaction globale, où on parle déjà de quelques problèmes, notament le déphasage qui doit être compensé.

Distorsion de croisement

La contre réaction ne peut pas réduire la distorsion de croisement (amplificateur qui est utilisé en classe B ou lieu de AB). Pourquoi? Parce que pour avoir une contre réaction, il faut une amplification suffisante. Or pendant le croosover, l'amplificateur n'amplifie pratiquement pas (c'est la partie pratiquement horizontale de la courbe de sortie sur l'oscilloscope à gauche).

Un a-op a un gain sufisamment élevé pour pouvoir corriger le signal qu'il envoie aux transistors de sortie (la tension à la sortie de l'a-op passe brusquement de -0.6 à +0.6V), mais un ampli à lampes n'a pas ce gain élevé.

Il faut donc bien régler le point de fonctionnement des tubes. Une contre réaction locale (qui n'agit que sur les tubes de sortie) peut également réduire cette distorsion sans augmenter la contre réaction globale.


Influence de la fréquence

Un amplificateur sans contre réaction a généralement une bande passante assez courbe. La contre réaction va assez bien corriger l'amplitude du signal, mais cela signifie que l'amplificateur a moins de réserve pour corriger le signal aux hautes fréquences. Il est possible d'avoir un beau sinus à 400 ou 2000Hz, mais les distorsions seront moins bien maitrisées aux fréquences élevées.

Si l'augmentation de la distortion est bien présente, elle ne se remarque peu à l'écoute, car les distorsions sont des harmoniques qui se retrouvent hors des fréquences audibles.


Réduction de la marge de blocage

Un amplificateur à lampes peut fournir momentanément une puissance plus élevée que sa puissance nominale. Il y a alors souvent un déplacement du point de fonctionnement des tubes de puissance à cause du léger courant de grille qui apparait. Les tubes de puissance vont ainsi travailler en classe B au lieu de la classe AB. L'effet est très faible puisque la puissance est maximale (la distorsion de croisement ne représente qu'une fraction infinitésimale du signal).

Mais il va se passer une chose bizarre avec un amplificateur qui a une forte contre réaction. Quand l'étage de puissance arrive à sa limite, la contre réaction va tenter de forcer l'ampli et donc envoyer un signal beaucoup plus fort (du tube préampli qui reçoit le signal de feedback jusqu'au tubes de puissance). Ce signal va alors carrément envoyer l'ampli en classe C, et cela s'entend nettement plus.

On voit la forme du signal de correction quand l'étage de puissance ne suit plus: ces pics positifs vont provoquer un courant de grille dans les tubes de puissance, et donc polariser le tube plus négativement (cela joue tout aussi bien avec une polarisation par résistance cathodique ou par tension de polarisation négative).

L'effet peut également apparaitre à l'étage précédent. C'est généralement un étage de commande avec deux triodes (une pour chaque pentode/tétrode de puissance). La triode de commande a généralement une résistance de grille plus élevée, ce qui va favoriser l'effet.

Supposons que quand notre étage de puissance arrive à saturation, l'étage de commande a encore une réserve de 20dB (c'est super, non?). Nous avons une contre réaction de 15dB, qui est une valeur normale.

Dès que le seuil est dépassé d'un décibel, toute la réserve d'amplification (donc les 15dB) va être utilisée pour tenter d'éliminer l'écrètage. Nos 20dB de réserve vont donc être utilisés pour 15dB par la contre réaction vaine + 1dB: la marge de blocage est brusquement passée à 4dB.

Que va-t-il se produire si la marge de blocage est effectivement dépassée? (et +4dB en plein fortissimo, c'est vite arrivé) Ben notre triode se coupe, tout simplement. On a remplacé les distorsions à puissance élevée par une brusque réduction de l'amplitude sonore.

Le blocage se produit souvent à la triode de commande des tubes de puissance: le signal y est déjà assez important, la résistance de grille (résistance de fuite) a une valeur élevée, et les petis cons utilisent toujours des condensateurs de couplage de valeur trop élevée.

Quand l'étage final passe en classe B, cela s'entend, mais l'effet s'estompe très rapidement (les tubes de puissance ont une courbe du genre "remote cutoff", donc une chute graduelle de la puissance). Quand l'étage de commande passe lui en classe B, c'est beaucoup plus brutal (ces tubes ont un "sharp cutoff" c.à.d. coupure nette comme un maudit transistor) et cela dure plus longtemps.

En utilisant une contre réaction globale importante sans tenir compte de son influence sur l'ampli, on a en fait coupé l'oxygène de notre amplificateur!

La page de selection des triodes permet de sélectionner les triodes qui ont une marge de blocage plus importante.

La contre réaction locale augmente la marge de blocage car elle n'agit que sur les tubes de puissance. Comme elle agit là où les distorsions sont les plus fortes, on peut réduire la contre réaction globale et toujours avoir le même faible taux de distorsion.

Voici un exemple de mauvaise contre réaction

En bleu le signal à l'entrée, en jaune le signal mesuré a la grille d'undes deux tubes de puissance et en magenta le signal à la sortie (résistance de charge de 4Ω).

Le signal en sortie (E) est limité des deux cotés, avec un écrètage plus prononcé pour les excursions positives.

La contre réaction n'agit pas pour l'écrètage positif (C), le signal de commande est si peu négatif qu'il y a un courant de grille qui limite l'incursion positive. Pour l'écrètage négatif (moins présent) le tube de commande entre ici totalement en conduction (D) pour tenter de corriger un problème que ne peut pas être corrigé. Pour l'autre tube de puissance, c'est l'inverse, avec également un signal de commande tronqué au positif à cause du courant de grille et une pointe du coté négatif.

Cette correction ne peut plus agir: le tube est à sa puissance maximale. Mais ces signaux de correction de valeur élevée vont en fait complètement fausser le point des fonctionnement des tubes. Il ne s'agit pas d'un schéma commercial, mais de tests effectués avec un amplificateur à étage double cascode. Le gain de cet étage était si élevé que la contre réaction agissait trop fort.

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