| Un des effets de l'ajout d'une contre réaction, c'est la réduction de la marge de blocage. |
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Un bon amplificateur à lampes a une marge de blocage élevée, mais la contre réaction peut réduire cette marge.
Réduction de la marge de blocageUn amplificateur à lampes peut fournir momentanément une puissance plus élevée que sa puissance nominale. Deux effets vont se produire: l'alimentation devra fournir une puissance plus élevée et ha haute tension van un peu diminuer.Un second effet c'est le déplacement du point de fonctionnement du tube de puissance, qui va passer d'une classe de fonctionnement AB en B (on vous explique plus loin pourquoi). Le passement en classe de fonctionnement B produit une augmentation de la distorsion de chroisement, mais l'effet audible est faible car l'amplificateur travaille à puissance maximale et cette distorsion ne fait que s'ajouter aux autres distorsions. Avec un amplificateur à lampes relativement simple, le déplacement du point de fonctionnement produit une sorte de compression de la puissance (limitation de la dynamique). Plus la puissance demandée est élevée, et plus l'étage de puissance passe en classe B. 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.
Jaune: Signal audio à amplifier
Magenta:
Cyan: On voit la forme du signal de correction quand l'étage de puissance ne suit plus. Les pics positifs sont une tentative de faire travailler le tube de sortie à une puissance plus élevée, mais il ne peut simplement pas fournir cette puissance. Les 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). Il est important de noter qu'un amplificateur naturel (sans contre réaction) ne produit pas d'écrètage brusque, mais une courbure graduelle. L'écrètage brusque est le résultat de la contre réaction.
Effet concret de la contre réactionSupposons 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 la courbure des caractéristiques. Au début cela marche et le sinus est respecté, mais brusquement on arrive à la limite des tubes de puissance. 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) L'amplificateur va passer en classe B ou même C avec une forte augmentation de la distorsion, en plus de l'écrètage. Le résultat du dépassement de la marge de blocage peut être plus significatif dans un amplificateur plus puissant utilisant un étage d'attaque des tubes de puissances. Et c'est ici que le terme marge de blocage prend toute sa valeur. Le tube de puissance a une courbe des caractéristiques du genre "remote cutoff", donc avec une chute graduelle de la puissance. Le tube d'attaque a une courbe plus droite, avec un "sharp cutoff". Le déplacement de point de fonctionnement du tube de puissance produit un effet progressif qui s'estompe rapidement. Quand le tube de puissance est commandé au delà de ses possibilités, le tube d'attaque doit fournir un signal plus important (c'est causé par la contre réaction).
En bleu le signal à l'entrée, en jaune le signal mesuré a la grille d'un des 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.
En magenta on a le signal à l'entrée (il sert de référence pour synchroniser le balayage), en vert le signal à la sortie de la triode qui commande un des tubes du push pull et en jaune le signal à la sortie de l'ampli (le signal en sortie est atténué de 3X, le signal fait en fait 12Vrms sous 8Ω, donc une puissance de 18W). L'amplificateur se compose d'un préampli ECC83 utilisé par les deux canaux suivi d'un déphaseur long tail avec ECC82 et de deux tubes de puissance PL508. La contre réaction de 12dB environ arrive sur la cathode du premier tube. La première image indique que tout va bien, tous les signaux sont sinusoidaux. Quand j'augmente le volume, le signal de dégrade rapidement. Cette brusque dégradation est l'effet de la contre réaction, qui arrive à très bien controler les distorsions, jusqu'à la limite de ce que les tubes de puissance peuvent fournir. Le signal de commande du tube de puissance a un creux négatif (c'est le tube ECC82 qui tente de controler la distorsion) et un plateau positif (la pentode de puissance passe en classe AB2 (avec courant de grille)), mais le schéma ne le permet pas. Quand on augmente encore le signal à l'entrée, le fonctionnement est tiré encore plus vers la classe B2. Le courant de grille polarise encore plus la grille de commande à cause du condensateur de couplage entre le tube ECC82 et le tube PL508. Avec une polarisation moyenne plus négative on voit apparaitre la distorsion de croisement (crossover distortion) et une amplitude du signal moindre. Le passage de l'image 1 à l'image 3 se fait avec une augmentation du volume de 2%. C'était parfait, et puis c'est horrible. Et tout cela parce que la contre réaction tente le tout pour le tout pour corriger le signal. Cette condition peut apparaitre quand l'ampli doit reproduire des fréquences très basses (certaines pièces de musique ont des fréquences subsoniques). Même les pièces de musique classique peuvent contenir des morceaux complexes comme la symphonie 101 en ré majeur de Haydn (andante), l'horloge. Ecoutez bien à partir de 2 minutes. Il va sans dire qu'une telle distorsion s'entend aisément, non seulement il y a une brusque chute de puissance, mais également toutes sortes de déformations qui s'ajoutent les unes aux autres. Le tube d'attaque peut aussi avoir un déplacement du point de fonctionnement, mais ici, le passage de la classe A à la classe AB est plus brutal et peut même produire un blocage du fonctionnement de l'amplificateur: voir capacitor blocking. |
La seconde image (trois images d'oscilloscope combinées montre ce qui se passe quand la puissance demandée devient de plus en plus forte (attention, les couleurs ne correspondent pas).
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