Amplificateurs à tubes
La puissance d'un amplificateur
Puissance

La puissance d'un ampli dépend du taux de distorsion acceptable. Il y a 70 ans, un taux de distorsion de 5% était jugé acceptable.
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Il est plus difficile de mesurer la puissance effective d'un amplificateur à lampes comparé à un amplificateur à transistors. Un amplificateur à transistors fournit une puissance donnée, si on le fait travailler à une puissance supérieure, il produit un signal très déformé (cela s'entend directement) ou il pête (cela se sent directement). Avec un amplificateur à lampes, les distorsions apparaissent progressivement.

La puissance d'un amplificateur à lampes dépend donc principalement du taux de déformation que l'utilisateur peut accepter, mais aussi de la dissipation que le tube peut encaisser.

Taux de distorsion admissible

Les valeurs de puissance affichées dans les anciens schémas d'amplificateurs le sont pour un taux de déformation de 5% (qui était une valeur acceptée dans les années 1950). Les schémas récents indiquent la puissance pour un taux de distorsion de 0.1%. Le premier schéma indique une puissance plus élevée que le schéma récent avec le même type de tubes.

A droite, nous avons un graphique qui donne la distorsion pour une puissance donnée. Il s'agit d'un ampli utilisant une paire de EL34 en branchement pentode avec un étage de commande williamson qui produit une très faible distorsion. Les tubes EL34 nécessitent une tension de commande sur la grille de 25V effectifs (70Vpp) que ce type d'étage de commande peut aisément fournir.

La distorsion augmente d'abord assez linéairement avec la puissance, jusqu'au moment où le tube atteint ses limites. On remarque également que contrairement aux transistors, quand la limite est atteinte, les déformations augmentent graduellement.

La contre-réaction permet de limiter la distorsion et fonctionne assez linéairement: elle réduit par exemple la distorsion de 5× et ceci quel que soit le signal, mais jusqu'à une limite: une fois qu'elle est dépassée, la contre réaction n'a plus aucun effet.

Prenons un amplificateur équipé d'un étage push pull équipé de EL34. L'amplificateur peut fournir 30W avec une déformation de 0.4% (contre réaction enclenchée). Si on veut obtenir un taux de distorsion de 0.1% il faut réduire la puissance à 20W (pour autant que le schéma soit très bien conçu). On trouve également des schémas où les tubes fournissent une puissance double. Il n'y a pas de miracles, on accepte simplement un taux de distorsion plus élevé.

Le graphique à droite s'applique à un ampli push pull équipé de tubes ECL86, un tube qui contient à la fois une triode et une pentode de puissance. Dans ce montage avec PCL86, la puissance est limitée à 10W où on obtient un taux de distorsion de 0.15%. Pour une puissance plus faible, la distorsion est de 0.1% (contre-réaction de 20dB). La puissance dissipée dans chaque tube est de 10.5W au repos (plus que la puissance maximale autorisée), les tubes fonctionnent en classe A et la puissance dissipée par tube n'augmente que très peu à puissance maximale.

Certains amplificateurs ont un interrupteur pour commuter l'ampli en mode triode, pentode ou ultra-linéaire. La puissance est maximale en mode pentode, mais la déformation également. La puissance est plus faible en mode triode (1/3 à 1/4 de la puissance en mode pentode) et la distorsion est faible. En branchement ultra-linéaire, la puissance est un peu moindre qu'en mode pentode, mais la distorsion est la plus faible (vrai mode ultra linéaire).

Sur la page du montage ultra-linéaire on peut voir un tableau qui reprend le taux de distorsion selon le type de montage.

Plus d'informations sur la
distorsion et les harmoniques
A droite un sinus avec une distorsion de 10% (seconde harmonique, typique pour les amplis single ended). Est ce que cela s'entend? Une telle distorsion ne se remarquait pas avec les postes de radio et les tourne disques dans les années 1950, c'était la source qui produisait le plus de distorsions (radio AM et tourne disque avec cellule de cristal). La puissance des radios et tourne disques était ainsi indiquée pour un taux de distorsion de 10%. Pour les amplificateurs séparés on indiquait la puissance pour un taix de distorsion de 5%.

Une distorsion de 5 ou 10% s'entend peu, ce sont des harmoniques. Mais la distorsion peut engendrer de l'intermodulation quand on écoute la musique et que les fréquences basses influencent les fréquences élevées et rendent la musique confuse.

Dissipation maximale du tube

La dissipation maximale des tubes joue également: un amplificateur à tubes peut par exemple fournir 15W, mais uniquement pendant 15 secondes. Cela ne pose pas de problèmes en pratique, un amplificateur n'est pas conçu pour amplifier des signaux de test sinusoïdaux. En utilisation normale, l'amplificateur pourra fournir 15W. C'est en fait de là que provient le terme bizarre de "puissance musicale" en comparaison de la "puissance RMS".

La situation dépend en plus du mode de polarisation:

  • Polarisation négative fixe:
    Ce mode de fonctionnement est principalement utilisé pour les étages qui fonctionnent en classe AB, il s'agit surtout d'amplificateurs de forte puissance. La puissance dissipée augmente avec l'amplitude du signal avec un risque de dépassement de la puissance maximale qui peut être dissipée dans le tube. Le tube résiste à une surcharge momentanée, mais la puissance maximale ne peut être maintenue que pendant une dixaine de secondes au maximum.

  • Polarisation par résistances cathodiques:
    Le point de fonctionnement des tubes se déplace automatiquement quand il fournit un signal de forte puissance, il passe d'une classe A en classe AB. La dissipation est moindre en classe AB, ce qui fait que la dissipation dans le tube de puissance n'augmente que peu. La puissance maximale peut être maintenue pendant un temps beaucoup plus long.
Ce sont évidemment des paramètres assez flous qui dépendent de la polarisation statique des tubes (courant au repos). Un tube avec un faible courant au repos peut fournir des pics de puissance plus élevés, mais peut produire un peu plus de distorsions à bas volume (fonctionnement en classe AB).

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