Amplificateurs à tubes
Alimentation avec self de filtrage
Swinging choke

Vous avez à réparer un amplificateur à lampes de 50W. C'est un push pull qui fonctionne avec une polarisation de grille négative. Vous établissez le schéma, et brusquement vous vous rendez compte qu'il manque un condensateur électrolytique dans l'alimentation...
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A droite un circuit d'alimentation classique utilisé dans les années 1950 environ. Le transfo d'alimentation a une prise médiane et fournit par exemple 2 × 385V. Comme redresseur on utilise une diode double à chauffage direct qui nécessite un bobinage séparé sur le transfo (la tension de chauffage est de 5V). Les tubes à chauffage direct ont un meilleur rendement, les tubes à chauffage indirect ne sont utilisés que pour la détection.

La valeur des condensateurs était de 16µF, dans les années 1960 on montait à 50µF. Cette valeur était trop faible pour bien lisser la tension d'alimentation, et d'ailleurs chaque diode de redressement avait une valeur de condensateur à ne pas dépasser pour éviter sa destruction.

Il y a une chute de tension assez importante dans la diode, il faut compter sur 50V environ pour un courant de 100mA. La chute de tension dans le bobinage du transfo et dans la self est faible en comparaison, environ 10V en tout.

Et puis bizarrement, notre amplificateur n'a pas de premier condensateur de filtrage. On dirait qu'il l'ont oublié à la fabrication. Et pourtant l'ampli fonctionne normalement à ce qu'il me semble... On va tout vous expliquer en détail, mais revenons à notre premier schéma.

Le second dessin nous montre le courant dans la diode de redressement. Quand il n'y a pas de consommateurs, il n'y a pas de pertes et la tension d'alimentation est maximale (540V dans notre exemple). Mais quand l'amplificateur tire du courant, la tension chute assez nettement, on a environ 400V.

Le problème, c'est que la diode de redressement ne conduit que pendant un très court moment, quand la tension d'alimentation est supérieure à la tension accumulée aux bornes du premier condensateur de filtrage. Plus la valeur du condensateur est importante, plus la chute de tension entre deux recharges est faible et plus le pic de courant est important.

Pour vous donner un ordre d'idée, ce pic de courant est d'environ 1A pour un courant moyen de 100mA. La diode résiste à un tel courant, car il s'agit d'un pic et l'anode peut se refroidir entre deux pics (de plus, les deux diodes conduisent alternativement).

Mais c'est la raison pour laquelle il y a dans les caractéristiques de la diode non seulement une tension d'alimentation maximale et un courant maximal, mais également une valeur de condensateur maximale. Plus la valeur du condensateur est élevée, et plus les pics de courant sont importants pour un courant moyen identique. Malgré que la phase de conduction est limitée, il y a une limite de courant à ne pas franchir.

Une self-induction agit comme une lourde porte tournante. Il faut beaucoup d'énergie pour la mettre en mouvement, mais une fois qu'elle tourne elle est difficile à freiner. La self-induction a donc tendance à lisser le courant à une valeur moyenne, la tension moyenne est limitée à 0.64 de la tension de pointe (l'explication technique nous mènerait trop loin, vous êtes ici pour réparer un amplificateur).

Le courant dans la self est donc stabilisé à une valeur moyenne, et la tension est donc également relativement stable. Le condensateur de filtrage en sortie va encore réduire l'ondulation résiduelle. La tension plus basse n'est pas une perte ohmique qui ferait chauffer la self, il s'agit simplement de l'inductance de la self qui s'oppose aux changements du courant.

A vide la tension atteint la tension de pointe (540V), pour chuter rapidement à la valeur moyenne de 346V. C'est nettement moins qu'avec un montage avec deux condensateurs, mais la tension ne diminue pas tant avec la charge qui augmente.

Comment cela se fait-il? dans le montage avec les deux condensateurs, le premier condensateur est chargé par à-coups avec un courant important. La résistance ohmique du transfo et de la diode produisent une chute de tension importante, car les pics de courant sont importants (1A). Quand il n'y a pas de premier condensateur, le courant a une valeur moyenne (100mA) et la chute de tension est donc moindre. Il est par contre important que l'ampli tire toujours un courant minimum, pour éviter que la tension ne monte jusqu'à la tension de crête, car la différence tension de crête/tension nominale est plus importante dans le cas d'un montage sans premier condensateur.

L'alimentation sans premier condensateur est souvent utilisée dans les amplificateurs de forte puissance qui travaillent en classe AB. Quand la puissance augmente, la consommation augmente aussi et produit une chute de tension, qui se répercute dans le fonctionnement de l'ampli (intermodulation de la tension d'alimentation avec le signal audio). Quand la chute de tension est limitée, l'intermodulation est également moindre.

La "charge critique" est la consommation de l'ampli au repos. Il faut que le coude soit atteint ou même dépassé pour éviter une très forte variation de la tension d'alimentation.

Mais on peut encore faire mieux: un circuit d'alimentation où la tension augmente avec la charge!

Contrairement aux transfos d'alimentation, les selfs ont un entrefer pour éviter la saturation. Les selfs ont beaucoup de spires, le courant produit donc un fort champ magnétique et donc une magnétisation plus poussée que dans le cas d'un transfo. Normalement la self est construite pour ne pas entrer en saturation, car cela réduirait son impédance à sa seulle résistance ohmique (qui est très faible).

Quand le courant est faible, la self n'entre pas en saturation (courbe rouge en permanence sous la limite de saturation). Son impédance est donc élevée et la tension correspond à environ 0.64 la tension d'alimentation de crête.

Quand le courant augmente, la self entre en saturation et son impédance chute fortement. Plus le courant augmente, et plus le temps de saturation devient important. Attention, la courbe à gauche qui indique la tension selon le courant est un peu exagérée: il s'agit d'une courbe pratiquement plate si la self est bien adaptée à la charge.

Quand la self en en saturation, elle se comporte comme une résistance de faible valeur. Il y a donc une ondulation assez importante de la tension. Mais on profite ici du fait que l'ampli travaille à forte puissance et le ronflement plus prononcé est noyé dans le signal. De plus pour pouvoir travailler en classe AB, l'étage finale doit être de type push pull, un montage symmétrique qui limite l'influence de l'ondulation. Les étages préamplificateurs sont asymmétriques, mais ont un filtrage plus poussé.

Ce type de self qui entre en saturation de façon controlée est appellée "swinging choke" ou self qui oscille. En fait c'est l'impédance de la self qui oscille. Et voila, bous venez zncore d'apprendre quelque chose de nouveau!

Dans les constructions récentes, on utilise des diodes au silicium qui peuvent fournir un courant important. La chute de tension est limitée, elle est moindre que la chute de tension dans le bobinage du transfo. Mais ces diodes nécessitent des petits condensateurs pour éliminer les pics lors de la commutation (ils produisent un bruit de crécelle bien particulier). Il y a plus d'information sur la page pour réaliser une alimentation d'un ampli à lampes moderne. Le remplacement du tube redresseur par deux dodes au silicium est également expliqué.

Les circuits modernes utilisent des condensateurs de valeur élevée, le filtrage est suffisamment bon qu'on puisse éliminer la self.

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