Amplificateurs à tubes
Amplificateur mixte avec transistors et pentodes
BF422 + PL504

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Finalement, après divers essais de montages hybrides transistors + tubes, j'ai réalisé un petit ampli avec ce qui me restait encore de composants: des BF422 (transistors qui peuvent travailer à une tension de 250V) et des PL504 (tubes de déflection ligne de téléviseurs monochromes). Un circuit original, l'ampli Meloman 25 se trouve ici: vous pouvez y voir une configuration classique pour la partie préampli (si vous voulez réaliser tout l'ampli avec des tubes) et un système un peu différent pour l'alimentation et les tbes de puissance.

Alimentation

Le circuit commence avec les transformateurs d'alimentation: j'en ai un qui fournit 24 + 24V pour le chauffage des tubes, la polarisation négative et la tension de g2 (75V). Le second transfo fournit la haute tension de 250V à vide. Il faut 4 potentiomètres pour la polarisation négative, j'en ai dessiné que deux pour ne pas alourdir le schéma.

Préampli

Pour la partie préampli, au lieu d'utiliser un montage complexe symmétrique, j'ai utilisé un montage tout simple: ceux qui ont réalisé un petit amplificateur avec les tubes ECC83 (ampli de tension et déphaseur concertina) et EL84 (tubes de puissance) reconnaitront le schéma, la seule différence c'est que le tube ECC83 est remplacé par deux transistors haute tension.

Le premier transistor fournit l'amplification en tension. Sans la contre-réaction, l'étage amplifie 62× à cause de la résistance d'émetteur non découplée. La contre-réaction est appliquée à l'émetteur, comme dans le cas d'un montage à triodes. Le courant est de 385µA. Le transistor a une amplification en tension plus élevée qu'une triode. La contre réaction peut donc agir plus fortement.

Le second étage transistor est un étage cathodyne (aussi appellé concertina à l'époque). Le montage transistorisé se comporte nettement mieux qu'un montage à triode à cause de sa basse impédance. Les deux signaux de sortie sont bien symmétriques. Le courant est de 950µA.

Ampli push pull

Comme tubes de puissance, j'utilise des PL504 (j'en ai encore des masses). La puissance a été limitée à 10W à cause des transfos de sortie qui sont conçus pour une paire de EL84 (courant de 50mA maximum en régime continu).

A droite le montage (presque) complet avec un petit circuit reprenant la partie amplificateur et réglage de la polarisation négative, et un second petit circuit avec l'alimentation complète (tension de polarisation négative, tension de G2 et haute tension sans les condensateurs de filtrage).

Ce qui manque: les deux transfos d'alimentation, les deux transfos de sortie et les 4 tubes de puissance PL504.

Les tubes PL504 peuvent fonctionner selon trois modes:

  • Polarisation par résistance cathodique, prévoir une résistance de 200Ω par tube, découplée par un électrochimique de 1000µF/25V. Toute la partie polarisation négative peut être éliminée. Le courant par tube est d'environ 45mA et varie très peu selon la charge.

    La polarisation par résistance cathodique est la plus simple à réaliser. Le circuit est auto-stabilisant: quand le courant dans un tube augmente, la polarisation négative devient plus importante, ce qui réduit automatiquement le courant. Il faut de préférence utiliser des résistances indépendantes pour chaque tube, car ils ne sont pas pairés.

  • Fonctionnement en classe A avec un courant de 47mA qui varie très peu avec la charge. La polarisation négative est de -10.5V.

    Ce mode de fonctionnement n'apporte pas d'avantages. Les tubes de puissance fonctionnent par contre toujours à la puissance nominale (ne vous en faites pas: ils acceptent un courant en régime permanent 5× plus élevé). Par contre le courant plus élevé à vide peut provoquer un léger ronflement 100Hz.

  • Fonctionnement en classe AB avec un courant de repos de 6mA et un courant maximal de 33mA. La polarisation de la grille de commande est ici de -17.5V.

    C'est le mode de fonctionnement recommandé, surtout si vous voulez la puissance maximale. Réglez la tension au repos (sans haute tension), controlez ensuite en fonctionnement (au bout de 10 minutes) que la tension sur chaque résistance de controle soit d'environ 6mV (à vide). Paufinez éventuellement le réglage avec un oscilloscope.

Tension de grille écran fixe et séparée

L'avantage de travailler avec une tension de g2 indépendante (alimentation séparée), c'est qu'on peut modifier la haute tension pour obtenir une puissance plus faible ou plus élevée, mais les caractéristiques de fonctionnement des tubes de puissance restent identiques (fonctionnement en classe A ou AB). Le courant anodique varie évidemment, car les tubes se comportent comme une résistance. L'augmentation du courant est donc linéaire avec la tension. Si on utilise une polarisation automatique par la résistance cathodique, le courant varie très peu avec la tension anodique.

Si on fait varier la tension de g2 avec la haute tension, on a un grand déplacement des caractéristiques qu'il faut absolument compenser par la modification de la tension de la grille de controle. Pour une modification de la tension d'alimentation de 200 à 250V (et modification de la tension de g2 de 133 à 167V) on a un passage du courant de repos de 8mA à 60mA avec la même tension de polarisation négative.

C'est une caractéristique inhérente à toutes les tétrodes à faisceau dirigé avec le pas de la grille écran qui se trouve dans l'ombre de celui de la grille de controle.

Le tube PL504 qui est notoirement instable est ici stabilisé avec un petit circuit entre l'anode et la grille écran: condensateur de 4.7nF et résistance de 18k (les valeurs ne sont pas critiques). Ces filtres peuvent même être éliminés si vous utilisez un transfo haut de gamme et un montage soigné (ces composants ont été éliminés dans la version définitive).

D'un autre coté, on a le traditionnel petit condensateur de 120pF entre les deux transistors pour compenser le déphasage du transfo. Ce condensateur limite l'amplification aux fréquences élevées, là où le transfo produit un déphasage. D'autres mesures ne sont pas nécessaires, mais cela dépend évidemment de la qualité du transfo de sortie.

La tension de g2 est fixée à 78V, ce qui explique également la bonne tenue des pentodes (en fait des tétrodes à faisceau dirigé). Le creux typique des tétrodes et de certaines pentodes n'est pas présent. La consommation des grilles écran est d'environ 1mA, ce qui indique un bon rendement des tubes. Attention, cette tension a une influence très importante sur le courant anodique: une variation de 10V de g2 nécessite une modification de la tension de g1 de presque 2V.

Niveaux de tension à chaque étage (tensions RMS) à une puissance de 90%:

EntréeG1AnodeSecondairePuissance
708mV8.3V165V * 29.6V9.5W

Le gain du premier étage est faible, limité à 11.7×, il peut être augmenté si nécessaire s'il faut une sensibilité accrue. Le PL504 amplifie environ 20×. L'amplificateur a un très bon rendement pour un montage à tubes, la puissance de 10W est atteinte avec un courant de 66mA sous 240V (consommation brute de 16W)

La puissance disponible est ici limitée à 10W (courant anodique inférieur à 50mA par tube) pour éviter de détruire les transformateurs de sortie. Ces transfos sont par contre surdimensionnés en ce qui concerne le fer, ce qui me permet une bande passante de 18 à 18kHz ±3dB. La meilleure méthode de brider les PL504, c'est de réduire la tension de g2. La puissance est réduite sans qu'on force le tube à travailler dans sa zone non linéaire.

Le courant plus faible de 45mA avec une polarisation par résistances cathodiques de -9V (le courant est de 47mA avec une polarisation fixe de -10.5V) est causé par l'augmentation de la tension de la cathode: il y a une réduction de la tension relative de g2.

A droite le prototype complet d'un monobloc sans les deux transfos d'alimentation. Le transfo de sortie provient (momentanément) d'un autre amplificateur équipé de EL509. Les puristes me diront: ce n'est plus vraiment un ampli à lampes. Et alors? Vous pouvez parler si vous utilisez encore un redresseur GZ34, des condensateurs goudronnés et des résistances carbone de 20% de tolérance.

De tous les amplificiateurs que j'ai construit, c'est un de ceux qui donnent le meilleur résultat avec un son à la fois détaillé et puissant, une preuve que les tubes PL504 peuvent effectivement être utilisés dans un ampli hifi. C'est une combinaison réussie de transistors et de tubes, les transistors assurant la clarté et les tubes le punch. Malgré que le puissance a été limitée à 10W, il ne faut pas plus pour une écoute à la maison. Un amplificateur qui donne une qualité d'écoute encore meilleure, c'est un ampli SRPP avec une paire de PCL805, mais ici la puissance est limitée à 4W avec un taux de distortion inférieur à 0.1%.

A droite le courant cathodique mesuré aux bornes des deux résistances de cathode. On voit très bien le fonctionnement en classe AB: un tube entre en conduction quand l'autre se coupe. Le passage de l'un à l'autre se fait parfaitement.

Il y a une légère différence de courant maximal, c'est causé par un tube qui est plus usé que l'autre (c'est inévitable quand on travaille avec des tubes de récupération d'anciennes télévisions noir et blanc). L'effet n'est pas audible, mais la distortion augmente quand on demande une puissance supérieure à 10W. L'ampli peut donner une puissance plus élevée quand les tubes sont de meilleure qualité.

C'est le courant de pointe d'un tube qui est limité: le défaut ne peut donc pas être corrigé en modifiant la polarisation, puisque le courant de repos est ok: les deux tubes peuvent fournir un courant de repos de 6mA.

Plus de puissance

Si vous voulez plus de puissance (c'est la première demande que je reçois à chaque fois), augmenter la tension de g2 ne vous apportera rien: laissez-la à 75V. Vous pouvez augmenter la tension anodique jusqu'à 330V, mais alors il faut limiter la tension sur le préampli à 250V (la tension maximale des transistors). Remplacez la résistance de 10kΩ par une de 1W et mettez une résistance de 33kΩ 2W vers la masse (diviseur résistif) pour limiter la tension aux transistors. Vous pouvez ainsi obtenir une puissance de 25W sans détruire les tétrodes et les transistors. Controlez le courant à la cathode, il doit être de 6mA au repos à 50mA au maximum (seul le montage en classe AB est recommandé).

Les tubes PL504 peuvent en théorie fournir une puissance encore plus élevée (plus de 50W) à cause de leur grande cathode, il y a de nombreux schémas sur le net d'amplificateurs qui fournissent 50W. Cette puissance ne peut pas être maintenue de façon continue à cause de la dissipation maximale qui est dépassée.

La tension d'alimentation des tubes de puissance peut varier dans des limites assez grandes sans que cela n'influence trop sur le fonctionnement de l'ampli. Dans une résistance la puissance développée croit comme le carré de la tension. Le tube ne se comporte pas comme une résistance variable, mais comme une source de courant variable. C'est plus ou moins le cas avec toutes les pentodes, tandis que les triodes se comportent comme de vraies résistances variables.

Le tube PL504 qui fonctionne avec une tension de grille écran assez basse (et la grille écran a beaucoup de spires) se comporte très fort comme une source de courant variable et l'influence de la tension anodique n'influence que peu le courant. La tension de la grille écran influence beaucoup plus sur le courant anodique. Quand on augmente la tension anodique de 250 à 300V (augmentation de la tension de 20%), la puissance disponible augmente de 25%. Avec une triode, il y aurait eu une augmentation de la puissance de 45% (pour autant que la lampe puisse accepter cette dissipation plus élevée.

Quand on augmente la tension anodique, il ne faut que modifier très peu la tension de polarisation négative de la grille de commande pour arriver au même point de fonctionnement.

S'il vous faut plus de puissance (beaucoup plus), remplacez les PL504 par des PL509 ou PL519. C'est la version télé couleurs des tubes de déflection et il peuvent fournir une puissance triple. Il y a plusieurs choses qui changent:

  • La tension de chauffage des filaments passe de 27V à 40V. Une tension de 36V est acceptable (24V + 12V), ou un transfo de 48V avec des résistances pour limiter la tension.
  • La tension de g2 peut être portée à 110V (c'est du 40V doublé et filtré).
  • La tension négative doit pouvoir descendre à -55V, on peut obtenir cette tension avec le même transfo (40V redressé et filtré)
  • Pour commander ces tubes, le montage tout simple montré ci dessus n'est plus suffisant, il faut ajouter un étage qui va augmenter l'amplitude des signaux et réduire l'impédance.
Le montage qu'on a ajouté est une paire différentielle qui permet de commander au mieux les tubes de puissance. La tension aux collecteurs doit s'établlir à environ la moitié de la tension d'limentation (il y a de la marge). L'alimentation négative est la même que la tension de polarisation négative des tubes de puissance. Ce montage complet (amplificateur en tension, étage déphaseur et paire différentielle) forme un montage de Williamson.

Stand by

Pour réaliser un stand by, le plus simple est de prévoir un interrupteur qui coupe simplement le transfo de haute tension. Les tubes continuent à fournir un faible courant via la grille écran, ce qui évite la stratification des cathodes qui peut apparaitre quand un tube a sa tension de chauffage mais ne fournit pas de courant.

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