Les deux amplificateurs hybrides décrits ici ont donc cette particularité de présenter une liaison directe de bout en bout et de n'intercaler aucun condensateur dans le circuit suivi par le signal. Ils sont conçus pour être aussi simples et économiques que possible. Ils peuvent évoluer très simplement vers la classe AB étendue ou la classe A.
La structure générale est identique pour les deux types expérimentés : un étage amplificateur de tension sur base SRPP, un étage driver, un étage de sortie MOSFET latéral. L'alimentation est bipolaire et la liaison directe impose que le potentiel à la sortie de l'amplificateur est la moitié de la haute tension. Vos haut-parleurs qui sont par nature des dispositifs différentiels s'en moquent, mais pas vos doigts.
Il convient donc de s'assurer le l'isolation complète des connexions entre l'amplificateur et les diffuseurs, voire le cas échéant des haut-parleurs eux-mêmes, et de prendre les dispositions particulières adaptées pour éviter électrocutions et court-circuits.
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La justification de la structure retenue et la raison d'être du projet :
- La base de conception est que la référence du signal est assumée par le point milieu commun des alimentations BT-HT, sorte d'épine dorsale du dispositif ;
- La structure des amplificateurs est symétrique par rapport à cette ligne :
- L'étage d'entrée SRPP présente l'avantage d'une presque parfaite symétrie, gage d'une excellente et naturelle réjection de l'alimentation (PSRR), sans recours à des artifices contestables.
- L'étage driver symétrique et l'étage de sortie complémentaire présentent les mêmes qualités.
le résultat global est un recul du bruit de très haut niveau par la structure même du dispositif et un circuit au plus court pour le signal.
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La stabilisation
La nullité de la tension continue en sortie d'amplificateur et son monitoring sont assurés par un classique et rustique DC-SERVO sur base d'AOP qui délivre une tension continue venant compenser l'offset de l'étage d'entrée. Il faut bien noter que le signal ne traverse que l'étage de sortie de ce circuit qui se contente de maintenir à sa sortie une tension que l'on peut considérer comme continue var rapport au signal, de sorte que ce dernier n'est pas affecté par la distorsion de l'AOP.
On pourrait imaginer que la sortie de l'AOP soit interfacée par un tube monté en plaque commune (cathode suiveuse) si on désire que le signal soit traité exclusivement par des tubes. Dans ce cas, afin de ne pas introduire le bruit de la ligne négative d'alimentation dans le circuit du signal, la charge de cathode doit être d'impédance la plus élevée possible (idéalement, une source de courant) ou mieux, on peut rendre l'étage tampon symétrique comme le driver (idée ici), Cette sophistication n'entre pas dans le cahier des charges du projet qui, rappelons-le, se veut simple et économique.
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La temporisation à la mise sous tension est indispensable, de même que la protection contre les tensions continues en sortie. Ce dispositif est classique dans tous les amplificateurs à liaison directe avec les haut-parleurs.
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Les schémas des amplificateurs
Le premier type est "tout triodes" et reproduit fidèlement la structure générale présentée ci-avant. Il est dépourvu de boucle de contre-réaction.
Les tubes sont les très courants et économiques 12AT7 (entrée) et 12AU7 (driver), mais toutes les variantes sont ouvertes : ECC88, 6922, 6C19, 5687, 12AX7, 6SL7, 6SN7, 6CG7, 6FQ7, 12BH7 et j'en passe.
Les MOSFETs de sortie sont du type horizontal, 2SK135/2SJ50, 2SK1058/2SJ162, BUZ900/BUZ905. Certes, leur transconductance est faible comparée à celle des MOSFETSs verticaux et leur tension de déchet est plus élevée mais en contrepartie, leur capacité d'entrée est minime. Ce sont les MOSFETs les plus prisés pour les applications audiophiles. Malheureusement, cet avantage est réduit à néant dans les montages multipliant les MOSFETs de sortie en parallèle dans le but de réduire l'impédance de sortie.
La faible transconductance des MOSFETs horizontaux associée à l'absence de contre-réaction conduit en effet à une impédance de sortie assez élevée (1,8 Ohm) qui peut être :
- divisée par deux en augmentant la plage de fonctionnement en classe A de l'étage de sortie voire en rendant cette classe exclusive. La structure complémentaire de l'étage de sortie permet en effet ce gain de facteur 2.
En pratique, il suffit pour ça d'intercaler dans la parenthèse des deux diodes de polarisation de l'étage de sortie le nombre de diodes supplémentaires nécessaires à l'obtention du courant de repos nécessaire au fonctionnement en classe A sur la plage désirée (le premier watt, les cinq premiers ...). Il faut dans ce cas évidemment revoir le dimensionnement de l'alimentation BT et le refroidissement des MOSFETs. Un montage en classe A alternatif plus performant est proposé ici ;
- divisée par n en couplant en parallèle le nombre n de couples de MOSFETs complémentaires nécessaires. On perd du coup l'avantage de la faible capacité d'entrée mais ce n'est pas forcément gênant dans la configuration source suiveuse. En revanche, cela pose la question de l'intérêt des MOSFETs horizontaux par rapport à leurs concurrents verticaux, moins onéreux et supérieurs sur certaines caractéristiques. Cette option couramment rencontrée n'a pas été testée ;
- divisée par 2n en couplant les deux solutions.
Les résistances variables de cathode de la triode inférieure du SRPP ont pour fonction de positionner la sortie du DC-SERVO dans une zone aussi proche du 0V que possible, de manière à lui réserver la plus grande amplitude de balayage. Même calé à la grosse sur des points de repos assez éloignés du 0V (+3,4V/-1,3V) sur le prototype, la réserve de balayage du DC SERVO reste largement suffisante pour assurer la parfaite stabilité de l'amplificateur sans qu'il ait jamais été nécessaire reprendre régulièrement les réglages des résistances variables de l'étage d'entrée.
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La polarisation des MOSFETs est assurée simplement par deux diodes prises dans le circuit driver et qui déterminent un courant de repos minimal de 250 mA à travers les MOSFETs. La classe B règne donc sur la quasi totalité du balayage (classe A jusqu'à 1/4 W sous 8 Ohm, classe B au-delà) ce qui se révèle très satisfaisant à l'écoute*. Les MOSFETs étant caractérisés par un coefficient de température négatif, aucun dispositif anti-emballement n'est à prévoir.
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Le prototype est extrêmement (trop) compact.
La platine du bas porte les alimentations et le circuit de temporisation-protection, celle du haut la partie audio y compris embases d'entrée et de sortie.
Les DC-SERVOs sont montés sur une platine verticale boulonnée sur les radiateurs.
Les MOSFETs sont la regrettée et obsolète paire 2SK135/2SJ50.
Les transformateurs sont logés dans le boîtier support de l'ensemble. les composants sont câblés des deux côtés des circuits imprimés.
Une particularité intéressante liée à l'absence de contre réaction dans ce montage est que l'on peut multiplier les étages de sortie et les affecter à différents diffuseurs à l'instar de ce qui est proposé ici.
*: sur la question de l'étendue de la classe A des amplificateurs fonctionnant en classe AB et dans la recherche un tantinet naïve d'un fonctionnement en classe A sur l'étendue la plus large possible de la plage de modulation, on oublie souvent hélas qu'il se trouve inévitablement sauf à forcer la classe A jusqu'à la puissance de sortie maximale (et en termes de courant, on devrait aller au-delà du courant maximal calculé), un point de basculement vers la classe B, pivot sur lequel la moitié des dispositifs de puissance passe en/hors circuit. Or, la position de ce point est critique en termes de musicalité et sur ce critère, il peut se révéler contre-productif de rechercher un niveau de fonctionnement en classe A trop élevé. De plus, la puissance consommée au repos croit rapidement quand on étend la classe A.
De ce fait, il faut toujours à mon sens, dans les amplificateurs fonctionnant en classe AB, considérer d'abord la minimisation de la plage de fonctionnement en classe A et réaliser des écoutes objectives (?!) : un amplificateur en classe AB offrant une classe A aussi étendue soit-elle ne sera jamais un amplificateur en classe A.
Une conséquence fondamentale de la sensibilité des systèmes complets (y compris haut-parleurs) au basculement A>B / B>A est qu'il n'y a pas dans l'absolu de point de repos idéal pour l'étage de sortie. Quand on voit le nombre de questions (excusables après tout) mais surtout de réponses (définitivement inexcusables) sur le sujet, on reste un peu coi !
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Le second type utilise des pentodes EF86 en entrée. Très proche du précédent dans la structure générale, on développera moins sa description mais on s'attardera sur ses particularités.
La pentode supérieure de l'étage d'entrée est câblée directement en triode alors que celle du bas intercale dans sa connexion écran les étages driver et de sortie. On boucle ainsi une astucieuse contre-réaction d'écran à couplage direct qui fait tomber l'impédance de sortie de l'amplificateur à moins de 0,5 Ohm, c'est-à-dire de l'ordre de celle que les amplificateurs à transformateur de sortie exhibent.
Le montage perd un peu sa belle symétrie car en raison de la présence du DC-SERVO, l'amplitude de la tension qui retourne à l'écran de la pentode inférieure est d'un peu moins de la moitié de celle de sa tension de plaque (rapport 100k/250k + pertes dans les deux étages suivants). Le montage s'apparente de ce fait à la connexion Ultra Linéaire (UL) qui f(a)it couler beaucoup d'encre aux bavards du clavier pour la même simple raison que le SRPP : son nom, en l’occurrence parfaitement trompeur, il faut l’admettre.
Le montage UL d'origine est basé sur deux spécificités liées au caractère ambigu de l'écran des tétrodes et pentodes, à la fois grille de commande et électrode de puissance : une contre réaction partielle et une répartition de la charge entre plaque et écran. Ici, seul le premier phénomène est mis en oeuvre, la contribution de l'écran à l'alimentation de la charge étant complètement négligeable.
A titre d'exemples,autres références de pentodes courantes avec lesquelles on peut expérimenter : EF80, E180F.
Mêmes possibilités qu'avec le premier modèle concernant l'étage de sortie et la réduction d'impédance.
De plus, il est possible avec ce modèle de passer à volonté à la version "tout triode" sans contre-réaction par simple déplacement du point d'accrochage de l'écran de la pentode inférieure du SRPP, de la sortie de l'amplificateur à sa plaque. Un inverseur peut être mis en place pour assurer cette manœuvre. il est conseillé de le monter de telle sorte qu'il ne soit manipulable que alimentation coupée pour éviter les sauts de tension brutaux au changement de configuration.
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Le prototype est très proche du KIT proposé pour les deux versions.
La platine arrière supporte les circuits BF y compris embases et les DC-SERVOS.
Les radiateurs forment entretoise et reçoivent chacun une paire 2SK1058/2SJ162.
La platine avant porte les alimentations, composants chauds positionnés à l'arrière, largement ouvert.
Les transformateurs, les composants d'alimentation froids et le circuit de temporisation-protection sont abrités dans le boîtier avant.
Ici aussi, les composants sont montés des deux côtés des circuits imprimés.
Le câblage est réduit au strict minimum.
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C'est essentiellement l'association d'une alimentation bipolaire HT et d'une alimentation bipolaire BT, complétée par l'alimentation des filaments des tubes en courant continu. Son potentiel est fixé à la moitié de la tension HT négative, afin de respecter le potentiel limite filament - cathode des tubes.
Le niveau de tension BT est un peu élevé pour les 60W revendiqués. Elle a été retenue simplement par disponibilité d'un transformateur fournissant 2x30Veff et donne une meilleure garde sans poser de problème de montée en température excessive des MOSFETs. Un transformateur de 2x24Veff serait mieux indiqué.
En ce qui concerne l'alimentation HT, on peut fort judicieusement remplacer les cellules en PI condensateur/résistance par une cellule condensateur/self différentielle, puisque nous disposons d'une alimentation bipolaire. Davantage de réjection du ronflement et moins de perte par effet Joule à la clé.
Bien noter que la référence du signal d'entrée et la masse du montage sont la ligne négative de la haute tension et non pas le 0V. Je renvoie donc le lecteur à l'avertissement en rouge ci-dessus. Pour ceux que ce genre de disposition technique effraie, voici un exemple d'amplificateur à tubes sans transformateur qui est directement relié ... au secteur.
Les filaments sont alimentés en série sous 24V continus, sur le montage triodes, dans la mesure où les courants de chauffage sont identiques. C'est ainsi qu'est dessiné le schéma. Dans le cas d'un montage pentodes ou si d'autres tubes que ceux indiqués sur le schéma sont mis en oeuvre, il faut passer en série 12V (ou parallèle 6V si on le souhaite).
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Un petit mot sur les transformateurs d’alimentation : confronté à mes débuts avec les tubes (qui étaient en réalité un retour car mon enfance avait connu cette technologie) à la rareté et au coût prohibitif des transformateurs multi enroulements qui, trois dizaines d'années auparavant, constituaient le standard de la production, j'ai pris pour habitude de chercher à utiliser ce qui était disponible. Ainsi, même s'il est possible aujourd'hui de se faire bobiner un transformateur spécifique, on peut en l'occurrence -et si la place ne manque pas- utiliser conjointement :
- un transformateur 2 x 30 V 150 VA pour la BT ;
- un transformateur 2 x 12 ou 2 x 24 V pour les filaments (puissance à déterminer en fonction de la consommation des tubes) ;
- un transformateur 2 x 115 V 30 VA pour la HT. Ce composant est en réalité un petit transfo adaptateur 230/115 que l'on trouve très aisément aux rayons électricité des magasins spécialisés en bricolage) et destiné à l'alimentation des appareils fonctionnant en "110" (appareils étrangers et anciens appareils français).
Avantage de la "multitransformation" : la possibilité d'expérimenter, par exemple de passer en classe A, d'augmenter ou de réduire la puissance de sortie, de changer de tubes etc.
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Business
Je ne pousse pas à la consommation ; le montage est suffisamment simple et ses composants peu nombreux pour pouvoir être réalisé sur châssis "en l'air", sur modules, plaques d'expérimentation ou sur circuit imprimé unique.
Je fournis pour ma part à ceux qui le souhaitent les circuits imprimés, y compris alimentation, temporisation et protection, les dissipateurs coordonnés, le schéma, la notice de montage et de réglage, les relevés de tensions, ce pour les deux versions. Voir en rubrique KITS du menu.
L'avantage majeur et qui est loin d'être négligeable quand on se lance dans la réalisation d'un montage sur lequel on fonde quelques espoirs est que tout le travail de conception, de mise au point, de recherche des tracés les plus directs, d'organisation générale des composants, des liaisons et les des points de masse optimaux est fait, et que le fonctionnement du circuit proposé a été vérifié.
Les MOSFETs se montent sans isolateur, avec pour triple bénéfice de la simplicité, la durabilité et la performance thermique. Attention, cela implique que les refroidisseurs sont portés au potentiel du point-milieu HT par rapport à la masse.
L'ensemble est d'une compacité remarquable et le câblage est réduit au minimum. L'assemblage forme un caisson rigide du type de celui du modèle à pentodes sur les photographies. La mise en boîtier se trouve grandement facilitée.
Le KIT permet l'assemblage d'un amplificateur complet et directement opérationnel, puisque il contient aussi le circuit de temporisation - protection non décrit ici. On peut évidemment utiliser n'importe quel circuit répondant à la fonction, dont schémas et kits sont pléthore sur le NET.
une idée pour "tubiser" entièrement le circuit du signal jusqu'à l'étage de sortie (non testée)
Il faut observer que naturellement, la tension de sortie du SRPP est légèrement positive par rapport au 0V, et que celles du driver et de l'étage tampon le sont également par rapport à leur entrée. Cela veut dire que la sortie de l'AOP doit se maintenir à un potentiel assez fortement négatif pour compenser le décalage positif cumulé de ces étages. En l'état, il se peut que cette dissymétrie rende son balayage résiduel insuffisant pour maintenir la sortie de l'amplificateur à 0V DC. Un décalage de la sortie de l'étage tampon, par insertion d'une parenthèse de diodes comme sur le driver, pourrait constituer une astuce simple de nature à résoudre cette difficulté.
