Sommaire. 1 Présentation générale. 2 Montages d initiation. 4 A la recherche du préamplificateur optimal

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1 Traité moderne des amplificateurs haute-fidélité à tubes Gérard Fiderspil et Gérard Lallié i Sommaire 1 Présentation générale 2 Montages d initiation 2.1 Amplificateur de 6 W à deux ECL Descriptif Résultats des mesures Conclusion Amplificateur à deux EL84 en push-pull ultra-linéaire Descriptif Résultats des mesures Conclusion Conception générale des amplificateurs à tubes 3.1 Descriptifs généraux Amplificateur à tube unique ou single-ended Amplificateur à deux tubes en push-pull Autres structures Étage de puissance Étage de puissance à tube unique, triode ou pentode Push-pull de triodes Push-pull de pentodes Quel montage retenir? Amplificateur de tension, focus sur le déphaseur Retour sur le descriptif de principe Déphaseurs à un seul étage Déphaseurs à deux étages au moins Proposition pour une conception logique d un amplificateur Conception logique d un amplificateur Exemple, conception d un amplificateur de 20 W Spécifications de distorsion, harmonique ou d intermodulation Synthèse A la recherche du préamplificateur optimal 4.1 Amplificateur à triode Schéma générique Equations caractéristiques Optimisation Montage de deux triodes en parallèle Cathode follower Cathode follower simple Formes évoluées du cathode follower Cascode Essais des montages à une ou deux triodes sauf famille SRPP Montages d essais et résultats Analyse Du SRPP au µ follower Descriptif Equations caractéristiques Optimisations Du SRPP au µ follower Equations caractéristiques du µ follower µ follower à tube mixte triode/pentode Principe et équations caractéristiques Schémas pratiques Bootstrap

2 ii Traité moderne des amplificateurs haute-fidélité à tubes Gérard Fiderspil et Gérard Lallié 4.9 Essais des montages à deux triodes de la famille SRPP et bootstrap Montages d essais et résultats Analyses Amplificateur à pentode Descriptif Equations caractéristiques Optimisations Caractérisations en pentode pure Ultra-linéaire Analyses Montages à dégénération de gain Equations caractéristiques Résultats de mesures Synthèse A la recherche du déphaseur optimal 5.1 Cathodyne Rappel du principe Schéma équivalent et équations caractéristiques Schéma opérationnel Essais de quatre montages caractéristiques et premières analyses Critères d optimisations Première voie optimale, préamplificateur bootstrappé et déphaseur à faibles charges Seconde voie optimale, préamplificateur à triode et déphaseur à pentode Troisième voie d optimisation, préamplificateur à pentode et déphaseur à triode Deux solutions extrêmes avec préamplificateur à pentode Une mauvaise optimisation, le cathodyne «amélioré» Résultats des mesures des cathodynes optimaux Cathodynes à utiliser Retour à l origine du cathodyne Paraphase Rappel du principe Schéma équivalent et équations caractéristiques Schémas opérationnels Essais de trois montages caractéristiques et premières analyses Critères d optimisations Première optimisation, un préamplificateur performant Seconde optimisation, le schéma Isodyne ou Worthen Gamme de déphaseurs optimaux Paraphases à utiliser Le Schmitt Descriptif de principe Schéma équivalent et équations caractéristiques Schémas opérationnels Essais de cinq montages caractéristiques et premières analyses Déphaseurs de Pierre Loyez et de Hiroshi Amemiya Première optimisation, générateur de courant Seconde voie d optimisation, les circuits à haute linéarité Une gamme de déphaseurs de Schmitt optimaux Synthèse Cross-coupled (couplages croisés) Descriptif de principe Schéma équivalent et équations caractéristiques Schémas opérationnels Essais de deux montages caractéristiques et premières analyses Critères généraux d optimisation Le vrai critère d optimisation, une attaque symétrique Conclusion Synthèse Synthèse des performances Aspects pratiques Et pour conclure, enfin! A la recherche des drivers optimaux 6.1 Circuits conventionnels Montages à simple triode Montages à deux triodes ou à triode/pentode Montages de semi-puissance Montages à triode ou pentode simple étage Montages à triode/pentode de puissance

3 Traité moderne des amplificateurs haute-fidélité à tubes Gérard Fiderspil et Gérard Lallié iii Résultats et analyse Montages à compensation de distorsion SEPP ou single-ended push-pull Drivers en différentiel et alimentation symétrique Montages à asservissement de courant Synthèse Etage de puissance 7.1 Amplificateur simple étage ou single-ended Rappel Analyses approfondies Optimisation d un étage à simple triode Optimisation d un étage à simple pentode Amplificateur push-pull en classe A Rappels Analyses approfondies Modélisation Analyse détaillée des compensations de distorsion dans un push-pull en classe A Amplificateur push-pull en classe B Présentation Observations essentielles Optimisations Faut-il travailler en classe B? Classes AB Principes fondateurs et définitions Observations essentielles Analyses approfondies Retour sur les variations du gain Ultimes définitions, classes AB1 et AB Couplage au transformateur Transformateur, rappels simples Influences de la charge Influences de l impédance de sortie des tubes de puissance Ultra-linéaire, un couplage mythique Principe et rappels historiques Histoire vraie de l invention de l ultra-linéaire Retours sur puissance maximale, charge optimale, impédance de sortie et bande passante aux fréquences élevées Puissance maximale, résultat d une combinaison complexe de paramètres Distorsion, un doute légitime Créativité au service des couplages, les solutions exotiques Objectif cathode Plus encore, Unity-Coupled, push-pull parallèle et super pentode Puissance maximale en fonction de la charge et distorsions Effet de la contre-réaction Effet sur le gain Effet sur l impédance de sortie Effet sur la puissance maximale en fonction de la charge, première analyse Effet sur la puissance maximale en fonction de la charge, seconde analyse Effet sur les bandes passantes Synthèse Classes de fonctionnement Couplage au transformateur de sortie Comment choisir? Alimentations 8.1 Objectifs de l étude Cahier des charges d une alimentation en courant continu Méthode alliant mesures sur maquette et simulation informatique Une maquette guide Redressement condensateur en tête Principes dans un monde idéal Retour au monde réel Résultats comparés entre expérimentation et simulation Redressement à condensateur en tête, quatre voies présumées d amélioration Condensateur en tête de forte valeur

4 iv Traité moderne des amplificateurs haute-fidélité à tubes Gérard Fiderspil et Gérard Lallié Cellule de filtrage L/C Redressement par diode à vide Condensateurs en parallèle sur les diodes Redressement à self en tête Première synthèse de la description des solutions pour une alimentation haute tension Synthèse Retour sur le spectre des tensions résiduelles de filtrage Stress des composants à la mise sous tension Parade aux transitoires, le réseau amortisseur Alimentations stabilisées Alimentations régulées à transistors bipolaires Venons-en au FET! Solution élégante, les régulateurs intégrés haute tension Montages «simples» à tubes Conception de l alimentation haute tension, retour sur le cahier des charges Il est temps de passer à la conception Tension continue à la valeur souhaitée Une vraie tension continue ou quelle ondulation est acceptable par le push-pull? Un filtrage complémentaire par une cellule self + condensateur est nécessaire dans la configuration de redressement avec condensateur en tête Tension continue stable Réponse aux appels de courant Calcul de l alimentation haute tension d un étage de puissance Solution à privilégier, le redressement self en tête Solution alternative, redressement à condensateur en tête suivi d une cellule de filtrage self/condensateur Conception de l alimentation haute tension des étages amplificateurs de tension Cahier des charges Influence des variations de la haute tension sur le gain Influence des résiduelles de filtrage sur le rapport signal à bruit Découplages, remède aux risques d accrochage basse fréquence Oscillations déclenchées Quelle solution optimale? Polarisation négative Pourquoi une polarisation négative? Cahier des charges Quel filtrage justement? Faut-il réguler? Alimentation pour le chauffage Quel optimum pour le chauffage de l étage de puissance? Quel optimum pour le chauffage des étages de tension? Validation de l alimentation de chauffage par un régulateur basse tension low drop Ingénierie nécessaire pour la source de chauffage en continu Sources de courant Définition et propriétés Descriptif des sources de courant Bruit rapporté par une source de courant, un vrai problème Critères pour le choix des composants Transformateur Diodes Condensateurs Self de filtrage Transistors haute tension Diodes zeners Résistances Et maintenant? Synthèse sur les alimentations Synthèse sur les cinq derniers chapitres Evolutions des amplificateurs de faible puissance 9.1 Conception assistée par ordinateur d un amplificateur à deux ECL Descriptif Performances Conclusion

5 Traité moderne des amplificateurs haute-fidélité à tubes Gérard Fiderspil et Gérard Lallié v e amplificateur, 10 W avec deux EL Descriptif Performances Conclusion e amplificateur, un paraphase qui marche et des tétrodes à faisceaux dirigés Descriptif Performances Conclusion e amplificateur, le Schmitt (enfin?) Descriptif Performances Conclusion Quels réglages? Equilibre des courants plaque du push-pull Ajustement fin de la tension grille/cathode Comment calculer le réseau de polarisation de Williamson? Ajustement fin de l équilibre dynamique du push-pull Méthode pratique pour les réglages en audiofréquences Synthèse Amplificateurs optimaux de grande puissance 10.1 Cahier des charges selon D.T.N. Williamson Conception d un amplificateur optimal de 20 W Cahier des charges Descriptif Résultats des essais Synthèse Retour sur les non-linéarités des étages de tension Considérations théoriques Validation expérimentale Retour sur les bandes passantes Notion d impédance de sortie symétrique Validation par les bandes passantes Synthèse importante Conception d un amplificateur optimal de 30/35 W Cahier des charges Descriptif Résultats des essais Compensation des non-linéarités d amplitude Retour sur les bandes passantes Conclusion Conception d un amplificateur optimal de 45 W Cahier des charges Descriptif Résultats des essais Conclusion Synthèse Amplificateurs à triodes 11.1 Critères de stabilité aux fréquences basses Présentation et première analyse Amplificateurs à deux constantes de temps, rappel théorique Amplificateurs à deux constantes de temps, étude et validation par la simulation Règles applicables aux amplificateurs à deux constantes de temps Amplificateurs à trois constantes de temps Règles applicables aux amplificateurs à trois constantes de temps Critères de stabilité aux fréquences élevées Rappels Critère théorique de stabilité et définitions Premier critère pratique de stabilité, marge de phase opérationnelle Comment stabiliser un amplificateur, réseau compensateur? Méthode pratique pour obtenir la bonne réponse aux signaux rectangulaires Second critère pratique de stabilité, réseau de contre-réaction Que faire de plus? Conclusion

6 vi Traité moderne des amplificateurs haute-fidélité à tubes Gérard Fiderspil et Gérard Lallié 11.3 Un autre aspect de la stabilité, la Distorsion d Intermodulation Transitoire Description Propositions d amélioration Et nos amplificateurs à tubes? Protection envers la distorsion d intermodulation transitoire Premier retour aux triodes, un amplificateur de 12 W à EL Conception générale Descriptif Résultats des essais Synthèse Second amplificateur à triodes, 25 W avec deux Conception générale Descriptif Résultats des essais Conclusion Synthèse Ultimes évolutions 12.1 Théorie du taux maximum de contre-réaction Théorèmes de la distorsion Amplificateur Mullard original, une contre validation? Théorie du fractionnement de la contre-réaction Ultime expérience préalable Principe fondateur du fractionnement de la contre-réaction Approche par la simulation informatique Une ultime réserve, la sensibilité aux perturbateurs ramenés par la haute tension Théorèmes de la contre-réaction Théorèmes de la bande passante Amplificateur de 30 W à 6L6GC en classe AB Introduction de la polarisation fixe Détermination des conditions de fonctionnement des 6L6GC Descriptif Résultats des essais Conclusion Amplificateur de 42 W à EL Conception générale Descriptif Résultats des essais Synthèse Amplificateur de 60 W à 6550 en classe AB Conception générale Descriptif Résultats des essais Conclusion Synthèse Epilogue Bibliographie Index