AMPLIFICATEUR HI-FI – PUSH-PULL CLASSE A de TRIODES - ECOUTE AU CASQUE
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n°363 de novembre 2011 sous le titre "Amplificateur HIFI - Push-Pull classe A de triodes"
Ce projet est la remise à plat du projet précédent.
Cet amplificateur « tout triodes » développe une puissance nominale de 2 x 3 watts sous 8 Ω.
Sa bande passante s’étend de 30 Hz à 20 kHz à – 1 dB, son taux de distorsion est inférieur à 1 %. La sortie haut-parleurs peut être commutée pour une parfaite écoute au casque. Sa consommation de l’ordre de 40 VA se révèle économique à l’usage.
Sa bande passante s’étend de 30 Hz à 20 kHz à – 1 dB, son taux de distorsion est inférieur à 1 %. La sortie haut-parleurs peut être commutée pour une parfaite écoute au casque. Sa consommation de l’ordre de 40 VA se révèle économique à l’usage.
LE SCHEMA
Il met en œuvre le concept élémentaire d’un push-pull piloté par un circuit déphaseur cathodyne.
LES TUBES CHOISIS
Le choix s’est porté sur deux valves de production courante : la ECC832 et la ECC99 qui sont deux créations récentes de la firme JJ Electronics.
La ECC832 est une double triode asymétrique dédicacée au déphaseur cathodyne.
Pour faire simple : la première triode (broches 1-2-3) est équivalente à la ECC82 et la deuxième (broches 6-7-8) est équivalente à une ECC83.
Ce tube permet donc d’associer un bon facteur d’amplification (µ=100) au pilotage à basse impédance d’un étage push-pull. Le tube 12DW7 présente les mêmes caractéristiques et peut s’y substituer.
Le choix s’est porté sur deux valves de production courante : la ECC832 et la ECC99 qui sont deux créations récentes de la firme JJ Electronics.
La ECC832 est une double triode asymétrique dédicacée au déphaseur cathodyne.
Pour faire simple : la première triode (broches 1-2-3) est équivalente à la ECC82 et la deuxième (broches 6-7-8) est équivalente à une ECC83.
Ce tube permet donc d’associer un bon facteur d’amplification (µ=100) au pilotage à basse impédance d’un étage push-pull. Le tube 12DW7 présente les mêmes caractéristiques et peut s’y substituer.
Les broches 4, 5 et 9 permettent l’alimentation en série ou en parallèle des deux filaments, soit 6,3 V sous 300 mA ou 12,6 V sous 150 mA.
Des essais réalisés avec des ECC83 sans modification de circuit donnent des résultats équivalents.
Des essais réalisés avec des ECC83 sans modification de circuit donnent des résultats équivalents.
La ECC99 est une double triode symétrique de dissipation anodique de 5 W par élément.
Elle est dédicacée au pilotage en courant des étages de puissance (Ik max = 60 mA). Utilisée en push-pull, elle peut délivrer 3 W audio à 1% de DHT. Toutefois nous limiterons ici la puissance de chaque anode à 3 W.
Les broches 4, 5 et 9 permettent l’alimentation en série ou en parallèle des deux filaments (12,6 V / 400 mA ou 6,3 V / 800 mA).
Photo de la ECC99.
Elle est dédicacée au pilotage en courant des étages de puissance (Ik max = 60 mA). Utilisée en push-pull, elle peut délivrer 3 W audio à 1% de DHT. Toutefois nous limiterons ici la puissance de chaque anode à 3 W.
Les broches 4, 5 et 9 permettent l’alimentation en série ou en parallèle des deux filaments (12,6 V / 400 mA ou 6,3 V / 800 mA).
Photo de la ECC99.
L'amplificateur
Pour des raisons de stabilité, les deux triodes ECC832 sont couplées par des capacités et polarisées par des tensions fixes issues d’un pont diviseur (R91, R92, R93) respectivement à +30 et +95 Vdc. Ceci évite les dérives du point de fonctionnement. C’est impératif pour conserver les spécifications de départ dans le temps.
Le gain de la première triode V1B s’élève à 37 dB hors contre-réaction.
Les deux cathodes du push-pull ECC99 sont reliées par deux résistances de 10 Ω / 1% afin de pouvoir équilibrer les courants d’anode.
Cet équilibrage est obtenu par les potentiomètres P1 & P2 qui polarisent les grilles à + 4 Vdc en leur position médiane si les deux sections de l’ECC99 sont appairées (on peut encore rêver…). Une différence de 10 mV entre cathodes correspond à une dé-balance de 1 mA.
Le courant d’anode s’élève 10,5 mA, ce qui sous les 300 V de Vak nous donne une dissipation de 3,15 W par section. Le tube ne sera pas utilisé au maximum de sa puissance afin d’allonger sa durée de vie.
L’impédance Zaa du transfo est de 14 kΩ pour 8 Ω aux broches B-D.
Le gain de la première triode V1B s’élève à 37 dB hors contre-réaction.
Les deux cathodes du push-pull ECC99 sont reliées par deux résistances de 10 Ω / 1% afin de pouvoir équilibrer les courants d’anode.
Cet équilibrage est obtenu par les potentiomètres P1 & P2 qui polarisent les grilles à + 4 Vdc en leur position médiane si les deux sections de l’ECC99 sont appairées (on peut encore rêver…). Une différence de 10 mV entre cathodes correspond à une dé-balance de 1 mA.
Le courant d’anode s’élève 10,5 mA, ce qui sous les 300 V de Vak nous donne une dissipation de 3,15 W par section. Le tube ne sera pas utilisé au maximum de sa puissance afin d’allonger sa durée de vie.
L’impédance Zaa du transfo est de 14 kΩ pour 8 Ω aux broches B-D.
Ce transfo très économique est fabriqué par la firme anglaise OEP (réf. N35A002F) et disponible chez « RS-Particuliers » sous le code : 210-6475.
Le signal prélevé à la broche D du transformateur est réinjecté dans le circuit de cathode de la triode d’entrée par le pont diviseur R13-R7. Le taux de contre-réaction est de 14 dB.
Pour l’écoute au casque, il doit être possible de couper les haut-parleurs. C’est la fonction de l’inverseur S60 qui commute une résistance de 8,2 Ω. Ceci permet de conserver la valeur Zaa=14 kΩ de charge des anodes en l’absence de la charge du haut-parleur.
Le signal prélevé à la broche D du transformateur est réinjecté dans le circuit de cathode de la triode d’entrée par le pont diviseur R13-R7. Le taux de contre-réaction est de 14 dB.
Pour l’écoute au casque, il doit être possible de couper les haut-parleurs. C’est la fonction de l’inverseur S60 qui commute une résistance de 8,2 Ω. Ceci permet de conserver la valeur Zaa=14 kΩ de charge des anodes en l’absence de la charge du haut-parleur.
L’impédance des casques n’est pas vraiment normalisée. Nous trouvons sur le marché des casques de 8, 32, 64, 300 et même 600 Ω, ce qui nous oblige à avoir à disposition pour une même puissance, des tensions assez différentes: 100 mW dans 8 Ω ne demande que 0,9 Vac alors que 100 mW dans 600 Ω exige 7,7 Vac.
Pour les impédances inférieures à 100 Ω, nous prélèverons le signal sur la broche A du transformateur. Pour les impédances de 300 et 600 Ω, nous prélèverons le signal sur la broche D du haut-parleur.
Les VU-mètres disponibles chez Selectronic sous la référence 11.0825 sont pilotés par le circuit redresseur D1-R11-C3.
Les VU-mètres disponibles chez Selectronic sous la référence 11.0825 sont pilotés par le circuit redresseur D1-R11-C3.
L'alimentation
Schéma
Le transformateur torique a l’avantage de ne prendre que 35 mm en hauteur, de plus son rayonnement magnétique est insignifiant. Il propose au secondaire une tension de 230 Vac pour la HT et de 6,3 Vac pour le chauffage des filaments. Le troisième secondaire de 20 Vac n’est pas utilisé. Il est disponible de stock sous la référence TRA801 chez « Wuesten » en Allemagne.
La tension redressée de 345 V s’obtient avec une tension primaire de 230 Vac, mais elle variera avec les aléas du secteur. La stabilisation de la tension est réalisée par l’action des transistors Q80 et Q81. Le transistor Q80 est monté en source de courant.
La tension stabilisée de 10 Vdc développée aux bornes de R83 (10 kΩ -1%) induit un courant stabilisé de 1 mA via le collecteur. Ce courant constant de 1 mA développe une tension stable de 320 V fixée par les résistances R81, R82 et P80.
La tension redressée de 345 V s’obtient avec une tension primaire de 230 Vac, mais elle variera avec les aléas du secteur. La stabilisation de la tension est réalisée par l’action des transistors Q80 et Q81. Le transistor Q80 est monté en source de courant.
La tension stabilisée de 10 Vdc développée aux bornes de R83 (10 kΩ -1%) induit un courant stabilisé de 1 mA via le collecteur. Ce courant constant de 1 mA développe une tension stable de 320 V fixée par les résistances R81, R82 et P80.
Le résidu alternatif est encore filtré par la cellule R84-C82 dont la constante de temps s’élève à 5 secondes.
L’impédance interne de l’alimentation est inférieure à 10 Ω, ce qui garantit la stabilité des circuits en aval.
L’impédance interne de l’alimentation est inférieure à 10 Ω, ce qui garantit la stabilité des circuits en aval.
L’ondulation résiduelle pour un courant de 47 mA est de 8 Vpp sur C80, de 500 µVac en sortie HT.
Les tubes sont tous alimentés en 6,3 Vac. Comme le secondaire du transformateur est prévu pour débiter 4 A, la tension monte à 7,5 Vac et les résistances Rf1 à Rf4 la font retomber à 6,3 Vac. Pour prévenir les ronflettes dues à l’influence thermoïonique du filament vers cathode de la triode d’entrée V1B, ils sont polarisés à +50 Vdc.
Cette influence reste toutefois minime, parce que la cathode est shuntée à la masse par un condensateur, de plus la contre-réaction écrase cette influence parasite. Mais l’écoute au casque ne pardonne aucun bruit, et si nous voulons au minimum 80 dB de rapport S/B avec 1 Vac sur 8 Ω, le ronflement résiduel rapporté à l’entrée doit être inférieur à 100 µV !
Les tubes sont tous alimentés en 6,3 Vac. Comme le secondaire du transformateur est prévu pour débiter 4 A, la tension monte à 7,5 Vac et les résistances Rf1 à Rf4 la font retomber à 6,3 Vac. Pour prévenir les ronflettes dues à l’influence thermoïonique du filament vers cathode de la triode d’entrée V1B, ils sont polarisés à +50 Vdc.
Cette influence reste toutefois minime, parce que la cathode est shuntée à la masse par un condensateur, de plus la contre-réaction écrase cette influence parasite. Mais l’écoute au casque ne pardonne aucun bruit, et si nous voulons au minimum 80 dB de rapport S/B avec 1 Vac sur 8 Ω, le ronflement résiduel rapporté à l’entrée doit être inférieur à 100 µV !
L’amplificateur est protégé par un fusible lent de 315 mA en entrée secteur, par un fusible rapide de 100 mA sur les tubes de sortie.
MISE EN ŒUVRE
La mécanique
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées.
Les photo C et figure 5 (vue de dessous) sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Le boîtier est le même que celui du préamplificateur RIAA du n° 359. Il est disponible chez « RS-Particuliers » sous le code: 754-5967. Les faces font 65x300 mm, la profondeur 280 mm.
Les pieds fournis ne permettent pas une ventilation suffisante pour des appareils à tubes. Nous utilisons ici des bouchons d’arrêt de porte disponibles dans les rayons bricolage. L’appareil est ainsi surélevé de 20 mm.
Nous veillerons d’ailleurs en utilisation à ne rien déposer sur les orifices de ventilation.
Au montage final (pour le nouveau boîtier 754-5967), les profilés sont fixés directement sur les cornières latérales et les 2 cartes seront maintenues par des entretoises M-F M3 de 5 mm (figure 4).
Une tôle de fer zinguée recevra les trois transformateurs, le tout est fixé d’équerre sur deux profilés aluminium de 10x10x1,5 mm.
La face avant est fabriquée par la firme « Schaeffer ». Le passage du potentiomètre fixe le positionnement latéral de la carte sur les profilés ainsi que les positionnements du socle RCA et du transistor ballast sur le panneau arrière.
Le transistor ballast Q81 est monté de manière à pouvoir être fixé sur une plaque d’aluminium de 2 mm de 100 x 60 mm placée contre le panneau arrière. Le trou de fixation doit être à 20 mm au-dessus de la carte, et la semelle de refroidissement aligné sur le bord de celle-ci.
Avec la carte bien positionnée par rapport à la face avant, marquer et percer avec précision la plaque de refroidissement et le panneau arrière ainsi que le positionnement du socle RCA.
Photo de l’arrière, plan de l’arrière.
La carte ne doit être assemblée qu’après avoir effectué les divers perçages et s’être assuré que tous les éléments trouvent bien leur place.
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant des cartes non montées.
Les photo C et figure 5 (vue de dessous) sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
Le boîtier est le même que celui du préamplificateur RIAA du n° 359. Il est disponible chez « RS-Particuliers » sous le code: 754-5967. Les faces font 65x300 mm, la profondeur 280 mm.
Les pieds fournis ne permettent pas une ventilation suffisante pour des appareils à tubes. Nous utilisons ici des bouchons d’arrêt de porte disponibles dans les rayons bricolage. L’appareil est ainsi surélevé de 20 mm.
Nous veillerons d’ailleurs en utilisation à ne rien déposer sur les orifices de ventilation.
Au montage final (pour le nouveau boîtier 754-5967), les profilés sont fixés directement sur les cornières latérales et les 2 cartes seront maintenues par des entretoises M-F M3 de 5 mm (figure 4).
Une tôle de fer zinguée recevra les trois transformateurs, le tout est fixé d’équerre sur deux profilés aluminium de 10x10x1,5 mm.
La face avant est fabriquée par la firme « Schaeffer ». Le passage du potentiomètre fixe le positionnement latéral de la carte sur les profilés ainsi que les positionnements du socle RCA et du transistor ballast sur le panneau arrière.
Le transistor ballast Q81 est monté de manière à pouvoir être fixé sur une plaque d’aluminium de 2 mm de 100 x 60 mm placée contre le panneau arrière. Le trou de fixation doit être à 20 mm au-dessus de la carte, et la semelle de refroidissement aligné sur le bord de celle-ci.
Avec la carte bien positionnée par rapport à la face avant, marquer et percer avec précision la plaque de refroidissement et le panneau arrière ainsi que le positionnement du socle RCA.
Photo de l’arrière, plan de l’arrière.
La carte ne doit être assemblée qu’après avoir effectué les divers perçages et s’être assuré que tous les éléments trouvent bien leur place.
Les circuits imprimés
La carte de base mesure 175x150 mm , Typon, photo, Implantation des composants.
La carte de base mesure 175x150 mm , Typon, photo, Implantation des composants.
Avant toute opération nous vérifierons que les quatre trous de ventilation situés sous les ECC832 sont bien présents.
Nous placerons ensuite les 15 picots de 1,3 mm situés du côté composants et les 8 picots de raccordement des ECC99 du côté cuivre. Ces derniers doivent être coupés à raz pour ne pas blesser les résistances.
Suivront ensuite les 8 pontages. Le placement du reste des composants ne présente pas de difficulté, nous terminerons par le placement du potentiomètre de volume. La résistance R80 de 150 kΩ est montée en hauteur.
Nous placerons ensuite les 15 picots de 1,3 mm situés du côté composants et les 8 picots de raccordement des ECC99 du côté cuivre. Ces derniers doivent être coupés à raz pour ne pas blesser les résistances.
Suivront ensuite les 8 pontages. Le placement du reste des composants ne présente pas de difficulté, nous terminerons par le placement du potentiomètre de volume. La résistance R80 de 150 kΩ est montée en hauteur.
La carte ECC832 mesure 85x35 mm. Typon, Implantation des composants. Souder d’abord 13 fils rigides qui pliés vers le bas seront insérés dans la carte de base. Les couper ensuite à une longueur de 1 cm. Suivront les deux picots 1,3 mm et les deux supports noval. Les résistances Rf de 2 Ω sont soudées du côté cuivre.
La carte ECC99 mesure 99x55 mm. Typon, Implantation des composants Elle reçoit et distribue les 6,3 Vac vers la carte ECC832 et l’éclairage des VU-mètres. Insérer et souder en premier lieu les 18 picots 1,3 mm. Les deux résistances Rf sont soudées côté cuivre.
Les masses
L’ensemble des circuits est flottant. A l’aide d’un ohmmètre s’assurer qu’il en est bien ainsi. Les entretoises de fixation de la carte de base sont en nylon et le trou est dégagé du cuivre à l’aide d’un foret de 6 mm.
La mise à la masse du châssis se fait en un seul point de la carte de base près du connecteur d’entrée.
Une vis auto-taraudeuse assure le contact électrique avec côté du châssis.
Le connecteur pour la fiche stéréo du casque est un modèle à masse isolée.
L’ensemble des circuits est flottant. A l’aide d’un ohmmètre s’assurer qu’il en est bien ainsi. Les entretoises de fixation de la carte de base sont en nylon et le trou est dégagé du cuivre à l’aide d’un foret de 6 mm.
La mise à la masse du châssis se fait en un seul point de la carte de base près du connecteur d’entrée.
Une vis auto-taraudeuse assure le contact électrique avec côté du châssis.
Le connecteur pour la fiche stéréo du casque est un modèle à masse isolée.
MISE SOUS TENSION
Les potentiomètres sont positionnés à mi-course. La première mise sous tension se fait sans les tubes de préférence à l’aide d’un auto-transformateur. Vérifier la montée progressive des tensions jusqu’à obtenir les 6,3 Vac de chauffage - qui font 7,5 Vac sans les tubes - et les 320 Vdc de HT.
Vérifier les tensions de polarisation de 30 et 95 Vdc aux jonctions R91-R92 et R91-R93.
Couper l’alimentation et laisser décharger la HT. Mettre en place les tubes, brancher un voltmètre entre les deux cathodes de V3 sur R35-R37 et V4 sur R36-R38 et remettre sous tension. Ajuster P3 et P4 pour une tension nulle, attendre quelques minutes et réajuster.
Vérifier les tensions de polarisation de 30 et 95 Vdc aux jonctions R91-R92 et R91-R93.
Couper l’alimentation et laisser décharger la HT. Mettre en place les tubes, brancher un voltmètre entre les deux cathodes de V3 sur R35-R37 et V4 sur R36-R38 et remettre sous tension. Ajuster P3 et P4 pour une tension nulle, attendre quelques minutes et réajuster.
QUELQUES MESURES
La figure 13 présente la réponse aux signaux carrés. Le temps de montée est volontairement limité à 12 µSec par l’action de C21 et de la cellule R49-C23 afin d’éliminer la distorsion transitoire caractéristique des circuits de contre-réaction. La fréquence de coupure audio reste néanmoins irréprochable : 20 kHz à – 1 dB
Les figure 14 et figure 15 montrent la répartition spectrale de la distorsion et son évolution en fonction de la puissance.
La mesure au distorsiomètre à 1 kHz à – 1 dB nominal ou 2,5 W donne 0,7 %.
La mesure du bruit résiduel est inférieure à 50 µV-Lin et 15 µV-A. Voilà qui nous garantit un silence supérieur à 90 dB-Lin. L’écoute au casque est rigoureusement exempte de bruit. L’amplificateur fonctionne en classe A jusque 2,5 W et en AB1 au-delà..
En figure 16 vous trouverez les caractéristiques techniques relevées sur notre prototype.
Les figure 14 et figure 15 montrent la répartition spectrale de la distorsion et son évolution en fonction de la puissance.
La mesure au distorsiomètre à 1 kHz à – 1 dB nominal ou 2,5 W donne 0,7 %.
La mesure du bruit résiduel est inférieure à 50 µV-Lin et 15 µV-A. Voilà qui nous garantit un silence supérieur à 90 dB-Lin. L’écoute au casque est rigoureusement exempte de bruit. L’amplificateur fonctionne en classe A jusque 2,5 W et en AB1 au-delà..
En figure 16 vous trouverez les caractéristiques techniques relevées sur notre prototype.
CONCLUSION
Probablement la puissance de 2 x 3 Watts vous semblera insuffisante. Détrompez-vous, une écoute confortable dans une pièce de séjour dépasse rarement 1 W efficace. D’ailleurs une puissance supérieure devient rapidement insupportable … si nous avons des facultés auditives normales. Cet amplificateur se révèle à l’usage très agréable, produisant un son sans coloration ni agressivité. Il restitue le message musical impeccablement sans oublier les plus infimes détails. La puissance apparente et la musicalité ont séduit voir bluffé les auditeurs les plus exigeants.
Besoin d’un complément d’information ?
Envoyez un courriel à l'adresse: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
- End of text -
Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des Tubes
12DW7 - ECC832
12DW7 Electronska Industrija Yugo