Choix des régulations

par Le Grincheux  

Lors d'un article précédent, j'ai présenté un circuit de régulation performant pour les différents filaments de chauffage. Chacune de ces cartes est capable de fournir 6,3V et 1,5A. Le refroidissement des composants de ces cartes, principalement des transistors de puissance se fait par convection naturelle.

Les doubles triodes peuvent être chauffées en 6,3V 300mA ou en 12,6V 150mA. Pour des raisons de symétrie et parce que rien n'assure que les filaments soient rigoureusement identiques, ils seront alimentés en 6,3V 300mA parfaitement régulés. Cette régulation permet d'assurer une durée de vie des tubes correcte et indépendante de la tension du secteur ainsi que d'éviter une ronflette à 50Hz.

En revenant au schéma de principe de l'amplificateur, un œil averti constatera d'une part que les deux canaux se partagent les tube V4 et V9, et d'autre part que les tensions de cathode de tous les tubes sont faibles à l'exception des tubes V9, V3B et V7B. Les tubes V3 et V7 sont disponibles chez JJ sous la référence ECC832. Mais la tension de cathode de leurs deux triodes est très différente (plus de 100V d'écart). Le schéma est donc remanié de la façon suivante :

  • V1, V2, V5 et V6 ne changent pas. Ces quatre tubes nécessitent 1,2A pour leurs filaments de chauffage. Les tensions de cathode de tous ces tubes étant inférieures à 2V, le point froid de la régulation des filaments sera fixé à 30V. Une carte de régulation est suffisante ;
  • V11, V12, V13 et V14 ne changent pas non plus. Ces quatre pentodes de puissante requièrent chacune 1,5A sous 6,3V. Les cathodes étant à une tension inférieure à 1V, il faut utiliser quatre cartes de régulation dont les points froids sont fixés à 30V ;
  • les parties gauches de V3 (V3A) et V7 (V7A) sont des demi-ECC83 qui ont intérêt à être couplées avec V4A et V4B. Leurs tensions de cathode sont identiques. De la même manière, les tensions de cathode des pentodes V8 et V10 sont du même ordre de grandeur.. Le chauffage de l'ensemble de ces tube demande ainsi 1A et une carte de régulation dont le point froid est fixé à 30V ;
  • V3B et V7B sont deux demi-ECC82 qui peuvent être couplées respectivement avec les inverseurs de phase V9A et V9B. Les tensions de cathode de ces deux tubes sont respectivement 115V et 72V. Une carte de régulation avec un point froid aux alentours de 130V suffit aux 600mA requis par les filaments.

Cette modification de la répartition des tubes permet d'une part d'assurer une polarisation positive à tous les filaments de chauffage ainsi qu'une totale isolation entre les deux canaux. Le prix à payer est la présence de sept cartes de régulation juste pour l'alimentation des filaments.

Dernière constatation : le push-pull de sortie est monté en mode pentode et non en configuration ultra-linéaire. Dans un tel cas, lorsque le signal demande à l'alimentation haute tension un fort courant comme lors d'un coup de grosse caisse, l'alimentation va bien entendu le lui donner. Or cette tension, prélevée après un simple filtrage en pi derrière la haute tension, va s'écrouler durant un bref laps de temps dépendant de la constante de temps de l'alimentation.

Comme les caractéristiques d'une pentode dépendent de la tension écran, la restitution sera moyenne. Il faut noter qu'il s'agit là de l'un des facteurs qui est responsable du son rond des tubes, souvent décrié par les défenseurs des transistors. À savoir : graves mal tenus et ampleur artificielle du son.

Un bon amplificateur à tubes n'est pourtant rien de tout cela. D'une part, les triodes (comme les 300B) n'ont pas ce problème, d'autre part, il est possible de réguler la tension de l'écran de manière indépendante de la haute tension d'anode des pentodes de pusisance. Sur une pentode, un écran régulé signifie une stabilité des caractéristiques du tube, ce qui se traduit par des attaques plus franches, une dynamique accrue et des graves beaucoup mieux tenus.

Ainsi, après avoir étudié une régulation pour les filaments de chauffage, il convient d'étudier des régulations pour la haute tension des push-pull d'EL34, une seconde régulation pour les tensions de grille écran de ces pentodes de puissance et une troisième régulation pour tous les autres tubes du montage. Naturellement, il faut ces trois régulations pour chacun des deux canaux.

Circuit imprimé du régulateur

par Le Grincheux  

Pour limiter les fuites magnétiques, le transformateur utilisé sera un tranformateur torique à un enroulement primaire et deux enroulements secondaires. Le schéma du circuit devient donc :

Fig. 1 : schéma utilisant un transformateur torique à deux enroulements secondaires. Le même en grand.

Il faut ajouter à ce schéma un connecteur de mise à la terre ainsi qu'un plan de masse et une mise à la terre unique de l'axe du transformateur. Le circuit imprimé correspondant à ce schéma devient :

Fig. 2 : PCB du régulateur des tensions de chauffage des filaments. Existe aussi en grand.

Réduction du bruit

par Le Grincheux  

L'alimentation régulée présentée hier fournit une tension régulée et filtrée de bonne qualité pour les filaments de chauffage. Néanmoins, l'ajout de condensateurs sur les diodes rapides de redressement et d'une bobine sans ferrite permet de supprimer toute ronflette qui pourrait être réinjectée sur les masses par le bruit de commutation des diodes.

Par ailleurs, ces alimentations sont commandées au travers de relais. L'ajout d'un condensateur au primaire du transformateur devrait éviter de trop forts arcs électriques lors de l'ouverture du circuit. Voici donc les circuits modifiés.

Fig. 1 : alimentation des filaments des tubes de basses puissances (en grand)


Fig. 2 : alimentation des filaments des tubes de puissance (en grand)

Régulation

par Le Grincheux  

Mon emploi du temps est assez chargé et je ne peux passer autant de temps que je le voudrais sur ce projet. Néanmoins, j'ai eu un peu de temps pour achever l'étude de la régulation des tensions des filaments de chauffages.

Afin d'assurer une différence de potentiel correcte entre les filaments et les cathodes, chaque filament, ou groupe de filaments, a sa propre alimentation. Cela implique un transformateur et une régulation par filament ou groupe de filaments.

Ces alimentations sont de deux types, 6,3V 300mA pour les étages d'entrée et 6,3V 1,5A pour les pentodes de sortie. Leur schéma électronique est le suivant :

Fig. 1 : schéma de principe d'une alimentation régulée pour filaments (en grand)

Dans ce schéma, le connecteur 1 est l'entrée 230V courant alternatif. La sortie régulée est le connecteur 3. Le connecteur 2 permet d'imposer un potentiel fixe par rapport à la cathode du tube au travers d'une résistance importante et le connecteur 4 permet à la carte de gestion des alimentations de savoir que la tension de chauffage est bien présente. Si cette tension n'est pas détectée et qu'une haute tension est appliquée sur les tubes, elle doit éteindre la haute tension et indiquer le dysfonctionnement. Nous y reviendrons.

Le principe de cette régulation est simple. Le courant, après être redressé et filtré par les quatre diodes et les deux condensateurs de filtrages passe dans un transistor de ballast monté en Darlington. Le montage Darlington est important pour que le courant de base du transistor Q2 soit négligeable devant le courant traversant R1. En temps normal, Q5 est bloqué.

La résistance R2 évite l'emballement thermique du transistor de ballast. Le transistor Q3 effectue une comparaison entre le potentiel de sa base, ajustable au travers de R5 (boucle de réaction) et la source de tension composée de Q4, Q6, D5, C3 et R7. Il n'est pas possible d'utiliser directement une diode Zener comme source de tension entre l'émetteur de Q3 et la masse. En effet, les tensions d'avalanche de ces petites diodes Zener (ici Vz est compris entre 3 et 4V) dépendent trop du courant traversant la diode pour obtenir une bonne régulation. Pour des diodes de 3V, j'ai mesuré des tensions Zener allant de 2,8V à 3,4V pour des polarisations entre 1mA et 10 mA. Cela fait tout de même beaucoup.

En revanche, en montant une diode Zener à la base d'un Darlington composé sur mon banc de test de deux 2N2907A, le courant de base de Q6 est quasi stable, ce qui stabilise de même la tension aux bornes de D5.

La cellule R6 et Q5 forme un limiteur de courant. Si le courant passant dans R6 provoque une différence de potentiel supérieure à la tension de déchet de la diode base-émetteur de Q5, celui-ci se met à conduire, écroulant du même coup la tension à la base de Q2 jusqu'à limiter le courant à une valeur fixée par R6.

Cette alimentation régulée vient de passer quelques jours d'epreuve en débitant ses 300mA dans une résistance de puissance. Muni d'un radiateur assez peu performant, le seul que j'avais sous la main, le ballast (un BD711 en boîtier TO220) doit être aux alentours de 45 à 50°C. Pas de quoi se brûler. Avec une sortie en court-circuit franc, il ne chauffe guère plus. Autant dire qu'avec un bon radiateur, cette alimentation sera parfaite pour ce que je vais lui demander.

Erratum

par Le Grincheux  

Personne n'a relevé l'erreur sur le schéma posté ici hier. Pourtant, une porte de l'entrée n'était pas utile. En voici une version un peu épurée.

Fig. 1 : existe aussi en grand

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