association française des arts et techniques du son
A.R.T.S.

 

 

 

 Les amplificateur OTL à tubes sont aussi fascinants que dangereux pour nos chères enceintes. Voici la traduction d'un article d'Alan Kimmel paru initialement dans Glass Audio et repris en V.O. sur le site OTL Amp. Ceux qui ne s'intéressent pas particulièrement à ce type d'ampli trouverons tout de même au chapitre construction une méthode simple pour polariser les transformateurs d'alimentation . Autre astuce : le circuit stand-by/mute qui agit également sur la polarisation des tubes finaux afin de diminuer leur courant de repos en l'absence de signal

Franck

 

Un ampli OTL avec des tubes de Balayage Par Alan Kimmel

  Nous savons tous que les amplificateurs à tubes sonnent bien, souvent mieux que leurs homologues à transistors dépourvus de transformateurs de sortie. Mais il est aussi possible de construire des amplificateurs à Tubes OTL (Output Transformer Less / sans transformateur de sortie), et ceux-ci peuvent aussi sonner fort bien. Si vous possédez des enceintes à faible rendement vous ne pouvez rester indifférent à ce projet.

Le plus ancien amplificateur OTL commercial à été construit par la Stephen Manufacturing Company, il utilisait des tubes 2A3 et sa mise en œuvre nécessitait un haut-parleur spécial de 500 ohm d'impédance Bien que louable cette tentative ne peut être comparée aux OTL modernes capables d'alimenter des charges de 8 , gageure pour ce type d'ampli. En effet les tubes n'ont pas été conçus pour des charges aussi basses : c'est théoriquement impossible. Mais les bons OTL passent outre et de belle manière. Voilà ce qui les rend magique :

  Les plus fameux OTL furent produit par le brillant Julius Futterman . Il élabora de nombreux prototypes capables de travailler sous 8 ohm .Plus tard des fabricants comme New York Audio Labs ou Fourier Components ont fabriqué des OTL inspirés de ses schémas. Il y aura sans doute toujours des firmes pour porter la flamme des créations Futterman .Actuellement les plus connus des OTL sont ceux de la marque Atma-Sphere La première à commercialiser des OTL faisant usage d'un étage de sortie de type Circlotron L'avantage de ce type d'étage étant ces capacités d'auto-équilibrage, qui permettent d'éliminer le risque de passage de courant continu dans la bobine mobile du Haut-parleur

PROJET

  En premier lieu j'ai recherché les tubes les plus adaptés à cette tache. Les travaux de Julius Futterman m'ont orientés vers les tubes utilisés pour le balayage ligne T.V.. Mon choix c'est porté sur les 6LF6. Une autre possibilité était la triode 6AS7/6080,mais elle ne supporte pas la comparaison en terme de puissance et de rendement J'aurai sans doute obtenu des résultats comparables avec un nombre suffisant de 6AS7, mais je ne voulais pas utiliser un " zillion " de tubes, (le courant de chauffage de chaque 6AS7 étant de 2 A). Les tubes de balayage fonctionnent avec des potentiels de grille écran assez bas 150V suffisent à la plupart de ces tubes. J Futterman obtenait le meilleur rendement des 6LF6 en approchant de la tension limite des grilles écran (environ 270V). A un moment j'ai été tenté de faire usage du petit tube 6SN6 à la place du 6LF6.Theoriquement j'obtenais environ 1/3 de la puissance avec une impédance de sortie un peu plus élevée, mais, bon… Quand j'ai construit cet OTL il y a quelques années les 6LF6 étaient disponibles. Ces tubes fonctionnaient à merveille, mais ils sont devenus trop rares ; et chers. Je les ai donc remplacés par des 6GK6. De caractéristiques assez proches des 6LF6 elles diffèrent au premier abord par leurs embases MAGNOVAL 9 broches. Les 6GK6 sont actuellement disponibles chez 2 fabricants E.I. et SVETLANA. J'utilise des EL509/6KG6 Svetlana, en Russie les 6KG6 portent aussi la référence 6P45S.Je n'ai pas essayé les E.I. EL519/6KG6 sur ce projet mais l'expérience que je possède de ces tubes me laisse augurer un tout aussi bon résultat.

  Ma tâche suivante fut la recherche du meilleur type de circuit .Comme d'habitude j'ai voulu innover pourquoi refaire ce qui existe déjà ? Je voulais un OTL qui ait un très bon rendement et de très bonnes performances, auto-équilibré, acceptant des entrées symétriques et as symétriques, et, par-dessus tout d'une fidélité sans compromis. J'étais sure que l'étage de sortie serait une sorte de cathode follower pour avoir les meilleures chances d'alimenter directement un haut-parleur standard de 8 ohm. J'admire le travail de pionnier de J Futterman, son circuit de prédilection fut le " totem pole ", mais j'ai choisi le circuit appelé " Wiggins Circlotron " du nom de son créateur A.M. Wiggins, qui a toujours eut ma préférence pour les étages de sortie. (voir " New Amplifier has Bridge-Circuit Output " de D.J. Tomcik et A.M. Wiggins , AUDIO , nov. 1954, p 17 ).De plus tous les OTL réputés qui l'utilisent sonnent bien et ont de bonnes performances aux mesures.

  En premier lieu j'ai voulu utiliser les tubes en mode penthode en alimentant les écrans avec une alimentation continue asservie aux cathodes. Mais il faudrait peut être une tension d'écran sensiblement supérieure pour avoir une bonne efficacité. J'ai donc choisi, de moduler les tubes d'une manière plus efficace : l'alimentation des grilles écran est modulée par le même signal que les grilles de commande. Cela augmente l'efficacité, transformant l'étage de sortie en " Super" Cathode Follower. Vous pouvez aussi l'appeler " Augmented Mode" (A.M.).L'A.M. procure une très bonne efficacité pour une tension d'écran relativement basse soit 225VDC. Pour finir j'ai donc choisi un étage " Circlotron" équipé de pentode de balayage en cathode follower opérant en " Augmented Mode ". Les tubes de sortie, dissipant 1/3 de leur puissance maximum, travaillent avec une bonne marge de sécurité mais, aussi, avec une bonne efficacité. Leur vie peut encore être allongée par l'utilisation du commutateur "MUTE": Tout en coupant le signal, ce commutateur augmente la polarisation négative des tubes de puissance réduisant le courant de cathode a une fraction du courant de repos normal. C'est en fait une fonction MUTE / STAND BY. Je pense que tous les amplificateurs devraient être dotés d'une telle fonction. ( Le Stand-By peut-être de type automatique : après un temps prédéterminé sans signal un petit circuit active le mode Stand-By.) La fonction MUTE est très pratique pour les manipulations des câbles d'entrées alors que l'amplificateur est allumé, évitant ainsi les extinctions / allumages successifs .Comme le shunt n'est pas sur le trajet du signal il n'engendre pas de bruit parasite.

  Il a fallu ensuite déterminer les meilleurs étages d'entrée et driver. Je souhaitais avoir la possibilité d'utiliser des entrées symétriques et assymétriques. L'étage d'entrée est un Mu Follower qui peut accepter les deux types d'entrée. Presque toutes les doubles triodes pouvant accepter quelques mA peuvent faire l'affaire pour V1. Je recommande la 6SN7 ( mon prototype est équipé d'une 12AU7 ). Bien que ce ne soit pas indispensable il est recommandé de chauffer V1 en courant continu. Pour la pentode supérieure j'ai choisi une triode / pentode 6U8, la partie triode servant d'inverseur de phase. Je voulais un inverseur de phase dont balance ne change jamais car un déséquilibre des tensions internes peut provoquer l'apparition d'une petite tension continue d'offset en sortie. Ce problème est apparu avec tous les autres inverseurs que j'ai essayés l'effet était inaudible mais il restait toujours un petit courant continu aux bornes du HP. Ne restait donc que le cathodyne (incidemment l'inverseur préféré de J. Futterman !) : sa balance en alternatif n'est déterminée que par la valeur des résistances de plaque et de cathode, quel que soit le gain du tube, son age, ou quoique soit d'autre. Un autre avantage si l'entrée symétrique n'est pas parfaitement symétrique, cela n'a aucune répercussion sur l'équilibre AC interne. Certains pensent que cet inverseur souffre d'un déséquilibre dans les hautes fréquences, ce n'est pas tout à fait vrai si les impédances de charges restent égales en même temps sur les deux branches. En effet le courant qui traverse la cathode et la plaque est le même (ce qui n'est vrai que dans cet inverseur ), les performances de chaque sortie doivent donc être identiques. Les déséquilibres mesurés aux hautes fréquences tenant plus variations d'impédance d'entrée de l'étage suivant. Pour une défense plus détaillée du Cathodyne voir " notes on the cathodyne phase splitter " de A. preisman , Audio , Avril1960 et " choosing the phase inverter " par N.H. Crowhurst , Radio-Electronics , août 1957 *. A propos des amplificateurs contre-réactionnés : l'association transformateur de sortie et contre-réaction peut être problématique à cause des rotations de phase aux deux extrémités de la bande passante dues au transformateur. Même sans transformateur de sortie la contre réaction n'est pas toujours la panacée, certains ont fait remarquer que les amplificateurs " Solid-State " certes contre réactionné mais sans transformateur de sortie ont parfois un son dur et déplaisant. Je répondrais ceci: le gain typique en boucle ouverte des ampli. à transistors est énorme c'est surtout pour cela qu'ils sonnent ainsi. Ces points ne sont pas à redouter sur un OTL son gain en boucle ouverte est bien moindre. Au demeurant, comme l'a démontré J. Futterman les OTL peuvent fort bien se passer de contre réaction.

  Après les étages d'entrée j'avais besoin d'un étage driver capable, en plus d'un bon gain en boucle ouverte, de délivrer une tension de crête à crête importante nécessaire à l'attaque des tubes de sortie. J'ai voulu que l'étage de sortie soit contre-réactionné. L'étage de sortie idéal devrait être à tension constante, soit d'impédance la plus basse possible, pour procurer le meilleur amortissement possible au haut-parleur. Dans cet OTL l'étage de sortie est composé d'une paire de " Buffers " chacun piloté par un ampli différentiel (V3&V4 respectivement) Le signal est appliqué à l'entrée non-inverseuse, et une contre-réaction totale est appliquée à l'entée inverseuse. L'ensemble V3 / V4 constitue un dispositif également appelé compresseur de phase qui à pour objectif de réduire l'impédance de l'étage ainsi que son bruit. (Pour plus de détails sur " the phase compressor " voir Langford-Smith's Radiotron Designer's Handbook, p528 ).La tension d'alimentation de V3b, V4b, V5 et V6 est issue de l'alimentation flottante, le montage en " boot-strap "** doit permettre à cet étage les fortes excursions crête à crête qui lui son demandé. Les tubes suivants, montés en Cathode Follower, V5 et V6, pilotent les tubes de sortie. Pour obtenir la puissance maxi ils doivent pouvoir alimenter les grilles à des tensions positives où apparaît un courant de grille. Ceci requière l'usage d'un C. F. en couplage directe. Pour cet étage nous aurons besoin d'une paire de triode, ayant de bonnes capacités en courant, possédant la plus grande pente possible, et acceptant une tension d'anode de 300V. Une paire de 5687 donne d'excellents résultats, une paire de 7119 aussi. Actuellement, une seule 5687 suffit. (si vous utilisez un seul tube vous devez utiliser une alimentation flottante séparée pour ce tube ) La plaque de cette triode suit sa cathode, comme dans une pentode l'écran suit la cathode, de fait, cette triode en C.F. se conduit comme une pentode en C.F. A propos du courant de grille : la possibilité d'un courant de grille limite de fait la valeur des résistances d'arrêt une trop forte valeur limiterait trop ce courant ; pour la plupart des tubes (excepté ceux justement nommés " zero-bias ") une valeur de150 ohm me semble un bon compromis. La figure 1 donne le schéma de l'amplificateur. La figure 2 celui d'une alimentation flottante La figure 3 celui de l'alimentation des étages d'entrée La figure 5 un dispositif permettant d'indiquer la mise en Stand-by / Mute La tension de polarisation est dérivée simultanément des sources régulée et filtrée, formant une polarisation semi-régulée. Si elle était régulée à 100% le courant des tubes de sortie suivrait les variations du secteur. Si elle n'était pas régulée du tout le même phénomène se produirait mais en inversion de phase. Une situation sans doute rencontrée sur de nombreux amplificateurs à tubes. La solution retenue maintient le courant de sortie dans une marge raisonnable quelles que soient les variations du secteur.

CONSTRUCTION

  Chaque bloc mono est construit en deux châssis un pour l'amplificateur l'autre pour son alimentation. Cette technique, déjà utilisée aux premiers temps de l'audio, est certainement la meilleure. Cette pratique minimise le bruit et rend plus facile la construction et le transport. Utilisez des connecteurs pour relier les deux blocs ; pour plus de sécurité utilisez des embases femelles sur le châssis d'alimentation et mâle sur l'ampli. Utilisez un model fort courant pour la partie puissance et chauffage, un model plus petit.suffira pour les autres tensions. De nombreux condensateurs sont montés sur le châssis de l'amplificateur c'est ce qu'indique la ligne pointillée du schéma L'alimentation flottante (fig. 3) est à réaliser en deux exemplaires. Chaque enroulement 130V provient d'un transformateur d'isolement ils peuvent fournir un courant de 3A(une valeur supérieure conviendra évidemment). Je pense qu'un transformateur possédant 2 enroulements 130V / 3A par bloc ne serait pas mal non plus. Après redressement et filtrage du 130V~ on obtient une tension continue de +180V sur les plaques des tubes de sortie. Du fait du principe de fonctionnement du " circlotron " il est souhaitable que le transformateur possède une faible capacité parasite primaire / secondaire. Mais sa faible impédance de sortie rend possible l'utilisation d'un transformateur d'isolation ordinaire. La tension B+ de chaque alimentation des écrans est obtenue grâce à un doubleur de tension et est référencée à la tension de plaque correspondante. Les deux alimentations d'écrans pourraient être réalisées séparément, mais j'ai trouvé cette méthode plus économique. Le circuit de commande de la tension d'écran doit être monté sur un dissipateur de grande dimension ils dissipent en effet beaucoup de puissance. J'ai choisi l' IRF 710 pour sa faible capacité d'entrée (Ciss), mais tout transistor à faible Ciss en boîtier TO3 ou TO247 conviendra. Je recommande l'usage d'un fusible retardé de 7 à 8A par bloc plus un petit fusible 0,75 à 1A pour l'alimentation des étages d'entrée.

Les enroulements primaires des transformateurs peuvent être polarisés comme suit :

Les bénéfices de la polarisation des transformateurs sont de deux ordres :

  En plus du raccordement des primaires comme expliqué précédemment, j'ai placé une résistance de 470Kohm entre la terre du secteur et la masse du châssis Je recommande d'espacer les embases MAGNOVAL de 3inch( 7,6cm) environ pour permettre un bon refroidissement. Notez que les broches des supports MAGNOVAL sont plus grosses que les classiques NOVAL. Ces supports étant en céramique ils doivent être montés avec précaution, je les ai montés en insérant de fines rondelles plastiques entre le châssis et le support ainsi qu'entre le support et la tête de vis. (préférez des vis à tête plate et large).La connexion aux anodes s'effectue à l'aide de clips ¼ inch, c'est la plus petite taille, aussi utilisée sur les 6J7 et 6K7.Une autre possibilité est d'utiliser le clip d'un porte fusible ou même de souder directement sur le tube(celui n' est alors plus sous garantie).Le plus important est le bon isolement de connexion.

IL EST VIVEMENT CONSEILLE D INSERER UN FUSIBLE RAPIDE EN SERIE SUR LA SORTIE H.P.

  Ce prototype est sûr et fiable mais un fusible ajoute encore une marge de sécurité. Une autre sécurité provient des petites résistances 150 1/4W qui relient les grilles surppresseuse de chaque tube de puissance : elles font office de fusible en cas de court-circuit entre la grille de commande et la plaque, les tubes de balayage étant plus sujets que les autres à ce type de d'incident. Ces résistances sont annotées " ss " (" short-stoppers ") ne modifiez donc pas leur puissance. Une solution plus élégante est d'utiliser des thermistors à coefficient de température positif, aussi appelés fusibles auto-réarmables. Toutefois la fiabilité des 6GK6 ne rend pas indispensable de tels dispositifs. De par la présence d'un seul réglage de polarisation l'usage de tubes appareillés est indispensable (au moins par 4)

REGLAGE ET MISE EN ROUTE

  Si une plus large plage de réglage est nécessaire pour la polarisation correcte des tubes de puissance, vous pouvez modifier la valeur de la résistance de 62k (fig.2), une valeur plus élevée donne une plus large plage de réglage, et vice-versa. Cette solution peut être nécessaire si : A- Vous utilisez d'autres triodes que les 5687 pour V5 et V6. B- Vous désirez essayer d'autres tubes de puissance Pour régler la polarisation positionnez le potentiomètre de polarisation (BIAS) au maximum de sa résistance et les pot. d'équilibrage alternatif (. AC BAL) et d'équilibrage continu (DC BAL) en position médiane. Ne connectez pas de charge pour l'instant. Mettez le sélecteur MUTE sur la position asymétrique (UNBAL), ajustez la polarisation pour que chaque tube de puissance soit traversé par un courant de 77mA, soit une tension de 77mV aux bornes des résistances de plaques de 1. (Vous pouvez installer des prises jacks sur les résistances de 1ohm, ou, comme moi sur le prototype, installer un galvanomètre à demeure.) Ensuite ajustez le pot. DC BAL pour le minimum d'offset en sortie. Puis connectez une charge fictive. Injectez à l'entrée un signal 1kHz sinusoïdal de façon à obtenir un signal de sortie d'environ 10Vrms et ajustez le pot. AC BAL pour le minimum d'offset en sortie, enfin re-mesurez la polarisation et l'équilibre en continu. Lorsque vous changerez les tubes V5 et V6 vous devrez refaire les réglages BIAS et DC BAL.

ATTENTION :  Veillez à ne pas prolonger ces tests plus longtemps que nécessaire.

  les signaux sinusoïdaux, ou tout autre forme de signaux répétitifs provoque un échauffement des tubes. · Les charges de 4 ohm ne sont pas les meilleures pour les OTL (pour aucun ampli. En fait !). Si cet OTL est capable d'alimenter de telles charges il est conçu pour des enceintes 8ohm. Alimenter des enceintes 4ohm, a fortiori si vous utilisez une configuration avec quatre tubes, C'est tenter le diable… · Je recommande pour tous les ampli et particulièrement ceux doté de tubes de sortie onéreux, une mise sous tension progressive. Sur cet OTL veillez à laisser le commutateur sur MUTE pendant le préchauffage

QUELQUES MESURES

AVEC 8 TUBES DE SORTIE

* Sans oublier Louis Chrétien voir les premiers bulletins de ARTS " les amplificateurs "

**Voir l'article de Rinaldo Bassi sur le Mc Intosh MC30 dans la NRDS n°186