BLOC AMPLIFICATEUR 30 W – La 845 en Single End

Cette réalisation met en œuvre la 845 en single-end. Elle fonctionne en classe A et développe une puissance de 30 Watts RMS pour un taux de distorsion de l’ordre de 1% à -1 dB.

Mises en garde : Ce projet au résultat exceptionnel est complexe à mettre en œuvre et représente un investissement financier important. Sa réalisation à bonne fin exige de posséder une très bonne expérience dans le domaine de la construction des amplificateurs à tubes. Les hautes tensions de 600 et 1150 V présentes et pouvant débiter un courant de 100 mA sont potentiellement létales !
La patience et le plus grand soin dans la réalisation sont impératifs, bricoleurs impatients et impulsifs s’abstenir !

                                                --- Il est impératif d’avoir bien compris l’ensemble de ce projet avant de se lancer ---

Ce projet a été développé au début de l’année 2013 et les quatre unités produites fonctionnent régulièrement depuis trois ans totalisant plusieurs centaines d’heures de fonctionnement sans défaillance.

LE SCHEMA

Schéma du driver

Le circuit d’entrée

Le tube d’entrée choisi est une double triode asymétrique ECC832. Ce tube est une création de JJ Electronics et est équivalent à la 12DW7. La première triode (broches 6-7-8) présente les caractéristiques de la ECC81-12AX7 et la seconde (broches 1-2-3) celles de la ECC82-12AU7.
La première triode est configurée en cathode commune pour un gain de l’ordre de 30 dB et la seconde en cathode suiveuse. Cet étage est alimenté en 350 Vdc.
Le 350 Vdc est obtenu au départ de la tension de 600 Vdc, via la résistance R13 de 56 kΩ. Cet étage consomme un courant de 4,5 mA.
Datasheet ECC832

Le circuit driver

Le circuit driver est composé d’une pentode 7591A montée en triode. Le circuit de contre-réaction local réalisé par les résistances R14-R18 linéarise la caractéristique ‘’triode’’ et réduit le gain à un facteur 6.
La charge d’anode est réalisée par la résistance R15 de 10 kΩ et le signal d’attaque de la 845 transite par le condensateur C11 de 10µF.
La valeur de 10 kΩ reliée à l’alimentation de 600V et le condensateur de 10µF permettent de ‘’tirer’’ le courant de grille de la 845 afin de la faire ‘’monter’’ à 30 Watts.
Datasheet 7591A

Le circuit 845

La 845 est montée en cathode commune et alimentée sous une tension anodique de +1150 Vdc. La résistance de pied de cathode de 220 Ω développe une tension de +16 Vdc pour un courant de 73 mA. Sa dissipation anodique moyenne fait ici 80 W.
A noter que lorsque la puissance de sortie atteint les 30 Watt en permanence, la dissipation anodique monte à 92 Watt.
Deux positions de puissances de fonctionnement sont prévues, 20 W et 5 W dépendant de la tension de polarisation appliquée. Pour 5 W le courant tombe à 36 mA et la dissipation anodique à 40 W.  

La dissipation totale du tube en fonctionnement fait 115 W : 80 W à l’anode et 35 W à la cathode/filament, en position ‘’SB’’ cette dissipation tombe aux seuls 35 W du chauffage.

Le transformateur de sortie

Le choix du transformateur de sortie est ouvert. Nous avons testé deux modèles le 1638SEA de Hammond et le JS-6159HF de James. Tous deux font 10 kΩ d’impédance au primaire, 30W pour le 1638SEA et 50W pour le JS-6159HF. La restitution (et le coût également) du James se révèle supérieur.

Le circuit de contre-réaction

Le signal de contre-réaction est pris sur la sortie 16 Ω et réinjecté directement dans le circuit d’entrée. Le taux de rétroaction fait 14 dB. Ce circuit abaisse l’impédance d’entrée directe à une valeur de 100 kΩ environ.

Les alimentations haute tension
Schéma de l’alimentation haute tension

Le circuit d’alimentation se compose de l’alimentation haute tension, de l’alimentation des filaments des lampes, du circuit de polarisation et du circuit de temporisation qui pilote le tout.
Un petit transformateur TR1 de 1,6 VA génère une tension de 24V qui permet la commutation du relais K1 de mise sous tension de l’amplificateur.
Le transformateur TR4 est alimenté directement. Le transformateur TR3 ne le sera qu’après les temporisations ou la désactivation du switch ‘’SB’’.
Le transformateur TR4 génère les tensions de polarisation, de temporisations, du chauffage des filaments des drivers EF86 et 7591A et le 10 V de chauffage du filament de la 845.
Le transformateur TR3 fournit les hautes tensions, sa mise sous tension est temporisée par l’action du relais K3 et il peut être désactivé par l’action du relais K2 de mise au repos (Standby).
Le transformateur TR3 présente deux secondaires dont les tensions redressées sont additionnées : 450 Vac qui redressé fournit le +600 Vdc du circuit driver et 440 Vac qui redressé et placé en série avec les +600 Vdc fournit le +1150 Vdc à la 845.

Dans un premier temps ou bien en position ‘’SB’’ le transformateur TR3 n’est pas alimenté et les hautes tensions sont absentes.
Après la première temporisation de 20 secondes et le basculement du switch ‘’SB’’ le relais K2 via la résistance R1E et 3 secondes après le relais K3 alimentent le transformateur TR3.
Les transformateurs TR3 et TR4 sont des modèles toriques réalisés sur commande par la firme Wuesten en Allemagne.
A noter que les corps des deux selfs choke sont portés à la tension qu’ils filtrent. En effet la tension d’isolation bobine-tôle est insuffisante et présente un risque de claquage. Ces deux selfs seront donc isolées du châssis et protégées par un écran isolant. Ce sera expliqué dans le mise en œuvre.

Le circuit des temporisations
Schéma du circuit de temporisations

Le circuit de temporisations est alimenté par le redressement de l’enroulement 24 V – 300 mA du transformateur TR4 et est actif dès la mise sous tension de l’appareil.
La tension est stabilisée à +24 Vdc et le premier délai de 20 secondes est généré par l’AOP IC1 et le relais K2. Ce délai de 20 secondes conditionne le préchauffage de la 845 via la ligne +24V-T et la temporisation suivante.
Si le switch SB est activé (= ouvert) rien ne se passe. A la fermeture de ce switch, le relais K2 commute le transformateur TR3 qui est alimenté pendant 3 secondes en série avec la résistance R1E de 47 Ω afin d’éviter le choc de mise sous tension du transformateur. Cette deuxième temporisation de 3 secondes est le fait de l’AOP IC2 qui active le relais K3 et court-circuite la résistance R1E.
Le +24 Vdc alimente également le compteur horaire qui totalisera le nombre d’heures de fonctionnement.

Le circuit de chauffage du filament et de la ventilation
Schéma du circuit de chauffage du filament

La 845 est une triode à chauffage direct, ce chauffage de 10 V – 3,5 A (= 35 W !) est réalisé en courant continu, l’ondulation résiduelle après filtrage fait 80 mVac.
La tension de 11,5 Vdc est obtenue à partir du redressement de l’enroulement 10 V – 5 ,5 A du transformateur TR4. Cette tension est filtrée par la cellule composée de la self L3 et des capacités C72-73 et C74.
Afin de protéger le filament de la 845, ce dernier est préchauffé progressivement via la résistance R3E pendant 20 secondes environ. Après ce délai la carte temporisation active le relais K5 pour obtenir les 10V de chauffage.

Afin de maintenir une température raisonnable dans l’environnement confiné des transformateurs, l’ajout d’un petit ventilateur est impératif. Le modèle choisi IXP-52-11 pour son bruit ultra faible de 11 dBA est alimenté en 12 Vdc.
Ce ventilateur n’est activé qu’en présence d’un signal en sortie HP ou lorsque la température atteint les 60 °C. Le signal issu de la sortie 8 Ω du transformateur de sortie est amplifié par l’AOP IC1B et redressé par la cellule doubleuse D3-D4. Quand le signal redressé atteint 5 Vdc, l’AOP IC1A active le ventilateur.

La polarisation
Schéma du circuit de polarisation

Il y a deux tensions de polarisations correspondant que deux puissances programmées.
Les tensions de polarisation sont obtenues à partir de l’enroulement 140 V – 20 mA du transformateur TR4.
La polarisation pour 20 W est appliquée lorsque le relais K4 est activé par le switch 5W/20W de la face avant.

Le circuit moniteur
Schéma du moniteur

La tension de cathode est repiquée à la jonction de R12 et de F1 du circuit driver.
Le courant de 73 mA circulant dans la 300B développe une tension de +16 Vdc aux bornes de la 220 Ω.
Cette tension est présentée à un double comparateur inverseur. Le seuil de déclenchement est de + 12 Vdc pour le minimum et +18 Vdc pour le maximum (ou 16 Vdc +/- 2 Vdc).
Si la tension se trouve dans cette fenêtre, la led verte est activée. Ceci signifie que la tension de la cathode est comprise entre 14 et 18 Vdc, soit un courant situé entre 64 et 82 mA.
Le maximum de 82 mA correspond à une dissipation anodique de 90 W.
En dehors ce cette fenêtre, le courant est trop faible ou trop élevé.
Il y a un circuit moniteur sur chaque canal, les tensions résultantes sont affichées sur l’unique duoled D4.
En position 5 W, la tension relevée sur à la jonction de R12 et de F1 ne fait que +8 Vdc. Avant comparaison dans le circuit moniteur elle fait l’objet d’un offset de 8 V pour obtenir les 16V à comparer.

Le circuit d’entrée et du réglage de volume
Schéma entrée

Ce circuit est optionnel. Le transformateur d’entrée isole complètement l’amplificateur de la source et permet une configuration d’entrée symétrique et flottante. Le modèle choisi est le LL1540 de Lundahl.
Le secondaire attaque un diviseur potentiométrique à dix plots ou un potentiomètre linéaire de 25 kΩ.

MISE EN OEUVRE

La mécanique

La partie mécanique est composée à la base d’un châssis de dimensions extérieures de 305x254x51mm. Il porte la référence 1441-29BK3 chez Hammond. Vu la complexité de l’usinage, ce châssis a été réalisé industriellement (photo B) et est disponible après de notre société.
Un deuxième châssis de dimensions 254x152x51 mm placé à l’arrière et porte la référence 1441-16BK3.
Ce châssis est placé contre le châssis de base – face contre face - ouverture vers le haut (photo C).
Après ajustement et fixation de l’un sur l’autre on réalisera l’usinage de ce deuxième châssis en se servant de châssis de base déjà usiné.
Un couvercle ajouré adapté au châssis se pose sur celui-ci et vient protéger le tout. Il porte la référence 1451-16BK3.
Dans cet espace confiné, ce deuxième châssis reçoit une tôle pliée (photo D et photo E) qui sépare l’espace en deux compartiments : d’une part les composants de l’alimentation et d’autre part le seul transformateur de sortie.
Le ventilateur (photo F) et son module de commande (photo G) placé du côté des transformateurs d’alimentation extrait l’air chaud de compartiment des transformateurs pour l’envoyer dans le compartiment du transformateur de sortie.
Le compartiment des transformateurs d’alimentation contient les transformateurs TR3 et TR4, le relais K1 de mise sous tension, la résistance R1E de 47 Ω, le module ‘’Soft Start’’ du filament 845, la self de filtrage L3 et le pont redresseur de la tension filament 845, le module de contrôle ventilateur et le ventilateur (photo H).
Noter que les deux transformateurs de puissance sont montés sur un profilé plat aluminium de 80 x 80 x 8mm, la tôle de 1 mm n’étant pas assez rigide pour supporter le serrage de la vis M6 de maintien.
La self de choc L3 doit être montée sur deux entretoises de 10 mm afin d’écarter son entrefer du support pour éviter tout ‘’grognement’’ du aux pointes de courant.
Vous trouverez ici le plan d’usinage du châssis de base, les faces avant et arrière sont réalisées par la firme Schaeffer, fichier source communiqué sur simple demande.
Vue de l’arrière : (photo K).
Il n’y a pas de plan pour le placement de ces composants, leur position n’est pas critique.
Les photo D – photo E – photo F – photo G et photo H présentent le compartiment ‘’transformateurs’’ à l’assemblage.

Le socle 845

Le socle 845 est fixé au châssis par deux vis M5 x 40 mm (photo L et photo M), toutefois pour assurer la stabilité du socle il faut utiliser six entretoises en polyester de dimensions 10x16 de 8 mm de haut qui se placent aux deux vis M5 et entre les quatre vis des contacts et le châssis.
Les vis M5 dépasseront de 10 mm afin de pouvoir y fixer la petite carte (photo N) avec le transformateur TR1 de 1,6 VA de mise sous tension.

Agencement intérieur

La photo P présente l’agencement intérieur. A l’avant à gauche du socle 845 se trouve la carte driver. Elle est fixée par 5 entretoises M3 de 15 mm. La cornière aluminium en ‘’L’’ de 140 x 50 x 20 x 2 mm supporte le potentiomètre de volume et le petit radiateur de dissipation de la résistance de charge R15 de la 7951A.
Nous y reviendrons dans le paragraphe de la carte driver.
Sur le côté gauche se trouve le module (optionnel) du transformateur d’entrée fixé par quatre entretoises M3 de 5 mm.
A côté nous avons sous la protection époxy les deux selfs de choc L1 et L2 qui sont isolées du châssis et protégées car portées au potentiel de 600 et 1150 Vdc comme déjà expliqué en amont.
Nous reviendrons en détail sur sa fixation.
La grande carte est celle des alimentations et du monitoring fixée par 6 entretoises M3 de 15 mm.
Sur le côté droit se trouve la carte des temporisations et de polarisation de la 845 fixée par quatre entretoises M3 x 5 mm. Cette carte véhicule la tension secteur dans l’environnement des relais K2 et K3 et est protégée du châssis par un intercalaire en carton huilé (Tufnol de 4/10), nous y reviendrons également.

Les circuits imprimés

Rappel : Il est impératif d’avoir terminé le travail de tôlerie et s’être assuré que chaque élément trouve bien sa place dans le châssis avant d’assembler les cartes !

La carte des alimentations et du monitoring

La carte des alimentations (photo Q) mesure 142 x 127 mm. Typon à l’échelle 1 (142,24 x 127,00 mm), implantation des composants. Cette carte comprend les deux alimentations de 600 et 1150 Vdc, le circuit de monitoring et le circuit de cathode de la 845. A gauche se trouve les différents plots d’interfaçage de la sortie, y sont raccordés les contacts HP et les contacts pour la contre-réaction et la commande du module ventilateur.
Les deux contacts TR3 et TR4 servent à recueillir les deux fils inemployés des primaires des transformateurs TR3 et TR4 (câblage 230 ou 240 Vac). Les contacts A-B-C sont des fils de raccordement de masse de section 1mm² avec respectivement la carte driver pour ‘’A’’ et ‘’B’’ et la carte des temporisations pour ‘’C’’. Ces contacts sont indiqués sur les deux cartes.
Les résistances d’équilibrage des condensateurs électrolytiques sont soudées du côté cuivre et les queues de composants sont coupées à raz du côté composants. Il est préférable de placer un intercalaire en carton huilé (Tufnol de 4/10) entre les condensateurs et la carte afin d’éviter tout claquage causé par une blessure avec une queue de composant.

La carte de mise sous tension

Cette carte épouse la circonférence du socle 845 (photo N). Elle est fixée sur le socle par les deux vis M5 qui en dépassent. Typon à l’échelle 1, implantation des composants.
Elle est posée sur les écrous et rondelles de fixation du socle au châssis et fixée par deux écrous et rondelles M5.
Cette carte est toujours sous tension secteur, elle fournit une tension de 30 Vdc (à vide) et commute le relais principal K1 situé dans le compartiment des transformateurs via le switch S1 de mise sous tension. Le point M (Masse) est raccordé à la masse du châssis, ici sur le dissipateur de la carte Driver.

La carte des temporisations

La carte des temporisations (photo R) mesure 174 x 48 mm. Typon à l’échelle 1 (173,99 x 48,26 mm), implantation des composants. Cette carte comprend l’alimentation 24V régulée, les deux temporisations de 20 sec et de 3 secondes et le circuit de polarisation de la 845.
Le contact FSS (Filament Soft Start) qui s’active après 20 secondes est routé vers le relais du module ‘’Soft Start’’ qui se trouve dans le compartiment des transformateurs.
S2 est le switch de ‘’Stand-by’’ situé sur la face avant.
Les deux relais K2 et K3 commutent la mise en service du transformateur TR3 dont les contacts sont au potentiel du secteur.
Comme la carte est assez longue et flexible et fixée par des entretoises de 5 mm, il est préférable de placer à l’arrière un intercalaire de protection afin que les queues de composants n’entrent pas en contact avec le châssis. L’intercalaire consiste en une feuille de Tufnol de 4/10 comme montré sur la photo.
A droite se trouve le circuit de polarisations de la 845. Le relais K4 est activé par le switch S3 ‘’5W/20W’’ situé sur la face avant qui commute la tension ‘’24 Vop’’ en position ‘’20W’’.

Le module Soft Start des filaments

Ce module (photo S) est placé dans le compartiment des transformateurs. Il est composé des deux résistances de 0,33 Ω et 1,5 Ω et du relais K5 qui la court-circuite après les 20 secondes de préchauffage (figure 10).
Le tout est placé sur un plat aluminium de 40 x 80 x 8 mm. Les résistances sont vissées et le relais est collé au cyanoacrylate. La bobine du relais est raccordée à la masse et au +24V temporisé (+24V-T).
Pour le câblage se référer au schéma de la figure10.

La carte Driver

La carte Driver (photo T) mesure 131 x 99 mm. Typon à l’échelle 1 (130,81 x 99,06 mm), implantation des composants.
La résistance R15 de 10 kΩ - 25 W est placée sur un petit profilé aluminium ‘’L’’ de dimensions 30 x 30 x 15 x1,5 mm pour d’évacuer les calories. Afin d’éviter tout retour de masse par contact avec le châssis, ce profilé dissipateur est isolé du cuivre de la carte (photo U). Pour ce faire il faut éliminer un peu de cuivre sur la circonférence du trou à l’aide d’un foret de 6 mm et placer 3 rondelles isolantes du côté cuivre aux trois vis de fixation du dissipateur. Le dissipateur est fixé sur le grand profilé ‘’L’’ et est de ce fait raccordé à la masse.
Afin d’assurer un bon contact avec la masse du châssis (la peinture à la poudre étant assez résistante) il faut y raccorder le grand profilé par un fil de 1mm².
Les résistances R3 et R16 sont soudées du côté cuivre.

La carte de contrôle du ventilateur

La carte (photo V) mesure 78 x36 mm. Typon à l’échelle 1 (77,47 x 35,56 mm), implantation des composants.
Le thermostat à 60°C situé à gauche de la carte doit être en contact thermique avec la tôle sur la quelle est fixée la carte. Ceci peut se faire par le biais d’une entretoise métallique lisse (photo G).

La carte d’entrée

La carte d’entrée (photo W) mesure 77,5 x 35,5 mm. Typon à l’échelle 1 (77,47 x 35,56 mm), implantation des composants.
Cette carte est optionnelle elle est indispensable si on souhaite un socle XLR pour une entrée symétrique et isolée.

Les selfs L1 et L2 – Montage et isolation

Comme écrit plus haut, ces deux selfs doivent se trouver au potentiel qu’elles filtrent donc à 600 Vdc pour L1 et 1150 Vdc pour L2. Pour assurer l’isolation par rapport au châssis et à un quidam imprudent nous utilisons trois plaques époxy de 30 x 140 mm (photo X).
Nous fixons d’abord quatre entretoises FF M3 x 40 mm augmentées de 4 entretoises M-F M3 x 5 mm au châssis entre lesquelles vient se placer la plaque époxy du bas de la photo.
Ensuite nous y plaçons les deux selfs rivetées sur la plaque époxy du bas. Et terminons en vissant la plaque époxy du haut comme montré sur la photo P.

Les masses

L’ensemble des circuits est flottant. La mise à la masse du châssis se fait en un seul point au socle XLR via la cosse picot de masse reprise sur la carte driver à côté de la résistance R9. On s’assurera que sans ce contact de masse, le circuit est bien flottant par rapport au châssis. Si ce n’est le cas, il faudra chercher et lever la fuite coupable.

MISE SOUS TENSION

Procéder par étapes et bien comprendre le processus avant de commencer !

Placer tous les tubes et déconnecter le transformateur haute tension TR4.
Tout d’abord on vérifie le fonctionnement de la carte temporisations, à savoir : mise sous tension immédiate, présence du 24V régulé et des deux temporisations 20 sec et 3 sec.
Vérifier la commutation des 3 relais : K1 immédiatement, K2 après 20 sec suivi immédiatement par K3 après 3 sec (si le switch Stand-by ‘’SB’’ est en position ‘’OP’’), notez que ces ‘’timings’’ ne sont pas critiques.
Vérifier la tension des filaments de la 845 (10 Vdc +/- 0,1 V) et des ECC832 et 7591A (6,3 Vac +/- 0,3 V).

Mettre hors tension et débrancher le cordon secteur, raccorder le transformateur haute tension TR4. Remettre sous tension secteur mais laisser l’appareil en ‘’SB’’, relais K2 et K3 inactifs !
Ajuster les potentiomètres P1 et P2 de la carte des temporisations – polarisations pour une valeur négative maximale.
Commuter le switch ‘’SB’’ vers le haut et vérifier la montée de la tension de 600 Vdc sur la carte driver.

Attention : ne pas mesurer la tension de 1150 Vdc directement avec le multimètre !
Cette tension se mesure à l’aide d’une sonde haute tension.

Mesurer la tension au point TPK (R21 – 220 Ω) sur la carte des alimentations et ajuster en position 20W le potentiomètre P1 pour une tension de +16 Vdc. En position 5W ajuster P2 pour une tension de +8 Vdc.

Quelques mesures

La réponse aux signaux carrés présentée en figure 27 démontre une bonne tenue du palier à 100 Hz et un excellent comportement aux transitoires. Le temps de montée est de 8 µSec, soit une fréquence de coupure de 44 kHz à –3 dB. La mise en parallèle d’une charge réactive de 1 µF-8 Ω laisse le signal imperturbable.
La figure 28 montre la représentation spectrale de la distorsion à 1 dB de la puissance nominale. On notera la prédominance de la deuxième harmonique.
La mesure de la distorsion d’intermodulation se fait en injectant un sinus de 60 Hz auquel on superpose un signal à 7 kHz à –12 dB (1/4) et le résultat à 7 kHz est étudié sur un analyseur de spectre. La DIM est inférieure à 1 % par rapport à la fondamentale à 60 Hz.
Bruit et ronflements en sortie (vue du bas à droite). Le niveau de référence est de –20 dBV. Le bruit mesuré en sortie au millivoltmètre est de 380 µVac ou 60 µVac en pondération A. Ce qui nous donne -77 dB Lin ou 93 dBA comme rapport signal / bruit à 1 Wrms.
La figure 29 présente l’évolution de la DHT en fonction de la puissance.

L’écrêtage se produit de manière progressive vers 64 Vpp sous 16 Ω, c’est le ‘’soft clipping’’ typique des étages de sortie à tubes à faible contre-réaction. Cette caractéristique ‘’bluffe’ l’auditeur car elle donne l’impression d’une puissance apparente bien supérieure.Et enfin à 1 Wrms : notre réalisation affiche une DHT de 0,1 % (figure 31).

La figure 32 nous présente les caractéristiques techniques relevées sur nos prototypes.
Pour des raisons conservatoires nous spécifierons la puissance nominale à 24 W RMS pour 1% de DHT.

Nomenclature: Figure 33

CONCLUSION

C’est une réalisation dont le coût non négligeable est à la mesure du résultat pour un ampli à tubes de cette classe. Le test d‘écoute confirme le temps de montée par une excellente définition des transitoires. La puissance de 2 x 30 Wrms pour les deux blocs permet de moduler la plupart des enceintes du marché.

En auditorium ils pilotent deux enceintes équipées d’un haut-parleur large bande Voxativ type AC-1.6. La puissance restituée est impressionnante et limite les possibilités de test à pleine puissance. Le résultat se traduit par une restitution détaillée du message musical et un parfait équilibre du spectre. Les graves sont précis et sans traînage.

Au même titre que le projet précédent (La 300B en single end) l’écoute des 845 se révèle hautement addictive …

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)