AMPLIFICATEUR 2 x 40 Weff - PUSH-PULL DE 6550
Ce projet a été publié au départ dans l’Electronique Pratique n° 370 d’avril 2012 sous le titre : ‘’Amplificateur de 2 x 32 W – Push-Pull de tétrodes KT66’’ et remanié pour embarquer les 6550.
Cet amplificateur de facture classique met en œuvre quatre tétrodes 6550 montées en Push-Pull et fournit une puissance de 2 x 40 W RMS sous 6 Ω à 2% de distorsion.
La 6550 peut supporter 42 Watts de dissipation anodique en continu et permet la mise en oeuvre d’amplificateur pouvant délivrer 120 W en Push-Pull.
Utilisée dans ce projet bien en deça de ses possibilités maximales elle est un gage de fiabilité et de longue vie.
LE SCHEMA
Schéma de l’amplificateur
Le circuit d’entrée et déphaseur
Le signal d’entrée est injecté par un jack RCA double directement monté sur le circuit imprimé de base. Le potentiomètre P60 placé sur la carte directement après le socle RCA fixe l’impédance d’entrée à 100 kΩ.
Le signal est injecté sur la grille en broche 2 de la 12AX7 (V1A). Le gain de cet étage est de 36 dB sans contre-réaction. Le tube 12AU7 (V3A) est monté en cathode suiveuse et le couplage V1A vers V3A est direct.
La polarisation de grille des 2 éléments du premier tube (V1) est fixée à 30 Vdc par le pont diviseur R60/R61. Ceci nous permet de limiter drastiquement les variations du point de fonctionnement dues aux dispersions des caractéristiques Vgk.
Le déphaseur est du type paraphase, il a été décrit en détail le cours « Et si nous parlions Tube » de notre collaborateur A. Bassi. L’ajustable P1/P2 permet de doser l’amplitude du signal de phase opposée et d’injecter exactement le niveau requis aux tubes de puissance sans affecter le point de fonctionnement des ‘’drivers’’. Son réglage permet de réduire le taux de distorsion à son minimum. Les deux signaux déphasés se retrouvent aux cathodes de la 12AU7 (V3A et V3B). L’avantage de ce type de circuit est une parfaite symétrie et une attaque des tubes de puissance à basse impédance.
Le Push-Pull
Le push-pull met en œuvre les deux tétrodes 6550. Ce tube au culot octal admet une dissipation anodique maximale de 42 W, le chauffage des filaments nécessite 1,6 A, sa pente est de 11 mA/V et il est spécifié pour une tension maximale de 660 V à l’anode et 440 V à l’écran.
La 6550 lancée en 1954 par Tung-Sol est une version améliorée de la 5881 et était destinée autant aux amplificateurs industriels à asservissement qu’à l’audio.
Nous avons opté pour la polarisation fixe des grilles de commande et d’écran.
Le push est alimenté en +420 Vdc non-stabilisé aux anodes et +350 Vdc stabilisé aux grilles écran.
Les cathodes sont reliées à la masse par des résistances de 47 Ω, ce qui permet de compenser de faibles différences d’appairage qui peuvent survenir au cours du temps. Les potentiomètres P3 à P6 fixent le point de repos à – 45 Vdc environ pour un courant de cathode de 25 mA, soit 23 mA pour les anodes et 2 mA via les grilles écran.
Nous avons définitivement opté pour le réglage individuel du courant de repos car même l’utilisation de quartets appairés peuvent présenter des dispersions inacceptables surtout après quelque temps de fonctionnement. Nous pensons que l’appairage par trop rapide « en usine » ne laisse pas le temps aux tubes de se former. Pour rappel, les caractéristiques électriques des tubes sont directement dépendantes des caractéristiques mécaniques.
La dissipation des tubes au repos est de 10 Watts. A puissance maximale, le courant de cathode monte à 100 mA.
Les tubes choisis sont des Tung-Sol de nouvelle fabrication russe. Nous fonctionnons en classe AB1 jusqu’à la puissance maximale.
Le Transformateur de sortie
Le modèle choisi est un Hammond 1650H. L’impédance primaire est de 6600 Ω. Les prises à 40% ne sont pas utilisées. Le secondaire permet le raccordement fixe de charges de 4/8/16 Ω. La BP s’étend de 30 à 30 kHz pour 40 Weff. A 24 Weff la bande passante s’étend de 25 Hz à 30 kHz à –1dB.
L’amplificateur présente des caractéristiques légèrement supérieures pour une charge de 6 Ω et donc pour une impédance rapportée au primaire de 5000 Ω .
Circuit de contre-réaction et d’amortissement
Une portion du signal de sortie, prélevée directement au bornier de sortie est réinjectée dans le circuit de cathode de V1A. Le taux de contre-réaction est de 8 dB. Ce taux assez faible conditionne le facteur d’amortissement qui se limite à 3 pour une résistance interne de 2,6 Ω.
Il est évidemment possible d’augmenter ce facteur en augmentant le taux de contre-réaction, toutefois 8 dB constitue un bon compromis. Ce faible taux permet également de se passer du circuit d’amortissement qui limite la bande passante au niveau des tubes d’entrée. Le temps de montée est de 6 µS.
Le VU-mètre
Le signal de pilotage du Vu-mètre est repiqué à la sortie haut-parleur, redressé en simple alternance par la diode D1 et stocké dans le condensateur C29. Le Vu-mètre utilisé est disponible chez Selectronic sous la référence 0825. Une résistance de 47 kΩ le pilote à fond d’échelle pour un signal de 16 Vac, ou 42 W sous 6Ω.
Circuit d’alimentation
Schéma de l’alimentation
Un transfo de 240 VA fournit la tension de chauffage de 6,3 Vac, la HT de 600 Vac à prise centrale et 50 Vac pour la polarisation des grilles de commande. Il est disponible chez Hammond et porte la référence 372JX.
La mise en service de l’alimentation se fait par l’intermédiaire du relais K1. En effet, la pointe en courant qui atteint aisément les 20 A à la mise sous tension aura tôt fait de détruire le switch.
Comme le secondaire est à prise centrale, le redressement se fait par les deux diodes du pont redresseur B80. Dans ce cas le pontage situé à droite du pont n’est pas raccordé. Le switch S1 ‘’SB’’ coupe l’alimentation HT en déconnectant le secondaire HT
La haute tension redressée et filtrée par la cellule C79-L1-C80 atteint +420 Vdc au repos et tombe à +400 Vdc à puissance maximale. La self choke de 2,6 H est prévue pour un courant maximal de 300 mA, sa résistance propre fait 21 Ω . Elle est disponible chez Hammond sous la référence 193K. L’ondulation résiduelle après filtrage est de 50 mVac. La tension d’attaque des écrans est fixée après essais à +350 Vdc, et comme le courant d’écran varie fortement en fonction de la demande, il est préférable de la stabiliser. C’est la fonction du circuit à semi-conducteurs.
Le transistor Q80, les diodes Zener D80 et D81 et la résistance de pied R83 sont montés en source de courant pour le circuit collecteur. Les ‘’1 mA’’ qui parcourent R83 développent aux bornes de R81, R82 et P80 une tension stabilisée qu’on ajustera afin d’obtenir +350 Vdc en sortie. Cette tension est encore filtrée par la cellule R84/C82, et est appliquée sur la gate du transistor MOSFET (Q81). La résistance interne de la HT est de l’ordre de 4 Ω. La dissipation du ballast est de l’ordre de 4 Watts et l’ondulation résiduelle de 70 µVac .
Le transformateur possède une sortie 50 Vac qui redressée en mono-alternance négative nous donne une tension de –70 Vdc. Cette tension sera mise à niveau par le pont diviseur R62 (10 kΩ) – P3 à P6 (4 x 100 kΩ) afin d’obtenir la tension de polarisation des grilles.
A noter que comme l’alimentation HT1 des anodes n’est pas stabilisée, cette tension peut varier entre 400 et 430 Vdc suivant les humeurs du secteur. Il en va de même, mais en négatif pour la tension de polarisation des grilles ce qui tend à stabiliser la dissipation des quatre pentodes.
Les filaments de tous les tubes sont polarisés à +52 Vdc afin de supprimer l’influence thermoïonique ‘’filament-cathode’’ qui peut induire un ronflement à 50 Hz surtout au niveau des triodes d’entrée. Le niveau de bruit mesuré en sortie haut-parleur est de 250 µV Lin.
Le transformateur choisi offre un panel complet de tensions d’attaque au primaire. Il importe de choisir avec soin celle: 220, 230 ou 240 Vac qui correspond avec votre secteur.
MISE EN OEUVRE
La mécanique
L’ensemble du projet est placé sur un châssis de dimensions 305x203x76 mm. Il porte la référence 1441-24BK3 chez Hammond. La surface occupée - format A4 - est modeste par rapport à la puissance développée. La réalisation comprend 2 cartes imprimées: la carte de base sur laquelle est enfichée verticalement la carte ‘’triodes’’. Ce sous-ensemble est situé à l’intérieur du châssis. Le cablage des quatre tubes 6550 est réalisé en apparent. La fixation des trois transformateurs ne nécessite pas de découpe au niveau du châssis, ce qui facilite grandement la réalisation et offre un maximum de place sous le châssis. Ces derniers sont surélevés par des entretoises de 5 mm afin de permettre un flux de ventilation. Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant de la carte de base non-montée. Les photo B et figure 5 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation.
La position latérale de la carte de base est tributaire de la face avant, le trou de référence situé à 11 mm du bord extérieur correspond au passage de l’axe du potentiomètre dans la face avant à 45 mm du même bord extérieur (photo D). On percera le premier trou de référence marqué d’un astérisque avec une bonne précision. On y fixera la carte de base à l’extérieur du châssis, cuivre visible, par une vis M3. A l’aide de la carte bien alignée on percera les 3 autres trous. On en profitera pour tracer l’alignement des trous du socle RCA d’entrée et du transistor Q81.
Sur la face arrière (figure 6, photo C), on marquera avec précision la hauteur de ces mêmes trous. Les autres perçages ne demandent pas la même précision. Les découpes circulaires de 22,5, 27,5 et 35 mm pour les deux Vu-mètres sont réalisées avec précision à l’aide d’un emporte pièce. Le relais de mise en service est fixé à l’aide d’une des vis M4 de maintien du transformateur.
La self choke située dans le châssis est fixée par quatre vis M4 à la face latérale gauche (photo E).
L’orientation du transformateur d’alimentation, des transformateurs de sortie et du choke doit absolument être respectée au risque de voir se développer une tension induite de 50 Hz. Cette tension est nulle dans la configuration choisie. Une grille en fer (photo F) ajourée à laquelle sont fixés quatre pieds de 20 mm de haut viendra se fixer sur les bords du châssis.
Les circuits imprimés
Nous recommandons vivement de ne compléter les cartes qu’après s’être assuré que la mécanique ne posait plus de problème.
La carte de base (photo G – figure 7) mesure 175 x 135 mm. Elle comprend l’alimentation, la préamplification et le pilotage des KT66. Sous les 4 doubles triodes nous avons percé un trou de 10 mm afin d’assurer une ventilation. La première opération consistera à insérer les 27 picots de 1,3 mm. Suivra ensuite le placement des 5 pontages. Les résistances R43 à R46, R31 à R34 et R80 sont soudées à 5 mm de la surface de la carte. Le transistor Q81 sera soudé de manière à être aligné sur le bord de la carte, le trou de fixation sera à 20 mm de la surface de la carte. Nous souderons un fil noir de 1,5 mm² d’une longueur provisoire de 10 cm pour le raccord de masse dans le coin arrière gauche de la carte.
Typon de la carte de base (Echelle 1:1)
La carte des triodes mesure 107 x 47 mm (photo H - figure 8). Elle a été dessinée afin de pouvoir être alimentée en 6,3 Vac et de permettre le passage de l’axe du potentiomètre de volume. Il est plus aisé de commencer par souder les 17 fils de liaison avec la carte de base. Prévoir des coupes de 15 mm de fil rigide de 0,5 mm (fil de sonnette), les plier à angle droit à 5 mm et souder coté composant bien contre la carte. Insérer ensuite les 2 picots, les 16 pontages et enfin les 4 supports noval.
Typon de la carte triodes (Echelle 1:1)
Test avant embarquement
Après soudage de la carte triode sur la carte de base, le sous-ensemble peut être testé hors du boîtier : Placer les quatre triodes et alimenter par du 6,3 V ac ou dc. Raccorder les deux fils rouges du secondaire 300 Vac au picots «ac», le point central (center tap) rouge-jaune au picot ’’G’’, le fil violet au « 50V» et monter progressivement la tension jusqu’à obtenir +400 Vdc au point HT1. En l’absence des KT66, le BUZ80 ne doit pas être refroidi, par contre il y a bien +400 Vdc sur sa semelle ! Ajuster P80 afin d’obtenir +350 Vdc en HT2 et vérifier que vous mesurez bien une tension d’environ +300 Vdc en HT3 et +150 Vdc environ sur les 4 résistances R31 à R34. En injectant un signal de 100 mVac en entrée, nous obtenons un signal de 20 Vpp sur ces mêmes résistances.
Nous en profiterons pour équilibrer l’amplitude des deux signaux de pilotage en ajustant P1/P2. Idéalement ce réglage se fait à l’aide d’un oscilloscope, Mais il est possible d’effectuer ce réglage assez simplement avec un multimètre. Placer deux résistances de 100 kΩ aux picots de pilotage et raccorder le multimètre entre la masse et la jonction des deux résistances. Injecter un signal de 300 mV à 400 Hz et mesurer la tension alternative résultant de la somme des deux signaux de pilotage. Le potentiomètre P1/P2 est réglé pour un minimum assez prononcé de la tension, à ce moment les deux signaux sont d’amplitude égale mais en opposition de phase.
Les potentiomètres P3 à P6 sont réglés pour – 50 Vdc environ.
Montage final
Il reste à placer et raccorder les divers éléments sur le châssis en commençant par les accessoires situés sur la face arrière, ensuite le placement des trois transformateurs. Les fils des transformateurs de sortie seront routés bien à plat contre le fond du châssis. Tous les fils qui ne sont pas utilisés doivent être soigneusement isolés et maintenus contre le châssis. La fixation du transistor Q81 sur son dissipateur doit être réalisée avec soin. Le dissipateur est une pièce d’aluminium découpée dans un profilé plat de 25x2 mm d’une longueur de 70 mm. L’isolant à base de silicone imprégnée a une épaisseur de 0,2 mm et supporte une tension de 3500 Vac mais il est impératif que les surfaces de contact soient bien propres. Le tout est fixé de l’extérieur par une vis M3 et isolé du transistor par un canon isolant pour TO220 (photo K). La self choke est placée en dernier lieu.
Les masses
Le raccordement de masse de l’ensemble est pris sur la carte de base au point ‘’M’’ près de l’entrée. Le fil de 1,5 mm² est coupé à bonne longueur et terminé par un soulier de 4 mm. Le raccordement au châssis se fait via une vis à tête conique passée par le trou marqué ‘’M’’ en figure 7. Nous y joindrons la prise de masse du socle d’alimentation secteur. Nous nous assurerons qu’en l’absence de ce contact le circuit est bien flottant.
Mise sous tension
La première mise sous tension se fait de préférence à l’aide d’un auto-transformateur variable, mais il faut temporairement se passer du relais de mise en service. Commuter le switch ‘’SB’’ en position active. Surveiller la montée de la haute tension jusqu’à obtenir la tension nominale du primaire du transfo. La haute tension s’établira à +420 Vdc, vérifier que la HT2 se stabilise bien à +350 Vdc. La tension de polarisation des grilles doit être de –50 Vdc environ. En ajustant les potentiomètres P3 à P6, amener progressivement la tension aux cathodes à +1,0 Vdc, ce qui correspond à 20 mA dans chaque tube. Ce réglage sera revu après quelques heures de fonctionnement.
Le réglage de P1/P2 nécessite un générateur de faible distorsion et un distorsiomètre. Placer une charge de 8 Ω au bornier de sortie, injecter un signal de 1 Vac à 1000 Hz et ajuster afin d’obtenir 14 Vac en sortie. (24 Weff). Ajuster P1/P2 pour un minimum de distorsion.
Quelques mesures
La réponse aux signaux carrés présentée en figure 9 démontre un excellent comportement aux transitoires avec un dépassement quasiment nul. Le temps de montée est de 6 µSec, soit une fréquence de coupure de 60 kHz à –3dB.
La mise en parallèle d’une charge réactive de 1 µF-8 Ω laisse le signal imperturbable. La figure 10 montre la représentation spectrale de la distorsion à 1 dB de la puissance nominale. 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 figure 11 présente l’évolution de la DHT en fonction de la puissance.
La figure 12 présente les niveaux de bruit et ronflements en sortie. Le niveau de référence est de –40 dBV, les signaux mesurés sont inférieurs à –70 dBV. Le bruit mesuré en sortie au millivoltmètre est de 250 µVac. Ce qui nous donne -95 dB Lin comme rapport signal / bruit à 24 Weff et 80 dB Lin par rapport à 1 Weff.
A 1 Watt RMS, le taux de distorsion à 1 kHz est inférieur à 0,03% - figure 13.
Le résumé des caractéristiques techniques de notre prototype est présenté en figure 14.
Nomenclature des composants
Conclusion
C’est une réalisation dont le coût reste abordable. Aucun composant ne fait l’objet d’une fabrication ‘’sur mesure’’ Les tubes sont parmi les plus courants tant en NOS qu’en nouvelle fabrication. Le test d‘écoute confirme le temps de montée par une excellente définition des transitoires. La restitution musicale se situe à mi chemin entre la brillance des EL84 et la douceur parfois limite des 6V6. Le comportement de cet ampli s’apparente fortement à celui publié au projet 42 dans l’Electronique Pratique 345 de janvier 2010 qui mettait en œuvre les KT77.
Le résultat se traduit par une restitution détaillée du message sur tout le spectre. Les graves sont précis et sans traînage. La puissance musicale de 2 x 40 W comblera plus d’un audiophile.
Cet ampli est présenté dans un habillage compact, de plus ce châssis accepte un capot de protection qui lui confère le look rétro des années 50 (photo M).
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
