Amplificateur de 20 Weff - Quartet de 6V6 en Classe AB2
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n° 318 de juillet-août 2007 sous le titre: "Double Push-Pull de 6V6 en Classe AB2"
Cet amplificateur a été développé initialement pour remplacer l’amplificateur à transistors de 35 W qui équipe un orgue Hammond. Destiné à évoluer dans un environnement plus chahuté que sur un meuble ‘’Hi-Fi’’, il a été conçu de manière compacte et robuste. La dissipation au repos se devait de rester faible ce qui nous imposait un fonctionnement en classe AB2. Les caractéristiques sont résolument conservatrices afin d’en garantir la pérennité à l’usage.
LE SCHEMA
Schéma
Notre choix pour l’étage d’entrée s’est porté sur une triode asymétrique ECC832 ou 12DW7. Ce tube qui combine une ½ ECC83 (broches 6-7-8) et une ½ ECC82 (broches 1-2-3) nous permet d’obtenir un gain en tension de 60 en boucle ouverte. L’autre triode est configurée en déphaseur cathodyne et pilote les quatre tétrodes de sortie. Le push-pull est constitué d’un quartet de 6V6GT appairées. La tension de polarisation négative des grilles est ajustée par le potentiomètre P2 de 100 kΩ. Chaque cathode est raccordée à la masse par une résistance de 100 Ω à 1%, ce qui nous permet de mesurer le courant de chaque tube et d‘équilibrer les dernières différences de caractéristiques.
Le courant de repos est fixé à 10 mA par tube. A pleine puissance, ce courant monte à 35 mA. Avec ses 10 mA de courant sous 330 Vdc de tension anodique, chaque tétrode dissipe 3,3 W au repos. La dissipation maximale est de 10,5 W soit bien en dessous des 14 W spécifiés
Le push fonctionne en classe AB1, un faible courant de grille est nécessaire pour obtenir les derniers watts. Le transformateur de sortie de marque Hammond porte la référence 1620. Il affiche une puissance nominale de 20 W, une impédance au primaire de 6,6 kΩ et propose un choix d’impédances au secondaire de 4, 8 ou 16 Ω. Une partie du signal de sortie destinée à linéariser l’ensemble est routée vers la cathode du tube d’entrée. Le taux de contre-réaction est de 12 dB et le gain de l’ensemble de 18 dB.
Compensation des transitoires
Le circuit amortisseur composé de C6 et R5 limite la bande passante de l’étage d’entrée à 30 kHz afin de réduire les risques de saturation du push. En effet, le déphasage retard du transformateur de sortie dans les fréquences hautes devient patent, et la portion du signal de contre-réaction qui atteint le tube d’entrée avec un retard de quelques microsecondes n’est plus en mesure de maîtriser un transitoire pendant ce même laps de temps. Ceci se traduit par une surtension sur les grilles des tétrodes qui bloque ou sature celles-ci (figure 2). Ce phénomène n’existe pas évidemment pas en l’absence de contre-réaction.
Alimentation
Le transformateur fournit la tension de chauffage de 6,3 Vac sous 2,1 A et les 240 Vac pour la HT. Il affiche une puissance de 72 VA au secondaire. La haute tension redressée monte à +330 Vdc au repos et tombe à +300 Vdc pour 20 Weff de sortie. Le filtre composé de C11, L1 et C12 fait tomber l’ondulation résiduelle à 1 mVac pour Po. La self choisie est disponible chez Hammond et porte la référence 156R. Les filaments sont alimentés en AC mais leur potentiel est porté à +54 Vdc afin d’éliminer toute influence thermoïonique entre cathode et filament. Ces précautions nous garantissent un rapport Signal / Bruit supérieur à 80 dB à la puissance nominale.
Un fusible de 160 mA prévient tout emballement des tubes de sortie. Le condensateur C16 collecte sur un des pôles du secondaire la moitié de la tension alternative, soit 120 Vac. Cette tension est redressée négativement par D1, filtrée par C17 et réduite par le pont diviseur R34-P2 à 34 Vdc environ. Le réglage de P2 se fera en mesurant le courant de cathode au repos. Un support octal placé sur la face arrière permet d’alimenter directement un module préamplificateur. Il n’y a pas de norme bien établie pour le brochage de ce connecteur. Nous avons repris le brochage des amplificateurs Leak. Le transformateur d’alimentation est disponible chez Wüsten Elektronik en Allemagne.
MISE EN OEUVRE
Le châssis
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant de la carte non montée. Les diverses photos et les figure 3 et figure 4 sont assez didactiques et vous serviront de guide pour la réalisation. Le boîtier est disponible chez Hammond sous la référence 1441-16BK3.
Les dimensions en sont : 152 x 254 x 51 mm. Le premier perçage de référence, marqué (Réf) en figure 3, est fait dans le châssis à 54 mm du bord droit et 14 mm de la face avant. On placera ensuite la carte bien orthogonalement au-dessus de châssis, côté cuivre visible, afin de marquer les autres perçages. A cet effet, la carte est fournie avec tous les trous percés à 3 mm, y compris ceux de centrage des cinq tubes. En perçant d’abord un deuxième trou en haut de la carte, on peut fixer solidement celle-ci au châssis et s’en servir comme gabarit de perçage. Pour les trous de passage des tubes, le meilleur résultat est obtenu aisément à l’aide d’emporte-pièces de diamètre 22,5 et 27,5 mm. Les autres trous sont pointés et percés selon les cotes du plan.
L’écran est réalisé à partir d’une tôle de fer doux de 1mm, les dimensions en sont : 180 mm x 70 mm sur 100 mm de haut. Il permet d’isoler complètement les deux transformateurs des tubes.
Pour respecter les contraintes du cahier de charges, à savoir être embarqué dans un meuble d’orgue, il y a lieu de prévoir une fixation bien solidaire du meuble. C’est le rôle des deux cornières aluminium de 254 x 40 x 20 x 2 mm fixées de chaque côté du châssis. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de prévoir une grille de fond. A noter que l’amplificateur peut être fixé dans n’importe quelle position. Le capot Hammond 1451-16BK3, assure une protection supplémentaire et concède à la réalisation un look résolument ‘’rétro’’. Pour une utilisation classique nous placerons une grille de protection équipée de 4 pieds de 10 mm au minimum.
Les perçages effectués, la première opération sera de fixer les deux transformateurs. Il faudra à cet effet, souder préalablement les six fils aux broches du transformateur d’alimentation en prévoyant une longueur de 30 cm à raccourcir ultérieurement. Les deux transformateurs sont posés sur des entretoises M4 de 10 mm afin de permettre le routage des fils (photo 4).
Nous fixerons ensuite les autres éléments avant la mise en place définitive de la carte.
La carte est fixée par 7 entretoises M3 F-F de 15 mm de haut. Ceci correspond à l’exacte hauteur des supports de tubes.
Vue de l’agencement des composants: photo 2
Vue des deux transformateurs d’alimentation : photo 4
Vue de la face arrière : photo 3
Vue de la grille de protection : photo 5
Les masses
On notera que le raccordement de masse de l’ensemble se fait par l’intermédiaire des deux entretoises marquées d’un astérisque et situées à l’avant de la carte. On s’assurera du bon contact électrique avec le châssis en enlevant la peinture à l’aide d’un foret. La ‘’terre’’ du socle secteur est directement reliée au châssis par une des vis de fixation du transformateur d’alimentation. Là aussi s’assurer du bon contact électrique.
Le circuit imprimé
Typon à l’échelle 1
Le circuit imprimé supporte tous les éléments à l’exception des deux transformateurs et de la self choke. Les interconnexions se font par picots et cosses, de sorte que les cartes sont libres de tout fil.
Le montage de la carte ne présente pas de difficultés (figure 6). La première opération sera de forer les 5 trous de 10 mm de diamètre au centre des supports tubes. Les 11 picots de 1,3 mm et 6 broches Faston sont sertis en premier lieu, ensuite on soudera les 4 supports octal et le noval du côté cuivre. On s’assurera que l’épaulement des supports tubes est bien situé à 15 mm de la surface de la carte. Les liaisons du chauffage tubes sont soudées côté cuivre, et situés entre la carte et le fond du châssis. Ne pas oublier le pontage sous C4. Le reste sera assemblé par ordre croissant de grandeur en terminant par les 2 condensateurs de 100µF/400V.
Les résistances R18, R21, R22, R25, R26, R27, R28, R29, R35 sont soudées en hauteur à 10 mm de la surface.
Il est utile de tester la carte en dehors du châssis. Pour ce faire, insérer le seul tube V1 et raccorder les 6,3 Vac du chauffage et le secondaire HT. Si vous avez des doutes, insérez d’abord une ampoule de 25 W en série avec le secondaire. Vérifiez que la tension atteint +330 Vdc au point HT de R6. Injecter un signal de 100 mVac en entrée (P1 réglé au maximum) et mesurer le signal injecté sur les broches 5 des quatre supports octal. Le niveau mesuré doit être de 5 à 6 Vac (gain = 50 à 60). Régler P2 pour obtenir le maximum de tension négative à la jonction R16-R17, soit –50 Vdc environ. Vérifiez que vous retrouvez bien cette même tension sur les broches 5 des supports octal. Vérifiez également que les filaments sont bien polarisés à +50 Vdc environ.
Après un dernier contrôle des composants des tubes de puissance, placer la carte dans le châssis et raccorder tous les éléments avant le test final.
Le transformateur de sortie se raccorde selon le plan : les chiffres correspondent au code couleur des fils : (1= brun, 2= rouge, etc.)
MISE SOUS TENSION
La mise sous tension se fait de préférence à l’aide d’un auto-transformateur, ou en plaçant une ampoule de 60 W en série avec le secondaire.
Vérifier la montée progressive des tensions jusqu’à obtenir les 6,3 Vac de chauffage et les +330 Vdc de HT. La tension aux broches 8 (cathodes des tétrodes) doit être inférieure à 200 mVdc. Supprimer l’ampoule de 60 W et remettre sous tension.
Ajuster P2 pour obtenir +1 Vdc sur les cathodes, ce qui correspond à un courant de 10 mA par tétrode. La tension à la jonction R16-R17 sera de l’ordre de –34 Vdc. Le réglage sera recommencé après une heure de fonctionnement.
Si vous obtenez cette tension sur les quatre cathodes, votre ampli est opérationnel.
Comme le transformateur est prévu pour débiter 3 A, et que le secteur monte localement à 240 Vac, nous avons placé en série avec les filaments une résistance R33 de 0,22 Ω / 3 W afin de faire descendre la tension à 6,3 Vac.
QUELQUES MESURES
Les mesures ont été effectuées avec une tension secteur de 230 Vac et sans R33.
La réponse aux signaux carrés présentée en figure 7 montre une excellente tenue du transformateur à toutes les fréquences. Le dépassement est faible et le temps de montée est de 5 µSec. La mise en parallèle d’une charge réactive de 1 µF - 8 Ω laisse le signal inchangé.
Le taux de distorsion pour 20 Weff en sortie mesuré au distorsiomètre est de 1,8%. La représentation spectrale à puissance -1dB en figure 8 montre la présence marquée des harmoniques paires: des H2 à 36 dB, H4 à –48 dB sous la fondamentale, les harmoniques impaires H3 et H5 se situant sous les 50 dB. La distorsion d’intermodulation est de –46 dB ou 0,5%. La montée de la DHT est progressive pour atteindre 5 % à 22 Weff (figure 9). Avec la HT maintenue à +330 Vdc à l’aide d’une alimentation stabilisée, la puissance rendue atteint 25 Weff à 2%.
Au millivoltmètre AC, le bruit total en sortie est de l’ordre inférieur à 1 mVac, ce qui nous donne un rapport supérieur à 80 dB pour 13 Veff en sortie.
La représentation spectrale analyse le signal entre 0 et 200 Hz (Hum & Noise en figure 8) . Le niveau de référence est placé à –40 dBV. Les battements secteur, redressement et harmoniques sont inférieurs à – 70 dBV. A gauche du graphe on distingue bien l’effet de l’alimentation non-stabilisée. Le bruit décroissant de 0 à 10 Hz est celui des instabilités de la tension secteur, mais déjà inférieur –90 dBV à 10 Hz..
En figure 10 vous trouverez les caractéristiques techniques relevées sur notre prototype.
Nomenclature: Liste des composants
Conclusion
Cet amplificateur a été développé pour remplacer un amplificateur à transistors de 35 W qui équipait un orgue Hammond. La brillance et la dynamique du son dominent sans appel l’amplificateur d’origine qui se révèle assez terne en comparaison. Cet amplificateur peut également sonoriser un ‘’Combo’’ guitare de 25 W. Nous l’avons soumis à un test d‘écoute audiophile qui a confirmé son caractère brillant, son attaque précise, et son excellente définition. Couplé au préamplificateur SRPP publié le mois précédent, l’écoute au fil des heures se révèle agréable et sans agressivité : c’est l’empreinte des tétrodes 6V6 !
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Récapitulatif des photos (Haute définition) 
Galerie des Tubes
ECC832 / 12DW7
12DW7 Electronska Industrija Yugo
12DW7EG Electronska Industrija Yugo
12DW7 Electronska Industrija Serbia
12DW7 General Electric
12DW7 Philips
ECC832 JJ Electronic
6V6GT
6V6GT Raytheon
6V6GT Raytheon
6V6GT Shuguang
6V6GTA General Electric
6V6GTY General Electric
6V6GTY General Electric
6V6GTY Raytheon
6V6GT Brimar
6V6EH Electro Harmonix
6V6GT Fivre
6V6GT Marconi
6V6GT Marconi
6V6GT Mazda
6V6GT Mullard
6V6GT Philips
6V6GT RCA
6V6GT Sylvania
6V6GT Sylvania
6V6GT Tung-Sol
6V6GT Tung-Sol
6V6GT Westinghouse
6V6GT Pope