Amplificateur Hybride - Push-Pull de 6AQ5
Projet publié dans Electronique Pratique 331 de octobre 2008 sous le titre: "Amplificateur hybride - Push-Pull de 6AQ5"
Cet amplificateur met en œuvre un système hybride composé d’un push-pull de EL90 – 6AQ5 - 6005 piloté par deux transistors à effet de champ. Il développe une puissance de 2 x 10 Weff, sa bande passante s’étend de 30 Hz à 35 kHz à -1dB.
La tétrode EL90 lancée par Lorenz en 1950 est la copie européenne de la 6AQ5 mise au point par RCA en 1946 sur base des caractéristiques électriques de la 6V6. En 1950 également, sort une version professionnelle sous l’appellation 6005. Tout comme la pentode EL95, la EL90 a été conçue pour équiper les meubles radio des années 50 et les amplificateurs à faible consommation comme ceux des magnétophones. Montée en push-pull, elle développe 10 Watts efficaces. Son brochage est identique à celui de la EL95.
A noter que le tube russe 6P1 toujours présenté sur les sites de vente aux enchères comme équivalent à la EL90 et parfois estampillé EL90 n’est pas compatible car équipé d'une embase noval …
LE SCHEMA
Le circuit d’entrée
Bien qu‘équipé de transistors, nous avons repris la configuration classique utilisée pour un circuit à tubes: un étage amplificateur d’un gain de 30 dB suivi d’un déphaseur de type cathodyne. De plus l’établissement des polarisations est identique. Le transistor à effet de champ BS107 supporte une tension Vds de 200 Volts, se polarise avec un Vgs de –2 Volts pour un courant de quelques milliampères et présente une pente de 60 mA/V aux faibles courants.
Le transistor Q1 monté en source commune est polarisé à +40 Vdc ce qui par R9 – 47 kΩ fixe le courant à 0,8 mA. La tension du drain chargé par R8 –100 kΩ s’établit alors vers +155 Vdc. Câblé en source commune, le gain s’élève à plus de 600. C’est pourquoi il faut le réduire en introduisant une résistance entre la source et la masse. Avec une valeur de 3,3 kΩ en R11, le gain sans la contre réaction globale s’établit à 30 dB.
Le relais K1 est désactivé en position repos « SB » et coupe le signal d’entrée.
Le transistor Q2 est monté en déphaseur. Les signaux aux source et drain sont d’égale amplitude et de phase opposée. Avec une tension d’alimentation de +240 Vdc le signal maximal obtenu est de 60 Vpp sur chacune des électrodes ce qui est largement suffisant pour piloter les tétrodes de sortie.
La cellule de compensation C6-R14 a été supprimée car les capacités parasites intrinsèques du BS107 sont déjà de l’ordre de 30 pF, ce qui avec la résistance de charge de 100 kΩ limite la bande passante à 50 kHz.
Le push-pull
Afin d’éviter de devoir appairer les tubes, nous avons opté pour des résistances de cathodes séparées.
La tension Vk s’établit à +15 Vdc. Les anodes sont chargées par le transformateur de sortie d’impédance 10 kΩ. Les grilles écran sont reliées directement à la haute tension. Le courant de cathode s’établit à 40 mA, soit 35 mA par l’anode et 5 mA par G2, les dissipations sont de 9 W pour l’anode et 1,25 W en G2.
L’amplificateur fonctionne en classe A jusqu’à 6 W et en classe AB au-delà. A noter également que l’écrêtage se produit de manière assez douce.
Le taux contre-réaction appliqué s’élève à 10 dB. Par la contre-réaction, l’impédance de sortie est de 2 Ω, ce qui porte le facteur d’amortissement à 4.
Le transformateur de sortie a une puissance nominale de 10 Watts. Il a été développé pour ce projet par Electra Sud-Ouest. A noter que ce transformateur de bonne facture est directement compatible électriquement et dimensionnellement avec le 1609 de Hammond.
Le circuit d'alimentation
Le transformateur d’alimentation est fourni par ACEA et porte la référence 674B. Un enroulement de 220 Vac – 310 mA fournira après redressement la haute tension de 280 Vdc. Le filtrage est réalisé par la self de choc de 1,5 H et les condensateurs de 22 µF placés sur chaque carte ampli. L’ondulation de la HT est de 400 mVpp sur C16 et de 10 mVpp sur C5.
Un secondaire de 6,3V – 1,9A fourni le courant de chauffage des filaments.
Le switch S2 en position de repos « SB » met hors-circuit la HT et désactive les deux relais K1.
La haute tension suit les aléas de la tension secteur. Le transformateur possède deux entrées 230 et 240 Vac.
MISE EN ŒUVRE
Le châssis
L’assemblage est composé d'un châssis Hammond de 254 x 152 x 51 mm dont la référence est 1441-16BK3.
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant de la carte non montée et des divers éléments.
La photo 4 et la figure 4 présentent l’agencement général et les diverses cotes d’usinage. Les cotes de la figure 4 sont relevées à l’extérieur du châssis – vue de haut. Les cotes de placement des deux cartes ampli doivent être marquées et percées avec précision. A cet effet, on commencera par percer les deux trous marqués d’un astérisque. On y fixera les deux cartes, à l’extérieur et cuivre apparent, bien orthogonalement et on percera un deuxième trou afin de la fixer. Les autres trous sont percés en utilisant la carte comme guide. On marquera également l’alignement des deux socles RCA sur la face arrière. Pour la découpe des culots des tubes, il est préférable d’utiliser un poinçon emporte-pièce de 16,5 mm. La découpe est alors parfaite. Les faces avant et arrière ne font pas l’objet d’un plan coté et sont laissées à l’appréciation de chacun – photo 3, photo 5 & figure 5.
La découpe des trous de passage des socles RCA peut être réalisée à l’aide du poinçon emporte-pièce de 16,5 mm. On forera un trou de pilotage à 24 mm du haut du châssis (figure 6) sur l ‘alignement préalablement marqué. Tous les autres trous sont marqués et percés ’’In-situ’’.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouvent leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur le circuit imprimé.
Les circuits imprimés
Carte Amplificateur
Typon à l’échelle 1
Le circuit imprimé du module amplificateur mesure 79 x 135 mm (photo 6) .
Les 11 picots de 1,3 mm sont insérés et soudés en premier lieu suivi des 6 pontages. Ensuite on soudera les deux supports des tubes. Les supports sont soudés du coté cuivre et les broches ne doivent pas dépasser du côté composant. Ce faisant, l’épaulement du support sera à 15 mm exactement de la surface de la carte et le maintien par les 4 entretoises isolées de 15 mm positionnera ceux-ci à la bonne hauteur. On soudera ensuite les composants par ordre de grandeur croissant en terminant par l’électrolytique C16.
Il est préférable de tester la carte en dehors du châssis. Mais cela nécessite une tension d’alimentation continue variable jusque 270 Vdc ou un auto-transformateur variable. Le premier test se fait sans les tubes, on vérifiera les valeurs des tensions aux électrodes des deux transistors. Après insertion des tubes et le raccordement des trois fils du primaire du transfo de sortie, il faut alimenter les filaments pendant une minute et ensuite appliquer progressivement la haute tension en surveillant la tension aux anodes et grilles écran des 6AQ5. Celles ci doivent progresser jusqu’à +270 Vdc. La tension aux cathodes (R22-R23) s’établit à +15 Vdc environ.
Carte Alimentation
Typon à l’échelle 1
La carte alimentation mesure 63 x 30 mm. Elle comprend : 11 picots de 1,3 mm, les condensateurs C1-C2, le pont redresseur et la résistance R1 de 33 kΩ.
Le montage final
Les premiers éléments à fixer sont les dix entretoises M3 F-F de 15 mm de maintien des modules ampli. A propos des entretoises de fixation des supports de tubes, il faut absolument utiliser des entretoises isolantes en polyamide, en effet vu la proximité des trous de fixation des supports heptal, il y a risque de court-circuit avec les pistes de cuivre avoisinantes. Ensuite nous fixerons les transformateurs de sortie à l’aide de vis M4 suivis dans l’ordre par les commutateurs et voyants de la face avant, les accessoires de la face arrière, la carte alimentation la self de choc, le transformateur d’alimentation et en dernier lieu, les deux cartes ampli. Tous les fils des transformateurs de sortie sont rassemblés dans une gaine, routés vers l‘avant et passent entre les entretoises de tubes pour ressortir à l’arrière du module - figure 4. Les deux fils du haut-parleur sont redirigés vers la face arrière via le centre du châssis.
Les masses
L’ensemble des circuits est flottant. La mise à la masse du châssis se fait en un seul point via la vis de fixation de la grille de fond (photo 7). Une des vis auto-taraudeuses assure le contact électrique avec le châssis et la grille.
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
Dans un premier temps, il ne faut pas raccorder les deux fils de contre-réaction.
Les deux sorties doivent être chargées, pour la sortie inutilisée pendant le test, une résistance de 10 Ω - 2 W fera l’affaire. La mise sous tension se fait de préférence à l’aide d’un auto-transformateur.
Basculer les deux commutateurs et vérifier progressivement la montée des tensions jusqu’à obtenir les 6,3 Vac de chauffage et les 270 Vdc de HT.
Les deux relais étant activés, il faut injecter un signal de 300 mVpp en entrée et visualiser la sortie.
C’est le moment de raccorder les deux fils de la contre-réaction. Le signal en sortie doit s’effondrer d’un facteur 3. Si au contraire vous constatez un accrochage, il y a lieu d’inverser les deux fils du primaire.
QUELQUES MESURES
Les mesures classiques sur notre prototype vous sont présentées aux figures 9 à 12.
La réponse aux signaux carrés – figure 9 - est excellente. Le dépassement est inexistant et le temps de montée est de l’ordre de 4 µSec. La fréquence de coupure se situe vers 70 kHz à – 3 dB. L’ajout d’une réactance composée d’une capacité de 1 µF en série avec une résistance de 8 Ω laisse le signal imperturbable.
Le taux de distorsion à 1 dB de la puissance nominale est inférieur à 2 %. La représentation spectrale montre la forte atténuation des harmoniques paires due à la symétrie du push et une décroissance progressive des harmoniques: H3 à –36 dB, H5 à –50 dB. L’écrêtage commence au-dessus de 9 Weff mais de manière assez douce, ceci est du à la faible pente des tubes (4 mA/V) et au faible taux (10 dB) de contre-réaction.
La mesure de la distorsion d’intermodulation se fait en injectant deux signaux de 50 Hz et 7 kHz dans un rapport de 12 dB (4 à 1). Les raies situées de part et d’autre de la porteuse à 7 kHz sont à 46 dB du signal pilote à 0 dBV - figure 10.
L’évolution de la DHT en fonction de la puissance est assez progressive. C’est le résultat du taux de contre-réaction assez faible. Un taux de 6 dB supérieur écrasera la DHT à 1% à 8 Watts et provoquera un coude plus raide au-delà - figure 11.
La figure 12 montre les bruits et ronflements résiduels, le niveau de référence est placé à –40 dBV. A gauche du graphe, on distingue bien l’effet de l’alimentation non-stabilisée: le bruit décroissant de 0 à 20 Hz est celui des variations de la tension secteur. L’ondulation à 50 Hz se trouve à –56 dBV et celle à 100 Hz à –68 dBV. Ceci nous donne un rapport signal bruit supérieur à 60 dB-Lin pour 1 Watt en sortie.
Caractéristiques techniques relevées sur notre prototype
Conclusion
Cet amplificateur d’une puissance totale de 20 Watts, permet de sonoriser confortablement une pièce de 40 m².
La restitution musicale porte indiscutablement l’empreinte de la 6V6: un son très agréable, doux et sans coloration. Les graves sont rendues sans traînage et les aiguës avec une excellente précision. Associé à des enceintes de qualité, il restitue tous les genres avec une excellente musicalité
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des tubes
6AQ5 Varia
6AQ5 Brimar
6AQ5 Emitron
6AQ5 General Electric
6AQ5 Hitachi
6AQ5 Matsushita
6AQ5 Matsushita
6AQ5 Mullard
6AQ5 Nippon Electric Company
6AQ5 RCA
6AQ5 Sylvania
6AQ5 Tungsram
6AQ5 Tungsram
6AQ5 Xaerix
6005 General Electric
6005 Radio Technique
6005 Toshiba
EL90 Brimar
EL90 Lorenz
EL90 Philips
EL90 Tesla
EL90 Telefunken
EL90 Valvo
6P1P Varia
6P1 Shuguang: 9 broches sur-estamplillée EL90 !!!