Amplificateur Hybride - Push Pull de EL95
Projet publié dans Electronique Pratique n° 327 de mai 2008 sous le titre: "Amplificateur hybride - Push-Pull de EL95"
Ce projet est obsolète et remplacé par le projet suivant.
Cet amplificateur met en oeuvre un système hybride composé d’un push-pull de EL95 piloté par deux amplificateurs opérationnels OPA604. Il développe une puissance de 2 x 7 Weff, sa bande passante s’étend de 30 Hz à 25 kHz à -1dB. Cette réalisation accepte également un push de EL90, 6AQ5 ou 6005 qui développe 2 x 10 Weff. Présenté sous une réalisation très compacte, il permet de sonoriser confortablement une pièce moyenne avec une qualité audiophile.
La pentode EL95 a été conçue pour équiper les meubles radio des années 50 et les amplificateurs à faible consommation comme ceux des magnétophones. Elle fut abondamment utilisée à partir de 1955 par les majors de la Hi-Fi comme Telefunken, Grundig, Philips, Siemens, et leurs sous-marques. L’avantage certain de ce tube par rapport à son challenger la EL84 est sa faible consommation de chauffage - 200 ma – et sa faible tension d’anode de 200 à 250 Vdc. Montée en push-pull, elle développe néanmoins 8 Watts musicaux.
Le circuit d’entrée
Schéma de l’amplificateur
Les deux OPA604 sont alimentés au départ de la haute tension. Une résistance de 15 kΩ fait chuter la tension à +36 Vdc, les deux IC consomment chacun 5 mA, la diode zener absorbe les variations de courant inhérentes aux aléas de l’alimentation non stabilisée. Les IC sont polarisés à la moitié de la tension d’alimentation par le pont diviseur R2-R3 et R11-R12. Le signal est injecté sur l’entrée positive de IC1. Cet IC subit est l’objet d’une double contre-réaction, la première fixe le gain à 66 par le pont diviseur R7-R5, la seconde est issue du signal de sortie de l’ampli et réduit le gain global à 6. La sortie de IC1 pilote la grille de commande de V1 et l’entrée négative de IC2. Ce dernier est configuré en gain unitaire inverseur et pilote en opposition de phase la grille de V2.
Le push-pull
Afin d’éviter de devoir appairer les tubes, nous avons opté pour des résistances de cathodes séparées.
Le transformateur de sortie a une puissance nominale de 10 Watts. Il n’est pas pourvu de prises écran et possède une seule sortie de 8 Ω. Son temps de montée est de 6 µsec. Il a été développé pour ce projet par Electra Sud-Ouest.
Le taux contre-réaction appliqué s’élève à 17 dB sans qu’il n’y ait d’accrochage ni de ‘’motor-boating’’.
Le circuit d'alimentation
MISE EN ŒUVRE
Le châssis
L’assemblage est composé d’un châssis Hammond de 254 x 152 x 51 mm surmonté d’un petit châssis du même fabricant de 152 x 102 x 51 mm dont les références sont respectivement 1441-16BK3 et 1441-8BK3.
Le circuit imprimé du module amplificateur mesure 79 x 135 mm – photo 6.
Carte alimentation
La carte redresseur mesure 63 x 30 mm. Elle comprend : 6 picots de 1,3mm, les condensateurs C1-C2, diodes D1-D2 et la résistance R2 de 6,8 kΩ. La résistance R1 de 220 Ω est fixée sur une petite pièce métallique à l’une des quatre fixations de la carte.
Les premiers éléments à fixer sont les dix entretoises M3 F-F de 15 mm de maintien des modules ampli. A propos de 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 et la résistance R1, 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 5. Les deux fils du haut-parleur sont redirigés vers la face arrière via le centre du châssis. Tout ce petit monde est enfin interconnecté comme montré sur les schémas.
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.
MISE SOUS TENSION
Dans un premier temps, il ne faut pas raccorder les deux fils de contre-réaction.
Les mesures classiques sur notre prototype vous ont présentées aux figures 10 à 13.
Liste des composants
Conclusion
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.
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Projet publié dans Electronique Pratique n° 327 de mai 2008 sous le titre: "Amplificateur hybride - Push-Pull de EL95"
Ce projet est obsolète et remplacé par le projet suivant.
Cet amplificateur met en oeuvre un système hybride composé d’un push-pull de EL95 piloté par deux amplificateurs opérationnels OPA604. Il développe une puissance de 2 x 7 Weff, sa bande passante s’étend de 30 Hz à 25 kHz à -1dB. Cette réalisation accepte également un push de EL90, 6AQ5 ou 6005 qui développe 2 x 10 Weff. Présenté sous une réalisation très compacte, il permet de sonoriser confortablement une pièce moyenne avec une qualité audiophile.
LE PRINCIPE
La pentode EL95 a été conçue pour équiper les meubles radio des années 50 et les amplificateurs à faible consommation comme ceux des magnétophones. Elle fut abondamment utilisée à partir de 1955 par les majors de la Hi-Fi comme Telefunken, Grundig, Philips, Siemens, et leurs sous-marques. L’avantage certain de ce tube par rapport à son challenger la EL84 est sa faible consommation de chauffage - 200 ma – et sa faible tension d’anode de 200 à 250 Vdc. Montée en push-pull, elle développe néanmoins 8 Watts musicaux.
Les récepteurs FM Stéréo de la série "Concerto’’ et ‘’Opus’’ de Telefunken font preuve d’une musicalité inégalée à ce jour et ces appareils se négocient à prix d’or.
Si le push-pull est de facture classique, son pilotage est réalisé par deux OPA comme le montre la figure 2. Un premier OPA IC1 amplifie le signal d’un facteur de 36 dB, sa sortie directe pilote le premier tube. Le signal de sortie de IC1 est inversé par le deuxième OPA IC2 de gain unitaire, sa sortie pilote le deuxième tube.
Le signal de contre-réaction est injecté dans le pied de la contre-réaction négative de IC1.
LE SCHEMA
Le circuit d’entrée
Schéma de l’amplificateur
Les deux OPA604 sont alimentés au départ de la haute tension. Une résistance de 15 kΩ fait chuter la tension à +36 Vdc, les deux IC consomment chacun 5 mA, la diode zener absorbe les variations de courant inhérentes aux aléas de l’alimentation non stabilisée. Les IC sont polarisés à la moitié de la tension d’alimentation par le pont diviseur R2-R3 et R11-R12. Le signal est injecté sur l’entrée positive de IC1. Cet IC subit est l’objet d’une double contre-réaction, la première fixe le gain à 66 par le pont diviseur R7-R5, la seconde est issue du signal de sortie de l’ampli et réduit le gain global à 6. La sortie de IC1 pilote la grille de commande de V1 et l’entrée négative de IC2. Ce dernier est configuré en gain unitaire inverseur et pilote en opposition de phase la grille de V2.
Le condensateur C2 limite la bande passante des drivers à 30 kHz afin d’éviter la saturation des tubes en présence de transitoires. Le condensateur C6 est indispensable pour écraser les velléités d’oscillation de l’OPA604 dont le taux de contre-réaction en gain unitaire est de l’ordre de 120 dB. Le potentiomètre P1 ajuste le la balance dynamique du push. Son réglage se fait pour un minimum de distorsion à 6 Watts. Il n’est pas vraiment indispensable, et peut être court-circuité. Dans ce cas nous placerons une résistance de 47 kΩ en R10.
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 +9,6 Vdc. A ce propos, nous avons constaté une constance étonnante dans les points de fonctionnement de ces EL95. La douzaine de tubes à notre disposition est interchangeable sans grande variation de polarisation, donc de courant anode. 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, c.a.d. anode + G2 s’établit à 24,5 mA, chaque tube dissipe 6 Watts (anode + G2) et nous fonctionnons en classe AB.
A noter également que l’écrêtage se produit de manière assez douce à l’inverse des amplificateurs à semi-conducteurs.
Le transformateur de sortie
Le transformateur de sortie a une puissance nominale de 10 Watts. Il n’est pas pourvu de prises écran et possède une seule sortie de 8 Ω. Son temps de montée est de 6 µsec. Il a été développé pour ce projet par Electra Sud-Ouest.
La contre-réaction
Le taux contre-réaction appliqué s’élève à 17 dB sans qu’il n’y ait d’accrochage ni de ‘’motor-boating’’.
Une remarque importante: les étages de sortie des amplificateurs à tubes sont conçus pour être chargés par une impédance bien définie, 10 KW dans le cas présent. Cette impédance est réalisée en chargeant la sortie par l’impédance de charge, 8 Ω. En l’absence de cette charge, un amplificateur à tubes contre-réactionné peut se révéler instable! Par la contre-réaction, l’impédance de sortie est abaissée à 1,3 Ω, ce qui porte le facteur d’amortissement à 6.
Le circuit d'alimentation
Le transformateur est fabriqué par ACEA et porte la référence 605A. Il est équipé au primaire des entrées 230 et 240 Vac pour une puissance nominale de 55 VA. Les deux enroulements secondaires fournissent le 110 Vac sous 450 mA et 6,3 Vac sous 800 mA. Les filaments sont polarisés aux +36 Vdc issus de l’alimentation des AOP.
Le redressement configuré en doubleur de tension monte à +260 Vdc. Le filtrage est réalisé par la self de choc Hammond 156M de 3 H et les condensateurs de 22 µF placés sur chaque carte ampli. L’ondulation de la HT est de 250 mVpp.
La haute tension suit les aléas de la tension secteur. Les mesures ont été réalisées avec une tension secteur stabilisée de 230 Vac. Il importe de ne pas dépasser les +260 Vdc de HT.
MISE EN ŒUVRE
Le châssis
L’assemblage est composé d’un châssis Hammond de 254 x 152 x 51 mm surmonté d’un petit châssis du même fabricant de 152 x 102 x 51 mm dont les références sont respectivement 1441-16BK3 et 1441-8BK3.
Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant de la carte non montée et des divers éléments.
Le transformateur d’alimentation est fixé au-dessus du châssis et protégé par le deuxième petit châssis – photo 2 et figure 6
Le petit châssis sera fixé sur le grand en fin de montage par 4 vis auto-taraudeuses de 6,5 mm et 2,9 mm de diamètre.
La photo 4 et la figure 5 présentent l’agencement général et les diverses cotes d’usinage. Les cotes de la figure 5 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 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.
Pour la découpe des culots des tubes, il est préférable d’utiliser un 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.
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 7) sur l ‘alignement préalablement marqué. Tous les autres trous sont marqués et percés ’’In-situ’’. On oubliera pas les quatre trous de fixation du châssis supérieur.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouveront leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur le circuit imprimé.
Les circuits imprimés
Carte amplificateur
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. 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 y a 8 pontages, le lien HT-G2 de V2 doit être isolé et le pontage marqué ‘’P’’ qui relie le +36 Vdc aux deux résistances R30-R31 est isolé et soudé coté cuivre.
Il est préférable de tester la carte en dehors du châssis. Mais cela nécessite une tension d’alimentation continue variable jusque 260 Vdc ou un auto-transformateur variable. On ne saurait assez insister sur l’utilité de cet appareil quand on travaille avec des tubes. Le premier test se fait sans les tubes: la tension d’alimentation des OPA se stabilisera à +36 Vdc et on vérifiera que la polarisation des IC est bien correcte en mesurant +18 Vdc aux broches 6. 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 (G2) des EL95. Celles ci doivent progresser jusqu’à +260 Vdc. La tension aux cathodes (R19-R20) s’établit à +9,5 Vdc environ.
Carte alimentation
Typon à l’échelle 1
La carte redresseur mesure 63 x 30 mm. Elle comprend : 6 picots de 1,3mm, les condensateurs C1-C2, diodes D1-D2 et la résistance R2 de 6,8 kΩ. La résistance R1 de 220 Ω est fixée sur une petite pièce métallique à l’une des quatre fixations de la carte.
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 de 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 et la résistance R1, 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 5. Les deux fils du haut-parleur sont redirigés vers la face arrière via le centre du châssis. Tout ce petit monde est enfin interconnecté comme montré sur les schémas.
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 260 Vdc de HT.
Vérifier la tension d’alimentation de +36 Vdc des AOP et les tensions de +260 Vdc d’anode des pentodes.
Les deux relais étant activés, il faut injecter un signal de 100 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 10. Si au contraire vous constatez un accrochage, il y a lieu d’inverser les deux fils du primaire.
Si vous avez opté pour le potentiomètre P1, il doit être ajusté pour un minimum de distorsion à 6 Watts.
QUELQUES MESURES
Les mesures classiques sur notre prototype vous ont présentées aux figures 10 à 13.
La réponse aux signaux carrés – figure 10 - est excellente. Le dépassement est inexistant et le temps de montée est de l’ordre de 6 µSec. La fréquence de coupure se situe vers 50 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 1%. La représentation spectrale montre une décroissance progressive des harmoniques: H2 à –42 dB, H3 à –50 dB, H4 à –70 dB. L’écrêtage commence au-dessus de 6 Weff mais de manière assez douce, ce qui à l’écoute donne l’impression d’une puissance nettement supérieure – figure 12.
La mesure de la distorsion d’intermodulation se fait en injectant deux signaux de 60 Hz et 7 kHz dans un rapport de 12 dB (4 à 1). Les deux raies latérales situées à 60 Hz de part et d’autre de la raie à 7 kHz sont à 50 dB du signal pilote à 0 dBV de 60 Hz - figure 11.
La figure 13 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 –84 dBV et celle à 100 Hz à –88 dBV. Ceci nous donne un rapport signal bruit supérieur à 80 dB-Lin pour 1 Watt en sortie.
Spécifications du projet
Liste des composants
Conclusion
Bien que d’une puissance de 2 x 7 Weff, assez modeste au vu de ce qu’on propose aujourd’hui sur le marché de l’audio, nous avons été surpris par la puissance apparente de cet amplificateur. Les graves sont rendues sans traînage et les aiguës avec une excellente précision. Le son très agréable, sans coloration particulière et sans agresser nos sens. Associé à des enceintes de qualité, il restitue la musique classique et le jazz avec une excellente musicalité.
Besoin d’un complément d’information ?
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
