AMPLIFICATEUR MONOTUBE – LA TRIODE 6EM7 en SINGLE END
Projet publié dans la revue Electronique Pratique n°376 de novembre 2012 sous le titre "Amplificateur monotube - La triode 6EM7 en Single End".
Cet amplificateur met en œuvre une double triode 6EM7. Il développe une puissance de 2 x 4 Weff et 2 x 7 W musicaux. La 6EM7 est fort prisée outre Atlantique pour équiper de petits amplificateurs qui à l’écoute se révèlent fort musicaux.
La 6EM7 est une double triode dissymétrique. Développée initialement pour piloter la déflexion des écrans de télévision américains, elle présente des caractéristiques intéressantes pour l’audio. La première triode (broches 4-5-6) s’apparente à la 6SL7 et servira de préamplificatrice. La deuxième triode (broche 1-2-3) supporte une dissipation anodique de 10 Watts. Sa constitution lui permet d’accepter des courants de pointe de 175 mA ce qui explique la puissance instantanée conséquente, de plus elle supporte des impulsions de 1500 Vdc à l’anode sans claquage. Par contre le recul de grille peut s’avérer important en fonction de la tension anodique.
LE SCHEMA
Schéma
Schéma
Le circuit d’entrée
Nous avons repris la configuration classique: un étage amplificateur d’un gain de 30 dB environ. La première triode est polarisée à +30 Vdc environ par le pont diviseur formé par R3 et R5. La résistance R13 de 82 kW fixe le courant à 430 µA. La cellule de compensation a été supprimée car les capacités parasites intrinsèques associées à la résistance d’anode de 220 kW suffisent à limiter la bande passante à 30 kHz.
Nous avons repris la configuration classique: un étage amplificateur d’un gain de 30 dB environ. La première triode est polarisée à +30 Vdc environ par le pont diviseur formé par R3 et R5. La résistance R13 de 82 kW fixe le courant à 430 µA. La cellule de compensation a été supprimée car les capacités parasites intrinsèques associées à la résistance d’anode de 220 kW suffisent à limiter la bande passante à 30 kHz.
Le single-end
Nous avons profité des nombreuses prises proposées sur le transformateur de sortie pour introduire deux contre-réactions, une via la cathode et l’autre classique vers le circuit d’entrée. La contre-réaction totale fait 6 dB. La tension de polarisation est obtenue à partir du redressement négatif de la haute tension et du pont diviseur formé par la résistance R25 de 150 kW et les deux potentiomètres de 100 kW. Comme écrit plus haut, le recul de grille est important et se situe vers 50 Vdc pour une tension d’anode de 300 Vdc. La tension de polarisation est réglable entre –80 Vdc et 0 Vdc.
L’anode est chargée par une d’impédance de 3,5 kW. Le courant de cathode s’établit à 30 mA, la dissipation anodique fait 9 W au repos. Comme le recul de grille est fixé, cette dissipation anodique varie considérablement en fonction de signal. La puissance de sortie nominale calculée au départ était de 2 W, les mesures ont montré qu’elle monte sans problème à 7 W (figure 3 et figure 11) en imposant à l’anode un courant de 60 mA et une dissipation anodique de … 18 W sans même présenter de signe de faiblesse.
A noter également que l’écrêtage se produit de manière très douce.
La figure 4 montre le courant de cathode pour une puissance de 7 W, le courant de pointe fait 130 mA. L’impédance de sortie s’établit à 2 W, ce qui porte le facteur d’amortissement à 4.
Le transformateur de sortie affiche une puissance nominale de 6 Watts. C’est un ancien design de Telefunken. Il est fabriqué en Allemagne, porte la référence ATRA0238 et est disponible chez Wuesten.
L'alimentation
Le transformateur d’alimentation d’une puissance nominale de 72 VA du même fournisseur porte la référence TRA0201 et est disponible chez Wuesten. Un enroulement de 460 Vac à point central fournira après redressement la haute tension de 315 Vdc. Le filtrage en tête est composé du condensateur C12 de 100 µF, d’une self L1 de 1,5 H et du condensateur C13 de 220 µF
Un secondaire de 6,3 Vac fournit le courant de chauffage des filaments.
La haute tension suit les aléas de la tension secteur. Les filaments sont maintenus au potentiel de masse par la résistance R28 de 100 W. Le socle DIN à trois contacts fournit au préamplificateur esclave la haute tension et le courant de chauffage de 12,6 Vac.
MISE EN ŒUVRE
Le châssis
L’assemblage est réalisé sur un châssis Hammond de 254 x 152 x 51 mm. Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant de la carte non montée et des divers éléments : Plan du châssis, Agencement, Plan de la face arrière, Arrière.
La face avant ne reçoit que le commutateur de mise sous tension.
La photo B 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 du circuit imprimé doivent être marquées et percées avec précision. A cet effet, on commencera par percer le trou marqué d’un astérisque. On y fixera la carte, 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. Pour la découpe des culots des tubes, il est préférable d’utiliser un poinçon emporte-pièce de 27,5 mm. La découpe est alors parfaite. Tous les autres trous sont marqués et percés ’’In-situ’’.
A l’inverse de nos autres réalisations, le placement des trois transformateurs nécessite la découpe du châssis.
Cette découpe se fait à la scie sauteuse à l’aide d’une lame fine.
A noter que les transformateurs sont livrés non peints et sans capot protecteur EI84.
Le prix modique des transformateurs sera compensé par un peu d’huile de bras …
Les cotes de la face arrière sont données en figure 6.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouvent leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur le circuit imprimé.
L’assemblage est réalisé sur un châssis Hammond de 254 x 152 x 51 mm. Il est plus facile de réaliser en premier lieu la partie mécanique en se servant de la carte non montée et des divers éléments : Plan du châssis, Agencement, Plan de la face arrière, Arrière.
La face avant ne reçoit que le commutateur de mise sous tension.
La photo B 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 du circuit imprimé doivent être marquées et percées avec précision. A cet effet, on commencera par percer le trou marqué d’un astérisque. On y fixera la carte, 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. Pour la découpe des culots des tubes, il est préférable d’utiliser un poinçon emporte-pièce de 27,5 mm. La découpe est alors parfaite. Tous les autres trous sont marqués et percés ’’In-situ’’.
A l’inverse de nos autres réalisations, le placement des trois transformateurs nécessite la découpe du châssis.
Cette découpe se fait à la scie sauteuse à l’aide d’une lame fine.
A noter que les transformateurs sont livrés non peints et sans capot protecteur EI84.
Le prix modique des transformateurs sera compensé par un peu d’huile de bras …
Les cotes de la face arrière sont données en figure 6.
Après s’être assuré que tous les ensembles trouvent leur place, nous pouvons passer au montage des divers composants sur le circuit imprimé.
Le circuit imprimé
Le circuit imprimé mesure 99 x 159 mm.
Les 22 picots de 1,3 mm et les trois points de test sont insérés et soudés en premier lieu suivi des 3 pontages.
Il est possible de placer les fils d’alimentation des filaments du côté composant ou du côté cuivre ce qui est préférable mais dans ce cas il faut les souder avant de fixer les supports octal. Ensuite on soudera les deux supports des tubes. L’épaulement du support octal sera à 15 mm exactement de la surface de la carte et le maintien par les 5 entretoises 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 C11.
Typon à l'échelle 1, Plan d’implantation des composants, Photo de la carte
Il est préférable de tester la carte en dehors du châssis. On vérifiera les valeurs des tensions aux électrodes des deux tubes. Un signal de 1 Vac en entrée se traduira par une tension de 32 Vac en broche 5 du culot octal. On en profitera pour régler les deux ajustables au maximum de la tension négative (- 80 Vdc)
Le montage final
Les premiers éléments à fixer sont les 5 entretoises M3 F-F de 15 mm de maintien du circuit imprimé, l’entretoise centrale est en nylon afin d’assurer l’isolation. Ensuite nous fixerons les transformateurs de sortie sur quatre entretoises de 10 mm à l’aide de vis M4 de 50 mm et le transformateur d’alimentation directement sur le châssis par des vis M4 de 40 mm (photo B).
Suivront les divers éléments des faces avant et arrière et enfin le placement de la carte.
Une remarque encore concernant les transformateurs de sortie : les trois enroulements primaires sont montés en série, le raccordement se faisant par soudure au bout des fils. Si vous décidez de raccourcir les fils rouges inutilisés, il faut les ressouder afin de rétablir la continuité du primaire.
Le circuit imprimé mesure 99 x 159 mm.
Les 22 picots de 1,3 mm et les trois points de test sont insérés et soudés en premier lieu suivi des 3 pontages.
Il est possible de placer les fils d’alimentation des filaments du côté composant ou du côté cuivre ce qui est préférable mais dans ce cas il faut les souder avant de fixer les supports octal. Ensuite on soudera les deux supports des tubes. L’épaulement du support octal sera à 15 mm exactement de la surface de la carte et le maintien par les 5 entretoises 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 C11.
Typon à l'échelle 1, Plan d’implantation des composants, Photo de la carte
Il est préférable de tester la carte en dehors du châssis. On vérifiera les valeurs des tensions aux électrodes des deux tubes. Un signal de 1 Vac en entrée se traduira par une tension de 32 Vac en broche 5 du culot octal. On en profitera pour régler les deux ajustables au maximum de la tension négative (- 80 Vdc)
Le montage final
Les premiers éléments à fixer sont les 5 entretoises M3 F-F de 15 mm de maintien du circuit imprimé, l’entretoise centrale est en nylon afin d’assurer l’isolation. Ensuite nous fixerons les transformateurs de sortie sur quatre entretoises de 10 mm à l’aide de vis M4 de 50 mm et le transformateur d’alimentation directement sur le châssis par des vis M4 de 40 mm (photo B).
Suivront les divers éléments des faces avant et arrière et enfin le placement de la carte.
Une remarque encore concernant les transformateurs de sortie : les trois enroulements primaires sont montés en série, le raccordement se faisant par soudure au bout des fils. Si vous décidez de raccourcir les fils rouges inutilisés, il faut les ressouder afin de rétablir la continuité du primaire.
La masse
Point toujours délicat s’il en est !
Le circuit est raccordé à la masse via les deux socles RCA d’entrée, en l’absence de ce contact de masse le circuit doit être flottant.
On prêtera attention à l’isolation de la masse du condensateur tampon C12, ce dernier n’est pas directement en contact avec le châssis mais repose sur un intercalaire qui n’est autre qu’un joint d’étanchéité. Le contact à la masse est réalisé comme présenté sur le schéma en figure 2. Le point central du secondaire HT est raccordé à la masse du condensateur tampon C12 via l’anneau de contact fourni et est ensuite raccordé à la masse du circuit imprimé au point « C12 Neg ». En l’absence de cette disposition, une boucle de masse à 100 Hz s’établit entre le châssis et la carte avec les conséquences qu’on sait ….
Point toujours délicat s’il en est !
Le circuit est raccordé à la masse via les deux socles RCA d’entrée, en l’absence de ce contact de masse le circuit doit être flottant.
On prêtera attention à l’isolation de la masse du condensateur tampon C12, ce dernier n’est pas directement en contact avec le châssis mais repose sur un intercalaire qui n’est autre qu’un joint d’étanchéité. Le contact à la masse est réalisé comme présenté sur le schéma en figure 2. Le point central du secondaire HT est raccordé à la masse du condensateur tampon C12 via l’anneau de contact fourni et est ensuite raccordé à la masse du circuit imprimé au point « C12 Neg ». En l’absence de cette disposition, une boucle de masse à 100 Hz s’établit entre le châssis et la carte avec les conséquences qu’on sait ….
MISE SOUS TENSION
Après insertion des tubes et le raccordement des fils des transformateurs de sortie, on vérifiera (plusieurs fois) la pertinence du câblage. C’est le moment de mettre l’amplificateur sous tension. Si vous avez encore des doutes, il est toujours possible d’utiliser un auto-transformateur variable, le temps de constater que tout se comporte normalement. Après la mise sous tension, on règlera le courant de fonctionnement des tubes en mesurant la tension aux points de test des cathodes. Cette tension doit s’établir à 300 mVdc pour un courant de cathode de 30 mA. La tension de polarisation fait – 50 Vdc environ. Ce réglage sera revu après une heure de fonctionnement. Un signal de 1 Vac en entrée produira une tension de 4 Vac en sortie haut-parleur. Après s’être assuré que tout fonctionne, on fixera la grille de fond (photo E).
Après insertion des tubes et le raccordement des fils des transformateurs de sortie, on vérifiera (plusieurs fois) la pertinence du câblage. C’est le moment de mettre l’amplificateur sous tension. Si vous avez encore des doutes, il est toujours possible d’utiliser un auto-transformateur variable, le temps de constater que tout se comporte normalement. Après la mise sous tension, on règlera le courant de fonctionnement des tubes en mesurant la tension aux points de test des cathodes. Cette tension doit s’établir à 300 mVdc pour un courant de cathode de 30 mA. La tension de polarisation fait – 50 Vdc environ. Ce réglage sera revu après une heure de fonctionnement. Un signal de 1 Vac en entrée produira une tension de 4 Vac en sortie haut-parleur. Après s’être assuré que tout fonctionne, on fixera la grille de fond (photo E).
QUELQUES MESURES
Les mesures classiques sur notre prototype vous sont présentées aux figures 9 à 13.
La figure 9 montre la réponse aux signaux carrés. Le temps de montée est de l’ordre de 10 µSec. La fréquence de coupure se situe vers 35 kHz à – 3 dB. L’ajout d’une réactance composée d’une capacité de 1 µF en série avec une résistance de 8 W laisse le signal imperturbable.
Le taux de distorsion à 4 W s’élève à 2 %. La représentation spectrale montre une décroissance progressive des harmoniques avec une bonne présence de l’harmonique 2 typique des montages « Single End ». L’écrêtage commence vers 4 Weff mais de manière assez douce. 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 38 dB du signal pilote à 0 dBV (figure 10).
L’évolution de la DHT en fonction de la puissance est très progressive (figure 11), c’est du principalement au faible taux de contre-réaction.
La figure 12 montre les bruits et ronflements résiduels, le niveau de référence est placé à -20 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 – 65 dBV et celle à 100 Hz à –74 dBV. Ceci nous donne au millivoltmètre un rapport signal bruit supérieur à 80 dB-A pour 1 Watt en sortie.
Le taux de distorsion à 1 Weff en sortie s’établit à 0,5% (figure 13).
Les mesures classiques sur notre prototype vous sont présentées aux figures 9 à 13.
La figure 9 montre la réponse aux signaux carrés. Le temps de montée est de l’ordre de 10 µSec. La fréquence de coupure se situe vers 35 kHz à – 3 dB. L’ajout d’une réactance composée d’une capacité de 1 µF en série avec une résistance de 8 W laisse le signal imperturbable.
Le taux de distorsion à 4 W s’élève à 2 %. La représentation spectrale montre une décroissance progressive des harmoniques avec une bonne présence de l’harmonique 2 typique des montages « Single End ». L’écrêtage commence vers 4 Weff mais de manière assez douce. 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 38 dB du signal pilote à 0 dBV (figure 10).
L’évolution de la DHT en fonction de la puissance est très progressive (figure 11), c’est du principalement au faible taux de contre-réaction.
La figure 12 montre les bruits et ronflements résiduels, le niveau de référence est placé à -20 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 – 65 dBV et celle à 100 Hz à –74 dBV. Ceci nous donne au millivoltmètre un rapport signal bruit supérieur à 80 dB-A pour 1 Watt en sortie.
Le taux de distorsion à 1 Weff en sortie s’établit à 0,5% (figure 13).
Spécifications du projet
Nomenclature
Conclusion
Cette réalisation d’un prix modique sera mise en œuvre sans mauvaise surprise, tous les éléments étant disponibles de stock. Elle se présente comme une entrée en matière simple d’accès pour une première réalisation amateur.
Couplé au préamplificateur étudié dans le numéro 374 de septembre 2012 (figure 15) , il forme un ensemble très complet à deux entrées linéaires, USB et S/P DIF.
Couplage Ampli – Préampli.jpg
Cet amplificateur fournit une puissance totale de 8 Watts efficaces et 14 Watts impulsionnels, il permet de sonoriser confortablement une pièce de séjour.
La restitution musicale est typique du « Single End « à triode. Le message est bien détaillé, précis et chaleureux. Cet amplificateur se laisse écouter de longues heures sans fatigue. Associé à des enceintes de bonne facture, il restitue tous les genres avec une excellente musicalité.
Cette réalisation d’un prix modique sera mise en œuvre sans mauvaise surprise, tous les éléments étant disponibles de stock. Elle se présente comme une entrée en matière simple d’accès pour une première réalisation amateur.
Couplé au préamplificateur étudié dans le numéro 374 de septembre 2012 (figure 15) , il forme un ensemble très complet à deux entrées linéaires, USB et S/P DIF.
Couplage Ampli – Préampli.jpg
Cet amplificateur fournit une puissance totale de 8 Watts efficaces et 14 Watts impulsionnels, il permet de sonoriser confortablement une pièce de séjour.
La restitution musicale est typique du « Single End « à triode. Le message est bien détaillé, précis et chaleureux. Cet amplificateur se laisse écouter de longues heures sans fatigue. Associé à des enceintes de bonne facture, il restitue tous les genres avec une excellente musicalité.
Il est conçu pour fonctionner seul ou avec un préamplificateur esclave.
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- End of text -
Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des tubes