UN AMPLIFICATEUR MONOTUBE ECONOMIQUE – LA 7591A EN SINGLE END
Projet publié dans Electronique Pratique Hors-série n° 5 sous le titre ‘’Amplificateur monotube économique - La pentode 7591A en Single end’’
Cet amplificateur met en œuvre un système hybride composé d’un étage pilote à FET et d’une pentode 7591A montée en Single End et fonctionnant en classe A. Il développe une puissance de 2 x 5 Weff ou 2 x 6 W impulsionnels (musicaux).
La pentode 7591A lancée assez tardivement sur le marché en 1959 fut abondamment utilisée par les grandes marques américaines de la haute fidélité : Fisher, Scott, Ampeg, Sherwood, Marantz, McIntosh, Eico …
Elle développe des caractéristiques intéressantes telles que la consommation filament de 800 mA, la pente de 10 mA/V tout en supportant une dissipation anodique de 19 Watts. Son comportement est similaire à celui de la EL84. Elle est disponible chez Electro Harmonix et JJ Electronic.
Datasheet ‘’TungSol’’ de la 7591A
LE SCHEMA
Schéma de l'amplificateur
Le circuit d’entrée
Bien qu‘équipé d’un transistor à effet de champs, nous avons repris la configuration classique utilisée pour un circuit à tubes: un étage amplificateur d’un gain de 30 dB environ. 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 +30 Vdc ce qui par R13 – 22 kΩ fixe le courant à 1,2 mA. La tension du drain chargé par R11 – 100 kΩ s’établit alors vers +150 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 2,2 kΩ en R17, le gain sans la contre réaction globale s’établit à 32 dB.
Avec une tension d’alimentation de +280 Vdc le signal maximal de pilotage obtenu est de 160 Vpp !
La cellule de compensation 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 single-end
Nous avons profité des nombreuses prises proposées sur le transformateur de sortie : la grille écran est alimentée via un prise du primaire. Ce n’est pas à proprement parler un fonctionnement ultra-linéaire car la prise est située à 10% du primaire. Les quatre liaisons du secondaire sont utilisées pour introduire deux contre-réactions, la première faible de 2 dB au niveau de la cathode, l’autre classique de 15 dB vers l’étage d’entrée.
La tension Vk s’établit à +9,5 Vdc. L’anode est chargée par une d’impédance de 3,5 kΩ. Le courant de cathode s’établit à 54 mA, soit 50 mA par l’anode et 4 mA par G2, les dissipations sont de 14,5 W pour l’anode et 1,2 W en G2.
L’amplificateur comme tous les ‘’single end’’ fonctionne en classe A. A noter également que l’écrêtage se produit de manière assez douce. Du fait de la contre-réaction de 15 dB l’impédance de sortie s’établit à 1 Ω, ce qui porte le facteur d’amortissement à 8. Ce facteur nous permet de piloter sans perte de puissance une charge de 6 Ω souvent utilisée pour les enceintes modernes.
Le transformateur de sortie affiche une puissance nominale de 6 Watts. C’est un ancien design de Telefunken. Il est fabriqué en Allemagne, disponible chez: www.askjanfirst.com et porte la référence ATRA0238.
L'alimentation
L'alimentation
Le transformateur d’alimentation d’une puissance de 72 VA du même fournisseur porte la référence TRA0201. Un enroulement de 460 Vac à point central fournira après redressement la haute tension de 305 Vdc. Le filtrage est réalisé par la cellule C13-L1-C12. L’ondulation de la HT est de 1 Vac sur C13, 10 mVac sur C12 et de 200 µVac sur C11.
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 Ω.
La haute tension suit les aléas de la tension secteur. Les filaments sont maintenus au potentiel de masse par la résistance R28 de 100 Ω.
Par rapport à la publication du ‘’Hors-Série’’ n°5 d’Electronique Pratique, nous avons ajouté le filtrage en tête du redressement. Il est composé d’une self L1 de 1,5 H et d’une capacité C13 de 2 x 50 µF.
Ce filtrage réduit de 14 dB le bruit en sortie. Le circuit imprimé permet les deux options.
Le socle DIN à trois contacts fournit au préamplificateur esclave la haute tension et le courant de chauffage de 12,6 Vac.
Le 12,6 Vac est obtenu en sériant les deux enroulements basse tension.
Il permet l'utilisation du préamplificateur esclave décrit dans Electronique Pratique n°374 de septembre 2012 (photo 8).
Le 12,6 Vac est obtenu en sériant les deux enroulements basse tension.
Il permet l'utilisation du préamplificateur esclave décrit dans Electronique Pratique n°374 de septembre 2012 (photo 8).
MISE EN ŒUVRE
Le châssis
L’assemblage est réalisé sur un châssis 1441-16BK3 de 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.
Les photo 3 - photo 4 et figure 3 - figure 4 présentent l’agencement général et les diverses cotes d’usinage. Les cotes de la figure 3 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. Les faces avant et arrière ne font pas l’objet d’un plan coté et sont laissées à l’appréciation de chacun.
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.
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 …
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
Typon à l ‘échelle 1
Le circuit imprimé mesure 99 x 159 mm.
Implantation des composants et photo de la carte
Les 21 picots de 1,3 mm sont insérés et soudés en premier lieu suivi des 5 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 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 C12.
La liaison des filaments entre les deux tubes est réalisée du côté cuivre.
Si nous utilisons la cellule de filtrage L1-C13, il y a lieu de la câbler suivant ce plan.
Il est préférable de tester la carte en dehors du châssis. Ce premier test se fait sans les tubes, on vérifiera les valeurs des tensions aux électrodes des deux transistors. Un signal de 1 Vac en entrée se traduira par une tension de 32 Vac (100 Vpp !) en broche 6 du culot octal.
Le montage final
Les premiers éléments à fixer sont les 5 entretoises M3 F-F de 15 mm de maintien du circuit imprimé. 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 4).
Suivront les divers éléments des faces avant et arrière et enfin le placement de la carte.
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 C13, 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 1. Le point central du secondaire HT est raccordé à la masse du condensateur tampon C13 via l’anneau de contact fourni et est ensuite raccordé à la masse du circuit imprimé au point "CT C13". 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 ou de placer une ampoule de 100 Watts en série avec le primaire, le temps de constater que tout se comporte normalement. A la mise sous tension, on surveillera la tension aux anodes et cathodes des 7591A. La tension d’anode doit progresser jusqu’à +300 Vdc, la tension aux cathodes s’établit à +9,5 Vdc. Un signal de 1 Vac en entrée produira une tension de 6 Vac en sortie haut-parleur. Après s’être assuré que tout fonctionne, on fixera la grille de fond (photo 6).
QUELQUES MESURES
Les mesures classiques sur notre prototype sont réalisées avec une tension primaire de 235Vac.
La réponse aux signaux carrés 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 s’élève à 2 %. La représentation spectrale montre la prédominance de l’harmonique H2 à – 40 dB et une décroissance progressive des harmoniques H3 à –46 dB et H4 à –52 dB). L’écrêtage commence vers 5 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.
L’évolution de la DHT en fonction de la puissance est assez progressive.
La figure 11 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 – 80 dB et celle à 100 Hz à –62 dB. Ceci nous donne 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 0,2% (figure 12).
Spécifications du projet
Nomenclature des composants
CONCLUSION
Cette réalisation d’un prix très modique sera mise en œuvre sans mauvaise surprise, tous les éléments étant disponibles de stock. Elle se présente comme une ‘’entrée en matière’’ simple pour une première réalisation amateur.
Cet amplificateur d’une puissance totale de 12 Watts permet de sonoriser confortablement une pièce de 30 m².
La restitution musicale s’apparente à celle de la EL84: le message est bien détaillé, précis voire brillant. La fréquence de coupure basse à 40 Hz ne se fait pas sentir, nous sommes en effet à la limite de la restitution des graves dans une pièce de séjour normale, de plus aussi bien les hauts-parleurs que les instruments de musique descendent rarement sous cette fréquence. Associé à des enceintes de bonne qualité, il restitue tous les genres avec une excellente musicalité.
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Récapitulatif des photos (Haute définition)
Galerie des tubes
7591A
7591A Divers
7591A Electro-Harmonix
7591A Electro-Harmonix
7591A Hammond Organs
7591S JJ Electronic
7591A RCA
7591A Sylvania
7591A Ultron
7591A Amperex