Ce projet décrit la mise en œuvre d’un testeur de tubes. Cet appareil permet de mesurer les caractéristiques des diodes, triodes, tétrodes et pentodes. Le contrôle des tensions d’anode, d’écran et de grille est analogique et l’affichage de la mesure est numérique. Les tensions et courants d’anode sont réglables entre 30 et 360 Vdc sous 160 mA max, les tensions et courants de grille écran, réglables entre 0 et 340 Vdc sous 20 mA max et la tension de grille entre –50 et + 5 Vdc. L’appareil est placé dans un boîtier de (LxPxH) 305 x 180 x 135 mm de dimension très réduite au vu de l’application.

Son utilisation se révèle très conviviale et les afficheurs numériques lui confèrent une exellente précision.

 

 

LE PRINCIPE

 

Le principe est simple : il faut disposer de trois alimentations stables et réglables, d’un interfaçage vers les différents supports et d’un affichage.

Soyons modernes: les alimentations utiliseront des semi-conducteurs et l’affichage des modules numériques.

L’interfaçage doit également permettre le routage des bons signaux vers les broches destinataires.

Longues hésitations pour savoir si ce routage se faisait à l’aide de dix commutateurs «rotary» mais comme le montre la photo du projet nous avons opté pour le raccordement direct. Ce choix est le plus simple, le plus économique et surtout celui qui nécessite le moins de place.

  

 

SCHEMA BLOC

  

Schéma

Un seul transformateur fournit les trois tensions 310, 280 et 30 Vac pour les tensions d’anode, d’écran et de grille de commande. La cathode est reliée à la masse par une résistance de 1 Ω ce qui permettra de mesurer le courant de cathode si nécessaire. L’alimentation des filaments est assurée par une alimentation extérieure. Idéalement elle doit fournir une tension réglable entre 0 & 15 V sous un courant de 3 A max. Ce type d’alimentation se trouve facilement auprès des distributeurs pour un prix modique.

Un petit transformateur fournit les tensions de contrôle de +4,7, +12 et –4,7 Vdc.

Avant de passer à la description des schémas, il est important de comprendre la méthode de mesure des tensions et courants (figure 2).

La mesure de la tension ne présente pas de problème, un pont diviseur réduit la tension d’entrée pour être acceptée par la sensibilité du module. Le courant consommé par la charge traverse la résistance de 2,2 Ω dans le cas du courant d’anode (22 Ω pour le courant d’écran) et développe une tension proportionnelle au courant.

La référence (entrée négative) du module de tension est différente de celle du module de courant.

  

 

Les alimentations HT

 

Schéma

Les deux alimentations HT sont semblables. Nous ne décrirons que l’alimentation d’anode.

L’enroulement 310 Vac génère une tension redressée de 460 Vdc à vide. Le circuit Q7-D9-D10-R19 est configuré en générateur de courant. Une tension de 9,9 Vdc aux bornes de R19 induit une tension stable de 370 Vdc aux bornes de P6-R20. La tension au curseur de P6 est réglable de 30 à 370 Vdc. Après filtrage, cette tension se retrouve sur la porte du MOS Q8. La résistance R25 de 47 kΩ charge la source afin de lui faire débiter un faible courant et de ne pas laisser la source «flottante».

Les tension et courant sont mesurés comme décrit ci-dessus.

Le potentiomètre P10 règle la tension d’offset des mètres de mesure du courant en annulant le courant de fuite qui circule dans les résistances shunt R23 et R16.

La résistance R22 de 22 Ω limite le courant en cas de court circuit et protège le ballast Q8 en attendant que le fusible rapide F3 de 160 mA se pulvérise ...

La résistance interne des alimentations est composée de la résistance de source de 4 Ω, de la 22 Ω et du fusible.

Elle s’établit à 36 Ω pour l’anode et 46 Ω pour l’écran.

Le ballast Q8 doit être soigneusement refroidi, en effet sous 30 V et 160 mA en sortie, il dissipe 64 Watts, mais c’est un cas théorique. Lors du test d’une 6L6 sous 250 V et 75 mA, le ballast dissipe 15 Watts.

Le bruit en sortie est de l’ordre de 1 mVac.

  

 

L’alimentation de grille de commande et des afficheurs

 

Schéma

L’enroulement de 30 Vac est redressé en doubleur de tension pour obtenir une tension de -85 Vdc.

Le transistor Q2 est configuré en comparateur de tension. Son émetteur étant fixé à 12 Vdc par la diode D3, une portion de la tension de sortie est injectée dans la base et force l’ensemble des transistors Q2, Q3 & Q4 à stabiliser la tension de sortie à -55 Vdc.

Le transistor Q1 est un FET utilisé en générateur de courant. Avec la gate connectée à la source, le courant s’établit à 1 mA environ et charge le collecteur de Q2.

La masse de cette alimentation est fixée à – 5 Vdc par le pont diviseur R8-R9.

La tension de grille présente au curseur de P2 varie alors de –50 à +5 Vdc.

 

Ces trois tensions d’électrodes sont gérées par des circuits alimentés en +12, +4,7 et –4,7 Vdc.

Le petit transformateur TR1 génère deux tensions non stabilisées de + et - 12 Vdc (en pratique + et – 11,5 Vdc).

Les +12 et –4,7 Vdc sont utilisés dans la carte de sortie qui commute les deux hautes tensions.

La tension d’alimentation des mètres est obtenue par une régulation série. Le courant d’alimentation des cinq modules de mesures s’élève à 15 mA. Le courant circulant dans R1 et R2 fait 21 mA. Il y a donc 6 mA dans les diodes zener pour 15 mA pour les cinq mètres.

Nous avions d’abord conçu une double alimentation stabilisée qui supportant mal les hautes tensions de commutation se délita et entraîna la destruction immédiate et irréversible des cinq mètres.

La régulation série est plus sure pour cette application, en effet en cas de claquage les diodes zener se court-circuitent !

  

 

Le circuit de contrôle

 

Schéma

Le commutateur de test met sous tension les deux relais K1 et K2. Le relais K1 commute la haute tension Ua en sortie. La tension Ug2 ne sera commutée que si la tension Ua est présente. En effet tester une 6L6 ou une EL84 avec le seul courant d’écran mène à la destruction très rapide du tube. Il faut donc qu’en cas de disparition de la tension d’anode, par exemple lors du claquage du fusible F3, que la tension d’écran soit immédiatement coupée.

C’est le rôle du circuit Q1 et Q2. En l’absence de tension Ua le FET Q1 et le transistor Q2 sont bloqués et n’activent pas le relais K2. En présence d’une tension d’anode supérieure à +25 Vdc, le FET Q1 active le transistor Q2, commute le relais K2 et la tension d’écran.

L’activation du switch S2 commute d’abord la tension anode et ensuite la tension d’écran si la tension d’anode est bien présente. Le switch S3 est le thermique placé sur le radiateur du ballast. Il coupe les tensions Ua et Ug2 en cas de surchauffe.

 

  

L’interfaçage

 

Le raccordement par des câbles se révèle plus aisé que prévu.

Les câbles font 25 cm hors plugs. Ils sont fabriqués par Hirschmann et portent la référence 934058100.

Nous avons fixé le rouge pour Ua, le jaune pour Ug2, le vert pour Ug1, le bleu pour K, le noir pour les masses et les filaments (photo C).

 

Les interfaces heptal, octal et noval sont réalisées chacune sur un module amovible comprenant le nombre ad-hoc de socles 4 mm, l’interface octal est présentée en photo C.

Les neufs sorties sont disponibles sur la face avant : Ua, Ug2, Ug1, K, trois masses et deux filaments (photo B & figure 6). Il suffit de raccorder à la sortie les câbles couleur aux broches suivant le brochage du tube.

 

Exemple: Le raccordement de l’interface pour les EL34, KT77, séries 6L6 et 6V6 est présenté en figure 7 et photo C. A noter que la EL34 seule déporte son électrode G3 en broche 1.

 

 

L’affichage

 

Le module choisi est le Voltcraft 70004 disponible auprès de la plupart des distributeurs habituels.

En figure 8 vous trouverez les spécifications et en figure 9 le plan de raccordement.

Il présente une sensibilité de 200 mV pour un affichage de 1999 et est alimenté en + et - 4,7 Vdc.

Le point décimal D3 est raccordé au Vcc pour les mètres Ia et Vg1, et D2 également pour Ig2.

 

 

Le transformateur et sa préparation

 

Le modèle choisi est le TRA804 fourni par Wüsten en Allemagne (figure 10), c’est un transformateur torique de diamètre 120 mm et d’épaisseur 58 mm. Il peut dissiper 200 VA. Il est équipé d’un switch thermique ré-armable qui le protège de la surchauffe. Il est composé de 9 secondaires. Nous n’utiliserons pas les enroulements basse tension pour le chauffage. En effet pour la mesure, il importe d’alimenter les filaments avec la tension prescrite. Or celle-ci n’est pas régulée et impossible à ajuster. Une première haute tension est obtenue en sériant les enroulements 240, 40 et 30 Vac pour obtenir 310 Vac, le 280 Vac est obtenu en sériant les enroulements 240 et 40 Vac. Le 30 Vac est utilisé directement.

Une difficulté consiste à sérier les enroulements dans le bon sens, en effet les sorties des secondaires 40 et 30 Vac sont de même couleur ce qui nous oblige à les différencier.

Pour ce faire, il faut alimenter le transformateur et mesurer la tension obtenue en sériant deux secondaires.

Mais prudence, il est hautement préférable d’exciter le transformateur avec une tension réduite, par exemple 24 Vac issue d’un autre transformateur. On raccordera le secondaire 240 Vac au 40 Vac et mesurera que la tension cumulée est bien la somme des deux et non la différence. Repérer le fil orange relié au 240 Vac et l’identifier.

Les fils à relier sont coupés à 50 mm, soudés et isolés par une gaine thermo-rétractable.

Attention avant de couper : vérifiez deux fois !

 

 

MISE EN ŒUVRE

 

 

La mécanique

 

L’appareil est logé dans un boîtier de 305x180x130 mm disponible chez Radiospares sous la référence 435-0034. Ce boîtier est obsolète et remplacé par le 754-5998. La face avant (photo D) est fabriquée par Schaeffer.  

Le transformateur de puissance TR2 est fixé contre le côté gauche en son exact milieu (figure 11 et figure 12).

Il est maintenu à 15 mm de bord par une épaisseur de 15 mm et d’un diamètre de 60 mm découpée à la scie cloche. La tête conique de la vis M6 de 70 mm est repoussée dans la tôle.

La carte des alimentations est fixée sur deux profilés « U » de 298 mm. Son positionnement n’est pas critique.

Les profilés sont fixés aux oreilles du boîtier de manière à posistionner le bord de la carte à 1 mm de la face arrière, le positionnement des deux ballasts Q6 et Q8 se fait « in-situ » et définit à son tour la position du dissipateur. Vues de la face arrière : monbtage des éléments intérieurs (photo E), montage des élémenats extérieurs (photo F) et fixation des deux ballasts (photo G) présentent la préparation du panneau arrière.

Vue de l’agencement général (photo H) et de la face arrière terminée (photo K).

 

Par contre, le positionnement de la carte de sortie est lui critique, en effet il dépend directement du perçage des sorties de la face avant. Il y a donc lieu de marquer avec précision l’emplacement exact des perçages et de vérifier trois fois plutôt qu’une !

Enfin, nous positionnerons la carte interface à la droite du capot supérieur. Une pièce d’époxy de 99 x 61 mm est maintenue par 4 socles non-isolés pour fiches de 4 mm. Le marquage de l’emplacement se fait à l’aide d’une des cartes interfaces (photo N).

L’assemblage des cartes n’intervient que lorsque le positionnement des ces dernières est assuré.

 

 

Les circuits imprimés

 

 

La carte des alimentations

 

Typon à l’échelle 1

 

 

La carte mesure 192 x 128 mm (figure 13 et photo L). La première opération consiste à enficher et souder les 51 picots de 1,3 mm, les 6 picots situés du côté cuivre et les 6 cosses Faston. Les composants sont ensuite soudés par ordre de grandeur. Le transistor Q4 sera refroidi par une petite pièce d’alu de 20 x 60 mm.

Les potentiomètres P9 et P10 de réglage d’offset sont alimentés en + et – 5 Vdc et raccordés via les 6 picots situés du côté cuivre. Les diodes D6, D7, D11 & D12 sont soudées du côté cuivre.

Il est préférable de tester la carte avant de la placer dans le boîtier. Les quatre alimentations étant indépendantes elles sont testées individuellement. Pour ce faire, on commencera par la HT et procédera comme suit : Bien placer la carte sur un support isolé. Fixer une petite pièce d’aluminium de +/- 10 cm² sur le ballast du circuit à tester. Raccorder le potentiomètre 10 tours, le secondaire et alimenter le transformateur TR2 via un transformateur variable (Variac). La tension prélevée sur R22 ou R15 montera progressivement pour se stabiliser à la valeur fixée par le potentiomètre.

La gamme de tension doit s’étendre de + 30 à +370 Vdc pour la tension « Ua » et de 0 à 340 Vdc pour la tension « Ug2 ». On testera ensuite l’alimentation « Ug1 » en appliquant 30 Vac à l’entrée. La tension prélevée au point « Ug1 » variera entre –50 et +5 Vdc. Enfin en alimentant le transformateur TR1, on vérifiera la présence des +5 et – 5 Vdc. Cette dernière tension n’est pas critique. Si tout est correct, on peut passer au montage de la carte de sortie.

  

 

La carte de sortie

 

Typon à l’échelle 1

 

La carte de sortie mesure 109 x 99 mm (figure 14 et photo M). Commencer par le placement et la soudure des 13 picots de 1,3 mm et les trois cosses Faston. Le reste des composants ne pose pas de problème. Il est possible de la tester mais il faut disposer d’une alimentation de 30 Vdc. Relier les +12, -5 Vdc et la masse prélevés sur la carte HT et le point S2 d’alimentation des relais au + 12 Vdc. A la mise sous tension, le relais K1 commute et l’application du +30 Vdc à l’entrée « Ua » provoque le basculement du relais K2. La carte est fonctionnelle.

 

 

Les cartes interfaces

 

Heptal                Octal                  Noval

Typons à l’échelle 1

 

 

Les cartes interfaces mesurent 61 x 99 mm (figure 15, figure 16, figure 17 & photo N) . Les trois interfaces suivent le même processus. Enfichage du support du tube suivi des socles contacts de 4 mm ( Radiospares : 738-547). Les 4 trous de fixations sont percés au diamètre de 4 mm pour recevoir les broches d’enfichage de 4 mm (photo K).

Nous avons dévellopé trois interfaces pour les tubes les plus courants. Il est toujours possible de dévelloper sur le même modèle d’autres interfaces pour les tubes 6C33, 300B, EL519 …

 

 

La face avant

 

Il est préférable de fixer les cinq mètres quand la face avant est libre. Les mètres (photo P) sont reliés via un connecteur à 12 broches « Harwin » de référence M20-1061200. Les connecteurs et leurs bornes à sertir sont disponibles chez Radiospares sous les références 681-2846 et 681-2878. Le mètre présente 13 contacts, mais le dernier contact « D1 » n’est pas utilisé. Le raccordement se fait comme montré en figure 9.

Les mètres « Ua » et « Ug2 » n’ont pas de point décimal. Les mètres « Ug1 » et « Ia » ont le point décimal « D3 » relié au « V+ » et le mètre « Ig2 » a le point décimal « D2 » relié au « V+ ». La photo L présente le raccordement du mètre « Ia ». La longueur des fils est calculée pour atteindre avec un peu de mou les divers picots de contact.

 

 

MONTAGE FINAL ET REGLAGE

 

La carte des alimentations est fixée sur cinq entretoises M3 de 10 ou 15 mm, la sixième entretoise située sous TR1 n’est pas fixée au circuit, mais seulement au profilé alu. La carte de sortie est fixée par quatre entretoises M3 de 20 mm. Les divers éléments sont ensuite reliés entre-eux. Après plusieurs vérifications sourcilleuses, ce sera le moment de re-tester l’ensemble de l’appareil et de procéder au réglage.

La première mise sous tension se fait à l’aide du transformateur variable afin de s’assurer que tout se passe bien.

Si tout fonctionne, nous pouvons passer au réglage des différents afficheurs. 

 

En se référant à la figure 18, nous procéderons comme suit.

La sortie « Ua » est reliée à un multimètre numérique, tourner le potentiomètre P6 de manière à obtenir +360 Vdc en sortie. Ajuster le potentiomètre P7 (figure 18 - potentiomètres jaunes) afin d’afficher 360 sur le mètre « Ua ».

Suivre la même procédure pour la tension « Ug2 » à +300 Vdc et « Ug1 » à – 50 Vdc.

Ensuite on procèdera au « zérotage » des afficheurs de courant. Avec les tensions au minimum, ajuster les potentiomètres P9 & P10 (figure 18 - potentiomètres verts) afin d’obtenir 0 V sur les deux afficheurs.

Pour le réglage des courants, nous devons disposer d’une charge. Deux ampoules de 230 V – 40 W pour le courant d’anode et de 7 W pour le courant G2 feront l’affaire. Placer l’ampoule en série avec l’entrée « courant » du multimètre. A partir de la tension minimale, augmenter progressivement de manière à obtenir 160 mA en sortie. Ajuster le potentiomètre P8 (figure 18 – potentiomètres rouges) pour obtenir 160.0 sur le mètre « Ia ».

Même procédure pour « Ig2 » avec l’ampoule de 7 W, ajuster ici pour 18 mA.

Ces réglages sont stables. Ils seront revisités après quelques heures de fonctionnement.

 

 

UTILISATION

 

Pour tester un tube, il faut impérativement disposer de ses caractéristiques techniques.

Placer l’interface correspondante et raccorder les différentes électrodes aux sorties en respectant la couleur des fils : rouge pour « Ua », le jaune pour « Ug2 », le vert pour « Ug1 », le bleu pour « K », le noir pour les masses et les filaments (photo C). La première opération consiste à alimenter les filaments sous l’exacte tension requise à l’aide de l’alimentation extérieure. L’idéal est d’utiliser une alimentation simple à affichage numérique de manière à afficher directement les tension et courant de chauffage. Si on n’est pas certain du tube, il faut procéder progressivement, en effet un court-circuit interne peut faire sauter les fusibles dès la mise sous test. Dans ce cas, programmer les tensions « Ua » et « Ug2 » au minimum et « Ug1 » à – 50 Vdc. En pressant le commutateur temporaire « Push » vérifier si les courants restent bien à zéro. Pour tester le tube programmer les tensions « Ua » et « Ug2 » aux valeurs requises, commuter le switch « Cont » et augmenter progressivement la tension « Ug1 » à partir du minimum jusqu’à la valeur prescrite. Les cinq mètres affichent alors simultanément la caractéristique du tube pour le point de fonctionnement programmé : Ua, Ia, Ug2, Ig2 et Ug1.

Pour les triodes à faible consommation comme les ECC83 ou les 6SL7, il est préférable d’utiliser « Ug2 » comme source d’anode, car le mètre « Ig2 » affiche le courant avec une définition de 10 µA.

 

 

Calcul de la pente, du facteur d’amplification et de la résistance interne.

La méthode est simple et universelle. Ce qui suit est repris du manuel d’utilisation du lampemètre Metrix 310CTR.

 

Mesure de la pente « S »

Il faut faire varier la polarisation Vg1 d’une quantité xVg1 exprimée en volts (par exemple 1 V) et noter la variation xIa exprimée en mA.

La pente « S » en mA/V est égale au rapport xIa / xVg1.

Si la variation xVg1 est de 1V, la pente est égale à la différence des lectures « Ia » avant et après la variation de polarisation xVg1.

 

Exemple : Les tensions d’alimentations ayant été fixées aux valeurs prescrites, et en particulier la polarisation « Vg1 » réglée à –12,5 Vdc, le courant anodique est 42 mA. En réglant la polarisation « Vg1 » à -13,5 Vdc le courant anodique tombe à 38 mA, la pente est de 4 mA / V

(42 – 38 = 4)

 

Note : Lorsque la polarisation est inférieure à 5 V, on a intérêt à effectuer une variation de polarisation xVg1 entre + et – 500 mVdc autour du point moyen, Le résultat obtenu est plus exact.

 

Mesure de la résistance interne « Ri »

Sans toucher aux autres réglages, faire varier la tension anodique « Ua » d’une quantité xVa et noter la variation du courant anodique xIa. La résistance interne « Ri » du tube est : xVa / xIa.

Si xVa est exprimé en volts, xIa en milliampères, Ri s’exprimera en kΩ.

 

Exemple : Une variation de la tension anodique  Va de -100 V fait passer le courant anodique de 42 à 40 mA. La résistance interne est : Ri = 100 / 2 = 50 kΩ.

 

Le coefficient d’amplification ne se mesure pas, il se calcule à partir des deux grandeurs mesurées plus haut :

µ = Ri x S

 

Avec ces données, il vous sera aisé de calculer les éléments périphériques au tube. Le gain de l’étage dépend directement de la charge anodique. Avec l’exemple ci-dessus vous aurez reconnu la 6V6 : sa pente de 4 mA / V combinée à une charge de 10 kΩ génèrera un gain de 40.

Une constatation qui peut parfois s’avérer frustrante: les mesures très précises de cet appareil peuvent mettre en évidence des dispersions non-négligeables entre les tubes. Ainsi un « Quartet » prétendument appairé de 6L6 acheté via un site bien connu de vente aux enchères donne des valeurs de 42, 45, 39 et 51 mA pour une polarisation donnée !

 

A bon entendeur …

Caractéristiques techniques

Nomenclatures


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