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62 Elektor 1/2004

Les experts des tubes savent que même un tube de puis-sance, capable de délivrer quelques centaines de mil-liampères de courant d’anode, n’est pas en mesure d’at-taquer un haut-parleur ayant une impédance de 8 Ω, enraison de la résistance interne d’un tube qui est de plu-sieurs kiloohms. L’adaptation des 2 impédances est pra-tiquement toujours réalisée à l’aide d’un transformateur.En soi, il n’y aurait pas grand chose à critiquer à l’utilisa-tion d’un tel convertisseur de tension selon la « loi desleviers » si chaque transformateur pris dans le trajet dusignal ne signifiait pas des pertes au niveau du son. Sil’on veut minimiser ces pertes le plus possible, il faudraimpérativement opter pour une technologie de bobinagecomplexe et très soignée, utiliser une tôle de bonnescaractéristiques pour l’armature du transformateur et unnouveau de bonne section.Cependant, lorsque l’impédance de la charge n’est pas dequelques ohms seulement mais qu’elle est, comme c’est lecas avec de nombreux casques d’écoute, de plusieurscentaines d’ohms, et qu’en outre, la puissance requise en

Ampli OTLpour casqueAmpli à tubes « sans fer »

Dr. phil. nat. Hansjörg Friedli

Il est possible de réaliser, à l’aide de composants modernes faciles à trouver, unamplificateur pour casque d’écoute au rendu superbe. Pas de transformateurde sortie, l’absence de « contre-réaction supra-nationale » et de bons conden-sateurs de couplage garantissent une réponse en fréquence bien linéaire ainsique, de par le concept judicieux adopté, une diaphonie intercanaux faible.

Valeurs de mesure (avec filtre)

Tension d’alimentation 187 VTHD+N (1 mW/600 Ω) 2,3% droite

1,86% gaucheS/N (1 mW/600 Ω) >93 dB

>100 dBAOndulation de la tension de chauffage 30 mVCCPuissance consommée totale 17 W

sortie n’est pas très importante,l’amplificateur doit pouvoir se passerde transformateur de sortie ce qui luipermet de porter le qualificatifd’OTL (Output Transformer Less, sor-tie sans transfo). La charge à com-mander est attaquée directementpar les tubes.La version OTL présentée ici est unecathode-suiveuse, qui convient à lacommande d’un (voire deux)casque(s) d’écoute d’une impédancenominale d’au moins 300 Ω.

Le circuitComme le montre le schéma de lafigure 1, le tube utilisé ici commeamplificateur est une double triodedu type ECC82 facile à trouver. Onconnaît des versions de meilleurequalité ou de durée de vie pluslongue de ce type de tube sous ladénomination E802CC ou E82CC.Pour pouvoir moduler un casqued’écoute à un niveau suffisant on abesoin d’un étage préamplificateur.On utilise à cet effet le systèmetriodes avec les contacts de support1, 2 et 3. Le signal d’entrée arrivantsur la platine commence par rencon-trer P1, un potentiomètre de 50 kΩ(non représenté sur le schéma et quisert d’organe de commande devolume) et est couplé directementpar le biais du condensateur C1. Larésistance R1 définit la tension depolarisation de grille négative néces-saire. Le facteur d’amplification(gain) est en fait défini par la résis-tance R8, le niveau maximal de latension d’entrée l’étant par R2. Lavaleur attribuée à R9 est telle que lecourant de repos d’anode se trouvedans une partie aussi linéaire quepossible de la courbe de réponse.La tension d’entrée inversée etamplifiée disponible est appliquée,par le biais de C2, à la grille d’unsecond système dont la résistancede cathode prend la forme d’unepaire de résistances, R5 et R6. Larésistance-série définit la résistancede fonctionnement alors que le rap-port entre les 2 résistances permetun réglage correct de la tension depolarisation de grille. La paire R4/C3servent à la découpler de la charge,à la réguler et appliquée, en prove-nance de R3, à la grille. Il circule, enfonction de la tension de grille, uncourant d’anode répondant à la

AUDIO&VIDÉO

631/2004 Elektor

3

2

1

8

7

6

V1

9

4

5

R2

47

0Ω

R1

1M

R3

1M

R5

1k8

R7

4k7

R8

10k

R9

33k

R4

82k

R6

33

0Ω

C3

47µ 63V

C2

1µ

C1

1µ

C5

10µ 400V

C6

47µ 400V

C4

470µ63V

R10

2k2

R11

2k2

3

2

1 8

7

6

R13

47

0Ω

R12

1M

R14

1M

R16

1k8

R18

4k7

R19

10k

R20

33k

R15

82kR17

33

0Ω

C9

47µ 63V

C8

1µ

C7

1µ

C11

10µ 400V

C12

47µ 400V

C10470µ

63V

R21

2k2

R22

2k2

V1.A

V1.B

V2.A

V2.B

L

L

R

R

V2

9

4

5

020195 - 11

+200V

+200V

K2

K1

+200V

JP1

+12V6

+200V

400V

400V

400V

400V

V1, V2 = ECC82

Figure 1. L’électronique de l’ampli est centrée sur 2 ECC82.

100mA T

F1

K1

TR1

12V

TR2

12V

020195 - 12

D7

D6

D5

D8

1N4007

C7

C8

C5

C6

C13

10n400V

C14

47µ400V

R1

10

0k

R2

10

0k

D10

POWER

K3

K2 +12V6

+200V

4x4x 47n 275V X2

D3

D2

D1

D4

1N4002

C3

C4

C1

C2

C10

220n

C9

2200µ 25V4x

4x 47n

IC1LM2940CT-12

C11

220n

C12

10µ63V

D9

1N4148

16VA 10VA

12

V

12

V

JP1

230V

Figure 2. La Haute-Tension est fournie par une paire de transformateurs secteurs.

courbe caractéristique, courant produisant,au travers du couple de résistances R5+R6,une tension fortement proportionnelle. Cettetension attaque ensuite le casque d’écoute,par le biais du condensateur de couplage C4.R7 force la sortie, en ce qui concerne la ten-sion continue, au potentiel de la masse etévite ainsi la production de craquements decommutation lors de la connexion du casqued’écoute.

L’alimentationLa figure 2 représenté l’alimentation de l’am-plificateur pour casque. La génération de laHaute-Tension (HT) fait appel à un transfor-mateur secteur classique. L’enroulement fai-sant normalement office d’enroulementsecondaire est connecté aux points 12 V dutransformateur secteur proprement dit. Auniveau de l’enroulement primaire du trans-

formateur « renversé » (tout commela crème du même nom), le transfor-mateur d’anode, on dispose, à vide,d’une tension de quelque2 000 V CA. Cette tension alternative(d’où le CA pour Courant Alternatif)subit un redressement avant d’êtrelissée par le condensateur C14. Latension servant ultérieurement detension continue de chauffage estredressée par les diodes D5 à D8 etlissée par C15. Les condensateurspris en parallèle sur les diodes ser-vent à éliminer les parasites HF. Àl’aide du régulateur de tension inté-gré du type LM2940CT12 (à faiblespertes) et d’une diode au silicium (Si)prise dans la ligne de masse onobtient sans trop de chichi, une ten-sion de 12,6 V.La LED D10 ne sert pas uniquement

à visualiser la mise sous tension, elleconstitue, de concert avec R1 et R2,une charge à vide servant parallèle-ment à assurer la décharge de C14au cas où il n’y aurait, occasionnelle-ment, rien de connecté aubornier K3.

Dessin des pistesLe dessin des pistes de la platined’amplification représenté enfigure 3 a été conçu de manière àpouvoir utiliser les condensateurs« normaux » de type MKS4, maisaussi des condensateurs mieuxadaptés aux applications audio maisplus encombrants (C1, C2, C7 et C8)au pas de 15 ou de 22,5, des MKP4de WIMA à tension de service plusélevée par exemple. On pourra utili-

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(C) ELEKTOR

020195-1

C1C2

C3

C4

C5C6

C7 C8

C9

C10

C11 C12

H1

H2 H3

H4

JP1

K1 K2

OUT1 OUT2

R1

R2R

3R

4R

5R

6R7

R8

R9R10 R11

R12

R13 R

14R

15R

16R

17

R18

R19

R20

R21

R22

V1 V2

0 +200V

LL

T T

RRT T

0

+12V

6

02

01

95

-1

(C) E

LEK

TOR

02

01

95

-1

Figure 3. Dessin des pistes de la platine del’amplificateur.

Liste des composants de l’amplificateur

Résistances :R1,R3,R12,R14 = 1 MΩR2,R13 = 470 ΩR4,R15 = 82 kΩR5,R16 = 1kΩ8R6,R17 = 330 ΩR7,R18 = 4kΩ7R8,R19 = 10 kΩR9,R20 = 33 kΩR10,R11,R21,R22 = 2kΩ2

Condensateurs :C1,C2,C7,C8 = 1 µF/400 V (MKP4 ou

MKS4 250 V)C3,C9 = 47 µF/63 V radialC4,C10 = 470 µF/63 V radialC5,C11 = 10 µ/400 V radial (tel que, par

exemple, B. ECA2GHG100 de Panasonic,Farnell 219-9320)

C6,C12 = 47 µF/400 V radial (chezSelectronic par exemple)

Tubes :V1,V2 = ECC82 (Conrad 120855) avec

support Noval (Conrad 120529)*

Divers :JP1 = embase autosécable à 2 contacts +

cavalierK1 = bornier à 2 contacts au pas de 5 mm

(RM5)K2 = bornier à 2 contacts au pas de 7,5 mm

(RM7,5)

Filtre pour la tension d’anodeCe circuit est celui d’un filtre RC depuissance servant à diminuer l’ondula-tion (résiduelle) d’une tension d’alimen-tation non régulée. Ce filtrage se traduitinévitablement par la perte de quelquesvolts. Un FETMOS du type BUZ41A(500 V/4,5 A) prévu pour la haute-ten-sion est monté en source-suiveusesimple. Par le biais de la paire R1/C1 lagrille est amenée très progressivementà la tension de consigne; ce n’est qu’au

bout de 4 minutes (ce qui correspond à la durée de 5 durées RC) que l’on atteint 99% dela tension de sortie nominale. Cette temporisation n’a pas d’effet néfaste vu qu’il faut égale-ment aux tubes un certain temps pour chauffer et atteindre leur température de croisière.Un simple coup d’oeil à la courbe B permet de constater l’effet positif de ce filtre.La chute de tension aux bornes de T1 dépend principalement de la tension de coupure(cut-off) entre la grille et la source; elle se situe aux alentours de 3,5 à 4 V. La grille est pro-tégée contre les surtensions par la diode zener D1. La présence de C2 et C3 est indispen-sable pour éviter l’entrée en oscillation du circuit. Nous n’avons pas dessiné de platine pource petit circuit qu’il sera facile de réaliser sur un morceau de platine d’expérimentation àpastilles. La réduction de l’ondulation induite par ce filtre est impressionnante.

K2K1

C2

10n400V C3

10n400V

C1

47µ400V

R1

1M

T1BUZ41A

D1

10V1W3

020195 - 13

de la tension de chauffage, on pourra utiliserpour TR1, un transformateur de 15 V/20 VA,dont les dimensions sont légèrement supé-rieures ce qui ne permet pas de le monter surla platine. Bien que dans ce cas-là la dissipa-

ser, pour les condensateurs de fortvolume, C6 et C12, des versions aupas de 5 ou 7,5, voire de 10 mm pourdes types enclicables.Les derniers types de condensateursévoqués possèdent un diamètre plusimportant et captent ainsi moins dechaleur des tubes placés à proximité.On utilisera de préférence descondensateurs répondant bien auximpulsions et présentant une induc-tance faible; ils devront en tout étatde cause être spécifiés pour unetempérature de 105 °C.La tension est appliquée à un canalau travers, respectivement, despaires R10+R11 et R21+R22. Lesrésistances « chauffent », en fonctionde la tension d’alimentation, entre0,18 et 0,25 W. Il faudra partant bientenir compte de la puissance dissi-pable admissible. Il existe des résis-tances, qui à taille identique, lesrésistances 1/4 watt à film métal parexemple, sont capables de dissiperentre 0,3 et 0,4 W, les composants dela série PR01 de BCcompnents étantmême en mesure de dissiper 1 W. Iln’est pas mauvais de penser à mon-ter ces 4 résistances légèrement au-dessus du circuit imprimé pour leurpermettre de mieux évacuer la cha-leur.Il a également été fait en sorte, lorsdu dessin de cette platine, à ce queles 2 canaux stéréo soient aussi écar-tés l’un de l’autre que possible. Lescontacts de masse des 4 condensa-teurs de filtrage au niveau desanodes sont reliés, canal par canal, àune masse commune. À noter la pré-sence, sur la platine de l’amplifica-teur, d’un unique pont de câblage(pris entre C5/C11 et C1/C7).L’électronique de l’alimentation sec-teur prend place sur une secondeplatine sur laquelle on pourra mon-ter la platine de l’amplificateur engigogne. Il est cependant à noterque l’amplificateur présente une cer-taine sensibilité aux champs para-sites dont l’intensité dépend beau-coup du type de transformateur uti-lisé. Les composantes 50 Hzprésentes dans le spectre (cf. lescourbes de mesure A et B) sont uneindication évidente de la présencedes 2 transformateurs qui se trou-vaient, lors de la mesure, à une ving-taine de centimètres. Les diodes D1 àD4 sont des 1N4002, solides déjà,mais il y a suffisamment de place

pour monter des modèles de diodesencore plus costauds. Les condensa-teurs C5 à C8 au pas de 15 doivent(!) être des exemplaires X2.Si l’on veut éliminer toute ondulation

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651/2004 Elektor

tion augmente, le radiateur prévu pour IC1peut faire face à la situation. Nous avons éga-lement essayé un transformateur 15 V/16 VAqui dérivait cependant 23 VA du secteur(étant partant en surcharge évidente). Rienne vous interdit, au contraire, d’essayer diffé-rents types de transformateurs; on peut obte-nir des rapports très différents qui sontinfluencés par le type, la tension à vide etsous charge, la taille du noyau, le matériauutilisé. Le rapport des enroulements est tou-jours calculé en prenant la tension du secon-daire hors charge; dans le cas d’un transfor-mateur de 9 V (nominaux) cela donne del’ordre de 12 V.On pourra, pour compenser la puissance réac-tive, prendre un petit condensateur (dequelque 150 nF/250 VAC X2) en parallèle surle côté HT de TR2. Ceci accroît même quelquepeu la tension d’anode, la puissance consom-mée et le courant ne diminuant eux de 6 à 7%seulement.

L’approche à 2 transformateurs pré-sente l’avantage d’une séparation dela tension de chauffage et de la

Haute-Tension. Il n’en cependant pasmoins interconnecter les 2 potentielsde masse correspondants. Cette

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66 Elektor 1/2004

(C) ELEKTOR020195-2

C1C2

C3C4 C5 C6C7

C8

C9

C10

C11C12

C13

C14

D1

D2

D3

D4

D5

D6D

7

D8

D9

D10

F1

H1

H2 H3

H4

H5 H6

H7

IC1

JP1

K1

K2 K3

R1R2

SK104

TR1

TR2

~

+12V6

02

01

95

-2

~

0

0

+200V

100m

A T

(C) ELEKTOR020195-2

Figure 4. La platine de l’alimentation pourra être montée en sandwich sur celle del’amplificateur.

Liste des composants de l’alimentation

Résistances :R1,R2 = 100 kΩ

Condensateurs :C1 à C4 = 47 nF céramiqueC5 à C8 = 47 nF/275 VAC/X2 RM15C9 = 2 200 µF/25 V radialC10,C11 = 220 nFC12 = 10 µF/63 V radialC13 = 10 nF/400 V RM7,5 ou 10C14 = 47 µF/400 V radial (22215266109 BC

Components, Farnell 322-7984)(22215266479 BC Components, Farnell

322-8009)ECA2GHG470 Panasonic (par ex. chez

Farnell 319-9356)

Semi-conducteurs :D1 à D4 = 1N4002D5 à D8 = 1N4007D9 = LED rouge faible courantIC1 = LM2940CT-12 avec radiateur tel que

Fischer SK104 (50,8 mm)

Divers :JP1 = embase autosécable à 2 contacts +

cavalierK1,K3 = bornier à 2 contacts au pas de

7,5 mm (RM7,5)K2 = bornier à 2 contacts au pas de 5 mm

(RM5)F1 = porte-fusible encartable + fusible

100 mA/retardéTR1 = transfo secteur 12 V/16 VA tel que,

par exemple, BV054-5383.0K (ERA)TR2 = transfo secteur 12 V/10 VA tel que,

par exemple, BV048-5383.0H (ERA)

viendront dans ce cas-là prendre place côtécuivre de la platine où ils seront égalementsoudés, le reste des composants étant montécomme d’habitude de sorte qu’ils seront, unefois montés, orientés vers le bas. Les polari-tés ne changent pas elles.La totalité des lignes de 230 V doivent êtreréalisées en conducteur isolé de section suf-fisante. Il est également indispensable deveiller à l’isolation des points de soudure etde placer une plaquette d’isolation entre latôle de montage et la face inférieure du trans-formateur. Il est important en outre de veillerà une bonne circulation de l’air. Le doubleinterrupteur marche/arrêt est intercalé dansla ligne 230 V. Il faudra veiller, lors du posi-tionnement des transformateurs, à les placerle plus loin possible des entrées. Si les trans-formateurs se trouvent trop près des entréeson ne manquera pas d’entendre, si lesembases Cinch se trouvent en l’air et que l’onouvre le potentiomètre, le crépitement clairtypique du 50 Hz.

(020195)

connexion peut se faire soit auniveau de la platine de l’amplifica-teur soit au niveau de celle de l’ali-mentation (JP1), voire sur les deux.

La réalisationLa mise en place des composantssur les platines n’appelle pas deremarque particulière, tous les com-posants trouvant place normale-ment, c’est-à-dire côté « compo-sants ». Comme nous disions plushaut, le régulateur devra êtrerefroidi. Sa surface de radiateur estreliée à sa broche centrale; dans leprésent schéma, elle se trouve, enraison de la présence de la diode,0,6 V au-delà du potentiel de lamasse. Nous ne vous ferons pas l’in-jure de signaler qu’il faudra, dans lecas des condensateurs, veiller à res-pecter la polarité. Il faudra, dans lecas des 4 condensateurs de 1 _Faussi, faire attention à la polarité cor-

recte. Comme la connexion de grilleconstitue le point le plus sensibled’un circuit à tubes, ce point devraêtre relié au feuillet intérieur ducondensateur. Le feuillet extérieurest souvent identifié par un trait; ilfait office de blindage. Les seulespièces externes restant à connectersont les embases Cinch, le potentio-mètre, le jack et l’interrupteur sec-teur, ce qui vous laisse une grandeliberté quant au choix du coffretdans lequel prendra place l’en-semble du montage et le positionne-ment des différents organes de com-mande. Le dessin des pistes repré-senté en figure 3 présente une bellesymétrie de sorte que rien n’em-pêche de l’exposer aux regards avecses tubes et ses composants. Si vousne voulez pas que la platine soitvisible mais que vous aimeriez bienexposer les tubes, il vous faudraeffectuer une gravure en miroir de laplatine. Les supports pour les tubes

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671/2004 Elektor

Courbe et sonoritéLa courbe A rend le spectre de fréquences d’un signal de 1 kHz (1 mW dans 600 W). Les distorsions (canal droit) atteignent 2,3%; ellessont principalement dues à l’harmonique du second ordre.Il faut en outre remarquer la très grande influence de l’ondulation de latension d’alimentation d’anode non régulée. Nous avons développé à ceteffet un filtre actif (cf. l’encadré) qui élimine quasi-totalement la compo-sante 100 Hz et les harmoniques. L’effet indéniable de ce filtre est visualisépar la courbe B. Pour finir, la courbe C rend la distorsion en fonction dela puissance de sortie. On constate que les distorsions augmentent assezlinéairement avec la puissance de sortie. Aux alentours de 5 mW l’amplifi-cateur arrive « en butée ».Il est difficile, à l’aide de chiffres seuls, de décrire ce dont est capable unappareil audio. L’aspect marquant de la sonorité de l’amplificateur est sadynamique : les parties à fort niveau sont présentes, les parties doucessont vraiment douces. Le son est chaud, spatial, aux niveaux élevés peut-être un peu moins précis dans la définition dans la partie supérieure duspectre de fréquences, ce qui pourrait se traduire par petite diminution duplaisir que peuvent offrir les voix d’opéra. Le son est très agréable et celamême sil’écoute dureun certaintemps. Lesgraves neposent pas deproblème, entout cas, unemusique bienbardée degravescomme de lamusique popou du jazz estextrêmementagréable àécouter !

-150

+0

-140

-130

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

dBr A

20 20k50 100 200 500 1k 2k 5k 10kHz 020195 - 14

Courbe de mesure A. Le spectre obtenu en l’absence de filtre de

tension d’anode.

Courbe de mesure B. La prise dans le circuit du filtre s’est avéré

payante : les composantes 100 Hz ont sensiblement diminué.

-150

+0

-140

-130

-120

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

dBr A

20 20k020195 - 15

50 100 200 500 1k 2k 5k 10kHz

Courbe de mesure C. Les distorsions croissent de façon linéaire avec

l’augmentation de la modulation.

0.06

100

0.1

0.2

0.5

1

2

5

10

20

50

%

1u 10m2u 5u 10u 20u 50u 100u 200u 500u 1m 2m 5m

W 020195 - 16