Bonjour à tous,

Probablement rien de neuf sous le soleil mais étant donné que c'est un sujet qui revient assez souvent dans les discussions, je me suis dit qu'il serait intéressant de lui dédier un fil.

J'ai fait quelques simulations pour étudier le choix du point de repos dans un étage de sortie PP avec un composant actif type tétrode/pentode (pour l'instant). Au programme, des spectres de signaux sinus purs mais aussi des spectres d'intermodulation.
Un modèle de 6L6GC est utilisé avec une tension d'écran de 300V : à vrai dire on s'en fout, du moment que le réseau de caractéristique d'anode soit suffisamment "imparfait" pour mimer un tube réel.

Voici la famille de plaque du modèle utilisé :



Pas super linéaire comme tube, et c'est ce qui compte pour la suite...

Les deux bras du PP sont chargés par 5K plaque à plaque quelque soient les points de polarisation.
3 cas d'étude :
- Classe A : Vak = 300V, Ia = 100mA
- Classe AB : Vak = 300V, Ia = 30mA
- Classe B : Vak = 300V, Ia = 5mA

Les signaux d'attaque sont tels que la puissance de sortie (#12W) est environ 3dB de la puissance max (avec apparition de courant de grille). Étant donné que l'impédance de charge et le swing de tension d'anode est identique dans chaque cas, les puissances max sont identiques (mais pas les gains évidemment).

Voici le cycle de charge pour la classe A :


La classe AB :


Et la classe B :


Les plus courageux pourront s'amuser à les superposer au réseau statique pour s'apercevoir qu'on est encore "loin des bords" du tube.

Voici les traces temporelles sur la charge avec des signaux sources à 100Hz pour chaque exemple :


En vert classe A, en rouge classe AB et en bleu classe B (avec la distorsion de croisement bien visible, due à la chute de gm aux courants faibles).

Les spectres associés :


On remarque déjà une chose intéressante, le taux de H3 le plus faible des 3 cas est obtenu pour un fonctionnement en classe AB. Étant donné que le cycle de charge est curviligne et que le tube n’est pas très linéaire, la linéarité est améliorée ( !) : à faible courant, gm faible mais charge plus élevée, à fort courant, fort gm mais charge plus faible. Le gain change tout de même mais c’est la où la topologie PP rentre en jeu : la linéarité doit encore s’améliorer car on peut compter sur l’autre tube pour « rattraper » le coup.
Une hypothèse : il doit exister un point de polarisation particulier où la perte de gain dans le tube qui s’approche du cutoff est compensée « au mieux » par l’autre tube qui s’éloigne du cutoff, maximisant la linéarité de l’étage. A vérifier, mais on semble s’en approcher en classe AB.

Pour une puissance de sortie égale à la puissance max, il semblerait que classe A et AB fassent jeu à armes égales niveau linéarité, mais il faudrait creuser un peu…

Concernant l’intermodulation, un signal « deux tons » (non pas germanique !) est injecté. Il s'agit d'un cas qui tend à se rapprocher davantage de signaux musicaux.
Faible signal F1=15kHz superposé à un fort signal F0=100Hz, rapport 1/10 entre les amplitudes.
Les raies d’intermodulation d’ordre 3 sont à F1-2*F0 = 14800Hz et F1+2*F0 = 15200Hz.

Les traces temporelles :


En vert classe A, en rouge classe AB et en bleu classe B.
La chute de gain autour de 0 en classe B est clairement visible sur la composante « HF ».
Pour mieux se rendre compte de la variation de gain lors d’une excursion du cycle de charge, voici le courant d’anode pour un bras du PP dans chaque cas.



En vert classe A, en rouge classe AB et en bleu classe B. L'amplitude de la composante HF varie clairement au rythme du signal BF de forte amplitude.
Niveau linéarité dans chaque tube, la classe AB se trouve bien entre les deux extrêmes et c’est pourtant ce fonctionnement qui garantie la meilleur linéarité (dans ce cas précis et à cette puissance). Le PP fait bien son boulot de compensation de distorsion.

Et voici enfin le spectre d’intermodulation autour de 15kHz :



Sans grande surprise d’après ce qui précède, c’est le fonctionnement en classe AB qui donne le meilleur résultat (presque 10 fois mieux que la classe A sur l'intermodulation d'ordre 3). Les deux autres font d'excellents mélangeurs!
Conclusion : La classe AB est plus linéaire que la classe A… dans certains cas!

Pour aller plus loin, il faudrait étudier l’évolution de la linéarité en fonction de la puissance de sortie pour chaque cas, étudier la relation entre impédance de charge et point de polarisation idéal et voir si ces résultats sont valides pour des composants type triode. Il est possible que l’on soit en train de réinventer la poudre, mais qu’importe, je pense que ces notions ne sont vraiment comprises que si l’on se donne la peine de refaire les démarches intellectuelles (peut être) déjà entreprises par le passé (la simulation informatique en moins).

Le débat est lancé !
JB

Merci pour ton post et ses arguments. Ce que j'ai lu chez Bassi se fonde sur les triodes, ça se confirme avec les tétrodes. Après, je rame encore pour comprendre il détermine le point ideal de fonctionnement en classe AB1.

L'autre question vue ma configuration est comment ça marche avec un transfo IT = quelle est la charge à prendre en compte, a priori, la Rg de l' étage suivant mais avec 100k comme il y a d'origine sur l'étage de puissance du schéma Mahé, on a une droite de charge presque horizontale ( ce qui revient à simuler comme Va0 une tension qui tend vers l'infini) et une valeur de charge bien loin de l'optimum pour une triode de r interne autours de 2K, faut-il donc mettre 8K en Rg des 300B?
En tout cas en PP, avec des droites de charge presque horizontale, je n'arrive pas à voir commen tracer la courbe de transfert dynamique....

Wadek

Bonjour,

Excellente étude.
Très démonstrative et instructive.

Tu dis
"je pense que ces notions ne sont vraiment comprises que si l’on se donne la peine de refaire les démarches intellectuelles (peut être) déjà entreprises par le passé (la simulation informatique en moins)."

Tout à fait d'accord, l'expérience ne se transmet pas, elle se vit.

Bonjour à tous, merci Bimole. Voilà une bonne base !




Je suis pas vraiment surpris par tes résultats basés sur la simu avec des tétrodes et il vient les questions :

- Avec la 6L6 - qui constitue un excellent choix pour cette étude - le courant de grille arrive vite, lorsque le cycle de charge arrive dans les coudes à gauche, et donc très vite dans les classes en B. Quel est son impact sur tes modèles ?

- du fait des mêmes coudes, le 'centrage' du point de repos paraît primordial (mais ceci est connu depuis que la triode existe !) : Pourrais tu donner une image de ce qui se passe pour par ex - 6 dB et -10 dB, par exemple,, pour s'éloigner des coudes tout en restant dans la classe indiquée.

- Doit on raisonner avec la même charge dans les trois cas ?

Le deuxième point serait, bien sur une simu avec des Triodes.

En tous cas, merci pour ce bon boulot.

Bonjour à tous,

Merci Bimole super étude, nous sommes franchement gâtés en ce moment sur Audiyofan

Reste à savoir comment déterminer le point de fonctionnement en classe AB qui optimise la linéarité de la réponse s'il existe ...

Amicalement,
Chanmix

Salut à tous,
Bonne idée Bimole !!
C'est mon passe temps préféré (quand j'ai du temps...) mais pas en simulation , plutôt avec crayon et règle et papier ..
J'ai toujours préféré la classe AB et j'ai toujours cherché le meilleur point de polar en pivotant la règle sur les courbes de plaques que j'ai parfois relevées à la main point par point
L'exercice manuel est fastidieux et tu nous as fait là un super outil pour explorer le sujet !!
j'avais même tenté une mise en équation du problème mais sans suite.
J'aurais une remarque et une question :
Le Vak est un paramètre de l'exercice et le fixer d'entrée à une valeur précise limite le champ d'investigation, idéalement c'est la meilleure combinaison Zpp / Vak qu'il faut choisir et ensuite le point de repos c'est à dire le courant de repos. ( et pour le coup 30 mA c'est un peu court) Je sais bien que c'est déjà pas simple mais il faut au moins dégrossir.
Ton environnement de simul devrait permettre çà facilement non ??
J'ai aussi une question sur la lecture de la courbe de charge en AB:
Où devrait t on "voir" le point d'inflexion de cette courbe de charge au passage de A en B ?
La théorie nous dit que c'est vers 60 mA mais sur ce coup je ne distingue pas vraiment le coude en question ??
Bien parti en tout cas .

A+

[A SUPPRIMER]

Bonjour,

Ravi d'avoir suscité des réactions!

@ Wadek :


Moi aussi, c'est l'objet de la discussion!



En DC, le tube driver "voit" l'alimentation et sa tension. Comme la charge est un transfo IT, la tension d'anode du driver va se déplacer de part et d'autre de la tension d'alim. Le driver peut être vu comme un ampli de tension donc avoir le gain maximum. Ce qui satisfait cette condition est de charger le tube avec une résistance très grande (idéalement infinie). Pour un ampli de tension ce doit être, sans en être certain à 100%, aussi la condition de distorsion minimum (celle intrinsèque au tube).


@ PBEN



Pas forcément plus vite en classe B, à faible courant les tubes ont moins de gain. Je pense qu'il y a deux "types" de courant de grille : l'un du au passage de la droite de charge dans la zone de déchet du tube (sous le coude Vgs=0V) et l'autre du au passage au dessus du coude. Si le driver est capable de répondre à cet appel de courant, dans le premier cas, l'écrêtage violent a tout de même lieu, moins dans le deuxième cas car le tube possède encore un peu de gain pour les Vgs positifs. Le choix du cas 1 ou 2 relèvent surtout de l'impédance de charge (forte pour le cas 1, faible pour le cas 2).



Le centrage en tension ou en courant?
Tu souhaites voir les même cycles de charges mais pour des excitations moindres?



Non pas forcément, mais il fallait faire l'étude à "périmètre constant", au moins pour amorcer la réflexion.


@ trappeur



C'est aussi ce que je pense. Mais attention, à mesure que l'on augmente Vak, le courant de polarisation maximum admissible chute pour ne pas cramer le tube, ce qui fait qu'aux fortes tensions, seules les classes AB et B sont envisageables. Car quel est l'intérêt de s'entêter en classe A sous fort Vak et forte charge, si ce n'est de travailler dans une zone vraiment pas linéaire du tube? Faudrait essayer...



Je n'ai jamais réussi à observer la cassure Zpp/2 -> Zpp/4 propre au passage de la classe A vers la classe B, ni en simulation, ni en mesure. Les méthodes graphiques ne tiennent pas compte du caractère variable de gm dans ces zones de la caractéristique. C'est, à mon avis, la raison pour laquelle la transition se fait en douceur! Et il est probable que ce soit une partie de la clé de notre problème : s'arranger pour que cette transition ait lieu en pleine variation de gm.
Il faudrait faire la simulation avec un modèle de tube/transistor parfaitement linéaire du type Iak = (Vgk+Vp)*tanh(k*Vak) avec Vgk+Vp = 0 si Vgk<Vp où Vp est la tension de pincement et k un facteur qui permet d'arrondir plus ou moins le coude.
Il est fort probable qu'avec ce genre de comportement complètement linéaire en Vgk, la transition soit davantage visible. Encore un "bienfait" des non-linéarités des tubes?!


JB

Salut Bimole..
En regardant mieux on pourrait presque "voir" un point d'inflexion au niveau du point de fonctionnement et on relèverait à la louche qqchose comme 1450/5800 ce qui s'approche des valeurs attendues avec la même louche bien sûr..
D'où mon interrogation sur le fonctionnement de la simulation ...mais là blocage : je n'ai jamais eu le temps (ni la motivation) suffisant pour attaquer sérieusement le sujet...
cà me parait digne d'attention ...
A moins que la simu ne fonctionne avec la fameuse droite de charge composite qui nous a fait ramer y a quelques temps déjà, ce qui serait possible et qui serait la première réelle utilité de cette charge composite depuis qu'elle existe

A+

Au passage, merci pour vos apports et une question vite fait... Le transfo de sortie en PP doit avoir plaque à plaque deux fois l'impédance d'un TS en single ended ou la même. Je viens de voir que mon TS était prévu pour 6400//8 Ohms (avec des prises 4 et 16 Ohms)??

Bonsoir !
Il faudra jeter un oeil aux régimes AB forts avec polarisation automatique, car le courant moyen étant plus élevé en régime qu'au repos, la tension en cathode augmente et tire les droites de charge vers le bas en une fraction de seconde ; et je ne parle pas des charges réelles (enceintes) qui transforment les belles droites en grosses bananes sur les signaux audio.

Salut Arnaud.

Je ne peut pas t'envoyer de MP alors je poste ici. Vu que le forum d'à côté est fermé, pourra-t-on continuer de suivre ton aventure d'otl ici?

Serge

Bonsoir Serge !
Mes OTL en service fonctionnent tous, sans aucune retouche de réglage, si d'offset ni de courant de repos, et équipés encore tous des tubes d'origine.
Ceux qui n'ont pas encore achevés les leurs, ou qui en sont à leur second, se sont retrouvés sur le site de René http://6bm8-lab.fr/phpBB/
En ce moment j'attends un transfo pour passer mon proto hybride en stéréo version minimaliste.

Oui et c'est pour cela que je considère que classe AB et polarisation automatique sont incompatibles. Et pire encore si des capacités de découplage de cathode sont présentes. Restons simple pour l'instant.

Pour trappeur, mes intuitions se confirment, la cassure classe A -> classe n'est pas visible avec des tubes réels car ils ne sont pas assez linéaires. Je vais insérer plus tard quelques courbes de simu réalisées avec un modèle de tube parfaitement linéaire (gm constant).

Ce qui ressort des premières simulations est qu'il doit exister un point de fonctionnement (en classe AB) qui offre une linéarité maximale de l'étage PP. Ceci est observé avec un modèle de tube arborant un gm pas vraiment constant (comme en vrai). On remarque aussi que la transition classe A -> classe B n'est pas nette comme sur les tracés qu'on effectue à la main sur les réseau. Une raison possible est justement le fait que gm n'est pas constant.

Chose promise, chose due, voici encore quelques simulations effectuées avec un modèle de tube parfaitement linéaire : gm constant sur toute la plage de fonctionnement du tube, hors zone de déchet évidemment. Quelques mots sur le modèle d'abord, qui a été créé pour l'occasion. Le réseau de caractéristique est issu de la loi de commande suivante :

Iak = (Vgk + Vp)*gm*tanh(k*Vak), où Vp, gm et k symbolisent respectivement la tension de pincement du tube (en valeur absolue), sa pente et un facteur agissant sur le "tranchant" du coude.
Les valeurs numériques sont : Vp = 50V, gm = 6.25mmhos et k = 1/20V-1
Le réseau résultant ressemble à celui de la 6L6 utilisé plus haut. Par défaut, j'ai conservé la dissipation de la dissipation de plaque max (30W).
Ce modèle est chargé par une impédance plaque à plaque de 6k et polarisé sous 300V.

Voici d'abord une droite de charge en classe AB sous un courant de repos de 40mA (40% de Pamax):



Donc dans le cas d'un composant à gm constant, la transition classe A -> classe B est bien visible et au "bon" endroit, à l'inverse des premières simulations avec un modèle de tube "réel"! Par contre si le composant est linéaire, cette cassure est fâcheuse pour le signal de sortie.
En fait, comme chaque tube "voit" moitié de la charge, le gain de l'étage vaut 2*(gm*Zpp/2) soit gm*Zpp en classe A. Lorsqu'un des deux tubes se bloque, le gain est divisé par 2, d'où un "écrasement" du signal de sortie :



Avec un tube réel (a gm variable), gm est petit aux faibles courants (en classe A) et grand aux forts courant (en classe B), ce qui fait que la variation de gm compense le blocage d'un tube et lisse le gain de l'étage sur toute l'excursion du signal. Comble de l'ironie, j'ai déjà remarqué cette signature du signal de sortie avec un modèle de tube très linéaire!!
La distorsion harmonique (THD en %) en prend évidemment un coup et contient sans grande surprise exclusivement de la distorsion d'ordre impaire :




Pour continuer, étudions l'influence du point de repos sur les performances en distorsion du montage PP. 4 cas :
- classe A 100mA
- classe AB 60mA
- classe AB 35mA
- classe B 0mA

Voici les cycles de charge associés :



Et l'évolution de la puissance de sortie en fonction de l'excitation de l'étage PP :



De cyan à rouge : classe A -> classe B.
On remarque, à puissance de sortie égale, un rapport 2 entre le gain en classe A et le gain en classe B (dans un cas, G=2*gm*Zpp/2 et dans l'autre G=gm*Zpp/2). A noter que les gains des cas en classe AB se situent entre classe A et B sauf à faible excitation, soit lorsque le fonctionnement est classe A, auquel cas ils sont égaux.

Voici la THD en fonction de l'excitation de grille pour chacun des cas :



Cyan classe A, rose classe AB légère, bleu classe AB profonde, rouge classe B.
La distorsion décolle en priorité pour la classe AB profonde (et brutalement), au moment du passage en classe B. Idem pour la classe AB légère.
Pour les classes A et B les comportements sont similaires : on retrouve le rapport 2 sur le gain (à THD constante) et la même allure de THD, qui correspond à l'écrêtage dans la zone de déchet du tube.

Pour compléter, voici la même courbe mais cette fois ci en fonction de la puissance de sortie :




Cyan classe A, rose classe AB légère, bleu classe AB profonde, rouge classe B.

Pour un composant idéal, classe A et classe B offrent les même performances en distorsion, le rendement en plus mais le gain en moins pour la classe B.
La distorsion engendrée par la transition classe A->B, pour les fonctionnement en classe AB, intervient à d'autant plus faible puissance que l'on est proche de la classe B, logique.
La variation de THD est d'autant plus forte que l'on est proche de la classe B.


Au final, vue les premières simulations sur modèle de tube "réel" et ces derniers résultats, on peut dire que la classe AB est aux composants réels ce que la classe B est aux composant idéaux, l'optimum! Il faudrait maintenant intégrer le côté variable de gm (et aussi le conductance de sortie du tube) et retracer le même type de courbe.

To be continued...

JB