Chapitre 3 : La triode (suite)
| Synthèse de l'amplificateur à triode en cathode commune |
Fig. 1
(Schéma équivalent pour
l’alternatif ci-dessous Fig 2)
Fig. 2
Avec
:
- rak = résistance interne de la triode ( cf Datasheet)
- RA l’impédance de charge sur l’anode
- R0 = résistance de protection de la
grille ( grid-stopper)
- RG = résistance de polarisation de grille ( grid-leak)
- Zk = impédance de Rk en parallèle avec Ck
- µ facteur multiplicateur de la tension
d'entrée ( = gm x rak)
Nous avons vu que :
- l'impédance d'entrée est constituée de :
- RG ( résistance de grid-leak) en parallèle avec la somme des impédances de :
- R0 (
grid-stopper) et de
- la capacité Cga grille-anode elle-même :
- multipliée par le gain de l'étage + 1 .
- en parallèle
avec la capacité Cgk grille cathode
- l'impédance de sortie est constituée de :
- RA charge de l'anode en parallèle avec la somme des impédances de :
- rak résistance
interne de la triode et de
- Zk impédance de Rk en parallèle avec Ck multipliée par µ+1.
- le
gain est fonction de µ , RA , rak et
Zk .
On peut donc représenter l'étage par un générateur
de Thévenin ici chargé par une impédance
théorique ZL
Fig. 2
Pour conclure voyons un cas concret dans lequel nous faisons varier la capacité de couplage de manière à balayer tous les cas.
* Variation de la capacité de couplage
Fig. 3
- Ra = 100 k
- R0 = 68 k
- RG = 1 M
- RK = 1500 o
- rak = 62500 o (datasheet)
- Cga = 1,7 pF (datasheet)
- Cgk = 1,6 pF (datasheet)
- Cx = 22µF - 10 µF - 4,7 µF - 2,2 µF - 1 µF - 820 nF - 680 nF - 470 nF
- rgen est l'impédance de
sortie théorique de l'étage précédent de 40 k
- ZL est
un potentiomètre de 1 M en parallèle avec
l'entrée d'un étage équivalent dont
l'impédance d'entrée moyenne, pour simplifier,
est de 650 kOhms ( voir
ici) soit ZL ~= 400 k
La réponse Vs / Ve va dépendre de
tous les paramètres déjà vus, gain et impédances
d'entrée et de sortie.
Vs /Ve = le produit de 3 éléments :
Fig. 4
Vs /Ve = le produit de 3 éléments :
- Le filtre passe-bas en entrée constitué de Re = [ Rgen // RG ] + R0 et de Ce , capacité d'entrée détaillée à la Fig 2.
- Le gain A de l'étage proprement dit ( cf Fig 2)
- le pont diviseur en sortie sur la charge ZL et l'impédance de sortie ZS = RA // [rak + (µ+1) x Zk]
Fig. 4
d'après les données en
figures 2 et 4 nous obtenons :
en s'aidant d'un calculateur on trouve, en faisant varier la capacité de découplage CK la réponse suivante :
On retrouve dans les basses fréquences la fréquence de coupure liée au découplage partiel par Ck de la cathode :
par exemple :
- avec 470 nF on a - 3dB à 320 Hz
- avec 1 µF on a - 3dB à 140 Hz
- avec 2.2 µF on a - 3dB à 70 Hz
La coupure haute à 14 kHz est uniquement liée au passe-bas en entrée Re Ce , Ce étant la capacité de Miller détaillée plus haut.
* Variation de l'impédance de sortie du générateur
En fixant la capacité Ck à 2,2 µF on fait varier l'impédance de sortie du générateur en amont Rgen de 6000 à 72 kO en passant par 12k et 36k.
On voit ci-dessous que la fréquence de coupure varie de 11 kHz à 20 kHz.
Bien sûr si l'on adopte une résistance de grid-stopper R0 plus basse , 10 k par exemple on augmente considérablement la fréquence de coupure au delà du spectre audible de 20 kHz à 95 kHz ! :
* Variation de la résistance d'anode
En reprenant les données suivantes :
- R0 = 33 k
- RG = 1 M
- RK = 1500 o
- rak = 62500 o
(datasheet)
- Cga = 1,7 pF (datasheet)
- Cgk = 1,6 pF (datasheet)
- Ck = 1
µF
- rgen = 40 k
- ZL = 400 k (voir pourquoi)
nous faisons
maintenant varier la résistance d'anode RA
influant notoirement sur le gain avec les
valeurs :
- RA = 68 k
- RA = 82 k
- RA = 100 k
- RA = 120 k
- RA = 150 k
Au gain maximum on
constate qu'entre RA = 68 k et RA = 150 k,
l'écart de gain reste de 2,4 dB. Avec RA = 100 k
, valeur la plus courante ici le gain est de
34,9 dB.
On constate quand
même également une variation de la fréquence de
coupure basse à - 3 dB
- RA = 68 k
fc = 180 Hz
- RA = 82
k fc = 169
Hz
- RA = 100 k fc = 156 Hz
- RA = 120 k fc = 143 Hz
- RA = 150 k fc = 128 Hz
Il est donc
préférable , si l'on prend une valeur modeste
pour RA, d'augmenter un peu la capacité de
découplage Ck ( à 4,7 ou 10 µF)
* Variation de l'impédance de charge
Il est également intéressant de voir le rôle de l'impédance de charge . Fixons la résistance de grid-stopper à 33 k, Ck à 2,2 µF et faisons varier ZL, l'impédance de charge .
Supposons un potentiomètre de 500 k en parallèle avec l'impédance de 650 k soit
- ZL = 280 k
- ZL = 400 k ( cas du potentiomètre de 1 M)
- ZL = 870 k ( pot de 1 M en série avec une résistance de 470 k soit 400k + 470k)
- ZL = 10 M ( hypothèse d'une forte impédance de charge - cas du cathode suiveur en bootstrapping que nous allons voir un peu plus loin)
On constate
que la courbe varie peu et que l'écart entre
la valeur minimum ZL = 280 k et maximum ZL =
10 M est inférieure à 1,5 dB
* Variation du type de tube
A titre de comparaison voici le résultat obtenu avec une 12 AY7 avec :
- Ra = 100 k
- R0 = 33 k
- RG = 1 M
- RK = 1600 o
- rak = 25000 o (datasheet)
- Cga = 1,3 pF (datasheet)
- Cgk = 1,3 pF (datasheet)
- Ck = 1 µF
- µ = 44
- ZL = 280 k - 400 k - 870 k -
10 M
Au gain plus faible près la courbe générale est identique. Les caractéristiques de la 12 AY7 donnent un µ de 44 contre 100 pour la 12AX7, aussi ce résultat est-il prévisible.
CONCLUSION :
Les éléments critiques du montage sont :
- l'entrée avec la capacité de Miller et le passe-bas qu'elle forme avec l'impédance de l'étage précédent et la résistance R0 dite grid-stopper
- la capacité Ck de découplage de la résistance Rk de cathode.
Les autres éléments sont déterminés par la polarisation du montage et influent moins sur la performance. Cette dernière est davantage liée au type de tube utilisé.
Il est capital de bien comprendre la polarisation du montage.