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Comprendre nos circuits de base

Intorduction

Parce que nous construisons des amplificateurs OTL, les gens pensent souvent qu'on utilise le design classique de Futterman. C'est faux. Nos produits sont conçus autour d'une tout autre idée centrale : celle d'une conception symétrique, qui possède intriséquement une très faible distorsion et excellente stabilité. Nous construisons des circuits sans transformateur de sortie qui explorent cette idée.

La plupart des circuits utilisés dans notre équipement ont été conçus dans les années 40 et 50, essentiellement pour un usage militaire. Nous utilisons des amplificateurs différentiels, des amplificateurs cascode et des amplificateurs en pont pour tous les blocs de construction de nos amplificateurs. Nous discuterons des avantages de chacun, ainsi que de la façon dont ils ont été utilisés pour créer notre Balanced Differential Design® (Design Symétrique et Differentiel®).

Le circuit de la triode

Pour comprendre le fonctionnement des circuits les plus avancés, il est important de comprendre les circuits de base. Le circuit triode asymétrique, illustré à la figure 1, est utilisé depuis les années 1920 et est l'élément de base de 99% de tous les préamplificateurs à lampes et de la plupart des amplificateurs à tubes utilisés aujourd'hui. Il est étonnant qu'une grande partie de ce qui est utilisé aujourd'hui ait été conçue il y a si longtemps.

L'amplificateur triode dans sa forme de base, comme illustré, a un faible nombre de pièces, une bonne linéarité (par rapport aux circuits pentode et transistor) et un faible coût. Il est sujet à des dérives dues au vieillissement, a une bonne réjection du bruit d'alimentation et un gain relativement faible. La distorsion peut être considérablement réduite en ajoutant une résistance de cathode, mais au détriment du gain et de l'impédance de sortie accrue. Pour obtenir des gains plus élevés, deux de ces étages peuvent être mis en tandem en utilisant un condensateur de couplage. Un tel amplificateur est appelé amplificateur en cascade triode.

Amplificateur différentiels

Les amplificateurs différentiels sont la pierre angulaire de nos amplificateurs de tension. Les amplificateurs différentiels présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux amplificateurs asymétriques classiques. Les amplificateurs différentiels sont un type d'amplificateur symétrique, bien que certainement pas le seul type. Un amplificateur différentiel se compose de deux étages de gain uniques, reliés entre eux par leurs cathodes (ou d'autres dispositifs émetteurs dans le cas des semi-conducteurs). Cela signifie qu'un amplificateur différentiel a deux entrées et deux sorties. Tout signal à l'entrée d'un côté de l'amplificateur se traduira par deux sorties, égales mais déphasées à 180 degrés.

Sur le banc, dans le manuel et dans la vie réelle, l'amplification différentielle offre de meilleures performances, en particulier de DC à 100 KHz, la région audio. La fiabilité en termes pratiques est égale ou supérieure à celle des circuits asymétriques conventionnels, s'ils sont correctement conçus.

Les avantages

Plus grande immunité à l'alimentation. Les amplificateurs différentiels présentent une charge constante sur l'alimentation, ce qui entraîne moins de bruit dans l'alimentation. Les amplificateurs différentiels résistent également beaucoup plus à l'entrée (bruit) de l'alimentation.

Moins de bruit. Les amplificateurs différentiels ont environ 6 dB de bruit en moins que le même circuit exécuté de manière asymétrique. Cela peut être très important dans les sections de préampli à bobine mobile.

Moins de distorsion. Les amplificateurs différentiels ont tendance à annuler les distorsions dans la sortie que les amplificateurs asymétriques ne peuvent pas.

Moins de dérive. La dérive est réduite par le couplage étroit des deux moitiés de l'amplificateur. Les performances dans le temps sont améliorées.

Réjection du bruit. Le taux de réjection en mode commun est la mesure de la capacité d'un amplificateur différentiel à ne pas amplifier le bruit commun aux deux entrées. Il est généralement d'au moins 55 dB et peut approcher 140 dB dans certains modèles à accord critique.

Les inconvenients

Coût accru. L'amplification différentielle prend plus de parties à exécuter. Pour un nombre donné d'étages de gain, les amplificateurs différentiels ont environ 50% de parties supplémentaires.

Une plus grande complexité. Bien que le nombre d'étages d'amplification reste le même pour les amplificateurs asymétriques et différentiels, les amplificateurs différentiels ont plus d'exigences pour exécuter, par exemple, une alimentation à tension négative.

Amplificateurs Cascode

Les amplificateurs Cascode utilisent également deux triodes en une seule étape de gain. Dans ce cas, la plaque du premier tube est utilisée pour entraîner la cathode du deuxième tube (supérieur), comme illustré sur la figure 3. Le tube supérieur est agencé comme une source de courant constant, ce qui a pour effet d'agir comme le circuit de la figure 1 avec une très grande résistance de plaque et une très haute tension de plaque. Dans cet agencement, le gain et la linéarité sont sensiblement améliorés par rapport aux amplificateurs triodes de base. Le gain peut approcher le facteur d'amplification du tube carré, ce qui signifie que le gain est presque celui d'un circuit pentode, mais avec une faible distorsion typique des amplificateurs triodes.

Les avantages

Gain élevé. Bruit plus faible (pour la quantité de gain développée). Bonne bande passante haute fréquence. Cela varie avec la capacité parasite et la capacité interne entre les électrodes des tubes utilisés. Faible nombre de pièces (pour le montant du gain résultant). Cela signifie une conception de circuit plus simple et un dispositif globalement moins cher.

Les inconvenients

Impédance de sortie probablement plus élevée avec certains tubes comme le 12AX7. Puisqu'il utilise des circuits câblés à la main, brevetés et peaufinés depuis des décennies, il est stable avec n'importe quelle charge. Le S-30 fonctionne et sonne mieux que n'importe quel amplificateur asymétrique jamais produit, sans parler des conceptions push-pull conventionnelles. Sa conception entièrement équilibrée et son fonctionnement éprouvé sur les triodes de classe A, font du S-30 le choix idéal pour les audiophiles les plus exigeants.

Amplificateurs en pont

Un amplificateur en pont est un type d'amplificateur symétrique aux propriétés uniques. L'un des plus importants est la possibilité de coupler la sortie de l'amplificateur directement à n'importe quel niveau de tension. Cela signifie qu'un amplificateur en pont peut être couplé directement en tant que préamplificateur ou sortie d'amplificateur au potentiel de terre. Un amplificateur en pont se compose de deux amplificateurs asymétriques connectés ensemble comme indiqué sur la figure 4. Ainsi, il possède deux entrées et sorties comme un amplificateur différentiel.

Les avantages

Haute stabilité. Ce type d'amplificateur est extrêmement stable, indépendamment du signal d'entrée ou de la charge du circuit.

Large bande passante. En raison du faible nombre de composants, la bande passante est limitée par la capacité parasite. Le résultat est que les versions haute puissance de ce circuit peuvent avoir une réponse adaptée aux applications RF.

Fonctionnement symétrique. Voir les amplificateurs différentiels ci-dessus. Les composants de distorsion peuvent s'annuler dans le circuit de charge.

Grande fiabilité. Même en cas de défaillance catastrophique d'un périphérique de sortie (que ce soit un tube ou un transistor), le manque de parties délicates dans la section de sortie empêche tout dommage, sauf le périphérique défaillant.

Immunité aux variations d'alimentation et de charge. Le Radiotron Designer's Handbook (RCA, 4e édition), décrit les amplificateurs de sortie en pont: "[...] la régulation de l'alimentation des plaques et des filaments devient généralement inutile. Ceux-ci ne sont normalement utilisés que dans les instruments de laboratoire." De plus, l'impédance de sortie réduite et la stabilité améliorée permettent à l'amplificateur de fonctionner normalement avec des charges extrêmes, bien que les performances puissent être compromises.

Les inconvenients

Coût accru. Cela est principalement dû au deuxième inconvénient. Une plus grande complexité. Nécessite deux alimentations flottantes indépendantes mais égales.

Conclusions

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Balanced Differential Design®

Par une combinaison créative des circuits ci-dessus, nous avons créé un circuit à lampes non utilisé dans les amplificateurs à lampes auparavant: le cascode différentiel. Ce type de circuit présente tous les avantages des amplificateurs cascode et différentiels, résultant en un amplificateur qui a moins de pièces pour la quantité de gain disponible que ce qui est possible en utilisant des circuits triodes conventionnels, tout en ayant en même temps une distorsion et un bruit inférieurs. Ceci, plus l'utilisation d'amplificateurs en pont, rend possible nos circuits d'amplificateur de puissance et de préamplificateur qui sont entièrement différentiels et équilibrés de l'entrée à la sortie. Nous appelons cela Balanced Differential Design®.

2

La simplicité et la fiabilité

L'avantage de cette technique est que la distorsion est annulée à chaque étape du circuit, ce qui signifie que l'étage suivant n'aura pas à amplifier cette distorsion. Il en résulte une distorsion beaucoup plus faible et un son naturel, tout en permettant un gain élevé et un faible bruit. Notre préamplificateur a la plus grande sensibilité d'entrée phonographique de tous les préamplis à lampes (bon à 0,07 mv), et pourtant il n'y a que trois étages de gain dans tout le préamplificateur. Le résultat est la simplicité, la fiabilité et la musicalité ultimes, qui sont la marque de fabrique de ce type d'amplification. De plus, Atma-Sphere music systems, inc. a développé une méthode pour réduire davantage la distorsion dans l'amplificateur en pont, tout en conservant ses avantages normaux. Ainsi, il est possible de créer un amplificateur avec une distorsion extrêmement faible et une large bande passante, même sans rétroaction négative. Cela permet une plage dynamique améliorée, ce qui améliore le réalisme.

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Un amplificateur de musicalité ultime

L'effet global de cette technologie est la première ligne de tubes à vide "high tech" jamais conçue et fabriquée. De plus, un nouveau niveau de musicalité est également atteint, sans sacrifier la fiabilité.

Références

Pour les passionnés inspirés de la technologie des tubes à vide, les textes suivants sont extrêmement informatifs et valent bien l'effort à trouver. Bonne chance!

Langford-Smith, éditeur F. Radiotron Designer's Handbook, quatrième édition. Amalgamated Wireless Valve Co. PTY. LTD. (Australie), reproduit par RCA. 1952.

Tremain, Howard. The Audio Cyclopaedia. Howard W. & Co., Inc. 1969.

Valley, Jr., George and Henry Wallman, editors. Vacuum Tube Amplifiers. McGraw-Hill for the MIT Radiation Laboratory. 1948.

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