The Class-A Amplifier Site

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Amplificateurs

classe A 8 watts

« Le monstre »

 

Jean Hiraga

(l’Audiophile No. 27)

 

En fin 1979, le haut de gamme de la haute fidélité en matière d'amplificateurs concernait, en bonne partie, les amplificateurs à couplage direct, les montages en pseudo classe A ainsi que les amplificateurs ultra-puissants, pour lesquels on confondait parfois qualité et quantité. Ce qui n'empêchait pas des milliers d'amateurs de se contenter de 5 à 30 watts, sous forme d'amplificateurs à tubes ou à transistors, d'un niveau de qualité particulièrement élevé. La plupart de ces amateurs avaient compris, à force de déceptions, d'expériences, d'essais comparatifs, que la qua­lité primait sur la quantité. Ils avaient même remarqué, mis à part les « watts musicaux » et les exagérations imprimées sur certaines publicités, un fait curieux. Ils avaient la nette impression qu'il existait « des watts plus puissants que d'autres ».

 

Le Monstre I-08

 

C'est ainsi qu'en octobre 1979, dans le cadre de l'Audio-­Fair de Tokyo, un exposant présentait un énorme appareil, un prototype d'amplificateur, qui ne vit malheureusement jamais le jour. Vu sa taille, son poids, son transformateur de 1 200 VA, son alimentation à régulation « shunt » pour chaque étage, il n aurait pu s'agir que d'un amplificateur de très grande puissance. 2 x 300 watts ? 2 x 500 watts ? D'ailleurs, ce prototype était baptisé « The Mons­ter » (Le Monstre), un nom bien mérité. Mais il y avait quelque chose de très anormal. C'était la pancarte placée devant le « Monstre », qui indiquait « Amplificateur monaura,l puis­sance nominale 8 watts, pure classe A ». De quoi satisfaire les audiophiles passionnés par le watt de très haute qualité, le watt « hyper-puissant ». Déjà, dès 1958, la firme anglaise Quad démontrait que 15 watts (ampli­ficateur Quad II) suffisaient pour « driver » le fameux haut-parleur électrostatique ESL, dont le rendement n'excédait pas 87 dB par watt. Ici aussi, l'expo­sant en question était la firme Stax Industries Co. Ltd, réputée pour la qualité de ses haut-parleurs et de ses casques électrostatiques et aussi de ses ampli­ficateurs. Avec ce prototype, Stax prouvait que le watt « hyper-puissant ) », que le watt « hyper-transparent », d'une qualité surpassant la majorité des meilleures réalisations à tubes, existait. Pourtant, en matière d'amplificateurs à tubes, cela peut se dire en connaissance de cause.

 

Expériences et philosophie

 

Songeons, par exemple, qu'un amateur japonais moyennement « mordu » se monte facilement, en quelques années des dizaines d'amplificateurs à tubes, avec des centaines de variantes. Les tubes triodes anciens sont connus par chacun d'eux d'une façon intégrale, en particulier pour les qualités et défauts sub­jectifs : « rondeur » du tube 2A3, « finesse » et « fouillé » des tubes PX4, PP3/250, AD1 ou VT52, puissance, dynamique, qualité du médium, musicalité du 300H, sans parler de l'influence des transformateurs de sortie, un point déterminant les principales qualités, les éven­tuels défauts, colorations ou limites d'un amplificateur. Sans parler aussi des dizaines de réali­sations vendues montées ou en kit par des petits magasins spé­cialisés et d'une bonne quinzaine de fabricants d'amplificateurs à tubes de haut de gamme. On comprend que dans ces condi­tions, la compétition soit rude, les amateurs soient avertis. Il ne serait pas question de parler, sous forme publicitaire ou autre, du « meilleur amplificateur du monde », sans en avoir des preu­ves réelles, exagérations que l'on rencontre malheureusement assez souvent dans le monde de la haute fidélité. Le croire ne suf­fit pas. Il est d'ailleurs courant que l'audiophile chevronné connaisse un appareil mieux que le constructeur lui-même, lequel n'a pas toujours le temps ni le moyen d'effectuer de très longs tests, de nombreuses écoutes comparatives. Pour en revenir à notre « Monstre », le stand Stax Industries qui exposait ce pro­totype, ne se contentait pas d'un prototype statique, d'une maquette incapable de fonction­ner ou d'une photo. Parallèlement à l'Audio-Fair, souvent appelée « Noise Fair » en raison de son bruit ambiant de 90 dB en moyenne, ce qui rendait évidemment une écoute sérieuse impossible, des écoutes permanentes du « I-08 » étaient organisées dans l'auditorium de la firme Stax, située dans le quartier d'Ikébukuro (nord de Tokyo). Chacun sait que pour bien « driver » des grands électrostatiques du genre Stax ESS-6A, ELS 6A, des modèles anciens comme le KLH, des modèles plus récents comme le Dayton-Wright, des modèles combinés comme les « doubles panneaux Quad », on recommande, par expérience, des amplificateurs particulièrement stables, supportant bien les charges capacitives ou com­plexes, les montées et chutes d'impédance comprises parfois entre 1ohm et 20ohm. Depuis fort longtemps, Stax s'était acharné à rechercher, voire à réaliser expé­rimentalement des amplifica­teurs s'adaptant bien à leurs grands panneaux électrostati­ques : amplificateurs a tubes O.T.L. (Technics 20A, Luxman, Futterman), amplificateurs à tubes étudiés par Stax (Stax AM6, OTL, amplificateurs à couplage direct travaillant sous haute tension (8 kV). La con­sommation secteur était telle que quelques visiteurs se rappellent peut-être qu'à chaque attaque sonore, chaque note, sur les per­cussions ou même sur la guitare acoustique, on pouvait voir les lampes d'éclairage de 'audito­rium s'assombrir. Comme les lecteurs le savent, Stax concevait plus tard un amplificateur pure classe A, de 2 x 150W, le DA 300, étudié surtout pour bien s'adapter à leurs enceintes.

 

Au stade amateur, on savait qu'il existait en circuits à tubes comme à transistors, des monta­ges peu puissants mais d'une qualité sonore incomparable, capable de procurer une ampleur sonore, une tenue dans le grave dignes d'amplificateurs dix fois plus puissants. Déjà, vers 1976, on pouvait écouter chez des cher­cheurs comme M. Akiba (qui construisit les préamplificateurs de haut de gamme Ortho­spectrum), chez M. Hata (firme Realon) des amplificateurs d'une quinzaine de watts seulement procurant, avec les panneaux Quad ESL des résultats attei­gnant presque la limite de l'incroyable. Pourtant, il S'agis­sait de schémas simples : dix transistors dans un cas (par canal), quatre tubes dans l'autre. Mais, dans les deux cas, on y trouvait des points communs avec la ligne de conduite, les cir­cuits décrits depuis 1977 dans l'Audiophile : alimentation sur­dimensionnée, transformateur d'alimentation et de sortie surdi­mensionnés, composants « audio » sélectionnés : conden­sateurs, fils de câblage, résistan­ces, connecteurs, supports. Le circuit de M. Akiba comportait notamment des transistors de puissance de type RET (Ring Emitter Transistor) savamment utilisés. Ce chercheur avait vite compris qu'il était de loin préfé­rable de se contenter de 14 ou 15 watts si l'on arrivait à obtenir des performances exceptionnel­les. M. Hata, lui aussi, avec ses quatres tubes, dont deux tubes de sortie 6RA8 (tubes triodes, brochage noval, origine japo­naise, dont la fabrication a été arrêtée en 1973), son transformateur de sortie de 150 W, son alimentation de 2 200 uF sous 380 V, obtenait une dynamique telle que, même à bas niveau, des attaques de cordes, le bruit blanc d'une flûte, suffisaient pour que l'on sente ses oreilles se saturer sur ces impulsions. Les petits ESL en devenaient méconnaissa­bles tant ils étaient dynamiques, clairs, larges au point que leur effet directif en devenait subjec­tivement beaucoup moins pro­noncé. Même à  bas niveau, ces panneaux électrostatiques arri­vaient à « remplir » une pièce, d'une façon étonnamment homogène.

 

Comme on se l'imagine, l'écoute d'une paire de I-08 était un « voyage » que l'on n'est pas prêt d'oublier. Comment expli­quer, tout d'abord, que deux amplificateurs monaurals, de puissance nominale 8 watts, aussi « monstrueux » qu'ils soient, puissent être capables d'apporter un résultat valable, entre 0 et 8 W avec des haut-parleurs de bas rendement. Surtout quand ils sont de type élec­trostatique de grandes dimen­sions (Stax ELS 6A), qu'ils doi­vent normalement être couplés à des amplificateurs d'une puissance minimum de 50 à 100 watts. Un amplificateur OTL à tubes, lui, ne pourrait donner, par expérience de bons résultats au-dessous de 30 watts. malgré l'avantage de n'employer que peu de tubes de sortie montés en parallèle. Un bon classe A chan­geait les choses, quoique comparativement, le 2 x 15 W de notre ami M. Akiba se montrait supé­rieur à un montage Kanéda en classe A de puissance 2 x 30 W, malgré les qualités indéniables de ce dernier. Une autre exception : le bien connu amplificateur classe A 2 x 20 W dont il est souvent question dans ces pages, pour lequel les diverses démonstrations effectuées jusqu'ici ont vite prouvé qu'il existait, subjectivement parlant, une nouvelle notion des « watts », aussi absurde que cela puisse paraître. Comment contester des expé­riences vécues d'un amplificateur de 2 x 20 watts qui est subjectivement plus « puissant » qu'un autre de 2 x 300 watts. Comment expliquer que l'amplificateur de 2 x 300 watts, fonc­tionnant entre 0 et 20 watts, donc largement au-dessous de ses possibilités, aux circuits d'ali­mentation peu sollicités, puisse paraître moins dynamique, moins « puissant » qu'un autre amplificateur de seulement 2 x 20 watts, travaillant entre 0 et 20 watts, aux limites de ses possibilités....

 

Ce « I-08 » était malheureusement trop lourd, trop peu « puissant », trop onéreux pour en faire un produit commercial valable. C'est dire combien cette notion du watt de très haute qua­lité, de très haute définition, reste une choses difficile à « ava­ler » par la majorité du public. Fort heureusement, quelques bons exemples ont relevé ce défi, comme l'imposant Mark Levin­son ML-2, dont la puissance ne dépasse pas 25 watts. Mais le but n'est pas ici de faire l'éloge d'un prototype japonais, aussi bon qu'il soit. L'essentiel est d'avoir compris la philiosophie qui s'en dégage, la ligne de conduite à suivre, celle devant mener à un résultat précis, prédéterminé, même si ce résultat doit être le fruit d'un laborieux travail. Comprenons aussi que le fait d'aboutir à un amplificateur de petite puissance n 'est pas une qualité en soi, que ce n'est pas non plus un des buts recherché. C'est, à grand regret le seul paramètre que l'on se voit très sou­vent obligé de sacrifier pour en préserver d'autres. Le meilleur exemple est celui d'un amplifica­teur travaillant soit en classe B, soit en pure classe A, la perte de puissance, le gain en qualité dans le second cas étant à la fois avan­tages et inconvénients.

 

Quelques références

 

Sans prétendre s'en vanter, l'amplificateur classe A 20 W + 20 W doit être pris comme une des références, vu qu'il a déjà été étudié dans le même but. Il est basé sur un schéma original mais simple et très performant sur le plan de la qualité subjective.

 

Il possède l'énorme avantage d'être d'une stabilité absolue sur charge capacitive, inductive ou complexe. Avantages provenant en bonne partie de la conception de l'étage de sortie, de l'alimen­tation stockant une énorme réserve d'énergie.

 

Mais il serait ingrat de cacher aux lecteurs le fait qu'il existe d'autres bonnes références qui pourront ainsi servir de « fonda­tions » au présent projet. Entre 5 et 20 W, aucune référence com­merciale ne peut être retenue, ce qui confirme la remarque faite auparavant. Quelques produits ésotériques doivent cependant retenir l'attention. Par contre, au niveau des réalisations ama­teur, le choix est plus vaste. On note, par exemple des montages très particuliers, sans contre-réaction, basés sur le principe « anti-distorsion » (correcteur de linéarité de transfert, de linéa­rité de Hfe, etc.) étudiés par quelques Japonais et aussi par le Dr Brian Elliott (Hewlett Pac­kard), lequel avait déjà publié dans le journal de l'AIES des montages amplificateurs dont le taux de distorsion voisinait 0,000001 %. Montages très atti­rants mais malheureusement beaucoup trop complexes. Beau­coup moins performants, mais aussi beaucoup plus simples : quelques circuits conçus par M. Yasui (un « rival » de Kanéda), publiés en partie dans la revue Stereo Technic (dont il est fait assez souvent référence dans ces pages). Un de ses sché­mas, de puissance 30 W utilisant des transistors de sortie Mos-Fet est assez fascinant : c'est le seul qui parvient assez bien a maîtri­ser le problème de la distorsion en « palier » (distorsion constante dans une certaine marge de puissance, augmentant au-delà et diminuant en-deça), un incon­vénient que l'on rencontre « automatiquement » sur les éta­ges de sortie Mos-Fet. Grâce à un étage driver de type cascode M. Yasui obtient une caractéris­tique de distorsion régulièrement montante, presque « douce ».

 

Mais là aussi, on y rencontre, en essayant ce montage, un défaut d'instabilité sur charge capaci­tive, dû en partie à des compo­sants actifs inutilement performants. Le montage Kanéda 30 W + 30 W est à retenir, malgré la remarque faite ci-avant. Muni d'une alimentation diffé­rente, il représente un bon com­promis.

 

« Trop bien » alimenté, le son devient trop « tendu », un peu trop « mat », quoique vivant, mais avec un certain manque d'ouverture propre à quelques petits amplificateurs à tubes. Du côté amplificateurs à tubes de petite puissance, le choix devient plus large. La plupart sont des montages à  deux étages munis d'une triode de puissance. Par contre, même en montage simple étage, les pentodes et tétrodes se situent nettement en dessous du « minimum acceptable », en particulier si en  limite à un tube puissent, facile à se procurer mais limité un niveau des performances subjectives : le tube KT88 ou la 6550.

 

Il serait inutile de revenir sur ce sujet déjà traité dans l'Audiophile, puer un montage monotube, la limite se situant aux alentours du montage décrit dans le n⁰ 14. Mais avec un tel tube, il serait complètement stu­pide de croire que, pour une raison ou une autre, il serait possible d’en faire un véritable « bijou », un diamant. N’importe quel amateur ayant eu l’expérience de centaines de montage, à l’aide de plusieurs dizaines de tubes, de transformateurs de sortie français, anglais, américains et japonais répondrait à un tel propos « qu’une casserole, même fabriquée par les maisons « Pyrex » ou « Le Creuset » restera toujours une casserole. »

 

Ce serait nier totalement les milliers d’expériences, plusieurs centaines d’articles publiés sur plus de cinquante ans sur les triodes, nier les performances immédiatement vérifiables qu’obtiennent près de 30 000 amateurs japonais de triodes à chauffage direct.

 

En prenant pour exemple, des petites triodes de puissance construites entre 1930 et 1950, on peut trouver des modèles qui, en montage mono-lampe à deux étages procurent, sans aucune contre-réaction, des timbres musicaux d’une vérité remarquable, une richesse harmonique et une sensation d’espace, de liberté étonnants. Les meilleures de ces triodes ne sont peut-être pas connues des lecteurs, car très anciennes. Il s’agit, pour prendre les préférées, de la première version RE604 Telefunken datant de 1930, de la PX4 et de ses équivalents (4PX, PP3/250), de l’AD1, d’origine allemande (Loewe Opta, version avec radiateur fixé su les plaques), de la VT52, dont il a déjà été question, (cette triode étant toutefois inférieure en qualité subjective), de la WE275A (Western Electric U.S.A.), de la 205B (l’un des plus vieux tubes triodes, fabriqué en 1917, comportant une grille en platine pur) et de quelques autres. Tous ses tubes, dont la dissipation plaque se situe entre 10 et 15 W ne permettent d’obtenir en montage mono-lampe qu’une puissance comprise 2,5 et 5 W. Dans un montage réussi, la qualité de reproduction peut parfois dépasser celle 99% des meilleurs amplificateurs transistorisés. Les meilleurs devant donc nous servir comme base. Dans les versions plus puissantes, retenons les tubes 300B, DA30, PX25A, TM100, TM75, WE25A, E105B. Toutefois, sur le plan de la véracité des timbres. Mis à part peut-être la TM100 et la 300B, il faut avouer une perte plus ou moins prononcé de qualité, bien que compensée par une puissance de sortie plus élevée : 6 à 12 watts en mono-tube. On pourrait trouver stupide de prendre pour référence des tubes si anciens, la majorité ayant disparu, ce qui est exact. Le principal est de savoir qu’entre un violon de 15 dollars et un Stradivarius, la différence est audible, et que l’on ne doit pas délaisser ce dernier sous prétexte qu’il est trop vieux ou qu’il n’est plu fabriqué.

 

Parmi les appareils plus puissants, le Kanéda classe A 50 W + 50 W reste une référence très importante. On ne peut délaisser non plus « l’Exclusive M-4 », également un classe A 50 W + 50 W conçu par Pioneer, ni l’hyper-puissant MacIntosh MC3500 (à tubes, bloc mono de 350 W), tous remarquables dans diverses partie du spectre : qualités de délié, d’espace infini, de tenue, de dynamique, de justesse de timbres du Kanéda, équilibre, « filé » du M-4, bas-medium et ampleur sonore du MC3500 telle que celui-ci devient difficile à rivaliser sur un morceau d’opéra, sur une symphonie enregistrée en public.

 

Pour en revenir à l’amplificateur Hiraga classe A 20 W + 20 W, on ne pourrait renier les qualités de l’ensemble utilisé en large bande. Par contre il est indéniable que pour faire mieux, il aurait fallu lui ajouter les qualité du grave, du bas médium du Kanéda 50 W classe A jointes à celles du MC3500, apparamment contradictoires. Il aurait fallu aussi ajouter la finesse des timbres des meilleurs tubes triodes à celles de propreté, de délié, de justesse des timbres du Kanéda. Que de prétentions.

 

Mais, pour aller très loin, il faut vouloir, il faut persévérer. Le préamplificateur Kanéda, le petit Sunsey Minimum, le préamplificateur Hiraga à tubes (l’Audiophile No 21)’ le préamplificateur Minimum à tubes, le pre-préamplificateur Hiraga, et l’amplificateur Hiraga 20 W + 20 W classe A, montrent qu’il est possible, à l’aide de schémas simples, de composants soigneusement choisis, d’aller très loin.

 

L’essentiel étant de croire que ce doit être possible. Le résultat, c’est ce « Monstre » 8 W + 8 W classe A.

 

Le « Monstre »

 

Contrairement à ce que son nom indique, à sa puissance effi­cace, à son travail en pure classe A, il ne s'agit pas d'une copie, d'un montage inspiré du « Monstre » I-08 de Stax. Celui ­ci ne comportait pas moins de 42 transistors dans sa section ampli­fication, Malgré ses performances, c'était un circuit trop com­plexe. En quelques mots, c'est en fait un montage inspiré du 20 W classe A. Avant de revenir sur ce circuit, d'autres essais, d'ailleurs toujours en cours, concernaient des montages comportant des sorties mono-transistor, de type germanium. La puissance limitée à 5 W, la difficulté de trouver de bons transistors de puissance au germanium ont fait que ce projet n'a pas encore abouti. D'autres essais, qui n'ont pas abouti à un résultat satisfaisant concernent plusieurs montages sommaire­ment décrits sur la figure 1.

 

 

Brièvement, nous nous sommes principalement attachés aux points suivants par rapport au montage classe A 20 W bien connu des lecteurs. Sachant, bien évidemment, que le sacrifice en matière de puissance nous autorisait une marge de manœu­vre beaucoup plus large.

 

· Etage d'entrée : transistors encore plus silencieux, à grand gain, mais linéaires

-- faible courant de fuite en entrée

-- impédance d'entrée plus éle­vée

-- circuit à réduction de l'effet Miller, pour réduire le taux de distorsion aux fréquences élevées

-- étage d'entrée pouvant être surmodulé sans risque de satura­tion.

· Etage driver :

-- circuit d'autocompensation de distorsion de linéarité

-- faible impédance de sortie

-- faible distorsion

-- niveau de sortie plus élevé            

-- large bande passante.

· Etage de puissance :

-- similaire au 20 W classe A

-- choix orienté vers d'autres transistors de sortie, moins puis­sants, mais supérieurs en qualité subjective.

 

Pour les améliorations souhai­tées sur le plan subjectif, elles ont été décrites auparavant. Certaines paraissent assez contradic­toires mais, mis à part le résultat qui le prouve, la façon de procé­der dans le choix des différents paramètres montre comment cela est possible. A part l'impré­visible, ce serait de la sonorité sur mesure. L'écoute finale ne devant pas pas surprendre, à part, peut-être, de très petits détails.

 

La figure 2 montre le circuit général, où l'on reconnaît l'étage de sortie « Darlingnot », en Darlington inversé. On note que l'ancienne combinaison 2SC1096/2SA634 et 2SD188/2SA627 passe à une nouvelle combinaison, un peu moins puissante mais beaucoup plus perfor­mante. Le choix des drivers est à la fois subjectif et objectif. La valeur du Cob. de 75 pF sur le 2SA634 passe à seulement 1,8 pF Sur le 2SB716. Par contre, on note un Pc beaucoup plus faible (seulement 750mW) sur le nouveau driver, valeur cepen­dant suffisante pour driver l'étage de sortie. Les paires de sortie 2SD844 et 2SB754 sont de type moulé, en nouveau boîtier. Cette paire complémentaire pos­sède un Pc de 60 W, ce qui est suffisant pour un travail en classe A sous une puissance modulée de 8 à 15W. Cette paire peut travailler sous une tension d'entrée deux fois plus faible que sur la paire 2SD188/2SA627, ce qui explique l'emploi d'un étage driver plus petit. La figure 3 montre les différences existant entre ces transistors. Noter que pour un travail en classe A jusqu'à 20 W, ces transistors n'auraient pu convenir. L'étage de sortie ainsi monté avec les 2SB7l6/2SD756 et 2SD844/2SB754 procure, par rapport aux 2SC1096/2SA634 et 2SDl88/2SA 627 :

-- un peu moins de distorsion entre 0,1 et 3 W, aux fréquences élevées (effet de Cob plus faible

des drivers) ;

-- aigu plus défini ;

-- bas médium plus ample ;

-- grave encore mieux tenu (Rbb des transistors de sortie de 3,2ohm au lieu de 7ohm) ;

-- son plus ouvert (taux de C.R. plus faible) ;

-- médium plus « chaud » mais aussi détaillé.

 

Fig. 2 : Circuit de l'amplificateur classe A 8 watts

 

Les autres avantages ne chan­gent pas. Contrairement aux amplificateurs courants, la puissance de sortie n'augmente pas quand l'impédance de charge diminue. La caractéristique puissance/impédance n'est pas descendante (amplificateurs cou­rants) mais arrondie, comme sur un amplificateur à tubes OTL. Entre 7 et 20ohms la variation de. puissance est minima et à 30ohm elle est encore importante ce qui avantage le travail sur des enceintes à haut rendement, l'impédance de celles-ci à la résonance pouvant dépasser 100ohm.

 

Le circuit reste de stabilité inconditionnelle, même chargé par 1uF en parallèle sur 8ohm (voir photos). L'ensemble permet d'obtenir une très large bande passante (plus de 4 MHz), un temps de montée extrêmement rapide (moins de 0,5 uS). Noter qu'une telle performance sur transistors Mos-Fet ne pour­rait être aussi stable sur charge capacitive. Un autre avantage est la possibilité de réduire la longueur des liaisons driver/transistor de puissance. D'envi­ron 18 cm sur le 20 W classe A, elle est cette fois directe, les tran­sistors de puissance pouvant se monter directement sur le circuit imprimé. Ce qui réduit les capa­cités de liaison et les éventuels risque d'instabilité.

 

Comme mentionné au préalable, on constate qu'il jectif exactement conformes à ce qui était souhaité ainsi que l'inconvénient d'une puissance de sortie limitée à environ 8 W.

 

Comme le mentionnions au préalable, on constate qu'il existe des relations très étroites entre les performances subjecti­ves et les configurations de schéma utilisés. Un travail systé­matique et rigoureux permet ainsi d'atteindre le but recher­ché, au sacrifice cependant d'un paramètre qui est, dans le cas présent, la puissance limitée aux environs de 8 W.

 

Fig. 3 : Tableau de comparaison des transistors 2SD188 et 2SD844

 

L'étage d'entrée

 

Il n'est pas du tout similaire celui qui était employé sur le 20 W classe A.

 

Dans ce circuit, le choix de l'étage d'entrée était primordial. Aussi curieux que cela puisse paraître, il s'agissait de retrouver ici un son proche d'un tube dri­ver réputé au Japon pour ses qualités subjectives : le WE310A, un tube pentode absolument remarquable sur la voix, la guitare, le piano, bref exception­nel dans la bande 200 - 5 000Hz. L'emploi de transistors bipolai­res peut produire facilement de la distorsion par harmoniques impairs tandis qu'une paire com­plémentaire à effet de champ produira un peu trop d'harmoni­ques impairs (son dur et desa­gréable, ce qu'explique sommairement la figure 4. Dans le cas du circuit du 20 W, le compromis consistait à employer des transis­tors bipolaires de très bonne qualité subjective, les 2SA872(E) et 2SC1775(E) dont le montage procurait un taux de distorsion plus élevé, mais un dégradé en distorsion harmonique particulièrement bon. Le second étage attaquait d'ailleurs le driver à la limite de la satura­tion, ce qui ne posa heureusement pas trop de problème, après les réglages divers (voir n⁰ 15) et ajustage de la tension d'alimentation à +/- 21V.

 

Fig. 4 (a) : Spectre de distorsion sur montage cascade FET-Bipolaire.

 

Fig. 4 (b) : Spectre de distorsion sur paire complémentaire FET.

 

Les caractéristiques Id/Vds d'un transistor à effet de champ étant de même configuration que celles d'un tube triode d'une part, les caractéristiques de spec­tre de distorsion d'un tube 310A ne ressemblant pas tout à fait à celles d'un transistor bipolaire d'autre part, un montage com­biné de transistors va apporter simultanément ce que l'on recherche :

-- sortie à basse impédance ;

-- gain très élevé ;

-- faible distorsion ;

-- faible courant de fuite en entrée ;

-- circuit à très faible effet Miller ;

-- niveau de saturation d'entrée élevé.

 

Il s'agit d'une paire complé­mentaire cascode « panachée » FET/bipolaire pour laquelle le choix des transistors sera fait méticuleusement, afin d'obtenir les résultais souhaités.

 

Sans ce montage cascode com­plémentaire, ces résultats n'auraient pu être obtenus d'une autre façon.

 

Le montage cascode permet en effet l'obtention d'un gain très élevé et les risques d'instabilité, dans le cas du présent montage sont pratiquement inexistants. Dans le cas de tubes triodes à grand gain, ce n'aurait sans doute pas été le cas. Ensuite, la combinaison FET/bipolaire pro­duit une caractéristique combi­née proche d'un tube pentode. Ce qui équivaut à un spectre de distorsion avec prédominance d'harmoniques impairs. Ceci est volontaire, vu que le montage en push-pull se chargera de réduire ceux-ci d'où une combinaison d'ensemble devant apporter un bon résultat.

 

Un montage cascode de ce type, à sortie basse impédance apportera les améliorations sub­jectives souhaitées, c'est-à-dire plus d'ampleur dans le bas-médium, mais également un grave ferme et bien tenu (dû aussi aux circuits d'ali­mentation). Mais son avantage décisif sera un gain important en transparence. Mais l'obtention de ces résultats dépend étroitement du choix des transistors. Une condition obligatoire : utili­ser en entrée un transistor à effet de champ à Gm très élevé, de 20 à 30 fois plus élevé que celui d'un transistor Fet du genre 2SK30AGR. Employé seul, ce genre de transistor, à très faible bruit ne pourrait convenir que pour des pré-préamplificateurs et des préamplificateurs. Seul, les Fet employés ici, la paire complé­mentaire 2SKl7O/2SJ74 dont les deux seuls avantages ont un très faible bruit

 

      (en = 0,9 nV/√Hz)

 

et un Gm élevé : 2,2 mMho. Mais les défauts de ces transis­tors sont nombreux :

-- courant de fuite de gate important (perte de transparence sonore) ;

- capacités parasites Ciss et Crss (entrée et retour) importantes : 30 pF et 6 pF (au lieu de 8 et 2 pF

environ sure le 2SK30AGR) ;

-- courant de fuite de gate augmentant très rapidement lorsque la tension de travail Vds aug­mente ;

-- tension de saturation d'entrée très basse, due au gain élevé (0,2 V environ).

 

Un montage en cascode amé­liore considérablement ces carac­téristiques. On aurait pu monter en cascode des transistors Fet, comme sur la figure 5(a) mais la combinaison bipolaire NPN/Fet canal N est préférable (b). La avantages dêcisifs sont :

-- réduction considérable de la capacité parasite Crss (capacité de « retour » drain-gate) qui passe au 1/10e de sa valeur initiale, soit 0,06 pF au lieu de 6 pF, soit une réduction importante de l'effet Miller (figure 6);

-- abaissement de la tension de travail Vds (le montage étant en série), réduction conséquente de Igx (courant de fuite de gate), comme e montre la figure 7.

-- niveau de saturation d'entrée plus élevée (près de 1V an lieu de 0,2V).

 

La figure 8 montre schémati­quement le circuit d'entrée et l'équivalent électrique.

 

Fig. 5 : Montages cascode.

 

Fig. 6 : Réduction de l'effet Miller, grâce à l'emploi du montage cascode

 

Fig. 7 :  Réduction du courant de fuite Igx par l'emploi du montage cascode,

par rapport à celui d'un transistor FET seul.

 

Fig. 8 (a) :  Schéma électrique équivalent d'un montage cascode complémen­taire.

 

Fig. 8 (b) : Circuit cascode complémentaire.

 

Ce montage s'est montré, par ailleurs, plus intéressant qu'un transistor FET standard monté avec régulateur de courant : moins de gain, impédance de sortie élevée, perte de dynamique subjective, effet de la capacité de sortie sur la distorsion.

 

Dans ce montage, l'impédance d'entrée, qui est élevée est char­gée par 47 kohm et une résistance d'arrêt de 1,2 kohm est montée en série dans le circuit d'entrée. Le circuit cascode complémentaire est chargé par seulement 47 kohm, le courant étant de l'ordre de 0,9 à I mA. Les bases sont polarisées par les quatre résistances de 2 kohm et les divers essais de régu­lation (diodes zeners) se sont montrés inférieurs à l'écoute. Le choix de la combinaison 2SK170-2SJ74/2SC1775-2SA872 a

encore été effectué sur des critè­res subjectifs, en fonction, bien sûr, du résultat global.

 

Dans le prochain numéro, le montage et d'autres éventuels réglages seront détaillés, ainsi que l'imposante alimentation de +/- 14 V, sur batterie au plomb montées en tampon. Le lecteur trouvera par contre sur la figure 10 le circuit imprimé de ce montage.

 

Mesure et écoute

 

Ce circuit a été soigneusement mis au point, à la mesure comme à l'écoute, en avril 1982. Il avait été « mis de côté » pour une question de transistors dont le choix apportait un résultat dépassant même les prévisions, sur le plan de j'écoute mais qui étaient encore très difficiles à se procurer sur le marché japonais. La paire 2SD844/2B754 était particulièrement difficile à trou­ver, le Hfe ne correspondant pas aux valeurs souhaitées, Ce Hfe, de 60 sur les 2SA627/2SD188 est ici compris suivant les lots (K, L, M, N, O) entre 70 et 240 et seuls les lots K et L (2SD844K et 2SB754L) peuvent convenir. Quant aux 2SK170/2SJ74, ce sont des transistors encore assez difficile à trouver, car récents et fabriqués seulement en petite série par la firme Toshiba.

 

Pour 'écoute, dont le résultat dépend aussi de l'alimentation, on arrive au curieux mais éton­nant compromis tubes triodes/amplificateur Hiraga 20 W classe A, où seule la puissance de sortie représente une petite ombre sur le tableau de perfor­mances. Dans l'ensemble, on obtient un son particulièrement défini, aéré, des sons de réverbé­ration, d'échos plus libres, alors que les sons directs sont encore plus présent, mieux timbrés et plus « chauds ». Le paradoxe se situe dans le grave qui, avec l'imposante alimentation, peut enfin se comparer à celui des amplificateurs Kanéda classe A 30 W et 50 W : fermeté excep­tionnelle, superposition de sons extrêmement fermes sur des son infiniment doux et légers. Super­position de sons infiniment flous sur des sons aux contours finement ciselés.

 

Même sur des systèmes de ren­dement moyen, cet amplificateur s'est très bien comporté, l'impression  équivalente d'espace, de réserve de puissance ne pouvant normalement être obtenue qu'avec de rares amplificateurs cités plus haut.

 

Baptisé « Le Monstre », en raison de sa taille anormalement grande par rapport à sa puis­sance de sortie, il aurait pu encore être baptisé « Tube Memory », à cause de son tim­bre propre à quelques rares amplificateurs à tubes triodes qui étaient jusqu'ici employés dans des montages dits « à très haute définition ». Cet appareil trouvera sa place idéale en bas-médium, en médium ou dans l'aigu, dans des systèmes bi, tri ou quadri amplifiés.

 

Fig. 9 (a) :  Réponse sur signal carré à 20Hz. En haut,

sortie amplificateur, en bas, sortie générateur.

 

Fig. 9 (b) :  Réponse sur signal carré à 20 kHz sur

charge capacitive, 0,47 uF en parallèle sur 8 ohm.

 

Fig. 9 (c) :  Allure du front de montée à 10 kHz. Le temps

de montée est inférieur à 0,5 uS.  Il est difficilement

mesurable avec le banc de mesure qui étai employé.

 

Fig. 10 :  Circuit imprimé et implantation

 

 

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