Un tube, cinq saveurs
Triode CF (auto / fixe / détection-crête) et pentode. Ce que chacune apporte.
Avant toute boucle de contre-réaction et toute référence dédiée, il y a le tube série. Une simple triode (ou pentode) montée en cathode-follower suffit déjà à filtrer l’ondulation et à présenter une impédance de sortie basse, sans même avoir besoin d’une Vref séparée. Cinq variantes de câblage sont étudiées ; en voici le tour d’horizon.
Grille ramenée à la masse via Rg, et résistance de cathode Rk qui fixe la polarisation. C’est aussi dépouillé que possible. L’impédance de sortie vaut Rout ≈ 1/gm (de l’ordre de 50 Ω pour une 6080). L’ondulation chute de 800 mV à ~150 mV. La régulation de ligne, en revanche, reste médiocre : ±20 % sur le secteur entraînent ±50 V sur Vout.
Triode CF auto-polarisée — V_out, Z_out, P_diss
Une triode en cathode-follower fait chuter V_ak entre l’anode (à V_raw) et la cathode (à V_out), plus I·Rk sur la résistance de cathode qui auto-polarise la grille. La tension de sortie est ce qu’il reste après ces deux chutes.
La grille est ramenée à la masse via Rg, donc la polarisation grille-cathode vaut simplement −I·Rk. Pour choisir Rk on prend la tension de polarisation visée sur la datasheet :
Impédance de sortie boucle ouverte
L’impédance Z_out petit-signal d’un cathode-follower triode (vue depuis la cathode, grille à la masse en AC) est la résistance plaque ramenée r_p/(µ+1). La forme familière 1/g_m n’en est que l’approximation µ≫1 — correcte pour les triodes haut-µ, mais elle surestime nettement pour une triode de puissance bas-µ comme la 6080 (µ=2).
La forme 1/g_m est l’approximation µ≫1 — elle surestime ici puisque µ=2. Utiliser la forme exacte r_p/(µ+1) pour la 6080 :
Dissipation du tube série
La triode voit V_ak à ses bornes et conduit I_load (le courant cathode ≈ le courant de charge à cette échelle). On multiplie pour la dissipation anodique moyenne.
Atténuation d’ondulation: — un CF auto-polarisé n’a pas d’ampli d’erreur, l’ondulation de V_raw passe quasi intacte. Le gros filtre d’entrée (LC / CRC) fait l’essentiel du travail.
La grille est pilotée par un diviseur prélevé sur Vraw, découplé par un condensateur Cg. On supprime Rk : la tension de grille devient indépendante du courant cathode, ce qui améliore la régulation de charge. L’ondulation est légèrement plus forte (~200 mV), mais Cg l’amortit efficacement.
Triode CF à polarisation fixe — V_out, Z_out, pont de polarisation
Même topologie CF que la variante auto-polarisée, mais la grille n’est plus ramenée à la masse via Rg — on la fixe à un potentiel DC choisi. L’équation du tube série est inchangée sauf que R_k disparaît.
V_grid peut venir d’une alimentation de polarisation négative (propre mais ajoute un enroulement/redresseur), ou d’un pont diviseur sur V_raw. En version pont, la résistance haute fixe la charge et la basse (R_g) règle la tension de grille :
Pourquoi Z_out est (à peine) meilleure
En auto-polarisation, R_k introduit une contre-réaction locale qui élève Z_out de R_k/(1+µ) en basse fréquence. La polarisation fixe supprime R_k (ou la découple complètement par un gros cap), il ne reste que l’impédance intrinsèque du CF :
En pratique quasi identique à l’auto-polarisation quand Rk est bien découplée — l’avantage est surtout qu’aucune Rk ne dissipe quelques watts en chaleur.
Dissipation du tube série
Note : le pont prélève sur V_raw, donc tout résidu d’ondulation sur V_raw apparaît sur la grille (et donc sur V_out) multiplié par µ. Le cap de découplage sur R_g shunte l’ondulation au-dessus de la fréquence de coupure — c’est le rôle du Cg du schéma.
On insère une diode D1 sur l’attaque de grille : Cg se charge à la valeur crête de Vraw plutôt qu’à sa moyenne. La polarisation s’en trouve relevée et la marge de dropout réduite — c’est commode lorsque la marge entre Vraw et Vout est juste.
Polarisation par détection de crête — V_grid calée sur V_raw,crête
Une diode série suivie d’un condensateur réservoir sur l’attaque de grille échantillonne la crête de V_raw au lieu de sa moyenne DC. La grille s’établit alors à (V_crête − V_diode), et le cathode-follower atterrit |V_bias| volts en dessous. Résultat : quelques dizaines de volts de marge supplémentaire sur V_out quand V_raw est tout juste suffisant.
Combien de temps le cap doit-il tenir ?
Entre deux crêtes successives le cap se décharge à travers R_bleed (et tout courant de grille). L’affaissement relatif sur une période d’ondulation vaut approximativement :
Règle pratique : prendre R·C au moins 100× T_ondulation pour rester sous 1 % d’affaissement et ne pas réinjecter d’ondulation sur V_out.
Même Z_out, même P_diss — seul le rail de polarisation change
Z_out et P_diss sont inchangées par rapport aux versions auto-/fixe-polarisation — la détection de crête ne fait que redéfinir V_grid. En pratique, on échange quelques volts de marge moyenne contre la valeur crête-moins-diode.
Atténuation d’ondulation: — la détection de crête relève le point de fonctionnement, mais comme les autres schémas de polarisation, elle n’a pas de boucle d’erreur. Le RC du cap de grille ajoute aussi un (lent) coude passe-haut si R_bleed est trop petite.
On remplace la triode par une pentode (EL509, 6L6 en pentode). La haute impédance d’anode procure environ 24 dB d’atténuation d’ondulation (contre 12 dB pour la triode), au prix d’une référence d’écran G2 propre et stable. La variante « sans self d’entrée » suppose une alimentation amont à entrée capacitive : même schéma de régulateur, alimentation différente.
Pentode CF — g_m élevé, r_p élevé, pas de contre-réaction µ
Une pentode en CF garde la même relation V_out = V_raw − V_ak que la triode, mais la grille-écran (G2) tire son courant d’une référence séparée propre. Le bilan de dissipation a donc deux termes, et la Z_out petit-signal est bien plus élevée car la pentode n’a quasiment pas de contre-réaction µ en CF.
Pourquoi Z_out est plus élevée qu’en triode CF
Une pentode se comporte presque comme une source de courant entre anode et cathode — r_p est de l’ordre de la dizaine de kΩ, et l’écran découple la tension plaque du courant cathode. En CF, l’impédance de sortie petit-signal se réduit à :
En pratique r_p est tellement grande qu’elle s’élimine, il reste 1/g_m en parallèle avec la charge réelle. Avec une pentode à g_m élevé comme l’EL509 on tombe à quelques dizaines d’ohms — mais l’absence de terme µ rend la régulation de ligne/charge médiocre sans boucle extérieure :
Dissipation totale du tube série
Deux termes — anode et écran. Les deux doivent être vérifiés sur la datasheet (en général P_a,max ≫ P_g2,max).
Note : l’écran *doit* être référencé à un nœud stable et bien découplé (souvent sa propre VR — 0A2 / 0B2). Toute ondulation sur V_g2 se transfère directement à I_a, puis à V_out via la résistance de cathode de la charge.
Pentode CF, alim entrée capacitive — V_raw,DC ≈ V_crête, budget d’ondulation tendu
Supprimer la self d’entrée donne une alim à entrée capacitive (ou Π si un second cap est ajouté). Le DC sur le réservoir est proche de la crête redressée, et non plus 0,9·V_rms, ce qui aide la marge — mais l’ondulation à l’entrée du régulateur passe à plusieurs volts crête-à-crête au lieu de millivolts. Les équations du régulateur sont les mêmes qu’en pentode CF ; les différences sont côté alim et dans la quantité d’ondulation arrivant sur V_out.
Ondulation à l’entrée du régulateur
Ondulation full-wave standard en entrée capacitive, approximation classique :
Avec un secteur 50 Hz et un redresseur full-wave, f_ripple = 100 Hz ; cela donne une ondulation en volts, pas en millivolts.
Atténuation d’ondulation boucle ouverte de la pentode CF
La pentode CF, sans boucle d’erreur extérieure, ne dispose que de g_m·R_load pour s’opposer aux variations de V_raw. L’ondulation en sortie vaut :
Vérification de la marge de dropout
L’alim entrée capacitive oscille entre V_crête et (V_crête − V_ondul,pp). Même le *creux* de l’ondulation doit garder V_ak au-dessus du minimum de fonctionnement de la pentode, sinon le régulateur sort de régulation une fois par demi-période :
Note : retirer la self supprime aussi la contrainte d’inductance critique (pas de charge minimum requise), et c’est plus économique / léger. Coût : un ronflement 100 Hz visible sur V_out sans boucle d’erreur ou étage CRC en aval.