Les classes d'amplification

Les classes d'amplification ou classes de fonctionnement sont une classification des circuits amplificateurs. La classe est déterminée par la manière avec laquelle sont connectés les éléments (appelée topologie) ainsi que par les paramètres électroniques (dont la valeur du bias)

 
Classe A, tube unique

L'étage de sortie en classe A à un tube est constitué d'un tube ou plus en parallèle, connecté à un transformateur de sortie. Le tube pilote le transformateur, le courant le traversant n’atteint jamais une valeur nulle et c’est ce qui caractérise cette classe d’amplification. Les distorsions dépendent principalement du type de tube : elles sont majoritairement d'harmoniques pair pour les triodes, et d'harmoniques impair pour les pentodes. L'efficacité maximale est de 25% pour les triodes et de 50% pour les pentodes, mais ne peuvent être atteintes que pour la puissance de sortie maximale.

 

Tout bruit de l'alimentation haute tension du tube est transféré vers la sortie. Le courant soutiré à l'alimentation par le tube n'est pas constant et varie en fonction du signal amplifié. Ces caractéristiques imposent une régulation d'alimentation bien plus aboutie que celle nécessitée par la classe AB. Cette topologie n'est par ailleurs adaptée que pour les faibles puissances.

  1. Tube électroniqueUn ou plus en parallèle, amplifie tout le signal.

  2. Transformateur de sortieTransformateur spécial comportant deux bobines : une bobine primaire connectée au tube et une bobine secondaire connectée au haut-parleur.

  3. Haut-parleur

  4. Courant dans le tube

  5. Courant dans le haut-parleur

  6. Courbe de courant du tubeLe courant n'atteint jamais une valeur nulle, l'offset c'est à dire sa valeur moyenne constitue le courant de bias.

  7. Courant du haut-parleurLe courant dans le haut-parleur est centré sur 0, aucun bias n'existe dans le haut parleur grâce au transformateur.

  8. Valeur du courant de biasLa valeur du courant de bias est le courant moyen circulant dans le tube.

Classe A, push-pull

De manière analogue, une topologie en Push-Pull dans laquelle aucun courant ne circulant dans les tubes ne s'annule fonctionne en classe A. La puissance de sortie maintenant est fournie par deux tubes, ou plus en parallèle. Pour éviter que le courant n'atteigne une valeur nulle, le bias est alors plus élevé qu'en classe AB.

Les courants circulants dans les deux tubes sont analogues mais en opposition. Dans le transformateur de sortie, les deux bobines primaires (connectées aux tubes) sont identiques et connectées de telle manière que les courants les traversant créent un flux magnétique. Ainsi, le courant circulant dans la bobine secondaire (connectée au haut-parleur) est créé par la somme des deux courants alternatifs circulant dans les bobines primaires.
Grâce à la symétrie des bobines primaires intégrées au transformateur, les harmoniques paires sont grandement réduites, tandis que les harmoniques impaires s'additionnent.
Les bruits et perturbations provenant des alimentations haute tension ne sont pas transférées vers la sortie puisque le champ magnétique qu'elles produisent s'annule dans le transformateur. Cela est l'un des grands avantages du Push-Pull par rapport au tube unique, conduisant en des contraintes réduites au niveau des alimentations.

L'efficacité est la même qu'en classe A, soit 25 pourcent pour une triode et 50 pourcent pour une pentode.

  1. Tube de droite

  2. Tube de gauche

  3. Courant du tube de gaucheChaque tube constitue une partie de tout le signal

  4. Courant du tube de droite

  5. Courant d'alimentationLe courant d'alimentation est la somme du courant dans chaque tube. Il est, hors cas de saturation du  noyau, quasiment constant.

  6. Transformateur de sortieTransformateur spécial comportant 3 bobines : une bobine pour chaque tube et une bobine secondaire reliée au haut-parleur.

  7. Courbe de courant du tube de gaucheLes deux courants sont en opposition et traitent la totalité du signal.

  8. Courbe de courant du tube de droite

  9. Courbe de courant du haut-parleur

  10. Valeur du biasLa valeur du courant de bias est la valeur moyenne du courant dans les tubes lorsqu'il n'y a aucun signal.

Classe B, push-pull

 Dans cette configuration Push-Pull, il n'existe aucun courant dans les tubes tant qu'il n'y a pas de signal.  Lorsqu'un signal est amplifié, le courant ne traverse qu'un tube à la fois, chaque tube amplifie la moitié du signal. La totalité du signal est amplifiée grâce aux deux tubes.

La transition d'un tube à l'autre n'est cependant pas parfaite, cela induit des problèmes de raccord près du zéro, appelés distorsions de raccordement. Cela est l'inconvénient majeur de cette classe.

 Un autre inconvénient de cette classe est la sensibilité aux bruits d'alimentation, parce que les courants qu'ils causent ne sont pas compensés par le transformateur et sont donc transférés à la sortie. Les contraintes imposées à l'alimentation haute tension sont plus importantes que celles pour la classe A, car les courants varient de manière bien plus importante, oscillants entre une valeur nulle et une valeur maximale.

L'efficacité théorique est identique pour les triodes et pentodes et se situe dans les 78 pourcent, ce qui est très élevé.

 Pour autant cette classe n'est pas adaptée à l'audio de haute fidélité, principalement à cause de la distorsion de raccordement.

  1. Courant de tube gaucheChaque tube tubes traite une partie du signal, son courant restant à une valeur nulle pour l'autre partie.

  2. Courant de tube droit

  3. Courant de haut-parleur

  4. Distorsion de raccordement

Classe AB, push-pull

La différence entre la classe A et la classe AB est le courant moyen dans les tubes (courant de bias). Il est supérieur à celui de la classe B mais inférieur à celui de la classe A. Cette classe est généralement subdivisée en deux sous classes au regard du courant de bias : dans la classe AB1 le courant est relativement faible, dans la classe AB2 il est relativement élevé.

Pour une faible puissance de sortie aucun courant de tube ne s'annule, et le fonctionnement est celui de la classe A. Lorsque la puissance de sortie est forte, l'un des courants atteint une valeur nulle. La rétroaction globale de l'amplificateur augmente l'intensité dans le tube pour lequel le courant n'est pas nul, permettant de conserver un signal de sortie parfait.

De fait, l'amplificateur travaille en classe A et permute en classe AB lorsque la puissance de sortie est suffisamment importante.

Les distorsions sont bien plus faibles en classe AB qu'en classe B, et plus particulièrement pour les faibles puissances de sortie.

L'efficacité maximale est de 78% ce qui es très élevé.

  1. Annulation du courant en l'absence de rétroactionUne partie du signal ne peut pas être amplifiée par le tube car le courant dans celui-ci a atteint une valeur nulle. C'est le cas lorsque la puissance demandée est trop importance, l'amplificateur travaille en classe B pendant ce court instant.

  2. DistorsionLa sortie n'a à cet instant que la puissance d'un seul tube, car le courant dans l'autre a atteint une valeur nulle. Cela crée une distorsion.

  3. Bias des tubes

  4. Avec rétroaction La rétroaction globale force l'un des tubes à compenser le manque de courant dans l'autre en absorbant plus de courant.

  5. Puissance faibleLorsque la puissance demandée est suffisamment faible, aucun courant ne s'annule, l'amplificateur fonctionne en pure classe A.

 
Remarques finales

Les topologies à tube unique sont réservées aux faibles puissances et imposent des contraintes importantes au niveau des alimentations, tandis que les Push-Pull sont plus tolérants et plus puissants. La classe AB combine de multiples avantages, offrant plus de puissance, une bonne efficacité et une bonne qualité de son. La classe A est également appréciée pour ses qualités musicales. D'une manière générale, les pentodes sont plus puissantes que les triodes et présentent un son différent.

La technologie Smart Bias vous donne l'opportunité de changer de classe de fonctionnement entre A et AB, et de régler la valeur du bias plus chaud ou plus froid.