Les circuits de biasing

Les circuits de biasing permettent de régler et de maintenir la valeur de courant de bias dans les tubes. Il existe différentes méthodes, de la plus basique à la plus évoluée.

 
Biasing par résistance de cathode

Ce circuit est également appelé "biasing automatique" car il ne requiert pas de réglage manuel. Le courant circulant dans le tube est utilisé pour créer la tension négative nécessaire pour la polarisation de la grille : lorsque le courant circulant dans le tube traverse la résistance de cathode, il crée une tension à ses bornes et relève donc le potentiel électrique de la cathode par rapport à la masse. La grille étant connectée à la masse par le biais d'une autre résistance dans laquelle aucun courant ne circule, cette dernière est au potentiel de la masse, et donc à un potentiel inférieur à la cathode : elle est polarisée par une tension négative (au regard de la cathode).

Le système se régule automatiquement à un point d'équilibre : plus le courant dans le tube est élevé, plus la tension de la grille est négative par rapport à la cathode. Plus la tension de la grille est négative, plus le courant dans le tube diminue.

  1. Tension de cathodeCréée par le courant circulant dans le tube

  2. Tension de la grille de contrôleDe valeur négative au regard du potentiel de la cathode.

  3. Condensateur d'entréeCe composant ne laisse passer que les signaux audio en ne perturbant pas le système de polarisation

 

Ce circuit fonctionne relativement bien sur une large gamme de tubes sans aucun ajustement, mais comporte un certain nombre de désavantages :

  • Perte de puissance Les tubes de puissance nécessitent une tension de grille élevée. Cette tension étant prélevée sur la tension d'alimentation du tube, celui-ci travaille avec une tension moindre et donc une puissance limitée. Cela constitue également une perte de rendement car une certaine puissance est perdue pour la polarisation sans contribuer à la production de son.

  • Perturbation du sonPour maintenir constante la tension aux bornes de la résistance de cathode cathode, un condensateur d'une forte valeur (non représenté sur l'illustration) est requis. Les caractéristiques de ce composant ne sont pas constantes et varient en fonction de la fréquence, notamment. Cela conduit à un changement de polarisation qui altère la qualité de restitution du son.

  • Valeur de courant non stabiliséeLe courant de bias est régulé mais sa valeur n'est pas précise car elle dépend du tube et de son état d'usure, ce qui constitue un problème majeur notamment pour les topologies Push-Pull.

Ces raisons font que ce circuit de biasing est rarement employé pour les tubes de puissance.

 

Circuit de bias fixe

Cette méthode est généralement appelée bias fixe ou fixed bias car le contrôle de la grille n'est pas "flottant" comme il l'est avec le circuit de résistance de cathode, mais fixé par le biais d'un générateur de tension dédié.

Cette tension de bias doit être ajustée manuellement, lorsque l'amplificateur est en fonctionnement, en fonction des mesures de courant faites pour chaque tube. Cette procédure d'ajustement ne comporte pas de difficulté particulière, mais peut se révéler extrêmement dangereuse dans les cas ou l'amplificateur doit être ouvert pour procéder au réglage.

Tout en offrant l'avantage de ne pas perdre de puissance dans une résistance de cathode, cette méthode comporte un certain nombre d'inconvénients :

  • Réglages réguliers nécessairesLe réglage doit être réalisé régulièrement afin de compenser l'usure des tubes.

  • Risques de pannes accrusUn mauvais réglage de bias peut conduire en une panne de l'appareil et en la destruction des tubes.

  • Instabilités Ce circuit ne peut pas compenser les facteurs affectant le bias tel que les variations de tension du secteur, ou l'état de chauffe.

 

Le schéma suivant illustre un circuit typique de bias fixe :

  1. Tension de cathode Connectée directement à la masse, la tension au niveau de la cathode est nulle.

  2. Tension de grille de contrôle Cette tension est rendue négative au regard de la cathode grâce à la source de tension (4)

  3. Condensateur d'entrée

  4. Source de tension ajustable Cette source crée la tension négative appliquée à la grille de contrôle et est ajustée pour régler la valeur du courant de bias.

  5. Résistance de haute valeur Elle permet d'appliquer la tension négative à la grille, tout en laissant les signaux audio y transiter.

Circuits de bias adaptatifs

Ces circuits sont plus évolués que les précédents. Ils se situent en lieu et place de la source de tension vue précédemment et régulent le courant de bias en mesurant sa valeur et en agissant  sur la tension appliquée à la grille. Ce sont des circuits purement analogiques, certains ont la capacité de stopper la haute tension appliquée aux tubes dans le cas ou le courant deviendrait trop important.

Pour réaliser cela, le courant est mesurée par l'intermédiaire d'une résistance placée au niveau de la cathode du tube. Le courant de référence (qui est la valeur à laquelle on souhaite régler le bias) est alors soustrait au courant mesuré à l'aide de circuits analogiques. Le résultat, si positif, est la quantité de courant en excès, ou la quantité de courant manquant si négatif. Ce résultat est traité par un amplificateur qui convertit la valeur positive ou négative en une tension négative appliquée sur la grille de contrôle.

Ces circuits présentent l'avantage de ne pas nécessiter une calibration régulière, mais présentent certains désavantages tels que l'impossibilité de détecter certaines pannes et l'impossibilité de régler la valeur du courant de référence. De plus, le bias est ajusté en permanence de la même manière qu'au démarrage de l'amplificateur, ce qui dégrade le son.

  1. Relais haute tension

  2. Entrée de la mesure du courant

  3. Courant de référence

  4. SoustracteurLe courant de référence est soustrait au courant mesurée.

  5. Résultat de la soustraction

  6. AmplificateurConverti le résultat en une tension négative pouvant piloter la grille du tube.

  7. Tension de pilotageTension négative appliquée sur la grille de contrôle.

Eléments affectant la valeur du bias

Un certain nombre de facteurs influent et perturbent la valeur du courant de bias. Le plus connu d'entre eux est l'usure des tubes : l'émissivité du tube diminue et le courant, pour une même tension appliquée à la grille de contrôle, sera moindre. La température ambiante provoquera également un décalage des courants de bias, de même que la fluctuation de la tension d'alimentation.

Beaucoup ne peuvent pas être facilement contrôlés, et cela conduit en une dérive des courants de bias pour les méthodes exposées ci-dessus.

Appairage des tubes

Certains amplificateurs nécessitent obligatoirement de remplacer les tubes par des quartets appariés. Les tubes appariés présentent des caractéristiques statiques similaires mais malgré tout différentes, chaque tube étant unique.

Utilisés avec un circuit de bias sans réglage, les valeurs de courants des bias seront similaires mais toujours différentes. Un bias correct ne sera alors pas garanti et les écarts s'accentueront avec l'usure des tubes.

Pour autant, il recommandable d'utiliser des tubes appariés car leurs caractéristiques dynamiques seront similaires, les tubes produisant alors un son de meilleur qualité.

Remarques finales

Plusieurs méthodes de biasing existent, mais toutes souffrent de désavantages : soit le courant de bias n'est pas équilibré, soit il nécessite d'être ajusté régulièrement. De plus, de nombreux facteurs dont le contrôle est difficile dérèglent le courant de bias, ce qui explique que ces méthodes ne sont pas optimales même dans le cas de réglages réguliers.

La technologie Smart Bias permet de conserver le courant de bias à sa valeur, stable et précis, et de contrer les différents facteurs pouvant le déstabiliser. De plus, il permet de changer la valeur du courant pendant le fonctionnement de l'amplificateur, à l'aide d'un simple sélecteur, afin d'obtenir le meilleur réglage de l'amplificateur pour votre musique.