Jipihorn's Blog

septembre 16, 2012

6C33C, charge infinie et compagnie

Filed under: Audiophilie, Bricolage, Electronique, Vidéo Blog — jipihorn @ 8:46

Comment calculer un ampli simple à triode et source de courant avec l’exemple du 6c33c que j’ai depuis un bout de temps…
Et en prime une devinette.


jipi

3 commentaires »

  1. Bon, allez, je joue: je dis 0…

    Vraiment sympa, ce vidéo blog. Vivement la suite!😉

    Commentaire par Igor — septembre 26, 2012 @ 12:48

  2. caps pour une contre réaction?

    Commentaire par eric — octobre 18, 2014 @ 9:48

  3. Bonjour,

    Félicitations pour cette vidéo très intéressante, c’est toujours un plaisir de (voir) discuter le bout de gras au tableau!!

    Un détail me trouble un peu dans la description du schéma, concernant les « bienfaits » de la résistance de tirage R, drainant une grande partie du courant de l’IRF710.
    En fait, je ne suis pas tout à fait convaincu que cette astuce fasse gagner sur tous les tableaux (impédance de sortie du montage, « rigidité » de la source de courant).
    Pour rappel, cette résistance fait fonctionner l’IRF710 sous fort courant afin d’augmenter la transconductance de ce dernier, ce qui aurait pour conséquence d’augmenter la « rigidité » de la source de courant constituée par la circuiterie « vue » par l’anode du tube inférieur.

    J’ai parcouru l’article d’Alan Kimmel que vous citez par ailleurs (http://www.fetaudio.com/wp-content/uploads/2003/09/Mu-Stage.pdf) concernant les étages amplificateurs à charge active, et sur lequel vous vous êtes appuyé pour concevoir le schéma du préampli.
    Il y est bien sûr mentionné qu’une forte transconductance sera bénéfique pour diminuer l’impédance de sortie du montage et ainsi, augmenter ses capacité à driver des charges faibles (encore que, faible impédance de sortie ne signifie pas forcément grande capacité en courant…).
    En revanche, aucun commentaire n’est fait sur son implication dans le fonctionnement source de courant « idéale » vue par l’anode du tube inférieur (ici la 5691), c’est à dire, sa capacité à augmenter l’impédance d’entrée vue par l’anode du tube inférieur (ce que vous appelez la rigidité de la source de courant). Selon l’auteur de l’article, cet artifice sert surtout à diminuer l’impédance de sortie de l’étage.

    Par ailleurs, il est clair qu’un étage amplificateur de tension à base de triode donne le meilleur de lui même lorsqu’il est chargé par une impédance très grande par rapport à sa résistance interne.

    Alors, est-ce qu’un gm plus important augmente bel et bien l’impédance d’entrée de la source de courant (vue de l’anode du tube inférieur) ?
    Quel est l’impact, sur les caractéristiques dynamiques du circuit, du rajout de cette résistance R de tirage, de faible valeur, assurant cette augmentation de gm ?

    Pour alléger les calculs et aller à l’essentiel, j’ai considéré Rg=0Ω et Rs=∞ Ω : Rg n’a aucun impact en fonctionnement dynamique et la grille du MOS est complètement isolée de la source de tension destinée à régler le point de fonctionnement. J’ai également zappé les deux Zeners de protection, bloquées (donc de résistance interne infinie) dans un fonctionnement normal.
    Je considère une fonctionnement dynamique dans la bande passante (je néglige les capacités parasites du MOS) et l’alimentation du MOS parfaitement découplée.
    Ainsi, il ne reste que le MOS, Rp, Cp et la résistance de tirage R.
    Lorsqu’on passe en régime dynamique, Cp est équivalent à un court-circuit et le MOS devient une source de courant gm.vgk, commandée par vgk, tension dynamique entre grille et cathode, et de résistance interne rho.

    Calculons d’abord l’impédance d’entrée de cette source de courant, vue par l’anode du tube inférieur, en l’absence de la résistance de tirage R. Après réécriture du schéma en « petit signal » et application des lois de Kirchhoff, on obtient :

    Ze = Rp + rho + rho.gm.Rp

    Pour se rapprocher de la source de la source de courant idéale (Ze infinie), il faudra maximiser Rp et/ou rho et/ou gm :
    – Maximiser Rp : c’est peut être une solution mais cela pose le problème de la tension de déchet (qui doit rester aux environs de 10% de B+, selon Kimmel).
    – Maximiser gm : c’est la voie empruntée ici en faisant débiter le MOS.
    – Maximiser rho : c’est tout l’intérêt d’utiliser une pentode ou un transistor comme charge active! rho peut encore être augmentée en utilisant certaines topologies (contre-réaction de courant, montage cascode…). Il n’est pas mentionné dans la datasheet de l’IRF710 un ordre de grandeur de sa résistance interne, mais on peut considérer qu’elle est de l’ordre du MΩ.

    Si l’on revient à Ze, on s’aperçoit que rho est généralement beaucoup plus importante que Rp (7k5 dans le schéma). Ze devient :

    Ze # rho + rho.gm.Rp
    soit,
    Ze # rho.(1+gm.Rp)

    gm augmente-t-il l’impédance d’entrée de la source de courant ? Oui, objectif atteint!
    C’est le boulot de la contre-réaction en courant générée par Rp.
    En passant, gm.Rp étant en général assez grand devant 1, on gagne quand même un sacré facteur par rapport à une simple charge active de type collecteur ou drain sans contre-réaction.

    Maintenant, ajoutons la résistance de tirage R. Le courant de drain va faire un bond en avant. On passe ainsi de 1.2mA à environ 30mA ce qui fait un gain d’environ 20-25.
    Dans un MOS, on admet, en première approximation, que gm est proportionnel au courant de drain. On aura donc multiplié gm par 20-25 grâce à l’ajout de cette résistance de tirage, R.

    Est-ce que l’impédance d’entrée de la source de courant, vue par l’anode du tube inférieur, sera pour autant multipliée par 20-25 ?

    En fait, du point de vue dynamique, R se trouve en parallèle du MOS, c’est à dire en parallèle de sa résistance interne. La résistance « interne » résultante de la mise en parallèle du MOS et de R va donner rho’ = rho // R. Dans le schéma R = 5k (2x 10k en //).
    Si rho frôle le MΩ, la résistance interne équivalente sera divisée par près de 200.
    Cela signifie que l’augmentation de Ze due à gm sera complètement perdue à cause de R car elle diminue sérieusement la résistance interne du MOS de manière artificielle. Pire, elle diminue. La source de courant perd de sa « rigidité ».
    Et même si rho n’était que de 100k, le gain sur Ze serait proche de zéro.

    En conclusion, si l’on revient à l’article de Kimmel, R ne sert probablement qu’à diminuer l’impédance de sortie du montage (je n’ai pas pris le temps de creuser mais cela doit se calculer aisément en adoptant la même démarche). C’est un objectif intéressant, surtout pour piloter cette grosse triode qu’est la 6C33.
    Mais cela ne semble se faire qu’au détriment de l’impédance interne de la source de courant et donc du fonctionnement de l’étage amplificateur de tension, qui s’éloigne alors de l’idéal.
    Attention à ne pas être trop tranché non plus, il faudrait avoir de « vraies » valeur de gm et de rho pour 1.2mA et 30mA afin de calculer/comparer Ze… Et puis surtout confronter tout ça à un peu de mesure, ou au pire de la simulation! Quid de la THD?

    Quoiqu’il en soit, et à la lumière de cette « petite » digression, est-ce que cela justifie la vingtaine de watts perdue en chaleur dans les MOS et les résistances ? K.I.S.S (Keep It Simple, Stupid) !

    Encore bravo pour ces vidéos fort intéressantes et au plaisir d’en discuter,
    JBF

    PS : pour Ck, je serais aussi tenté de dire 0… la charge anodique étant en principe bien supérieure à Rk, le gain du montage ne souffrira pas d’une contre réaction en courant dans la cathode (la charge active impose le courant). Dans le cas d’une charge active d’anode, j’utilise souvent des diodes dans la cathode, cela permet de gagner un peu de bande passante!

    Commentaire par JBF — décembre 28, 2014 @ 10:35


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