étude sur la distorsion harmonique du tube 12AX7
Par Jean-Michel Le Cléac'h
Le premier graphique, représente l'évolution de la distorsion harmonique totale du tube 12AX7 (avec charge résistive) en fonction de la tension de polarisation grille - cathode et du niveau du signal de sortie.
Remarque: La plaque du tube 12AX7 est reliée à la tension d'alimentation de 300V au travers d'une résistance de 150 kiloohms .
Le schéma très simple de cet étage amplificateur utilsié pour les mesures est donné ci dessous :
Les courbes ont été tracées à partir de très nombreuses mesures personnelles sur un tube 12AX7S d'origine Siemens. Le gain moyen de l'étage est de 63.5 . L'impédance de source du générateur utilisé est 600 ohms, pour d'autre valeur d'impédance les résultats peuvent se trouver modifiés.
Pour une polarisation Vgk = -0.38V et un niveau de sortie inférieur à 3V RMS, on remarque un sillon dans lequel le niveau de distorsion harmonique totale est très réduit, moins de 0.01%, soit près de 20 fois moins que pour Vgk inférieur à -1.75 V pour le même niveau de sortie.
Dans les conditions d'opération du tube correspondant à ce sillon, un courant de grille apparait vers Vgk = -0.8 V et croit non linéairement pour des valeurs de polarisation supérieure à -0.8 V (voir la dernière figure). Ce courant passant à travers la résistance de grille de 51 kiloohms, provoque au niveau de la grille l'apparition d'un signal distordu qui s'additionne au signal d'entrée et permet la réduction de la non linéarité de l'étage amplificateur, il en résulte une suppression efficace de l'harmonique 2 jusqu'à des niveaux de sortie de 5 V RMS. Cet effet peut être mis à profit dans des étages préamplificateurs. La suppression du condensateur de découplage de la résistance de cathode peut être aussi bénéfique pour encore améliorer le comportement de lpétage. Du fait de la contre réaction locale par dégénérescence de cathode ainsi introduite, le niveau de distorsion harmonique (notamment celui de l'harmonique 3 résiduelle) peut ainsi être réduit à un niveau négligeable.
La figure suivante (ci dessous) est semblable à la précédente mais on y a fait figurer les domaines respectifs dans lesquels H2 et H3 sont dominants. Dans le domaine marqué (-) H2 la composante harmonique d'ordre 2 de la distorsion est en opposition de phase avec celle du domaine marqué H2. Ceci est du au fait que dans le domaine (-) H2, la non linéarité introduite par le courant de grille dépasse en effet la non linéarité intrinsèque du tube.
La figure suivante (ci dessous) montre pour cet étage amplificateur (12AX7, R charge = 150 k, B+ = 300V) à polarisation automatique dont le comportement est étudié dans les figures précédentes, l'évolution de la composante continue de la polarisation grille - cathode en fonction du niveau de sortie de l'étage pour différentes valeurs de la résitance de grille (51 kiloohms et 1 mégohm) et de la résistance de cathode (entre 0 ohm et 10 kiloohms). Conditions de réalisation des mesures: impedance de source du générateur = 600 ohms, impédance d'entrée du voltmètre utilisé > 1 mégohm. On peut voir grâce à cette figure comment, sur des signaux permanents, le courant grille qui apparait à l'écrétage repousse le potentiel de la grille vers des valeurs plus négatives ce qui ralentit l'augmentation de la distorsion des signaux à l'écrétage. Sur signaux transitoires on peut toutefois s'attendre à ce que le point de polarisation se déplace beaucoup moins et à ce que l'écrétege soit beaucoup plus dur. C'est pourquoi il convient toujours d'analyser avec prudence les mesures d'amplificateurs réalisées en signaux permanents.
La dernière figure est d'une portée plus générale que les figures précédentes, elle est utile pour comprendre le comportement du courant grille d'une triode 12AX7. Les courbes rouges donnent le courant d'anode Ia en fonction du potentiel de grille Vg (cathode à la masse) pour différentes valeurs de la tension d'anode Va. Les courbes bleues sont les courbes d'égales valeurs du courant de grille.
Exemple d'utilisation:
Quels est la valeur du courant d'anode et du courant de grille d'une 12AX7 pour Va = 100V et Vg = -0.2V ?
Réponse:
pour le point Va = 100V et Vg = -0.2V:
les courbes rouges nous indiquent un courant d'anode de 1.4mA
les courbes bleues nous indiquent un courant de grille de 5 microampères.
Cordiales salutations,
Par Jean-Michel Le Cléac'h
Le premier graphique, représente l'évolution de la distorsion harmonique totale du tube 12AX7 (avec charge résistive) en fonction de la tension de polarisation grille - cathode et du niveau du signal de sortie.
Remarque: La plaque du tube 12AX7 est reliée à la tension d'alimentation de 300V au travers d'une résistance de 150 kiloohms .
Le schéma très simple de cet étage amplificateur utilsié pour les mesures est donné ci dessous :
Les courbes ont été tracées à partir de très nombreuses mesures personnelles sur un tube 12AX7S d'origine Siemens. Le gain moyen de l'étage est de 63.5 . L'impédance de source du générateur utilisé est 600 ohms, pour d'autre valeur d'impédance les résultats peuvent se trouver modifiés.
Pour une polarisation Vgk = -0.38V et un niveau de sortie inférieur à 3V RMS, on remarque un sillon dans lequel le niveau de distorsion harmonique totale est très réduit, moins de 0.01%, soit près de 20 fois moins que pour Vgk inférieur à -1.75 V pour le même niveau de sortie.
Dans les conditions d'opération du tube correspondant à ce sillon, un courant de grille apparait vers Vgk = -0.8 V et croit non linéairement pour des valeurs de polarisation supérieure à -0.8 V (voir la dernière figure). Ce courant passant à travers la résistance de grille de 51 kiloohms, provoque au niveau de la grille l'apparition d'un signal distordu qui s'additionne au signal d'entrée et permet la réduction de la non linéarité de l'étage amplificateur, il en résulte une suppression efficace de l'harmonique 2 jusqu'à des niveaux de sortie de 5 V RMS. Cet effet peut être mis à profit dans des étages préamplificateurs. La suppression du condensateur de découplage de la résistance de cathode peut être aussi bénéfique pour encore améliorer le comportement de lpétage. Du fait de la contre réaction locale par dégénérescence de cathode ainsi introduite, le niveau de distorsion harmonique (notamment celui de l'harmonique 3 résiduelle) peut ainsi être réduit à un niveau négligeable.
La figure suivante (ci dessous) est semblable à la précédente mais on y a fait figurer les domaines respectifs dans lesquels H2 et H3 sont dominants. Dans le domaine marqué (-) H2 la composante harmonique d'ordre 2 de la distorsion est en opposition de phase avec celle du domaine marqué H2. Ceci est du au fait que dans le domaine (-) H2, la non linéarité introduite par le courant de grille dépasse en effet la non linéarité intrinsèque du tube.
La figure suivante (ci dessous) montre pour cet étage amplificateur (12AX7, R charge = 150 k, B+ = 300V) à polarisation automatique dont le comportement est étudié dans les figures précédentes, l'évolution de la composante continue de la polarisation grille - cathode en fonction du niveau de sortie de l'étage pour différentes valeurs de la résitance de grille (51 kiloohms et 1 mégohm) et de la résistance de cathode (entre 0 ohm et 10 kiloohms). Conditions de réalisation des mesures: impedance de source du générateur = 600 ohms, impédance d'entrée du voltmètre utilisé > 1 mégohm. On peut voir grâce à cette figure comment, sur des signaux permanents, le courant grille qui apparait à l'écrétage repousse le potentiel de la grille vers des valeurs plus négatives ce qui ralentit l'augmentation de la distorsion des signaux à l'écrétage. Sur signaux transitoires on peut toutefois s'attendre à ce que le point de polarisation se déplace beaucoup moins et à ce que l'écrétege soit beaucoup plus dur. C'est pourquoi il convient toujours d'analyser avec prudence les mesures d'amplificateurs réalisées en signaux permanents.
La dernière figure est d'une portée plus générale que les figures précédentes, elle est utile pour comprendre le comportement du courant grille d'une triode 12AX7. Les courbes rouges donnent le courant d'anode Ia en fonction du potentiel de grille Vg (cathode à la masse) pour différentes valeurs de la tension d'anode Va. Les courbes bleues sont les courbes d'égales valeurs du courant de grille.
Exemple d'utilisation:
Quels est la valeur du courant d'anode et du courant de grille d'une 12AX7 pour Va = 100V et Vg = -0.2V ?
Réponse:
pour le point Va = 100V et Vg = -0.2V:
les courbes rouges nous indiquent un courant d'anode de 1.4mA
les courbes bleues nous indiquent un courant de grille de 5 microampères.
Cordiales salutations,