en 2019, un ampli classe AB DIY vaut le coup VS classe D ?

[JBert]

(08-07-2019, 07:54 PM)pianissimo a écrit : Bonjour JB,
Je vois que vous critiquez beaucoup les amplificateurs classe A et aussi leur concepteurs qui semblent être selon vous des ignares de l'électronique. Allez plutôt écouter un bon Kaneda, un Hiraga ou un bon Pass à transistors au lieu de les critiquer. Ces ampli sont loin de faire 5% de disto comme vous voulez le faire croire et ils font de la musique. Aussi, il se trouve que je connais quelqu'un qui a conçu un paquet d'amplis en classe A (et autres). Il travaille au simulateur, et mesure un bon paquet de paramètres lors de la conception et après la réalisation bien comme il vous plairait. Mais ses conclusions sont l'inverse des votres. Il a conçu des ampli avec des déphasages inférieurs à 1° sur toute la bande audio et de la disto difficilement mesurable (inférieure à 0.001% à pleine puissance). Pourtant il dit lui-même que certains de ses amplis, conçus aux petit oignons selon les mesures objectives, sonnent "plat" et que d'autres conceptions donnent des résultats très musicaux même si la disto est largement supérieure (pas à 5% bien sûr !).
Aussi, expliquez nous un peu en quoi la classe A serait moins performante que d'autres classe de fonctionnement "dans tous les cas" comme vous semblez le suggérer, alors que n'importe quel bouquin d'électronique dit le contraire et explique clairement pourquoi, pour ce qui est des transistors tout du moins.
Bonne soirée.

Je ne critique pas la classe A. Je critique les gens qui font de la classe A comme on la faisait il y a cinquante ans.

Que l'on utilise un tube ou un transistor, le problème est rigoureusement identique, le composant distord. J'ajoute qu'un transistor distord autant qu'un tube (regardez le taux de distorsion lorsqu'il est encore indiqué dans les datasheets) voire plus violemment. Un amplificateur de classe A en single ended, non seulement a un rendement faible, mais a tendance à talonner. Pour obtenir de faibles distorsions, il faut donc au choix :

• dégrader le rendement pour limiter le taux de modulation (certains rajoutent une résistance anti-talonnage, ce qui est une hérésie parce qu'au lieu d'avoir une distorsion à forte puissance, on distord à partir de puissances nettement plus faibles)
  
• utiliser des étages intermédiaires chiadés (pas un simple transistor ou un simple tube, ça ne peut pas fonctionner et ça se démontre) pour limiter autant que possible la distorsion à l'étage de puissance
  
• utiliser des asservissements complexes.
  

Souvent, il faut un peu des trois.

C'est la théorie qui vous l'impose, pas moi. En théorie, un amplificateur de classe A est génial. C'est effectivement ce qui est indiqué dans la plupart des bouquins. Les mêmes bouquins écrivent que les classes supérieures sont moins bonnes sauf en ce qui concerne le rendement. Sauf que les études dans ces bouquins sont faites en petits signaux, donc loin des limites des composants. Si vous voulez avoir un amplificateur de classe A qui n'est pas un gouffre à Watt, il faut avoir une profondeur de modulation importante sur le dernier étage et l'hypothèse petits signaux n'est plus respectée. Dans certains bouquins des années 1950, on parlait d'études en grands signaux, mais il y a belle lurette que je n'ai plus vu cela même dans les écoles d'électronique.

Typiquement, pour un amplificateur de classe A pas trop mauvais, vous avez entre 75 et 90% de taux de modulation (ce qui se traduit immédiatement en rendement électrique).

En pratique, en single-ended, ça vous file de l'intermodulation et des harmoniques paires (talonnage), en push-pull, ça vous ramène des harmoniques impaires (croisement, mais pas seulement). Il vaut donc souvent mieux avoir une classe AB voire B parce qu'on peut linéariser les réponses des deux branches. L'analyse fine permet de montrer qu'en classe AB ou B, on peut compenser les défauts des étages successifs (en jouant sur la phase des harmoniques générées).

Exemple : dans les push-pull à tubes, il y a quasiment toujours en classe AB une résistance COMMUNE pour éviter le talonnage. Je n'ai pas encore trouvé un bouquin qui explique pourquoi on colle cette résistance. Les gars qui ont conçu les premiers push-pull on trouvé que ça fonctionnait mieux comme ça, mais elle ne se justifie pas du point de vue de la polarisation. Certains fabricants qui n'ont pas tout compris puisqu'ils s'arrêtaient aux histoires de talonnage ont même décidé de mettre une résistance par tube (autant coller une forte résistance sur la grille, du point de vue du père Miller, c'est même mieux). Cette résistance, en fait, doit être commune aux deux branches et permet de faire fonctionner l'étage de sortie en mode différentiel (pas de mode commun parce que les commandes des grilles sont en opposition de phase). Quand l'une des branches devient passante, la présence de cette résistance permet de moucher la seconde branche bien plus efficacement qu'elle le serait par la simple action sur la grille (ne pas oublier qu'on a un beau quadripôle LC entre le transfo et les capacités du père Miller et que ça peut osciller ou être amorti mollement en fonction du circuit).

En classe A, pour avoir une profondeur de modulation acceptable sans talonner, il faut donc corriger en amont la modulation et on se retrouve avec des étages d'attaque qui ne sont plus du tout linéaires (c'est en fait le but premier de l'asservissement, qu'il soit à contre-réaction RC ou à correction différentielle, le second étant d'augmenter le facteur d'amortissement). Si maintenant, vous vous arrêtez à une profondeur de modulation de 5 à 10%, le problème ne se pose pas, mais vous aurez un rendement ridicule.

Un peu de théorie des amplificateurs. Un amplificateur sans contre-réaction est mauvais, on n'en parlera pas. Il faut au minimum une contre-réaction globale. Dans le domaine de Laplace, une contre-réaction s'écrit comme ceci :

H(p)=Kp/(1+K'p)

Il y a une constante au dénominateur. Pour un AOP dont le gain K' peut être très grand, la constante se néglige et on parle d'un système linéaire (avec une très faible distorsion). Pour un montage à transistors ou à tubes, le gain est nettement plus faible et cette fichue constante fait remonter le taux de distorsion.

Deux solutions : augmenter le gain dans la boucle ou utiliser une correction différentielle (brevet Bell de 1975 de mémoire) qui élimine la constante au travers de circuits plus complexes.

Pour un amplificateur en classe A à transistor, on peut appliquer la première technique. C'est la plus simple et le problème de phase ne se pose pas. Avec des tubes, c'est beaucoup plus difficile (il n'existe pas de tubes travaillant sur des trous, il y a le problème de la tension max cathode-filament et on ne peut pas enquiller des étages impunément), donc il faut taper sur la correction différentielle et gérer la phase. Et comme il y a un transfo dans la boucle (pour mémoire un filtre du troisième ordre), c'est rapidement sportif.

Personnellement, je veux bien voir le schéma d'un amplificateur efficace même à transistor sortant 10W avec un TDH de 0,001% à pleine puissance et le déphasage annoncé (note : pour 1% de déphasage à 20 kHz, il faut une bande passante énorme), le tout sur une charge du type d'un haut-parleur et non une résistance. Pour fixer les idées, j'ai un ampli AR au labo pour mesurer les taux de distorsions dans une chaîne complète. Je vous file les specs :

• classe A
  

• sortie 20W
  

• distorsion harmonique : -20dBc à 10 kHz (je vous laisse le soin de calculer la chose en pourcent, on est au-dessus de 0,001% et on parle d'un amplificateur de métrologie bien plus complexe qu'un amplificateur audio) sur charge résistive
  

• 47 kg sur la balance (et c'est l'électronique qui est lourde, pas le boîtier)
  

et sa bande passante n'est pas assez grande pour obtenir une différence de 1° de phase entre 50Hz et 20kHz. De toute façon, la phase constante sur la bande n'est pas un indicateur. On regardera plutôt le temps de groupe.

Bien cordialement,

JB