Ampli préampli  /  HARTLEY - Séries 120

  

Les problèmes de l'amplificateur sont connus :

Les tubes ont une alimentation toujours positive et travaillent en haute impédance. Ils amènent donc des montages dissymétriques et le plus souvent avec des transfo de sortie, toutes choses apportant des distorsions. Le fait que ces distorsions flattent l'oreille n'enlève rien à leur réalité.
Avec les transistors, complémentaires, on peut enfin faire des montages symétriques et se passer d'adaptateur d'impédance en sortie. Ces composants sont de faible coût unitaire, on peut donc concevoir des montages plus sophistiqués. Avec des alimentations positives et négatives, il est possible d'avoir une liaison directe avec les enceintes. La bande passante des ces montages est aussi très étendue.

Serait-ce la panacée ? Presque !

Avec certaines réalisations, les constructeurs sont arrivés à des taux de distorsions qui se mesurent en millième de pour cent.
On voit souvent moins de 0,01%, soit un micro watt de distorsion pour 100 watts de signal…Stupéfiant.

Et pourtant, nous en avons tous fait l'expérience, ces amplificateurs sont en général " durs " à l'écoute, incisifs et pas du tout musicaux ! ! !

Il y a à cela deux principales explications :

1) Pour faire de la puissance, les amplificateurs traditionnels sont équipés de trois étages.

a - L' étage d'entrée assurant une première amplification et le contrôle de la similitude des signaux entre l'entrée et la sortie (contre réaction). Cet étage assure le plus souvent la surveillance de la tension continue en sortie, dite tension d'offset, et qui doit être la plus faible possible pour ne pas fatiguer inutilement le haut parleur.

b - L 'étage (ou les étages) intermédiaires dits de " gain en tension ".Ceci apporte au signal une amplitude (des volts !) très importante. Le gain de cet étage dans l'amplificateur peut atteindre 1000 ou 10.000,voire plus.

Il faut souvent se souvenir qu'un gain global en tension de 30 permet de " faire " 100w avec un signal d'entrée de 1 volt.

c - L' étage de sortie également appelé à tort étage de puissance, qui apporte un gain en courant.

Cette partie de l'amplificateur est équipée de transistors dits " de puissance " d'où la confusion.

Ces composants permettent de délivrer le courant nécessaire aux enceintes. Cet étage à un gain en tension de 1 et un gain en courant de plus de 1000 en général. Dans un amplificateur traditionnel, l'étage 2 va fournir la tension de sortie de l'ampli, et l'étage final apportera lui des capacités en courant, le produit des deux (tension*courant :UI) donne bien une puissance.

La première difficulté apparaît ici.

Imaginez, à l'entrée de votre appareil, une impulsion, un transitoire rapide. L'étage d'entrée va amplifier au maximum de ses possibilités. Forcement, par la contre réaction, il " voit " que le signal est à l'entrée mais pas à la sortie. Le transitoire est entré dans l'ampli ! Comme un virus pathogène, il va maintenant générer divers symptômes désagréables ! ! ! Arrivant à l'étage deux, notre impulsion va être amplifiée violemment. Nous sommes donc dans un cas particulier ou cette pauvre petite chose va prendre des proportions démesurées !

Vous l'avez compris, le transitoire va bénéficier du gain maximal de l'ampli, sans aucun contrôle.

Il y a fort à parier que le gain sera tel qu'il va provoquer la saturation de l'étage (Saturation: il va en butée, ne peut donner plus en raison de sa limitation par la tension de l'alimentation). Le signal est devenu un monstre ! Il est présenté aux transistors de sortie, qui vont lui ajouter le courant nécessaire à l'excitation des haut parleurs. Comme ces composants, plus gros, sont plus lents, un retard de transmission est ajouté. Notre signal est toujours aussi bref, mais en retard et son amplitude est trop grande. Le voici présent en sortie, il est donc " entendu ".

Trop tard donc ! Il va arriver à vos oreilles dans quelques millisecondes. Désolé !

Mais c'est pas fini !

Que voit notre étage d'entrée ? Il voit maintenant un signal en sortie, mais plus rien en entrée.( un signal bref…). Ayant donc trop de gain, il le diminue sur les signaux qui suivent notre transitoire, et qui n'ont rien à voir avec lui pourtant ! Cette situation va finir par se rééquilibrer mais l'ensemble des perturbations apportées au signal amplifié est connu sous le nom de distorsion d'inter modulation transitoire et donne un son très agressif.

2) Autre défaut connu: l'action du haut parleur sur les transistors de sortie.

Sans entrer dans les détails techniques, le transistor, comme tous les amplificateurs triode (à 3 électrodes) a une électrode qui sert aussi bien à l'entrée qu'à la sortie. L'émetteur dans le cas du bipolaire, la cathode pour le tube à vide et la source pour les Fets et Mosfets. Le courant qui traverse la sortie du composant (collecteur vers émetteur en bipolaire, plaque vers cathode pour le tube à vide) dépend du signal appliqué entre l'entrée et l'électrode commune. Base et émetteur dans un cas, grille et cathode dans un autre. Dans les montages traditionnels, l'émetteur est l'élément naturel de sortie vers le haut parleur (la source dans le cas des Mosfets). Quelques dizaines de milliampères appliqués à la base du transistor de puissance modifient le courant de sortie de plusieurs ampères.

Pour fixer les idées, sur 8 ohms, le courant maximal en sortie est de 5 ampères pour 100 watts.

Reprenons le transitoire de tout à l'heure si vous le voulez bien. On a vu qu'il était arrivé à la sortie de l'ampli. Que fait le haut parleur ? Il reçoit un violent courant pendant le transitoire. La membrane se met en mouvement avec une accélération proportionnelle au courant,mais à la fin de l'impulsion, le courant cesse.

La membrane, elle, est en mouvement !

Elle va donc avoir un effet dynamo, et produire un courant en retour vers l'ampli. Ce courant va développer une tension grâce à l'impédance de sortie de l'ampli. Il va donc y avoir en sortie une tension qui n'est pas générée par l'amplificateur. Cette tension va provoquer -via la contre réaction- la création d'un courant contraire d'opposition par l'amplificateur, ajoutant encore à la confusion déjà induite par ailleurs par notre transitoire ! Plus grave, cette tension renvoyée par les hauts parleurs est présente sur les émetteurs des transistors de puissance et on se souvient que cette électrode est aussi une entrée du dispositif ! Par ce biais, l'inertie du haut parleur peut aller jusqu'à bloquer le courant dans un transistor ! Vu que ces bêtes là sont très lentes (relativement toutefois), ce blocage va encore compliquer la tâche de l'étage d'entrée qui fait ce qu'il peut, le pauvre pour que la sortie ressemble à l'entrée ! Les transistors MOS sont plus rapides que les bipolaires (5 à 10 fois) et leur source est moins sensible à la tension inverse que l'émetteur des bipolaires.
Ceci explique que souvent, les amplis équipés avec des Mosfets soient plus agréables que leurs homologues à bipolaires.
Les tubes sont moins sensibles à ces problèmes en raison du couplage par transformateur et du fait que la sortie soit faite en général sur les anodes et non sur les cathodes…

Voilà deux sources de problèmes habituels des amplificateurs audio à transistors. Il y en a d'autres, mais mieux maîtrisées par les constructeurs.

LA SOLUTION HARTLEY : Il s'agit donc de définir un schéma respectant les règles suivantes :

Pas de sortie par les émetteurs des transistors de puissance. Pas d'étage intermédiaire " non contrôlé "

Outre les règles déduites de l'analyse précédente, des règles de développement propres à Hartley sont à respecter :

Couplage Continu vers les enceintes
Bonne maîtrise du courant de repos en fonction de la température
Bonne capacité en courant
Symétrie parfaite

La structure retenue est la suivante :

Amplificateur symétrique :
De l'entrée à la sortie, le montage est doublé. Il y a un différentiel alimenté en positif, alors il y a son symétrique alimenté en négatif et ainsi de suite jusqu'à la sortie

S'il y a un transistor " en haut ", il y a le même, mais de polarité opposée " en bas ".

Ces deux montages sont reliés à l'entrée, à la contre réaction et à la sortie. Étant identiques, mais " en miroir ", ils génèrent des distorsions (nul n'est parfait) mais de façon symétriques. Les sorties de ces demi-étages étant reliées, les distorsions s'annulent mutuellement. Accessoirement, cette parfaite complémentarité permet de ne pas avoir de " cloc " à la mise sous tension. on peut se passer du traditionnel relais de temporisation dont le contact en série avec le haut parleur n'est pas très bon pour la linéarité sur les faibles signaux.

Amplificateur à deux étages :

La structure innovante est ici. L'étage d'entrée, à double différentiel donc, attaque directement des convertisseurs tension/Courant. Il y a un convertisseur pour le positif et un pour le négatif dans le Hartley série 120.
Il y en a deux pour le positif et deux pour le négatif, relies en parallèle sur la série 200 (Sortie prévue Mars 2007) et bien plus sur la série 300 (en cours de développement).
Nous ne pouvons pas entrer dans les détails techniques, mais sachez que chaque source de courant est une structure comme un étage final " single ended " à tube. Simplement nous disposons en plus de la symétrie et nous pouvons éviter le transfo !
Un ampli mono triode " sort " sur l'anode.L'ampli Hartley " sort " sur les collecteurs évitant ainsi les interactions dues à l'effet dynamo du haut parleur sur les émetteurs des transistors. Il n'y a que deux étages. Hartley "injecte " un courant dans la charge, et c'est la simple loi d'ohm (U=RI) qui développe la tension aux bornes de l'enceinte. Cette tension doit être l'image la plus fidèle possible du signal d'entrée, cela va de soi, cette tension est donc contrôlée par l'amplificateur, dans son étage d'entrée via une légère contre réaction.

Le gain, pour nous, est simple : en aucun cas car l'amplificateur ne peut développer des tensions amplifiées hors contrôle, l'étage final étant moins rapide que l'étage d'entrée, la sortie est toujours maîtrisée parfaitement. Dans les petits avantages de cette structure, nous trouvons aussi la possibilité de revenir à une protection des enceintes par fusible de petit calibre. En effet une source de courant s'apparente à une résistance infinie. On " envoie " un courant, si il y a 10, 20 ou 100 ohm, on envoie toujours le même courant. Nous avons donc pu utiliser cette caractéristique pour ajouter des fusibles en série avec les collecteurs des transistors de puissance.
Comme le courant de sortie du série 200, pour exemple, est partagé entre 4 transistors, nous avons pu réduire d'un facteur 4 la valeur de chaque fusible.Si par malheur un transistor venait à se mettre en court - circuit, le fusible sauterait sans faire de dégâts dans les enceintes, en raison de sa faible valeur (2A sur la série 200). Le fonctionnement de l'amplificateur n'en serait même pas altéré à faible puissance ! Tous les courants circulant dans les différentes parties de l'amplificateur Hartley séries 120 sont contrôlés en fonction de la température de façon à obtenir un fonctionnement stable.
Pour la petite histoire, c'est cette partie qui a été la plus délicate à mettre au point et qui fait même l'objet d'un brevet ! Une autre particularité de cette nouvelle Conception schématique la rapproche encore des amplificateurs à tubes.

Il s'agit du faible gain en boucle ouverte (c'est à dire sans contre réaction).

Ce gain, faible, est le signe d'un amplificateur ayant eu, de par sa conception, sa structure, une linéarité acceptable. Chacun des deux étages du Hartley est linéaire par construction. L'assemblage des deux reste donc linéaire et la complémentarité pure, la symétrie vient encore renforcer ce point. Le taux de contre réaction est donc faible, tout comme les amplificateurs à tubes. Après cette longue explication vous comprenez pourquoi le Hartley Séries 120 " sonne " comme un ampli " single ended ", mais sans en avoir les limitations (notamment en terme d'énergie délivrée dans le grave !).
L'aigu est fin, soyeux, détaillé et fruité. Mais le Hartley Séries 120 va rivaliser sans pudeur avec des amplificateur à transistors plus puissants voire plus cher que lui, en termes de dynamique, puissance brutale, là aussi en gardant toute sa transparence dans les médiums et l'aigu ! Nous avons vu que l'amplificateur injecte un courant dans le haut parleur. Ceci à une implication directe dans la bande passante grave de vos enceintes.

Le système acoustique constitué par votre haut parleur de grave et votre enceinte présente des fréquences dites de résonance en fin de spectre grave, avec une perte de rendement.
La puissance consommée par le haut parleur dépends de la tension qu'il reçoit et de son impédance selon la formule P=U²/Z, avec U la tension et Z l'impédance. A la fréquence de résonance, l'impédance augmente.
Dans un amplificateur traditionnel, nous avons vu que c'est une tension qui est présente en sortie ; vous comprenez donc que - à la résonance - la tension est fixe, l'impédance augmente et que donc logiquement la puissance absorbée par le haut parleur est plus faible.
Revenons au nouveau schéma du Hartley Série 120. Nous injectons maintenant un courant dans le haut parleur. La puissance reçue est P=Z.I². A la simple lecture de la formule, vous voyez que la puissance reçue par le haut parleur augmente maintenant quand l'impédance augmente. Ce phénomène compense en grande partie la perte de rendement à cet endroit.
Sur les notes très graves, comme sur les grandes orgues, la fondamentale est présente sans ostentation. Cela descend bas, très bas meme, mais l'air de rien (Les haut parleurs sont mieux tenus, et il y a donc moins de distorsion harmonique et plus de fondamentale). D'ailleurs l'aisance du Hartley séries 120 se retrouve dans son équilibre. Équilibre qu'il conserve, sans variation, jusqu' aux plus fortes puissances.

Il ne faudrait pas que vous pensiez que le schéma original fait tout, tout seul ! Il y a aussi le matériel, sa qualité :
Le Séries 120 Hartley est équipé d'un transfo torique épaulé par 40.000µf de filtrage pour chaque canal ! Le secteur est filtré avant le transformateur de façon à en supprimer les imperfections. Grâce à cela, il n'est pas nécessaire d'utiliser de filtre extérieur.

Je voudrais aussi ici rendre hommage à " ON Semi-Conducteur ", le nouveau venu de la division MOTOROLA qui fabrique les transistors de puissance utilisés par Hartley. En effet ces composants sont exceptionnels de par les qualités de douceur et de dynamique qu'ils donnent. Ces qualités se retrouvent sur tous les montages à transistor bipolaire du commerce qui en sont équipés. Si vous souhaitez améliorer notablement n'importe quel appareil, remplacez les transistors de puissance par leur équivalent chez MOTOROLA.
Vous serez surpris ! Publicité gratuite et sincère.

Parlons un peu des caractéristiques techniques propres du Séries 120:

- Puissance utile : 2 x 60 watts double mono (double alim de 2 x 160 VA + 2 X 40000 µf )
- Alimentation séparée pour la partie controle, affichage
- Filtre secteur incorporé
- Impédance mini 4 ohms - maxi + infini (votre 120 peut resté branché et allumé sans enceintes connectées sans aucun risque pour lui)
- Affichage débrayable
- Ergonomie mono bouton
- Facade alu 10 mm
- Chassis bac acier pour une immunité parfaite aux rayonnements électro magnétiques - Norme ROHS
- Prix public: 2890 €

 

Cette explication technique fort intéressante est le fruit de notre Ingénieux Ingénieur en chef, concepteur des électroniques Hartley et Grand Mélomane devant l'éternel, mais tellement modeste qu'il préfère ne pas être nommé. Aussi rendons lui hommage ici et remercions le de passer autant de temps dans son cher labo pour nous faire vivre des heures de bonheur musical. L'équipe HARTLEY et IDENTITE DISTRIBUTION.

Et maintenant, il ne vous reste plus qu'a aller écouter le SERIES 120 chez l'un de nos revendeurs, vous ne serez pas décus.

 

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