Filament bias

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Message  Julien591 le Mer 11 Sep - 16:52

Bonjour à tous,

J'aimerais avoir votre avis concernant la méthode de polarisation des tubes appelée : Filament bias
J'avais lu quelques échanges à propos du filament bias sur l'ancien forum mais je ne retrouve plus ces échanges en question.

Pour rappel :
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J'ai expérimenté cette méthode avec une B406, mon alimentation n'étant pas assez silencieuse, je n'ai pas pu vraiment apprécier le montage.

J'aimerais connaitre les points positifs et négatifs de cette méthode.

Pour l'instant, comme point négatif, je vois qu'il faut une alim filament trés bien filtrée et aussi bien régulée. la moindre fluctuation du secteur modifie le point de fonctionnement.

Aussi, je me demande s'il est possible d'appliquer la polar et le chauffage en même temps, avant la HT afin de préserver les tubes d'un démarrage à froid. Je planifie de tester le filament bias avec des SFR E130 et je ne veux pas écourter leur durée de vie..


Julien591
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Message  francis ibre le Mer 11 Sep - 18:55

Bonsoir Julien,

commençons par les points positifs :
- le condensateur de découplage de cathode est éliminé

- l'impédance de sortie de l'étage vue à l'anode du tube vaut Zi = Ri + (µ+1)Rk
Elle reste assez basse, puisqu'on ne rajoute qu'une faible valeur de résistance Rk

Maintenant, voyons plus profondément ce qui se passe :

- vu de l'alimentation filament, le filament est en série avec Rk.
Par exemple avec une 845 qui consomme 3,25 A au filament, et qui travaille avec une polarisation grille de l'ordre de -90 V, il nous faudrait une Rk de 27 ohms.

En effet : Uk = Rk.If = 27 x 3,25 = 87,75 V...
Et voici le premier problème : c'est If au filament et non Ik courant de repos, qui crée la tension de polarisation !
La polarisation par Rk est sensée stabiliser le point de repos, car si Ik augmente, alors Uk augmente et comme Ig reste à zéro alors le tube se trouve polarisé plus négatif et son courant Ik diminue : il est stabilisé !
Cela marche parfaitement du moment que Rk est plus grande que l'inverse de la pente du tube.

Mais ici Ik aura très peu d'influence, et ses variations ne seront pas compensées...

- regardons maintenant par où passe le courant de repos Ik.
Il existe deux chemins :
- par Rk (dans mon exemple 27 ohms)
- par l'impédance de sortie de l'alim filament, à travers la self série : si elle est régulée, elle sera inférieure à 1 ohm en continu, et la self ne fait que quelques ohms

Le courant de repos va donc passer principalement à travers l'alimentation filament : ce courant va se soustraire au courant filament : avec la 845 qui travaille sous 100 mA, l'alimentation filament ne débitera donc que 3,15 A...
Comme le courant de repos ne passe presque pas à travers la Rk, il n'est plus du tout stabilisé !

- voyons où passe le courant modulé : là aussi il y a deux chemins...
La Rk d'une part, l'alimentation filament à travers la self, mais cette fois en alternatif l'impédance de la self augmente avec la fréquence !
Le courant modulé voit donc globalement une impédance qui augmente avec la fréquence.
Cette impédance disposée dans le circuit cathode du tube, produit une contre-réaction courant-tension (ou série-série si tu préfères) elle-même variable avec la fréquence.

Une CR de ce type diminue le gain du tube : on a donc créé un étage à gain variable avec la fréquence...
Selon la triode utilisée, on aura seulement 3 dB de chute de gain entre les extrémités de la bande passante (c'est très bien) ou alors on aura 10 dB de variation, et là c'est un son bouché garanti...

- dernier point : l'alimentation filament devra fournir une tension égale à Uf + Uk, soit dans mon exemple environ 100 V.
La Rk va dissiper en gros 285 W...
Et avec son coefficient de température, sa résistance va varier de... quelques %... la tension de chauffage variera donc dans les mêmes proportions, et je n'aime pas du tout voir la tension des filaments fluctuer, c'est très mauvais pour la durée de vie des tubes...

Personnellement je ne ferai pas de polarisation de ce genre, je préfère une Rk découplée par un excellent condensateur, et une alimentation filament stabilisée, découplée aux bornes du filament par un autre excellent condensateur.

Francis

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Message  Julien591 le Mer 11 Sep - 23:15

Bonsoir Francis !!

Merci pour ta réponse détaillée, comme toujours.

Donc si je comprends bien ton analyse, le filament bias a pas mal d’effets négatifs.

Thomas Mayer utilise en effet une self, mais quand est-il des solutions comme celles de Coleman ou encore tentlab ?


Dernière chose, quand tu dis :
Francis a écrit: une alimentation filament stabilisée, découplée aux bornes du filament par un autre excellent condensateur.

Tu veux dire que juste après un module (par exemple tentlab), tu ajoutes un condensateur entre l’extrémité du filament vers la masse ? De quelle valeur ?

Merci !! Smile

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Message  francis ibre le Jeu 12 Sep - 9:53

Bonjour Julien,

le condensateur que je mentionnais n'est pas à la masse, il est installé entre les deux extrémités du filament, afin d'éliminer le faux signal (audio) qui y apparaît, à cause du gradient de polarisation : la tension de cathode (filament...) n'est pas uniforme, car on a d'un côté la moitié de la tension filament en PLUS, et à l'autre bout c'est l'inverse, on a la moitié de la tension filament en moins...

Pour une 845 par exemple, la tension de cathode est de l'ordre de -90 V, mais on a en réalité -85 V à un bout du filament, et -95 V à l'autre bout...
On a donc des débits de courant modulés différents pour les deux "moitiés" du filament, et la conséquence est une tension modulée aux bornes de ce filament, faux-signal qui exerce une CR locale.
Il est important que ce faux-signal soit minimisé, voire éliminé, mais surtout pas de façon sélective !

Si on met par exemple un petit condensateur de quelques µF, on va éliminer ce faux-signal seulement dans le haut du spectre, et on aura donc plus de gain dans cette plage de fréquences : aigu criard...

Toutes les triodes à chauffage direct devraient avoir leur filament "découplé" correctement afin d'éliminer ce faux-signal, hélas beaucoup de concepteurs ignorent royalement ce problème.

Francis

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Message  Julien591 le Jeu 12 Sep - 10:52

Bonjour Francis,

Excuse moi de mes multiples question, (j'aimerais bien voler ton savoir Laughing )
Il y a t'il un moyen de calculer la valeur de ce fameux condensateur ?

Ce weekend, je ferai un essai sur mon étage à base de PX25.

Pour en revenir à la méthode de polarisation, l'optimal reste finalement une résistance sur la cathode, non bypassée par un quelconque condensateur.
On perd du gain, certes, mais excepté ça, c'est parfait.

Par contre, on ne peut pas se permettre ça en étage de puissance au risque d'avoir un facteur d'amortissement faible, à moins d'ajouter une CR type hawksford par exemple.

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Message  francis ibre le Jeu 12 Sep - 17:45

Julien,

le calcul est très simple : si on veut court-circuiter efficacement le faux-signal du filament, il faut lui présenter une impédance la plus basse possible (idéalement zéro), dès les plus basses fréquences audio...
Il nous faut donc un condensateur de valeur infinie... Very Happy

On peut "facilement" installer quelques milliers de microfarads, en électrolytique de qualité associé à un gros polypro...
Par exemple 22 000 µF Philips Co57 + 500 µF WIMA DC-Link MKP6...
On doit être à moins de 0,5 ohm dès 20 Hz.

Pour aller plus loin, ça devient compliqué et encombrant...

Francis



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Message  Julien591 le Jeu 12 Sep - 18:28

Bonsoir Smile
Enfaite, on veut presque une IDHT Laughing
Je ferai le test ce week-end si j’ai le temps.
Mais n’ayant pas de polypropylène sous la main, peut être que j’aurais un résultat décevant car « coloré ».

J’essaierai aussi de supprimer le condensateur de cathode et voir ce qu’il se passe Smile

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Message  Julien591 le Lun 30 Sep - 18:29

Bonsoir à tous !
Finalement, suite à tes messages Francis, j’abandonne l’idée de tester le filament bias.
J’ai testé la suppression du condensateur de cathode mais cela réduit trop mon gain.

Filament la solution du bias fixe avec par exemple un petit module de Rod Coleman pourrait être ma solution afin de supprimer ce fameux condensateur de cathode !

Pour l’étage d’entrée, je devrais ajouter un transfo d’entrée ou un condensateur afin de couper le continu.


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Message  Ecossais le Lun 30 Sep - 20:04

Bonjour Julien,
Le condensateur de cathode est une solution simple et élégante pour maximiser le gain d'un étage et diminuer l'impedance de sortie.
Il suffit de prendre un condensateur de Haute qualité.
Il y a d'autres solutions mais elles sont plus complexes et pour moi si on veux optimiser un ampli monotriode il faut rester le plus simple possible même si théoriquement ça ne paraît pas optimum.

Une autre solution simple que tu peux essayer si comme je suppose tu es en liaison par transformateur est le condensateur cathode-grille tel que ci dessous. L'avantage, le condensateur est beaucoup plus petit (1 à 2 uF) et donc tu peux mettre un condensateur de Haute qualité: Duelund, Claritycap,...

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Le condensateur de 4uf n'est pas forcément indispensable.
Cette solution est détaillées sur le site 100 amplifiers. Voir chapitre sur amplis WE32 et WE91
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Message  Julien591 le Mar 1 Oct - 7:28

Bonjour Jean Noël,

Merci pour ton message. Schéma intéressant, il me semble que ce schéma était fait pour les lignes téléphoniques.
J’ai l’impression que je l’ai déjà vu sur Elektor et que Francis n’en disait pas que du bien.

Pourtant ça a l’air de bien fonctionner, vu comme ça. Je me demande pourquoi il n’est pas tant connu et utilisé que ça de nos jours ?

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Message  Julien591 le Lun 28 Oct - 9:22

Bonjour Francis,
francis ibre a écrit:commençons par les points positifs :
- le condensateur de découplage de cathode est éliminé

- l'impédance de sortie de l'étage vue à l'anode du tube vaut Zi = Ri + (µ+1)Rk
Elle reste assez basse, puisqu'on ne rajoute qu'une faible valeur de résistance Rk

Maintenant, voyons plus profondément ce qui se passe :

- vu de l'alimentation filament, le filament est en série avec Rk.
Par exemple avec une 845 qui consomme 3,25 A au filament, et qui travaille avec une polarisation grille de l'ordre de -90 V, il nous faudrait une Rk de 27 ohms.

En effet : Uk = Rk.If = 27 x 3,25 = 87,75 V...
Et voici le premier problème : c'est If au filament et non Ik courant de repos, qui crée la tension de polarisation !
La polarisation par Rk est sensée stabiliser le point de repos, car si Ik augmente, alors Uk augmente et comme Ig reste à zéro alors le tube se trouve polarisé plus négatif et son courant Ik diminue : il est stabilisé !
Cela marche parfaitement du moment que Rk est plus grande que l'inverse de la pente du tube.

Mais ici Ik aura très peu d'influence, et ses variations ne seront pas compensées...

- regardons maintenant par où passe le courant de repos Ik.
Il existe deux chemins :
- par Rk (dans mon exemple 27 ohms)
- par l'impédance de sortie de l'alim filament, à travers la self série : si elle est régulée, elle sera inférieure à 1 ohm en continu, et la self ne fait que quelques ohms

Le courant de repos va donc passer principalement à travers l'alimentation filament : ce courant va se soustraire au courant filament : avec la 845 qui travaille sous 100 mA, l'alimentation filament ne débitera donc que 3,15 A...
Comme le courant de repos ne passe presque pas à travers la Rk, il n'est plus du tout stabilisé !

- voyons où passe le courant modulé : là aussi il y a deux chemins...
La Rk d'une part, l'alimentation filament à travers la self, mais cette fois en alternatif l'impédance de la self augmente avec la fréquence !
Le courant modulé voit donc globalement une impédance qui augmente avec la fréquence.
Cette impédance disposée dans le circuit cathode du tube, produit une contre-réaction courant-tension (ou série-série si tu préfères) elle-même variable avec la fréquence.

Une CR de ce type diminue le gain du tube : on a donc créé un étage à gain variable avec la fréquence...
Selon la triode utilisée, on aura seulement 3 dB de chute de gain entre les extrémités de la bande passante (c'est très bien) ou alors on aura 10 dB de variation, et là c'est un son bouché garanti...

- dernier point : l'alimentation filament devra fournir une tension égale à Uf + Uk, soit dans mon exemple environ 100 V.
La Rk va dissiper en gros 285 W...
Et avec son coefficient de température, sa résistance va varier de... quelques %... la tension de chauffage variera donc dans les mêmes proportions, et je n'aime pas du tout voir la tension des filaments fluctuer, c'est très mauvais pour la durée de vie des tubes...

Personnellement je ne ferai pas de polarisation de ce genre, je préfère une Rk découplée par un excellent condensateur, et une alimentation filament stabilisée, découplée aux bornes du filament par un autre excellent condensateur.
Je me permets de revenir sur ton message ci dessous.
En réanalysant le problème, je rejoins tes conclusions si on utilise une self de filtrage pour le filament bias.

Cependant, si on utilise le genre de module de Rod Coleman par exemple, ou les modules utilisés par Tony, l'impédance de sortie de ces alimentations reste élevée sur toute la plage de fréquences. Nous avons donc plus de problème de gain variable en fonction de la fréquence.

Cependant, je suis conscient que ces modules existent seulement pour des tentions faibles, mais dans mon cas avec des E130, 10Y et même PX.. ça convient.

Francis a écrit:La polarisation par Rk est sensée stabiliser le point de repos, car si Ik augmente, alors Uk augmente et comme Ig reste à zéro alors le tube se trouve polarisé plus négatif et son courant Ik diminue : il est stabilisé !
Cela marche parfaitement du moment que Rk est plus grande que l'inverse de la pente du tube.
Il reste cependant le problème de stabilisation.. Par exemple la pente d'une PX25 est de 8 mA/V.
Il faudrait donc une résistance de 125 ohms minimum. Puis-je faire une combinaison de bias avec deux résistances et l'alimentation du filament entre ces deux résistances.

Dans ce cas, je résous aussi le problème de stabilité. Mais finalement j'augmente cependant considérablement l'impédance de sortie du montage...

Qu'en penses-tu ?

Julien

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