Legrand Gabriel

Legrand Gabriel ICAM 2, 109
Planque Maxime
Régnier Jean-Philippe
Travail bibliographique :
L’amplification par tubes à
vide appliquée à l’audio.
Département Automatique.

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Table des matières
Introduction p.3
I) Historique p.4
II) Structure et Fonctionnement p.6
III) Polarisation (« Biasing ») p.6
IV) Amplificateurs « single-ended » et « push-pull » p.7
V) Distorsion p.11
VI) Avantages – Inconvénients p.12
VII) Appendice : Classes d’amplificateurs p.13
VIII) Références bibliographiques p.14

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Introduction
Beaucoup de musiciens vous le diront, du jeune guitariste jouant seul dans sa
chambre à Jimmy Page, célèbre guitariste du groupe Led Zeppelin : un amplificateur
à « lampes » (ou amplificateur à tubes) n’a pas son pareil pour restituer le son d’une
guitare et apporte une chaleur dans le son que jamais un transistor n’égalera.
Jusque dans les années 50 et 60, les tubes à vide étaient l’unique moyen d’amplifier
un signal, mais la découverte et la généralisation du transistor ont largement réduit
leur utilisation, pour des raisons couvertes dans la partie « Avantages et
Inconvénients » plus tard dans ce dossier.
Ces amplificateurs étaient particulièrement utilisés dans le cas des signaux audio ou
radio pour des fréquences inférieures aux micro-ondes. Aujourd’hui, l’utilisation de
tubes à vide dans l’amplification reste réservée à des domaines peu connus du
grand public tels que l’amplification d’instrument de musique (en guitare
principalement), des transpondeurs satellites (pour l’utilisation du GPS par exemple),
des applications militaires (acquisition de cible, radar). Pour de nombreuses
personnes, c’est une technologie inconnue ou obsolète alors qu’elle entre en jeu
dans de nombreuses applications quotidiennes et reste une technologie utilisée dans
les domaines de pointe. Nous aborderons ici un problème plus léger : l’amplification
de signaux audio.
En effet, pour de nombreux audiophiles et musiciens, la technologie des tubes à vide
est un gage de qualité d’une installation audio. Mais comment fonctionne réellement
ce qu’on appelle plus vulgairement « l’amplification à lampes » ? Nous verrons plus
tard pourquoi nous utilisons le terme de « lampe ». Ce dossier couvrira une grande
partie des connaissances de base nécessaires pour aborder cette technologie peu
commune : notions historiques, structure d’un tube à vide, notion de polarisation
(« biasing »), amplificateurs « single-ended » et « push-pull », distorsion, classes
d’amplification, avantages et inconvenients de cette technologie. Ce travail repose
sur l’analyse de documents dont les références sont rapportées à la fin de ce
dossier. Peu d’articles en français abordent ce sujet, et toutes les publications
abordées sont en anglais.
Notions préliminaires : Ces notions ne sont abordées qu’en vu de la publication
de ce document sur l’Internet à destination des néophytes.
 Attirance et repoussement des charges : le « courant » est un flux d’électrons,
c'est-à-dire de particules de matière chargées négativement, qui se déplacent
donc du moins vers le plus des bornes d’un circuit. Elles sont attirées par les
conducteurs chargés positivement et repoussés par les conducteurs chargés
négativement. Dans les deux cas, plus la charge est élevée, dans un sens ou
un autre, plus la force est importante.

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 La température fournit de l’énergie à la matière et excite ses particules, qui
deviennent moins cohérentes : la capacité à conduire le courant d’un matériau
augmente avec sa température car ses électrons pourront se détacher et se
déplacer plus facilement.
 Une guitare électrique fournit un signal électrique par le biais de ses micros
magnétiques sous forme d’une tension alternative de la fréquence de la note
jouée (dont la tension varie entre le positif et le négatif au cours du temps, en
enchaînant les cycles positif-négatif autant de fois par seconde que l’indique
sa fréquence. (Exemple : La, 440 Hz : la vibration de la corde est convertie par
les micros magnétiques en une tension alternative oscillant 440 fois par
seconde).
Ces notions de base intégrée, nous pouvons nous consacrer à l’étude de
l’amplification par tube à vide.
I) Historique :
Le premier tube à vide fut fabriqué par John Ambrose Fleming, ingénieur, alors qu’il
travaillait pour Marconi Company à Londres en 1904. Elle comportait deux électrodes
(anode et cathode) et tire de cette caractéristique ce nom de « Diode ». Comme la
diode que nous connaissons aujourd’hui, sa particularité était de ne laisser passer le
courant que dans un sens et était utilisée comme redresseuse de courant ou
détecteur d’ondes radio. Aussi simple que ce composant puisse paraître, il s’agissait
du premier composant actif et Fleming venait de donner naissance à l’ère
électronique.
S’il ne s’est peut-être pas rendu compte tout de suite de sa découverte, c’est Lee De
Forest qui a ajouté à la diode de Fleming sa troisième électrode (la grille) et a inventé
le premier amplificateur électronique, la « Triode », qu’il nomma « Audion ». Selon le
reste du circuit utilisé pour accompagner la triode, elle pouvait amplifier au choix
courant ou tension. Sa première application fut la ré-amplification de signaux
téléphoniques sur de longues distances puis elle connut un essor lors de la
naissance de la communication sans fil dans les années 30. Jusque dans les années
60, l’amplification audio ou télévisée était constituée exclusivement de circuits à
tubes. Les puissances efficaces n’étaient que de quelques watts et nourrissaient des
écouteurs plutôt que des haut-parleurs.

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Le circuit dominant à l’époque était le circuit à triode « single-ended », un
amplificateur de classe A qui donnait un excellent son (et une distorsion faible) avec
un circuit très simple et peu de composants, à une époque où les composants
étaient exclusivement fabriqués à la main, et de ce fait, étaient très chers.
Circuit à triode « single-ended ».
Avant la seconde guerre mondiale, la plupart des amplificateurs étaient d’un gain bas
et leur linéarité était entièrement basée sur la linéarité intrinsèque de la lampe (5%
de distorsion à pleine puissance en général).
Aujourd’hui, les lampes restent d’actualité grâce à la difficulté d’obtenir de bonnes
performances de gain à très hautes fréquences avec des transistors et leurs
problèmes de fuites dues à la température. Les lampes restent donc encore
largement utilisée dans le cas de hautes puissances et fréquences.