Qu’est-ce que le bias?
Introduction
Quand on parle de polariser (ou biaser dans le langage courant) un ampli, on fixe le courant de repos dans les tubes de puissance. Toutes les lampes doivent être polarisées, que ça soient les lampes de préampli ou de puissance, mais il n’est pas toujours clair de savoir si la polarisation (bias) doit être ajustée ou non lors du changement de tubes.
Pourquoi avons-nous besoin de polariser un tube?
Les tubes doivent être proprement polarisés pour fonctionner en tant qu’étage d’amplification. On polarise un tube en réglant la valeur du courant continu qui le traverse lorsqu’il n’y a pas de signal sur la grille par rapport à la cathode. Ce courant de polarisation continu peut être réglé de différentes manières. Le point de polarisation détermine des paramètres très importants dans l’étage d’amplification. Il détermine la puissance en sortie, le taux de distorsion, la dynamique (la taille du signal d’entrée qui peut être appliqué avant que le signal de sortie ne soit écrêté), le rendement de l’étage (la puissance de sortie par rapport à la puissance consommée), le gain de l’étage (l’amplitude du signal en sortie pour un signal d’entrée donné), le bruit de l’étage et la classe d’amplification (classe A, classe AB, etc.). Un point de polarisation correct est un compromis entre tous ces facteurs, et choisir le meilleur point de polarisation peut être parfois très difficile, et il peut varier selon les exigences de l’étage d’amplification.
Méthodes pour biaser
Il y a deux grands types de polarisation: la polarisation fixe (fixed bias) et la polarisation automatique (cathode bias). La polarisation fixe ne veut pas dire que le bias n’est pas ajustable, en fait, ça veut généralement dire le contraire. La polarisation automatique est généralement fixée et non ajustable, tandis que la polarisation fixe est ajustable avec un petit potentiomètre trimmer, ou “trimpot”. Il n’y a aucun doute que tout le monde se mélange les pinceaux!
La polarisation fixe veut dire que le tube est polarisé (biasé) par une tension continue, qui est généralement négative, appliquée à la grille du tube. En ajustant la tension de grille négative, le courant de polarisation (bias) va augmenter ou diminuer dans le même sens que la tension de polarisation. En général, quand la tension de polarisation devient plus négative, le courant de polarisation devient plus petit, on dit alors que le tube est polarisé plus “froid”. Quand la tension de polarisation devient moins négative, toujours sous le 0V continu, le courant de polarisation devient plus grand et le tube est dit polarisé plus “chaud”. C’est parce qu’un tube a une structure “normalement opérationnelle”, il permet au courant de parcourir le tube de la cathode à l’anode quand la grille est à 0V par rapport à la cathode. Le tube peut être bloqué et le courant stoppé en rendant le potentiel de la grille fortement négatif par rapport à la cathode. Le tube peut aussi être polarisé en référençant la grille à la masse, ou au 0V continu, et en appliquant une tension continue positive à la cathode. C’est la même chose que de mettre la cathode à la masse et d’appliquer une tension continue négative à la grille, parce ce que c’est la différence de potentiel entre la grille et la cathode qui détermine la valeur du courant de polarisation (bias) qui traverse le tube.
Comme les tubes ont une structure “normalement opérationnelle”, une astuce peut être utilisée pour les polariser sans appliquer de tension négative à la grille. Si une résistance est placée entre la cathode et la masse, et que la grille du tube est référencée à la masse (généralement en connectant une résistance de grande valeur entre la grille et la masse, de l’ordre de 1Mega Ohm), le tube essaiera de conduire un fort courant de la cathode à l’anode, puisque la grille et la cathode sont initialement au potentiel de la masse. Ainsi, ce courant de cathode va causer ne chute de tension aux bornes de la résistance de cathode, créant ainsi une tension positive à la cathode par rapport à la grille. Comme la tension de la cathode est maintenant positive par rapport à la grille, le courant va diminuer, et le tube va tendre vers sa limite (cut-off). Un point d’équilibre va être rapidement atteint, où l’augmentation du courant va être parfaitement compensée par l’augmentation de la tension de cathode, et le courant de polarisation se stabilisera à une valeur particulière. Cette valeur restera constante jusqu’à ce que la valeur de la résistance soit changée, ou qu’un tube avec des caractéristiques différentes remplace l’ancien. Ainsi cela permet de régler le point de polarisation désiré en faisant varier la valeur de la résistance de cathode.
Quand utilise-t-on le bias fixe au lieu du bias automatique?
Comme la polarisation automatique supprime le besoin de fournir une tension négative, pourquoi tous les amplis n’utilisent pas la polarisation automatique? Et bien, la polarisation automatique n’est pas sans défauts. Il s’avère que pour garder la tension de bias sur la cathode constante pendant que le signal d’entrée change, la résistance de cathode doit être bypassée par un condensateur de grande valeur. En réalité, ce condensateur court-circuite la tension alternative du signal à la masse, permettant à la tension continue de rester relativement constante. Si le condensateur est enlevé, la tension alternative du signal se superposera à la tension continue à la cathode, qui se soustraira à la différence de potentiel entre la grille et la cathode et réduira ainsi le gain de l’étage.
Le problème se pose quand il y a de grandes amplitudes du signal d’entrée et que la tension moyenne continue de la cathode change. Cela cause un déplacement du point de polarisation, généralement vers un point de polarisation plus “froid”. Ce déplacement de la polarisation peut s’entendre, mais il est quelques fois désiré pour un ampli de guitare, car il rajoute des harmoniques. Si le déplacement du point de polarisation est important, le tube atteindra sa limite (cut-off) et créera un fort taux de distorsion de croisement (crossover distorsion). De plus, le courant traversant la résistance de cathode génère nécessairement une grande tension de polarisation sur la cathode pour une utilisation correcte de la lampe (typiquement de 30-50 Volts pour les tubes de puissance les plus puissants). Cette tension se soustrait à la tension totale de l’anode, ce qui réduit la puissance de sortie disponible. Entre cette chute de tension et le déplacement de la polarisation, la puissance de sortie avec une polarisation automatique est réduite si on la compare avec la méthode du bias fixe. En conclusion, la polarisation fixe est utilisée pour les amplis de forte puissance (50W et plus), et la polarisation automatique est généralement utilisée pour des amplis de puissance moindre.
Les lampes de préamplification sont presque universellement polarisées avec la méthode de la polarisation automatique, parce qu’elles sont utilisées pour de l’amplification du signal, pas de l’amplification de puissance, ainsi les mauvais effets de la polarisation automatique ne sont plus aussi importants. Aussi, la polarisation automatique rend le circuit moins dépendant aux caractéristiques de la lampe et plus respectueux du point de polarisation. Cela permet un remplacement de lampes sans avoir à repolariser l’étage en question. Les lampes de puissances qui sont polarisées par la méthode de la polarisation automatique devraient toujours être réglées au moment du changement de lampes, car elles varient beaucoup en termes de courant de repos pour une valeur de résistance de cathode donnée, et il peut ainsi être nécessaire de changer cette valeur de résistance de cathode pour retrouver le bon point de polarisation.
Traduit par mathieu2703 pour ProjetG5.com
Article Original :
http://www.aikenamps.com/WhatIsBiasing.htm
