AOP à Tubes

Je vous présente aujourd'hui un billet qui plaira à tout ceux qui comme moi affectionnent la chaleureuse lueur des filaments de tungstène incandescent de ces vieux tubes électroniques. Il faut se rappeler que les amplificateurs opérationnels ont été développés au court de la seconde guerre mondiale, à l'époque de l'électronique à tubes pour la construction de calculateurs analogiques. Le terme lui-même d'amplificateur opérationnel ( Operational Amplifier ) fut introduit par John R. Ragazzini en 1947. Un amplificateur opérationnel à lampe électronique ressemblerait en principe au schémas suivant:

Le principe de fonctionnement du circuit ci-dessus est assez simple à comprendre car c'est le même circuit qu'avec une TECJ (transistor à effet de champs à jonction). Les deux triodes sont idéalement situées dans le même tube (triode double) ceci dans le but de limiter la dérive. Une forme améliorée et plus performante de notre ampli-op à tube pourrait être construite ainsi:

Les deux premières triodes (celles de gauche) constituent une paire différentielle, convertissant la différence de tension entre les entrées en un seul signal, amplifié qui est ensuite passé par un diviseur de tension (R2-R4) à la grille de la triode de gauche de la seconde paire. Cette triode amplifie et inverse le signal fourni par la paire différentielle. Puis le ce signal amplifié est appliqué à la seconde triode (complètement à droite) qui est montée en amplificateur non-inverseur augmentant encore d'avantage le gain. Les tubes (ampoules) au néon agisse à titre de régulateur de tension. Ils sont les équivalents 'tube' des diodes zener. Elle fournissent une tension de polarisation entre les deux triodes.

Ce circuit reste un circuit de base malgré qu'il fut utilisé commercialement dans les années 1950. Des circuits plus élaborés permettront de meilleurs performances. Par exemple, la stabilisation par hachage (chopper stabilization) inventé par Edwin A. Goldberg en 1949 améliore grandement la stabilité des amplificateurs à tube. Un amplificateur à stabilisation par hachage emplois un second amplificateur, haut gain, à couplage C.A. L'entrée du hacheur couplé en c.a. sur l'entrée inverseuse de l'amplis principale c.c. tandis qu'un commutateur bascule périodiquement l'entrée du hacheur sur la masse selon une fréquence de 60Hz à 400Hz. L'action de la commutation hache le signal c.c. en un signal c.a. qui est grandement amplifier (1000 fois et plus). La sortie du hacheur est redressé et filtré puis appliquer à la seconde entrée de l'amplificateur principal. Il en résulte que la dérive est réduite d'un ordre de grandeur comparable au gain du hacheur.
 

Avec une stabilisation par hachage un AOP peut avoir une tension de décalage stable à quelques µV près et sa dérive est assez lente pour qu'un ajustement manuel du zéro ne soit plus nécessaire. Il y a cependant des inconvénient à cette technique, rien n'est gratuit en ce monde. L'architecture d'un hacheur élémentaire comme celui décrit ci-dessus utilise la seconde entrée (l'entrée non-inverseuse) de l'AOP pour appliquer la tension c.c. de correction du signal. C'est pourquoi tout les anciens AOP de ce genre opéraient en mode inverseur uniquement. Avec le temps, des amélioration à l'architecture des amplificateurs à hacheur seront développé qui élimineront cette contrainte rendant disponible des AOPs de haute-précision dans tout les modes.
 

L'auteur n'assume AUCUNE responsabilité concernant les conséquences pouvant découler de l'usage des circuits ou de toute erreur de conception. Ses informations sont fournis tel quel sans aucune garantie.

©2013