Tout savoir sur les lampes

Un cours condensé sur la technologie à lampes de nos amplificateurs. Ce dossier détaille également les lampes les plus utilisées dans le domaine de l’amplification.

Fonctionnement d’une lampe

Diode (à vide)

Une lampe est constituée au minimum d’une anode, d’une cathode (chauffée) et d’une enceinte en verre ou en céramique dans laquelle on a créé le vide afin d’éviter toute combustion et détérioration des éléments de la lampe.

La cathode (noté K)

La cathode a besoin d’être chauffée pour que la lampe puisse fonctionner.

Pour cela, on utilisera un filament de tungstène dans lequel circulera un faible courant. C’est le même filament qui équipe les lampes à incandescence…

• Lorsque la cathode et le filament ne font qu’un on parle alors de chauffage direct.
• Lorsque la cathode est séparée du filament, on parle alors de chauffage indirect.

Son rôle est de libérer des électrons, c’est pourquoi elle a besoin d’énergie notamment thermique…

L’anode (noté A ou P)

L’anode, aussi connue sous le nom de plaque (plate in english…), entoure la cathode. Lorsque la cathode est chauffée, l’anode qui est chargée positivement capte les électrons émis par la cathode.

Dans ce cas il s’agit d’une diode à vide : composant électronique, semi conducteur, ne laissant passer le courant que dans un sens.

On retiendra que, si on réunit les conditions suivantes :

• Cathode chauffée
• Anode chargée positivement (+)

Alors, un courant s’établit de l’anode vers la cathode.

Pour ceux qui suivent… Je ne me suis pas trompé, le flux d’électron et le sens du courant sont opposés! C’est la convention qui veut ça.

Les diodes à vides sont toujours d’actualité ! Les GZ34 entre autres sont des doubles diodes à vide. On les utilise comme redresseur dans certains amplis (comme dans les MESA BOOGIE par exemple) pour obtenir une tension continue : La fameuse Haute Tension continue des amplis à lampes.

Pourquoi ne pas laisser la place à de simple diode ? tout simplement pour une histoire de « Sag ». C’est à dire qu’avec une lampe redresseur le son est légèrement compressé. C’est comme si on retirait les crêtes dans le son afin de le rendre moins agressif.

La triode

Par la suite, un certain Lee De Forest mit au point une lampe où il intercala une grille (de contrôle) entre l’anode et la cathode.

Il appela sont invention l’audion.

Audion de Lee De Forest (1906)

Ce composant s’appelle aujourd’hui plus communément Triode.

Voici deux schémas selon le chauffage employé.

La triode fonctionne comme une diode à la différence que cette fois-ci, le flux d’électron sera contrôlé par une « gâchette ». La « gâchette n’est autre que la grille de contrôle.

Plus cette grille est chargéz négativement, plus le flux d’électron est freiné.

Plus la tension appliquée à la grille (Ug) est négative, plus le courant de cathode (Ik) sera petit.

Plus Ug sera nul (proche de 0V) et plus Ik sera grand.

• Ug est de l’ordre du volt à la dizaine de volts
• Ik est de l’ordre de quelque mA à la centaine de mA.

On retiendra que :

• Si la tension de grille Ug est très négative, il y aura un courant de cathode (Ik) proche de 0mA.
• Si la tension de grille Ug est proche de 0V, il y aura un courant de cathode (Ik) grand ~ 8mA (Cas d’une 12ax7) ~ 200mA (triode de puissance)
• La grille pilote la triode.

Pour conclure, la triode est une évolution de la diode, où l’on a rajouté une grille de contrôle. La triode est surtout employée dans l’étage de pré amplification, exemple : la 12ax7 est une double triode (deux triodes dans la même ampoule), mais aussi en étage de puissance : La 300B (Usage audiophile principalement).

La fonction amplificatrice est née !

Si on injecte le signal des micros de la guitare sur la grille, en sortie de cathode on aura un courant qui sera à l’image du son de la guitare. Il suffira de faire circuler ce courant dans une résistance pour faire apparaitre une nouvelle tension. Cette tension aura la même forme que le signal des micros mais amplifié.

C’est la valeur de cette résistance et le facteur d’amplification de la lampe qui fixeront le gain. Et ainsi de suite, chaque étage de l’amplification consistera à injecter un signal de commande sur la grille de la prochaine lampe jusqu’aux lampes de puissance. Ainsi progressivement, le signal issu des micros traverse les lampes les unes après les autres jusqu’à être suffisamment conséquent pour être injecté dans le transformateur de sortie qui animera le haut-parleur.

La tétrode

Par la suite, la triode donna naissance à la tétrode : apparition d’une nouvelle électrode appelée grille écran.

Cette grille écran (g2) est située entre l’anode (A) et la grille de contrôle (g1). Cette grille écran (g2) chargée positivement permet de réduire de façon conséquente les défauts de la triode pour en améliorer le gain et la bande passante. Mais cette nouvelle grille fait apparaitre un effet d’émission secondaire qui est dû à l’échauffement de l’anode. Cet effet étant indésirable en audio, la tétrode est surtout employée dans les applications de hautes fréquences (Radio émetteurs).

Mais nous nous intéresserons plus particulièrement à d’autres évolutions de la triode que sont :

• La pentode
• La tétrode à faisceau dirigé. (ha ! la revoilà la tétrode…)

La pentode (et dérivée de)

Les pentodes sont donc des tétrodes auxquelles l’on a rajouté 1 électrode grille d’arrêt (g3).

C’est cette grille qui rendra cette lampe intéressante dans les applications audio.

La pentode est créée en 1926 par Bernard Tellegen de la société Philips

La pentode permet d’obtenir un meilleur rendement que la tétrode et une linéarité plus grande de la courbe courant / tension du tube pour une même tension de la grille de contrôle. C’est notamment cette linéarité qui la rend intéressante d’un point de vue audio.

Exemple de pentode : EL34, EL84

Tétrode à faisceau dirigé

Enfin les tétrodes à faisceau dirigé (Beam tetrode in english).

Ce sont des pentode ou la grille d’arrêt (g3) est relié directement à la cathode (K).

Exemple : KT66, 6L6

Généralité sur les lampes

Chauffage

Il est fréquent que le chauffage des lampes soit en 6,3V.

Le courant de chauffage peut être AC (alternatif) ou DC (continu).

L’alternatif est la solution retenue car la plus simple : les filaments des lampes sont directement raccordés aux bornes du transformateur de chauffage si aucun « Buzz » (bruit de fond) n’est ressenti, sinon le problème se corrige en redressant le courant pour alimenter les filaments en continu.

Désignation

En générale, les références européennes commençant par un « E » sont issue de la Mullard-Philips tube désignation (ECC83 / EL34 / EL84 / etc…).

Support

Les lampes prennent places sur des supports en céramique :

Support « octal » (=8 broches) à fixer sur un châssis ou encore micalex :

Support « noval » (= 9 broches) pour circuit imprimé.

Lampes de pré-amplification

Les lampes de pré amplification servent à ré-hausser le niveau du signal provenant de la guitare afin d’attaquer convenablement l’étage de puissance, il s’agit en fait d’une amplification de tension (pour passer de quelques mV à quelques dizaines de volts, soit une augmentation de l’ordre de x 5000).

Il existe beaucoup de possibilités pour pré-amplifier un signal d’autant que la pré-amplification dépendra entre autres de l’étage de puissance.

Voici un montage courant et qui a fait ses preuves :

• 3 x 12AX7 et 2 lampes de puissance.

Le premier étage

Il ré-hausse le signal provenant de la guitare afin d’attaquer le deuxième étage.

Le potentiomètre de gain agit couramment sur cet étage. C’est donc sur cette lampe que l’on agit pour jouer en clean, en crunch ou en overdrive.

Cette lampe influencera la tonalité globale de l’amplificateur. Cette lampe devra être tout particulièrement bien choisie, une lampe triée pour son faible bruit est conseillée.

Le deuxième étage

Cet étage est un étage dit « intermédiaire », il précède généralement l’égaliseur.

S’il s’agit simplement d’une lampe « suiveur », celle-ci n’a pas particulièrement besoin d’être une lampe triée.

Cette lampe influence aussi la tonalité de l’ampli.

Il est donc judicieux de la choisir de telle sorte qu’elle soit complémentaire, donc différente, de la lampe du premier étage.

Le troisième étage

Dans notre cas, nous avons 2 lampes de puissance (Push-Pull). Il faut donc repartir le signal sur chacune des deux lampes amplificatrices, c’est ce rôle que va jouer ce troisième étage.

On l’appelle communément le « phase inverter ou PI ».

Il est préférable de conserver le type de tube d’origine à cet étage, de plus on veillera à choisir une lampe « balanced ».

« Balanced » : Les 12AX7 « Balanced » sont des doubles triodes qui ont été triées pour leur « parfaite » symétrie de fonctionnement des deux triodes.

Toutes 12AX7 peut être remplacées par des 12AX7 / ECC83 / ECC803 afin d’obtenir des sonorités différentes.
Voici ici le seul intérêt de le faire si ce n’est de remplacer un tube en fin de vie…

Mais il est aussi possible de remplacer une 12AX7 par une 12AT7. Là, le changement est plus radicale car on change le facteur d’amplification et par conséquent, l’ampli « crunchera » plus tard. Par ex : au lieu de « cruncher » à la position 5 (12h), il « crunchera » à la position 7 (9h).

L’inverse aussi est tout à fait possible ! Suis-je clair ?

L’étage de la lampe sera aussi un facteur déterminant pour son remplacement. (cf un peu plus haut)

Voici un tableau regroupant les lampes de pré amplification en fonction du facteur d’amplification (µ) :

• µ = Facteur de gain
• Va max = Tension max applicable à l’anode
• Pa max = Puissance dissipée max de l’anode
• Ia max = Courant max de l’anode
• Ihh = Courant de chauffage du filament

Si d’origine il y a un blindage, enlevez le soigneusement et veillez à bien le remettre en place.

Voici les possibilités de remplacement des tubes de pré ampli :

En pré amplification, il n’y a pas de Bias à régler. Donc pas de panique, la manœuvre est accessible à tous !

Si la lampe ne rentre pas dans son support, ne forcez pas ! il n’y a qu’un sens possible…

Cependant ne mettez pas vos doigts n’importe où (notamment sur le circuit et les bornes) et débranchez l’ampli avant toute intervention !

Les 12ax7

Ces lampes sont du type noval, elles contiennent deux triodes du type 6SQ7

La première 12ax7 est issue des laboratoires de la RCA en 1946.

Ce sont les doubles triodes qui affichent le plus grand gain. Elles sont donc idéalement utilisées dans les pré ampli de guitare pour leur saturation. Chaque triode est indépendante.

Sovtek 12AX7 – WA,WB,WC

Ces 3 types de lampe se distinguent principalement par le gain. La WA a un gain de 80, la WB de 90, et la WC près de 100.

Le WA a donc un gain de 20% de moins que la « norme » 12AX7, pPour cette raison, la WA est souvent utilisé en étage d’entrée (V1) d’un ampli de guitare, car ce tube a un faible niveau de bruit.

Les différences de tons entre les types ne sont pas particulièrement flagrantzs et la tonalité de ces lampes a tendance à être riche en basses.

JJ ECC83 / 12ax7

Ces tubes se distinguent des autres types de 12AX7 par leurs plaques courtes. Dans le passé, les plaques courtes conduisaient à d’importants problèmes, mais il semble que JJ les a corrigés et les 12AX7 JJ sont devenus plus fiables.

Ce sont des tubes populaires, avec un niveau de bruit très faible et une amplification moyenne de 105 !

Cette lampe a un ton chaud, avec des médiums riches, mais sans basse excessive. Ce ton est souvent appelé « Brown Sound », et est produite uniquement par JJ.

Ce tube est souvent utilisé dans les amplificateurs de guitare, en particulier pour le blues et le hard rock.

JJ ECC803

Tonalité semblable à la JJ 12AX7 «normale» , mais le son parait plus complet et plus puissant avec de plus grandes basses.

La ECC803 a également des plaques beaucoup plus importantes et attire beaucoup plus de courant si elle est utilisée dans les mêmes conditions que d’autre 12AX7. C’est une lampe de qualité, parfaitement adaptée pour les amplis guitare. Elle est même hautement recommandée pour une utilisation en saturation.

Elektro Harmonix 12AX7

Il est souvent affirmé que la 12AX7 EH est une version rebaptisé de la Sovtek 12AX7LPS, cela était peut être vrai au début, mais entre-temps un tube indépendant a été mis au point. Comme avec la plupart des lampes de l’usine Reflektor, ce tube a tendance à produire beaucoup de basse et des aigus un peu sourds. Elle a un gain moyen de 110.

L’EH est d’une qualité exemplaire, et elle a un niveau de bruit modéré.

En raison de son facteur d’amplification élevé, ce type est très dynamique et travaille très bien dans les applications instrumentales.

Sovtek 12AX7LPS

Selon Sovtek, la 12AX7LPS a été développée spécifiquement pour l’audio. Ce tube est très linéaire, avec des basses légèrement accentuées.

Intéressante pour les applications audio.

TungSol 12ax7

Le seul point commun entre cette 12AX7 et l’original est le nom, celles-ci ont été récemment rééditée en Russie, et le son est très proche de la 12AX7LPS de Sovtek. C’est une lampe de qualité avec un son clair.

Elle sonne très bien dans les ampli Fender en particulier ceux avec un canal overdrive moderne.

Les 12ax7 de chez EH ou JJ peuvent aussi être en version « Gold ». Cela signifie qu’elle ont leurs connecteurs en « plaqué or ».

5751

La 5751 et une des lampes de pré-ampli préférées de Stevie Ray Vaughn. Avec son facteur de gain inférieur de 30% par rapport à 12AX7, mais 100% interchangeables

Un pré ampli, en utilisant la 5751, crée un ton plus crémeux et plus doux qu’avec une 12AX7, si votre ampli a trop de gain, le 5751 serait le choix idéal pour « calmer » l’ampli. Les versions US sont les meilleurs.

Lampes de puissances

Quatre lampes Electro Harmonix KT88 dans un amplificateur Traynor YBA-200.

Les triodes

Beaucoup de tétrode à faisceau dirigé et de pentode peuvent être câblées en triode. Il suffit de consulter les DataSheet pour connaitre les possibilités.

Certains amplis ont un commutateur tétrode/triode ou pentode/triode.

Cela a pour effet de réduire la puissance ce qui n’est pas négligeable car même avec un ampli de 20W ce n’est pas toujours facile de canaliser la puissance…

300B

La 300B est une lampe de « prestige » qui est surtout employé en HIFI. Elle est la préférée des Jazz-Man. Il est possible de la rencontrer en amplification guitare mais c’est relativement rare (trop fragile pour être transportée). C’est une lampe qui sera utilisée pour restituer un son clair et cristallin, très proche du son naturel.

Un exemple serait le Diamond 300B tube amp de Siegmund Guitars.

Les pentodes

EL 34 (UE) / 6CA7 (USA Mil.) / 6P27S (URSS)

L’EL34 est une pentode mise au point par Mullard. Son équivalent américain le plus courant est la 6CA7.

C’est une lampe qui est généralement associée au son anglais dont Marshall est la marque la plus représentative car il sature plus vite que ses concurrents que sont les 6l6, les KT88 où encore les 6550.

C’est la lampe qui équipe les JCM800.

On la retrouve volontiers par pair en montage Push-pull AB1 avec des tensions de plaque comprises entre 375V et 450V pour développer un total de 50W et en quartet dans des montages Push-pull AB1 avec des tensions de plaque comprises entre 425V et 500V pour produire cette fois-ci quelque 100W.

Caractéristiques

• Support octal
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum : 800V
• Dissipation de plaque 25 W
• Datasheet JJ-E34L

EL 84 (UE) / 6BQ5 (USA Mil.) / 7189 / 6P14P

Tout comme l’EL34, EL84 est une pentode moins puissante mais son spectre harmonique est tout aussi riche. Elle fut développée par Philips en 1953 pour répondre à un besoin technique de simplification des radios de l’époque. En effet ces tubes furent étudiés pour se dispenser d’un étage de « driver ». C’est à dire qu’ils peuvent directement amplifier un faible signal. Dans le monde de la guitare, ce sont Watkins puis Vox qui forgeront les lettres de noblesse de ce tube « so british »

C’est la lampe qui équipe notamment les VOX AC 30.

Caractéristiques

• Support noval
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum :300V
• Dissipation de plaque 12 W
• Datasheet

Tétrode à faisceau dirigé

6V6 (USA) / 6AQ5 (USA Mil.) / 6V6GT(USA) / 6P6S (URSS)

La 6V6 est une lampe américaine développée par la RCA (Radio Corporation of America) en 1937. Il s’agit d’une tétrode à faisceau dirigé. Elle fut étudiée pour remplacer la 6F6 qui équipait les postes radios de l’époque.

Cette lampe équipe entre autres le Fender Deluxe Reverb et le Deluxe 5E3

Caractéristiques

• Support octal
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum :250V
• Dissipation de plaque 10 W
• Datasheet :

6L6, 6L6G, 6L6GA, 6L6GB, 6L6GC (USA) / EL37(UE)

La 6L6 est aussi une lampe issue des laboratoires de la RCA en 1936. Tout comme la 6V6, Il s’agit d’une tétrode à faisceau dirigé. Ce tube est plutôt utilisé pour le son clair cristallin ou crunch bluesy s’il est poussé. Elle est fréquemment utilisée dans les amplis Fender.

La 6L6 est sans doute la lampe qui présente le plus de déclinaison et la 6L6GC est la dernière version du tube 6L6. Cette version dispose d’une dissipation plaque de 30 watts alors que la première est donnée pour 24W, supporte des tensions maxi d’anode de 500V et 450V pour la grille écran (5Watt). Si votre amplificateur est équipé de ce tube, vous ne pourrez probablement pas utiliser les premières versions des 6L6 car ils ne sont pas conçus pour supporter des tensions aussi élevées.

La référence est le RCA 6L6GC « blackplate » de 1956.

Caractéristiques

• Support octal
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum :250V / 500 V
• Dissipation de plaque 24 W / 30W
• Datasheet 6L6
• Datasheet 6L6GC

5881

Les 5881 sont des versions militaires de la 6L6WGB, peuvent directement remplacer les 6L6GC, si vous cherchez un peu moins de puissance.

Caractéristiques

• Support octal
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum : 400V
• Dissipation de plaque : 25W
• Datasheet 5881-tungsol1962

6550

La 6550 est une tétrode à faisceau dirigé conçue par Tung-Sol, au New Jersey (États-Unis) en 1965. C’est donc une lampe relativement récente. Il s’agit en fait d’une « 6L6 à haut rendement » avec une meilleure stabilité et une puissance supérieure. Elle peut fonctionner avec une tension d’anode à 600VDC et d’écran à 400VDC. Le tout avec une dissipation de plaque de 35 watts.

Les KT88, KT90, et 6550, bien que non identiques, sont souvent interchangeables en fonction du circuit.

Caractéristiques

• Support octal
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum :600 V
• Dissipation de plaque 35 W
• Datasheet

 

KT66 (UE)

KT66 est la référence d’une lampe introduite par Marconi-Osram Valve Co. Ltd (M-OV) en 1937.

La KT66 est la descendante directe de la lampe « Harries » développée par l’ingénieur britannique J. Owen Harries et commercialisée par la Hivac Ltd Co. en 1935. Harries est considéré comme le premier ingénieur à découvrir l’effet de la «distance critique». Il a maximisé l’efficacité de la tétrode de puissance en positionnant son anode à une distance qui est un multiple spécifique de la distance écran grille-cathode. Cette conception permettait également de minimiser les interférences des électrons à émission secondaire d’anode.

Les ingénieurs d’EMI, Cabot Bull et Sidney Rodda, ont amélioré la conception d’Harries avec une paire de plaques en faisceau, reliée à la cathode, qui a pour effet de diriger le flux d’électron en deux zones étroites et qui agi également comme une grille d’arrêt. La tétrode à faisceau dirigé a également été développée pour échapper aux brevets que l’entreprise Philips détenait sur les pentodes de puissance en Europe. Cette conception élimine le pli caractéristique des « tétrodes » dans la partie inférieure de la courbe tension-courant de la tétrode (qui entraînaient parfois les amplificateurs à tétrode à devenir instable). M-OV commercialisait cette famille de lampe sous le nom de « KT » pour « kinkless tétrode « .

Un certain nombre de lampes « KT » ont ensuite été commercialisées par M-OV pour concurrencer les lampes américaines :

• La KT66 (6L6)
• KT77 (EL34)
• KT63 (6V6)

Bien que la 6L6 de chez RCA (1936) a été la première véritable « lampe de puissance à faisceau dirigé » sur le marché, la KT66 est devenue plus tard presque aussi célèbre, du moins en Europe. Les deux tubes sont presque interchangeables, sauf que la KT66 était un peu plus robuste que les premières 6L6.

Les KT66 étaient très populaire dans les radios européennes et amplificateurs audio. Elles ont été la lampe de sortie standard dans les JTM45.

M-OV cessé la fabrication des lampes en 1988. Mais les KT66 sont encore fabriqués Chez Saratov en Russie, et à Liuzhou (Shuguang) en Chine.

Caractéristiques

• Support octal
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum :500 V
• Dissipation de plaque 25 W
• Datasheet kt66-mov77

KT88

La KT88 correspond à un standard à huit broches. Spécialement adaptée pour l’amplification audio, la KT88 a des valeurs de fonctionnement similaires à la 6550 américaine. Elle est l’une des plus puissantes de sa catégorie et peut traiter des tensions de plaque significativement plus élevée que les lampes semblables : jusqu’à 800 volts. Une paire de KT88 en montage « push-pull » AB1 est capable de délivrer 100 watts de puissance avec 2,5% de distorsion harmonique totale ou jusqu’à environ 50W à faible distorsion dans les applications Hi-fi.

Les tubes de transmission TT21 et TT22 ont presque les mêmes caractéristiques de transfert qu’une KT88, mais un brochage différent avec notamment leur broche d’anode qui se situe en haut du bulbe. Elles ont par ailleurs une valeur maxi de tension de plaque supérieure (1,25 kilovolts) et une plus grande capacité de puissance de sortie de 200 watts en classe push pull AB1 [1].

La grille écran est parfois raccordée à l’anode afin qu’elle devienne une triode avec une puissance maximale inférieure, mais considérée par certaines personnes d’une excellente qualité sonore.

Caractéristiques

• Support octal
• Chauffage filament : 6.3V
• Tension de plaque maximum :800 V
• Dissipation de plaque 35 ~ 50W
• Datasheet kt88-mov74