L’amplificateur cascode
Empilez deux tubes pour éliminer l’effet Miller, étendre la bande passante par 30×, et atteindre une impédance de sortie de l’ordre du mégohm — le tout sans sacrifier le gain.
Le cascode — deux tubes, une mission
Cathode commune + grille commune = large bande, haute impédance de sortie
Un cascode empile deux étages amplificateurs : le tube inférieur fonctionne en cathode commune (entrée sur sa grille), et le tube supérieur en grille commune (sa grille est reliée à la masse en AC). Le signal entre par la grille du tube inférieur et sort par la plaque du tube supérieur.
Le point clé : la faible impédance d'entrée du tube supérieur (≈ 1/gm) bloque l'excursion de tension de plaque du tube inférieur. Le tube inférieur a donc un gain d'environ 1. Cela élimine quasi-totalement l'effet Miller — C_Miller ≈ 2 × C_gp au lieu de C_gp × (1 + Av).
Le gain en tension est identique à celui d'un étage cathode commune avec la même charge — le cascode n'augmente pas le gain. Ce qu'il fait, c'est augmenter dramatiquement la bande passante (en éliminant la C Miller) et l'impédance de sortie (par le facteur μ du tube supérieur).
Réf : Horowitz & Hill, «The Art of Electronics» 3ᵉ éd. §2.4.4, §3.10 — Morgan Jones, «Valve Amplifiers» 4ᵉ éd. Ch.3
Conception d’étage cascode
Comparez les performances standard vs cascode avec vos paramètres de tube
Topologie cascode
Tube inférieur = tension→courant, tube supérieur = tampon de courant
Le tube inférieur (V1) convertit la tension d'entrée en courant. Sa plaque bouge à peine car le tube supérieur (V2) présente une faible impédance (≈1/gm) à sa cathode. V2 transmet ensuite ce courant à travers la charge de plaque Ra à haute impédance, développant la tension de sortie. La grille de V2 est maintenue à une polarisation DC fixe et découplée à la masse en AC.
Comparaison des topologies cascode
Choisir le bon cascode pour votre application
| Topologie | Z sortie | Bande passante | Usage | Notes |
|---|---|---|---|---|
| Triode-Triode | rp × μ ≈ 6MΩ | 30× amélioration | Préampli hi-fi, phono | Classique, deux moitiés de 12AX7 |
| Triode-Pentode | 10MΩ+ | Très élevée | Large bande, mesure | Pentode supérieure donne Zout extrême |
| MOSFET-Tube | 5-50MΩ | Excellent | Conceptions hybrides | DN2540 + 12AX7, pas de chauffage pour MOSFET |
| Cascode replié | rp × μ | Élevée | Conceptions basse B+ | Équivalent PNP/NPN, économise la marge |
Polarisation du cascode
La polarisation du tube supérieur est critique
1. Tension de grille du tube supérieur
La grille du tube supérieur doit être à une tension DC qui place le point de jonction (plaque V1 = cathode V2) à la bonne tension de fonctionnement. Pour un cascode 12AX7 avec B+=300V : régler Vg2 ≈ 100–150V avec un diviseur résistif depuis B+. La valeur exacte dépend du courant de fonctionnement et du partage de tension de plaque.
2. Condensateur de découplage
La grille supérieure DOIT être reliée à la masse en AC par un condensateur de découplage. Sans lui, le tube supérieur n'est pas un vrai étage grille commune, et la réduction de l'effet Miller est compromise. Utilisez un condensateur film de qualité (100nF–1µF) à la masse. Le point à -3dB doit être bien en dessous de 20Hz.
3. Valeurs typiques (12AX7)
4. Quand utiliser un cascode
Utilisez un cascode quand : (a) vous avez besoin d'une large bande passante (préampli phono avec source 47kΩ), (b) vous avez besoin d'une impédance de sortie très élevée, (c) vous voulez éliminer l'effet Miller sans passer aux pentodes. Ne l'utilisez pas quand : la marge B+ est limitée (il faut ~150V minimum), ou quand vous n'avez qu'une seule triode disponible.
Testez vos connaissances
What is the primary benefit of a cascode amplifier?
Références
- Paul Horowitz & Winfield Hill, The Art of Electronics, 3rd ed., Cambridge University Press, 2015. ISBN 978-0521809269Référence canonique pour la conception analogique — tubes au Ch. 2.4 et Ch. 3.
- Morgan Jones, Valve Amplifiers, 4th ed., Newnes, 2012. ISBN 978-0080966403Traitement moderne et rigoureux de la conception audio à tubes.