Inverseurs de phase
Comment diviser un signal asymétrique en deux sorties équilibrées et en opposition de phase pour l’amplification push-pull. L’inverseur de phase est le cerveau de tout amplificateur push-pull — et l’étage le plus mal compris.
Pourquoi l’inversion de phase ?
L’amplification push-pull nécessite deux signaux : identiques en amplitude, opposés en phase.
Un amplificateur asymétrique possède un seul tube de sortie. Un amplificateur push-pull en a deux (ou plus), conduisant alternativement sur les demi-cycles opposés du signal. Un tube "pousse" le courant à travers le transformateur de sortie tandis que l'autre "tire" — annulant les harmoniques paires et doublant la puissance disponible.
Mais votre source de signal — un préampli, un micro de guitare, un DAC — produit un signal unique. Pour attaquer un étage de sortie push-pull, vous avez besoin de deux copies de ce signal, déphasées de 180°. C'est exactement ce que fait un inverseur de phase.
La qualité de votre inverseur de phase détermine la qualité de votre étage push-pull. Un inverseur de phase déséquilibré signifie une attaque déséquilibrée, ce qui implique une annulation harmonique incomplète, un écrêtage asymétrique et des performances compromises. Chaque watt de puissance de sortie passe par cet étage.
La Cathodyne (charge répartie)
L’inverseur de phase le plus simple : une triode, deux charges égales, gain unitaire.
La cathodyne utilise une seule triode avec des résistances de plaque et de cathode égales (Ra = Rk). La sortie plaque est inversée (comportement normal d'un amplificateur), tandis que la sortie cathode suit l'entrée en phase.
Le gain de chaque sortie est légèrement inférieur à l’unité :
Le point essentiel : les deux sorties ont des amplitudes identiques mais des impédances de sortie différentes. La sortie plaque a une impédance de Ra ∥ rp, tandis que la sortie cathode a une impédance beaucoup plus faible de Rk ∥ (rp/μ). Cette asymétrie compte lors de l'attaque de charges capacitives (câbles longs) ou de tubes de sortie avec courant de grille.
La paire à longue queue
Deux triodes, une résistance de queue commune, et l’inverseur de phase le plus polyvalent jamais conçu.
La paire à longue queue (LTP) est un amplificateur différentiel : deux triodes partageant une résistance de cathode commune — la "queue." Le signal entre par une grille ; l'autre grille est maintenue à un point de polarisation fixe. La résistance de queue agit comme une source de courant constant rudimentaire, forçant toute augmentation du courant d'un tube à produire une diminution égale dans l'autre.
Contrairement à la cathodyne, la LTP fournit un véritable gain en tension :
Avec une 12AX7 et des résistances de plaque de 100kΩ : gain ≈ 34 par phase. C'est une amplification en tension de 34× plus la division de phase en un seul étage.
La valeur de la résistance de queue détermine l'équilibre : plus Rtail est élevée, meilleur est l'équilibre (s'approchant d'une vraie source de courant constant). Valeurs typiques : 10kΩ–47kΩ, avec une tension d'alimentation négative pour maintenir une marge de polarisation adéquate.
Le Paraphase
Deux amplificateurs en série : l’un produit le signal, l’autre en inverse une fraction.
Le paraphase utilise deux étages de gain séparés. La première triode amplifie l'entrée normalement. Un diviseur de tension prélève une fraction de ce signal amplifié et l'envoie à la seconde triode, qui l'inverse. Le rapport du diviseur est choisi pour que la sortie du second étage corresponde exactement à l'amplitude du premier.
L'élégance du paraphase est que chaque sortie possède son propre étage de gain indépendant avec des charges de plaque identiques. Les deux sorties ont la même impédance et la même capacité d'attaque.
Le point faible : l'équilibre dépend du rapport du diviseur étant précisément calibré par rapport au gain du tube. Si le tube vieillit, ou si vous en remplacez un différent, l'équilibre dérive. Certaines conceptions ajoutent un potentiomètre d'ajustement dans le diviseur.
Visualisation des formes d’onde
Observez comment chaque topologie divise le signal. Augmentez l’attaque pour observer le comportement d’écrêtage.
À faible niveau d'attaque, les trois topologies produisent des sorties équilibrées quasiment identiques. Les différences apparaissent en saturation : la cathodyne écrête de manière asymétrique (un côté compresse avant l'autre), tandis que la LTP écrête symétriquement. Le comportement du paraphase dépend de la précision du réglage du diviseur.
Comparaison des topologies
Choisir le bon inverseur de phase pour votre conception.
| Paramètre | Cathodyne | Paire différentielle | Paraphase |
|---|---|---|---|
| Nombre de tubes | 1 (½ double) | 2 (1 double) | 2 (1 double) |
| Gain en tension | < 1 (unitaire) | ≈ μ·Ra/(ra+Ra) | ≈ μ·Ra/(ra+Ra) |
| Équilibre des sorties | Excellent | Très bon | Bon (ajusté) |
| Impédance de sortie | Asymétrique | Symétrique | Symétrique |
| Capacité d’attaque | Limitée | Forte | Forte |
| TRMC | N/A | Élevé | Modéré |
| Caractère en saturation | Doux, asymétrique | Écrêtage symétrique | Complexe |
| Usage typique | Hi-fi faible puissance | La plupart des amplis | Designs vintage |
La décision pratique : Pour la plupart des amplificateurs push-pull, la paire à longue queue est le bon choix. Elle fournit du gain, un bon équilibre, des impédances de sortie symétriques et un comportement en saturation prévisible. La cathodyne est élégante pour les conceptions de faible puissance où un étage à gain élevé en amont fournit l'excursion de tension. Le paraphase est historiquement intéressant et tonalement distinctif, mais sa sensibilité d'équilibre le rend moins fiable en production.
Concevoir une LTP
Étape par étape : valeurs des composants pour une paire à longue queue 12AX7 attaquant un push-pull EL34.
1. Choisir le tube. Une 12AX7 (μ=100, rp=62,5kΩ) est le standard. Pour un gain plus faible et une meilleure linéarité, envisagez une 12AT7 (μ=60, rp=37kΩ) ou une 12AU7 (μ=17, rp=7,7kΩ).
2. Fixer les résistances de plaque. Valeurs égales, typiquement 82kΩ–100kΩ pour une 12AX7. Des valeurs plus élevées = plus de gain mais moins de marge dynamique. Avec Ra = 100kΩ :
3. Fixer la résistance de queue. La queue définit le point de fonctionnement et détermine l'équilibre. Une résistance de queue plus élevée améliore le TRMC (taux de réjection du mode commun) mais nécessite un B+ plus élevé ou une alimentation négative pour maintenir la polarisation. Typique : Rtail = 10kΩ–47kΩ.
4. Fixer la polarisation. Pour la LTP, la grille non attaquée est ramenée à la masse par une résistance (Rg = 1MΩ). La résistance de queue développe la tension de polarisation : Vk = Ia(total) × Rtail. Avec deux sections de 12AX7 à 0,5mA chacune, et Rtail = 22kΩ : Vk = 1mA × 22kΩ = 22V. Cela signifie que chaque grille est à −22V par rapport à sa cathode.
5. Condensateurs de couplage. Typiquement 0,022μF–0,1μF vers les grilles des tubes de sortie. La valeur détermine le point −3dB basse fréquence : f = 1 / (2π · C · Rg). Avec 0,022μF et des résistances de grille de 220kΩ : f = 33Hz — suffisant pour l'audio large bande.
6. Vérifier l'excursion de tension. Les tubes de sortie EL34 nécessitent environ 40Vpk d'attaque grille-à-grille pour la pleine puissance. Avec un gain de 61 par phase, il ne faut que 40 / (2 × 61) = 0,33Vpk à l'entrée de la LTP. En pratique, une grande partie de ce gain est disponible pour la contre-réaction — c'est exactement pourquoi la LTP est préférée dans les amplificateurs à contre-réaction.
Inverseurs de phase et saturation
Pourquoi l’inverseur de phase façonne le caractère d’écrêtage de votre amplificateur.
Dans les amplificateurs de guitare, l'inverseur de phase est souvent le premier étage à écrêter lorsqu'il est fortement attaqué. La façon dont il écrête définit le caractère de saturation de l'amplificateur.
Écrête de manière asymétrique. La sortie plaque compresse avant la sortie cathode, créant un déséquilibre qui produit des harmoniques paires (2e, 4e). Son chaud, rond, légèrement compressé. C'est le caractère du Vox AC15.
Écrête de manière symétrique. Les deux phases limitent ensemble, produisant principalement des harmoniques impaires (3e, 5e). Son agressif, serré, articulé. C'est le crunch Marshall — l'inverseur de phase contribuant autant au son que les tubes de sortie.
Le crunch légendaire du Marshall JCM800 provient en grande partie de son inverseur de phase LTP poussé en écrêtage. Jim Marshall ne l'a pas conçu intentionnellement ainsi — c'était un heureux accident de la structure de gain du circuit. Mais c'est la raison pour laquelle un Marshall poussé à fond sonne différemment d'un Fender poussé à fond, même avec des tubes de sortie identiques.
Équations clés
Les mathématiques derrière la conception des inverseurs de phase.
Testez vos connaissances
Validez votre compréhension des topologies d'inverseurs de phase avant de continuer.
Pourquoi un amplificateur push-pull a-t-il besoin d'un inverseur de phase ?