Pour
Constructeurs d'amplis à tubes qui veulent un vrai Studio : concevoir tout régulateur à tubes depuis le cahier des charges, simuler, diagnostiquer et exporter.
Vous apprendrez
  • Comparer toutes les topologies de régulateurs à tubes sur un banc commun
  • Maîtriser la physique des tubes VR à cathode froide, l'empilement et le ballast
  • Concevoir des régulateurs série + ampli d'erreur avec Zout, ripple et stabilité prévisibles
  • Diagnostiquer les pannes en direct (oscillation, sag, ronflement, non-amorçage) avec l'assistant interactif
  • Exporter des rapports Markdown + des netlists SPICE branchés aux modèles Koren d'Ampera
Avant de commencer
Alimentation et redressement
Durée et niveau
45 minAvancé

L’image inversée — régulateurs shunt

3 min4 min restantesPrécSuiv
Chapitre 7 / 83 min

L’image inversée — régulateurs shunt

Quand le courant total constant l’emporte sur le courant variable du tube série.

On renverse le principe. Au lieu de faire varier le courant d’un tube série pour absorber la différence entre Vraw et Vout, on fait varier le courant d’un tube monté en parallèle, de manière à maintenir constant le courant totaltiré sur Vraw. C’est le régulateur shunt — et il a quelques atouts qui lui sont propres.

ConceptLa topologie

Une résistance ballast R1 en série encaisse l’essentiel de la chute Vraw − Vout. Un élément shunt (tube VR, triode, ou ampli différentiel pilotant une triode) est placé entre Vout et la masse : il absorbe le courant que la charge ne consomme pas. Ainsi IR1 = Icharge + Ishunt reste à peu près constant. Vout est imposée par la tension à laquelle l’élément shunt écrête.

ConceptCe que le shunt apporte
  • Courant bidirectionnel : le shunt peut ABSORBER du courant — précieux face aux charges inductives, dont la f.c.é.m. couperait un tube série au cutoff.
  • Courant de bus constant en amont : Vrawne bouge plus avec la charge, ce qui rend l’ondulation de l’alimentation prévisible.
  • Faible bruit par construction : le shunt fonctionne à courant quasi fixe, ce qui minimise sa propre contribution au bruit.
ConceptVariante 1 — shunt à VR seul

Le plus simple des shunts : R1 + un tube VR. La démonstration ci-dessous détaille l’invariant du courant total, le dimensionnement de R1 et la dissipation pire cas du VR.

Régulateur shunt à tube VR seul 0A2Ballast série R1 dimensionné pour que le tube VR reste dans son enveloppe de courant sur toute l'excursion de charge ; le tube VR cale V_out sur V_ref.Shunt VR seul — le 0D3 fige V_outR1 6.8 kΩR16.8 kΩ0A2 (VR tube)0A2VR1Cliquer pour copier « V_raw »V_rawCliquer pour copier « V_out »V_outCliquer pour copier « GND »GND
Σ Démonstration

Shunt à VR seul — démonstration

La résistance ballast R1 fixe un courant de bus (presque) constant. Le tube VR absorbe ce que la charge ne consomme pas. D’où l’invariant cardinal :

On en déduit R_ballast — l’unique paramètre de dimensionnement :

Un tube VR exige un courant minimal pour rester amorcé. On dimensionne I_total pour que le pire cas (I_load max) laisse au VR au moins I_VR,min :

La dissipation pire cas du VR survient À VIDE : le VR encaisse seul la totalité du courant de bus :

La résistance ballast dissipe en continu (le prix payé en amont) :

L’impédance de sortie est dominée par la résistance dynamique r_d du VR (≈ 100–200 Ω pour un 0A2) :

L’ondulation est divisée par le rapport ballast / r_d :

À retenir : un shunt VR seul est un filtre passe-bas pour le bruit + une référence dure pour V_out, mais la dissipation est permanente. Vérifier P_VR,max avant tout choix de tube.

ConceptVariante 2 — shunt à triode unique

En remplaçant le VR par une triode de puissance (6080, 6AS7), on obtient un Zout bien plus bas — au prix d’une dissipation tube qui peut s’envoler à vide.

Régulateur shunt actif à triode 6080 avec référence 0B2Shunt actif à triode sans comparateur explicite : la cathode est tenue à V_ref par le tube VR et la grille prélève une fraction de V_out. Une hausse de V_out augmente V_gk, tire davantage de courant shunt et ramène V_out. Son courant de cathode traverse le tube VR : convient aux rails à faible courant ; pour plus de courant, voir le shunt à amplificateur différentiel.Shunt triode unique — 6080 avec référence 0B2R1 3.9 kΩR13.9 kΩRg1 91 kΩRg191 kΩRg2 100 kΩRg2100 kΩ6080 · V16080V10B2 (VR tube)0B2VR1Cliquer pour copier « V_raw »V_rawCliquer pour copier « V_out »V_outCliquer pour copier « GND »GNDCliquer pour copier « V_ref »V_refCliquer pour copier « FB »FB
Σ Démonstration

Shunt triode unique — démonstration

Même invariant que pour le VR : R1 impose un courant total (presque) constant ; la triode V1 absorbe la différence entre I_total et I_load :

Polarisation de la triode : cathode maintenue à V_ref par le tube VR, anode à V_out, grille pilotée par une fraction β·V_out — V_gk reste de quelques volts, pas la totalité de V_ref :

Courant de repos via les paramètres petit-signal de la triode :

Impédance de sortie — la triode se comporte en source de courant d’impédance r_p ; la cathode est posée sur la référence VR stable, donc une hausse de V_out augmente V_gk → plus de courant shunt → V_out est ramené :

Si la grille suit V_ref directement (polarisation passive, sans comparateur), il n’y a pas d’amplification d’erreur — le gain de boucle vaut simplement μ entre grille et courant anodique :

La dissipation pire cas de la triode survient à charge nulle (la triode encaisse tout I_total) :

À comparer avec P_diss,max du tube. Pour un 6080 / 6AS7 le maxi est 13 W par section, ≈ 26 W par enveloppe.

À retenir : Z_out chute d’environ μ par rapport au VR seul, mais sans comparateur, la régulation ligne reste modeste — l’étape suivante (diff-amp) ajoute le gain de boucle.

ConceptVariante 3 — shunt piloté par paire différentielle

On ferme la boucle avec une paire différentielle 12AX7. Le gain de boucle T divise Zout et augmente la PSRR d’autant — la démonstration chiffre tout cela et compare le rendement shunt/série.

Régulateur shunt à amplificateur différentiel 12AX7Triode shunt (V1) commandée par une paire différentielle (V2a / V2b) qui compare V_out divisée à la référence VR. L'amplificateur différentiel pilote la grille de V1 pour une réponse de boucle rapide.Shunt piloté par paire différentielle — Z_out ≈ 2 Ω mesurée au bancR1 2.2 kΩR12.2 kΩ6080 · V16080V1Ra 100 kΩRa100 kΩ12AX7 · V2a12AX7V2a12AX7 · V2b12AX7V2bRt 33 kΩRt33 kΩRvr 22 kΩRvr22 kΩ0B2 (VR tube)0B2VR1R1fb 68 kΩR1fb68 kΩR2fb 100 kΩR2fb100 kΩCliquer pour copier « V_raw »V_rawCliquer pour copier « V_out »V_outCliquer pour copier « GND »GNDCliquer pour copier « V_ref »V_ref
Σ Démonstration

Shunt piloté par paire différentielle — démonstration

La topologie et l’invariant du courant de bus sont inchangés — ce qui change, c’est le chemin de contre-réaction. La paire différentielle observe une fraction β·V_out et réagit à toute dérive par rapport à V_ref.

Le diviseur de contre-réaction impose le V_out statique :

Gain en boucle ouverte de la paire dans sa charge anodique Ra (avec une 12AX7 μ = 100, on est si proche de l’ampli parfait qu’on prend A ≈ μ) :

Gain de boucle — boucle ouverte multiplié par le taux de contre-réaction :

Impédance de sortie en boucle fermée — Z native du tube shunt divisée par 1+T :

Réjection d’ondulation — passive (ballast/r_d) multipliée par le bonus du gain de boucle :

η Rendement — shunt vs série

Un régulateur série ne brûle que ce que sa charge consomme :

Un shunt paie I_total qu’il y ait charge ou pas :

L’égalité n’est atteinte que si I_load = I_total — c’est-à-dire si le tube shunt est affamé. En fonctionnement normal, le shunt est strictement moins efficace.

Avec les valeurs ci-dessus :

  • — toute la puissance se dissipe dans R1 + le tube shunt.

À retenir : la shunt n’est rentable que si I_load est très stable. Sa force, c’est Z_out micro-ohmique, courant de bus constant en amont, et capacité à absorber du courant — pas le rendement.

AttentionLe prix à payer : le rendement
Un régulateur shunt chauffe le plus À VIDE. La dissipation Pdiss = (Vraw − Vout) × Inominal est permanente. Un shunt 350 → 250 V réglé à 50 mA dissipe 5 W en continu dans le tube shunt. Un régulateur série, lui, ne dissipe que lorsque la charge consomme. Pour les rails à fort courant (> 100 mA), le série est presque toujours plus efficace.
Calcul · shunt-currents
Ouvrir →
Visualisation des courants du shunt
Trois barres : IR1 (constant), Icharge (le courant consommé), Ishunt (le complément). Observez comment Ishunt oscille quand on balaie la charge.
Vérifiez vos acquis
Dans quel cas un régulateur shunt est-il préférable à un régulateur série ?
Dans la même catégorie