Amplificateur Futterman

[Bondivenne]

Bonjour à tous
AMPLI FUTTERMAN
Janvier 2016
Depuis longtemps j’ ai prêté attention à l’amplificateur Futterman, l’intérêt de cet ampli résidant dans l’absence de transformateur de sortie, OTL, et la possibilité d’attaquer directement un haut Parleur. Pour le situer, voici ci-dessous son schéma de principe, fig 1.
Cette unité atypique est d’origine américaine ; Julius Futterman en fait la description dans Journal of the Audio Engeneering Society, octobre 54. La presse en parle dans Electronics World de mai 59, ref1.
En France, un des premiers schémas apparaît dans La revue du Son N° 78 octobre 59, ref 2 sous la plume de R Louis: quatre pages assez fouillées avec schémas, principe de l’ampli (déjà présenté ci-dessus) et première application d’ octobre 54, version commerciale de 59 avec conseils pour la réalisation.
La revue Toute la radio de Mai 62 , ref 3,reprends la publication américaine ref 1.
Cet ampli utilise pour l’étage de puissance plusieurs triodes, plus précisément, deux groupes de lampes en parallèle montés en série. Il peut ainsi alimenter sans transformateur d’adaptation un haut parleur de 15 Ohms, ce qui semble être la limite inférieure, lui fournir 20 Watts et même 30 Watts si la charge monte à 60 Ohms. Voir Fig 2 ci dessous.
Il est clair que nos enceintes habituelles qui présentent une impédance de 8 Ohms et même moins ne peuvent être utilisées avec cet amplificateur
Alors pourquoi s’ intéresser à cette relique ?

• Il y a l’intérêt historique et technique ; l’absence de transformateur complique le montage au niveau de l’attaque des tubes de puissance et de l’alimentation : bien en comprendre le fonctionnement et les limitations est déjà un objectif.
  A près une quête qui a bien duré 12 ans j’ai finalement acquis 2 Haut-parleurs Philips 9710, de 21 cm, double cône et…800 Ohms d’ impédance ; maintenant, il faut concevoir un ampli forcément OTL pour les alimenter mais sans tomber dans le schéma Philips habituel type AG 9014 utilisant des EL86 et aussi un transformateur très particulier.
  La question se résume alors à celle-ci : un montage OTL, issu d’ une adaptation du principe Futterman, fournissant une dizaine de Watts dans 800 Ohms est il possible? Réponse en deux phases : d’abord une étude technique puis une réalisation pratique.
  L’étude est bien avancée ; elle fut laborieuse car il n’y a pas de solution évidente sans dépasser largement les caractéristiques des lampes mais cela semble possible.
  Alors, si le sujet vous intéresse, je serai heureux de développer et échanger avis et commentaires… en restant dans le domaine technique, cela va sans dire !
  Bonne journée
  

[Yves07]

Salut,
Il y a quelques années j’avais essayé . . .
Voir ici:
http://www.dissident-audio.com/Yves/SEPP%28draft%29/Article.DOC

Pour servir ce que de droit 8)

Yves.

[Electron190]

Bonjour
Je ne suis pas un spécialiste des amplis à tubes mais j’ai regardé le schéma
Et une chose me surprend
Le doubleur qui alimente les deux triodes de sortie n’a aucune liaison avec le reste du montage , si ce n’est que par la batterie de polar de la triode V4
Et quand bien même , il y a une capa ( c3 ) qui l’isole du continu

La seule référence se fait donc par la liaison anode/cathode de V4/V3 ? ( la sortie HP )

Ma question va surement paraitre idiote aux yeux des spécialistes mais j’aimerai comprendre

[Bondivenne]

Salut à tous
Pour A Desbordes:il s’agit d’un schéma de principeet je pense qu’il n’y a pas d’erreur.Il y a:

• une alim plus avec le redresseur X1et la capa C4;
• une alim moins avec redresseur X2 et la capa C5
  le point commun de C4 et C5 va à la masse; la charge « haut parleur » est bien entre le point commun de V3 et V4 et la masse.Les polar’s sont bien placées.
  Pour Yves: j’aurai du y penser, tu as vraiment abordé tous les problèmes ! J’ai lu attentivement ta note qui précise bien tous les problèmes. Cependant, si ton étude apporte un bon éclairage, je fais les commentaires suivants compte tenu de mon objectif:
• j’ai envisagé la 6AS7 à laquelle je reproche son faible gain de 2; idem pour la 6336A un peu meilleure mais… Il faut trouver mieux en l’ occurrence, des 10EG7 que j’ai en stock, gain de 6 et 10W de dissipation.
• Comme tu le précises, le problème est de fournir la tension d’attaque au tube V3. Pour rester proche du schéma Futterman, je n’envisage pas l’utilisation d’un transformateur,(dans un OTL ?). Il faut trouver une autre solution.
  Et je pense avoir trouvé, du moins j’espère ! A moins que je me prenne une galoche!

Mais avant d’exposer cette solution, il me semble opportun d’ expliquer le fonctionnement du Futterman avec une ou deux figures et d’en préciser les limites parfaitement apparentes dans la figure donnant puissance versus impédance de charge.
A plus

[Transistorix]

Bonsoir,

Un peu étonnant ce truc.
Il semblerait que ce soit un push pull série, mais comme dans les push-pull série à transistors il y a de multiples variations.
Ce document explique l’histoire de J. Futterman et présente son ampli H3 :
google.fr/url?sa=t&rct=j&q= … 4104,d.ZWU
Dans le H3 on a fait le choix du condensateur de liaison pour éliminer la composante continue de la tension de sortie.
Dans le schéma proposé, il semblerait qu’on ait opté pour un redressement symétrique +HT et -HT à diodes pour contourner ce problème. Mais le schéma est un peu déroutant car on distingue mal les connexions et ce qui apparait comme étant la sortie n’est pas la sortie : C’est la HT du transfo.

Je pense que cet ampli doit travailler avec un taux de contre réaction assez élevé pour réduire l’impédance de sortie. Ce qui a probablement quelques limites qu’il doit être possible de reculer en multipliant les lampes.

Tx

[maximus_leo]

Bonjour Bondivenne,

Il y a 2 articles sur le sujet dans le magazine L’Audiophile des années 80 avec plusieurs schémas de Futterman.

Sinon, il y a le forum américain diyaudio.com avec des discussions autour d’amplis OTL d’amateurs comme celui-ci :

N’oubliez pas le fusible pour le hp… !

[Electron190]

C’est justement ces entrées du transfo qui me posent problème
Je ne vois nul part sur le schéma un point qui relierait la borne du bas à la masse du montage
Et quand bien même il y aurait ce point , quel intérêt de faire décrire un carré qui se referme à la connexion de masse sur le schéma ?

C’est pour cela que je pense à un doubleur
La connexion du haut va au commun des deux diodes et la connexion du bas va au commun des deux condos , sans être relié à la liaison qui va de la masse au négatif de la batterie
Si c’était le cas , le dessinateur aurai relié le négatif directement au trait entre les deux condos

[Yves07]

@Bondivenne

. . .

• Comme tu le précises, le problème est de fournir la tension d’attaque au tube V3. Pour rester proche du schéma Futterman, je n’envisage pas l’utilisation d’un transformateur,(dans un OTL ?). Il faut trouver une autre solution.
  Et je pense avoir trouvé, du moins j’espère ! A moins que je me prenne une galoche!

Variante sans transfo de sortie, bien sûr, mais toujours le « bootstrap » : la charge d’anode du déphaseur retourne (en alternatif) à la sortie !
C’est le « truc » de ce schéma, très répandu dans les premiers amplis de puissance à transistors 8)

Plusieurs « diyeurs » ont prototypé cet idée, je ne sais plus qui . . .
Peut être se manifesteront ils ?

Le plus gros défaut de la 6AS7 c’est sa « goumandise », rien qu’en chauffage
Le Mu faible n’est pas trop génant parce que l’étage de puissance n’a pas besoin d’avoir beaucoup de gain en tension, mais plutôt en courant.
Pour ça il faut de la pente, et "Oui elle l’a "

Yves.

[Souris_blanche]

Ce schéma est celui que l’on a appelé push-pull parallèle chez Philips, en utilisant d’autres tubes. Mais pourquoi pas des 6AS7, n’est-ce pas ?

Douces salutations pushées !

[maximus_leo]

6C33C. Tube russe toujours fabriqué, à résistance interne très faible, trois fois moindre que celle d’un 6AS7/6080. Gros avantage en OTL.

[Bondivenne]

Bonjour à tous
Merci pour ces publications, Je connaissais la version H-3 mais en aucun cas le rapport du Dr Burkhard que je vais lire avec attention.
A Desbordes a dit:

C’est justement ces entrées du transfo qui me posent problème
Je ne vois nul part sur le schéma un point qui relierait la borne du bas à la masse du montage
Et quand bien même il y aurait ce point , quel intérêt de faire décrire un carré qui se referme à la connexion de masse sur le schéma ?
C’est pour cela que je pense à un doubleur

Il n’y a pas de doubleur mais deux alimentations indépendantes, une pour obtenir +165V et une autre pour obtenir -165V, filtrées respectivement par C4 et C5 dont le point commun va à la masse .
Yves a dit

Variante sans transfo de sortie, bien sûr, mais toujours le « bootstrap » : la charge d’anode du déphaseur retourne (en alternatif) à la sortie !
C’est le « truc » de ce schéma, très répandu dans les premiers amplis de puissance à transistors 8)

.
Effectivement, il faut développer un bootstrap pour soulager l’étage chargé de fournir ces tensions élevées d’attaque; Futterman le fait en reliant le pied de la résistance de cathode à la sortie et tu proposes de le faire en reliant le pied de la résistance d’ anode à la sortie.
Les deux solutions sont parfaitement valables et à peu près équivalentes avec , à mon sens, un avantage à Futterman:

• pas de condensateur dans la liaison par la cathode,
• pas de perte de puissance car pas de résistance en parallèle sur la charge, ( 4,7k sur le schéma).
  Reste à le dimensionner!
  Dans les deux cas,l’étude fine du point de fonctionnement, avec l’effet bootstrap, montre que le dimensionnement n’est pas facile. Avec les valeurs de ton schéma, Yves, mon évaluation ,certes rapide, montrerait que cet étage n’est pas capable de fournir les tensions d’attaque pour obtenir la dizaine de Watt dans 800 Ohms
  C’est un point que j’ai développé - car c’est bien sur ce point que j’ai longtemps merdé - et qui fera l’objet du prochain envoi….pour dissection !
  Cordialement

[Yves07]

@Souris blanche

Ce schéma est celui que l’on a appelé push-pull parallèle chez Philips, en utilisant d’autres tubes. Mais pourquoi pas des 6AS7, n’est-ce pas ?

Salut Souris.

Si fait !
Philips utilisait des penthodes à forte pervéance (EL86, UL84, PL84, … ) avec la difficulté supplémentaire d’alimenter l’écran de la penthode « du haut » qui doit suivre sa cathode.
Ils ont souvent, pour ce faire, utilisé un transfo de sortie à enroulements multiples … un comble !

Yves.

[Souris_blanche]

@maximus leo

6C33C. Tube russe toujours fabriqué, à résistance interne très faible, trois fois moindre que celle d’un 6AS7/6080. Gros avantage en OTL.

Les russes sont fortiches pour les triodes mahousses

Douces salutations de puissance !

[Souris_blanche]

@Yves07

Philips utilisait des penthodes à forte pervéance (EL86, UL84, PL84, … ) avec la difficulté supplémentaire d’alimenter l’écran de la penthode « du haut » qui doit suivre sa cathode.
Ils ont souvent, pour ce faire, utilisé un transfo de sortie à enroulements multiples … un comble !

Oui, en effet !

Le charme des montages de ce groupe réside dans la suppression du transformateur de sortie, qui est le composant le plus critique. Si on le réintroduit par la porte de derrière, l’avantage est perdu. Le haut-parleur de 800 ? est bien plus fragile que les autres, plus courants. Philips arrivait quand-même à une assez bonne fiabilité. Personnellement, j’ai bien aimé ces montages.

Douces salutations garanties OTL !

[Raffou]

@A.Debordes

Le schéma de principe original, plus compréhensible car un peu mieux dessiné et moins baveux :

source : pearl-hifi.com/06_Lit_Archiv … B4_OTL.pdf

Un autre schéma trouvé sur le net avec le condensateur du boostrap (40 µF) inséré dans une des branches du déphaseur :

• Les résistances d’anode du déphaseur sont légèrement inégales 30 et 34 Kohms pour corriger la disparité inhérente au couplage cathodique.
• Le schéma n’ayant rien à voir avec le dispositif décrit dans le brevet US2773136 n’aurait pas dû être qualifié comme « Futterman ».
• Ce déphaseur devrait être à même de délivrer des tensions d’attaque plus grandes que le déphaseur cathodyne du schéma proposé par Yves07, ce premier pouvant être alimentés par une tension supérieure à celle des triodes finales.

Source : lilienthalengineering.com/100-am … ers-part-3

@Yves07

Philips utilisait des penthodes à forte pervéance (EL86, UL84, PL84, … ) avec la difficulté supplémentaire d’alimenter l’écran de la penthode « du haut » qui doit suivre sa cathode.
Ils ont souvent, pour ce faire, utilisé un transfo de sortie à enroulements multiples … un comble !

J.Futterman a aussi été confronté à ce problème et l’a résolu avec des sources de tension flottantes qui ont été décrites dans le brevet US3123780 qu’il a déposé. Cette innovation a été intégrée dans ses amplificateurs OTL modèle H-3.

Plutôt qu’une polarisation fixe des écrans des penthodes finales : le must avec la topologie ultra-linéaire décrite dans le « tube cad journal » de Janvier 2000.

Source : tubecad.com/

[Bondivenne]

Bonsoir
Quelques explications techniques comme promis.
Fonctionnement du montage On se réfere à la figure N°3 sur laquelle sont reportées les diverses indications. S est le point commun anode A4 et cathode K3 ; les valeurs en V concerne des variations autour des tensions de repos.
Supposons que le potentiel de A1, anode 6AN8 augmente de +2 V par rapport à la masse
Alors le potentiel de K2 augmente aussi de +2V, toujours par rapport à la masse
la liaison capacitive C3 fait que la variation de tension de K2 est transmise à G4 qui augmente de +2V, même remarque.
Admettons que l’étage de puissance 12B4A a un gain de 5 ; pour être plus précis : si on crée les tensions de +2V entre grille G4 et cathode K4 ainsi que -2 v entre grille G3 et cathode K3, alors apparaît une tension de – 10 V au point S
la base de la résistance Rk étant connectée au point S , la tension existante à ses bornes est donc + 2V -(-10V)= +12V,
Ra étant égale à Rk sur ce déphaseur cathodyne, la même tension de 12 V mais déphasée apparaît aux bornes de cette résistance Ra soit -12V au point A2, l’autre extrémité étant à la masse par la HT.
Cette tension de -12 V est transmise à G3 par la liaison C2 ;
On constate fort heureusement que la tension entre G3 et K3 (ou S) est de: - 12-(-10)= -2V. Les grilles des lampes V3 et V4 sont bien attaquées par des tensions égales et déphasées, 2V, mesurées entre grille et cathode de chaque lampe. Mais la mesure des variations de tensions référencée à la masse fera apparaître une tension de + 2V sur G4 et – 12V sur G3 et bien sur, -10V en S. Cette particularité du montage, à savoir le retour de la résistance Rk à la sortie S, assure un effet « bootstrap » sans condensateur ou autre artifice, c’est là que Julius Futterman a fait le break !

Formulation On appelle :
K le gain de l’ étage de puissance,( égal à -5 dans l’exemple si dessus) ;
R la résistance de charge en sortie ;
W la puissance développée dans cette charge et Veff la tension efficace correspondante ;
Vcc la tension alternative crête drête associée ;
Vg la tension alternative grille cathode à appliquée avec la bonne phase sur G3 et G4 pour obtenir Vcc;
Vk et Va les tension alternative à developer conjointement sur la cathode et l’ anode du déphaseur pour obtenir Vcc ; ces valeurs sont des tensions crête crête.
Ves, somme de VK et VA, représentant la tension alternative totale à fournir par l’étage déphaseur.
Alors on a , voir tableau 1.

Applications des formules
-Schéma Futterman avec 2 fois 5 triodes 12B4A
W=20W, R=15 Ohms, K=1,2 ; alors Ves= 131V à fournir par la triode 6AN8 ;
W=30W, R=60 Ohms, K=2,86 ; alors Ves= 204V à fournir par la triode 6AN8 ;

-Schéma Futterman avec 2 fois 4 triodes 12B4A
W=10W, R=800 Ohms, K=5,05 alors Ves= 353V à fournir par la triode 6AN8 ;

-Schéma Futterman avec 2 fois 2 triodes 10EG7 section 2
W=10W, R=800 Ohms, K=5,5 alors Ves= 345V à fournir par la triode 6AN8 ;
Premières conclusions :
Il y a intérêt à utiliser une triode à coefficient d’amplification notable ; la 6080 n’ est pas recommandée à cause de son faible K et du facteur multiplicateur (2+K)/K , c
La tension Vcc à fournir augmente avec l’ impédance de la charge
La triode déphaseuse 6AN8 alimentée sous 400V alors que sa cathode est portée à un potentiel de 100 V est bien incapable de « sortir » les 350 V requis et ce, même avec l’effet bootstrap ;
Consécutivement, un ampli dont le schéma resterait celui de la version Futterman 1959 ne peut être envisagé pour alimenter un haut parleur de 800 Ohms et lui fournir quelques 10W. Ou il faut réduire les prétentions en matière de puissance, ou il faut rajouter quelque chose et malheureusement compliquer le schéma.
J’ai exclu la « complication » des versions ultérieures de l’ampli Futterman ( alimentation complémentaire de la version H3), de même celle de Philips avec transformateur, ou celle de Tim Mellow avec des EF86……Alors???

Je soumet ce développement à votre expertise. En tout état de cause, il faudra confirmer ou infirmer sur une maquette ou bien par une simulation; il y a des volontaires?

Dans la double triode 10EG7, en plus de la section de puissance, il y a aussi une triode d’amplification à mu=17,5 ; on dispose donc de 4 triodes gratuites qui vont apporter, je crois, la solution, l’ amplificateur à concevoir comportant une 6AN8, (ou une double triode) et 4 lampes 10EG7.
Bonne soirée

[Souris_blanche]

Avec des triodes de puissance à l’étage final, il est nécessaire de disposer d’un signal de grande amplitude, sous une faible distorsion, pour attaquer cet étage final. Surtout avec des 6AS7.

Beaucoup de montages déphaseurs sont incapables ou mal capables ou remplir ce rôle. Une première solution possible est d’alimenter le déphaseur sous une tension d’alimentation importante. Si la cathode est à un potentiel assez élevé, il convient de choisir un tube capable de ça. Une autre solution possible est celle, toute simple, employée dans l’amplificateur Williamson: Insérer un étage amplificateur après le déphaseur. Comme on pourrait s’en douter, l’égalité des caractéristiques, à long terme, de chacun de ces étages amplificateurs intermédiaires (un pour le push, l’autre pour le pull ) est importante. Dans cet ordre d’idée, le déphaseur balançoire (que certains appellent paraphase), vient à l’esprit, tant que l’on prélève le signal de différence après cet étage amplificateur intermédiaire. Mais attention à la phase !

Douces salutations de push et de pull !

[Bondivenne]

Bonjour à tous
Souris blanche a écrit:

Une autre solution possible est celle, toute simple, employée dans l’amplificateur Williamson: Insérer un étage amplificateur après le déphaseur.

et aussi:

Mais attention à la phase !

C’ est effectivement la solution que j’ai essayé de développer: deux blocs driver indépendants aussi semblables que possible,ne déphasant pas de 180°, gain faible mais stable dans le temps ou supposé l’ être,guerre aux rotations de phase supposée aussi gagnée, un de ces blocs étant alimenté sous haute tension, 500 V….et quelques détails en plus.
Bien vu et chapeau Souris Blanche !!
Détails à suivre, Bonne journée.

[Bondivenne]

Bonjour Raffou et les autres,
J’avais zapper ton apport, excuses .Merci pour le schéma effectivement plus clair.
Le schéma pseudo Futterman que tu apportes, 30W sous 16 Ohms, ne pose pas de problèmes de tension d’ attaque au niveau du déphaseur car sur la charge il n’y a que 62 V crête crête. Le déphaseur du schéma d’origine Futterman suffirait aussi pour répondre au besoin.
Mon problème, très personnel et limité j’en convient, est de savoir si le schéma d’origine peut être utilisé pour une charge de 800 Ohms.
Sans adaptation, la réponse serait non. L’usage de 6080 ou 6336 ou autre bêtes russes rend encore plus difficile l’attaque.
Il faut nécessairement une adaptation et je cherche à la minimiser tout en conservant ce qui me semble être le point du Futterman a savoir le retour de la résistance de cathode sur la charge, point qui en intrigue plus d’un !!
Mais je veux être clair, une charge de 16 Ohms, nécessite bien d’utiliser « les bêtes russe » 6C33. Réaliser un ampli pour ce type de besoin est un autre problème, tout aussi passionnant.

[F6CER]

Bonjour
pour info :
bonavolta.ch/hobby/files/6082_OTL.pdf