Vieillissement et fin de vie des tubes

[PM-300B]

Bonjour à tous.

Je lance ce sujet car en ce qui me concerne, je n’ai pas encore eu le temps d’amener mes tubes jusqu'à leur fin de vie.
Je n’ai pas la chance non plus d’avoir en ma possession les livres de Francis où certainement j’aurais trouvé des réponses à mes questions.
Il est possible aussi que certains se posent les mêmes questions sans oser en parler et qu’ils seront content d’avoir les réponses venant de personnes compétentes sur le sujet.

Donc nos chers tubes ont la mauvaise habitude de vieillir (pas comme moi    ) et donc de nous lâcher à un moment donné.
Une des questions que je me pose, il y a-t-il des signes avant-coureurs qui doivent alerter ?
Aussi, que se passe-t-il lorsqu’ils cessent de vivre et surtout quelles en sont les conséquences ?

Je vais prendre pour exemple mon installation qui se compose d’un préampli AudioReserach avec une 6DJ8, et de mon ampli qui a pour chaque canal une 5U4G, une 6SN7 et une 300B.
J’ai bien compris que l’idéale est d’avoir un lampemètre et de contrôler les tubes régulièrement afin d’en estimer leur état et durée de vie restante, qu’il est bon de tenir un journal du temps d’utilisation de chaque tube pour également avoir une idée de leur usure.

Cela étant, comme tout le monde n’a pas de lampemètre, il y a-t-il un moyen de voir venir l’échéance. Et si on ne fait pas attention, quels sont les risques pour le système ?
Pour commencer, les tubes redresseurs :
Doubles diodes à chauffage direct (5U4 par exemple) :
• Signes avant-coureurs ?
• Symptômes ?
• Conséquences ?

Doubles diodes à chauffage indirect (6X5, EZ81,...) :
• Signes avant-coureurs ?
• Symptômes ?
• Conséquences ?

Triodes smallsignal (12AX7, 6DJ8, 6SN7,…) :
• Signes avant-coureurs ?
• Symptômes ?
• Conséquences ?

Tubes de puissance chauffage direct (300B, 2A3, …) :
• Signes avant-coureurs ?
• Symptômes ?
• Conséquences ?
En SE et en PP ?

Tubes de puissance chauffage indirect (KT88, 6L6, …) :
• Signes avant-coureurs ?
• Symptômes ?
• Conséquences ?
En SE et en PP ?

J’ai peut-être oublié des cas.
Si ce poste peut aider des personnes en évitant une détérioration éventuelle d’un élément de leur système, comme moi par exemple.

[francis ibre]

Bonjour Pascal,

lorsqu'un montage à tube est vraiment pensé en termes de fiabilité, le vieillissement des tubes ne montre aucun signe avant-coureur, aucun symptôme, et même aucune conséquence !
On remarquera simplement une baisse de la puissance, et parfois du gain, lorsque les tubes débitent vraiment moins que prévu et que les points de fonctionnement sont trop décalés vers le bas...
A ce stade on se dira qu'il est temps de changer les tubes, pourtant le montage fonctionne normalement, ne fait pas de bruit bizarre, ne montre aucun défaut.

Ce cas idéal correspond à la dégradation des tubes par diminution du pouvoir émissif de leur cathode, ce qui se produit après plusieurs milliers d'heures de fonctionnement.
Pour que ce cas se produise, il faut que toutes les autres causes de dégradation aient été "éliminées" par une conception sans faille !

Ces autres types de dégradation sont, avec leur cause probable :
- fuite par défaut d'isolement dans le système filament/cathode : tension de chauffage trop élevée, ou tension cathode/filament positive trop élevée
- instabilité de la polarisation, à cause d'une grille polluée : tension de chauffage trop élevée, le revêtement de cathode s'évapore puis se condense sur les grilles
- arc interne au démarrage : tension de chauffage trop élevée, le revêtement de cathode s'évapore, et le vide du tube s'est dégradé
- arc interne dans une valve : absence des résistances de limitation de courant (cas très fréquent)
- courant de fuite de grille : nombreux démarrages à froid, le revêtement de cathode s'est effrité et accumulé sur le mica inférieur, créant un chemin de fuite. Le courant de fuite de grille perturbe la polarisation, rend le réglage instable, ce qui épuise rapidement le tube

Malheureusement, beaucoup de montages actuels ne sont pas pensés pour la fiabilité !
A commencer par les tensions de chauffage, qui sont souvent prises directement sur un secondaire du transformateur d'alimentation : ce secondaire délivre une tension directement liée à la tension secteur !
Si le transfo est calculé en Chine pour travailler sous 220 V secteur, et que l'ampli est branché en France, où le secteur est à 230 V depuis 1986, et plutôt vers 235 V depuis quelques années, les tensions de chauffage seront toutes trop élevée de 5 à 10% !

La durée de vie du système filament/cathode est liée à la tension de chauffage élevée à la puissance –12,5...
Si la tension de chauffage est augmentée de 5% (multipliée par 1,05) alors la durée est multipliée par 1,05^–12,5 = 0,54... donc moitié de la durée de vie possible !

Pour les démarrages à froid, il ne faut pas espérer plus de 100 à 200 démarrages, soit moins d'un an d'usage, après quoi divers problèmes peuvent apparaitre de manière aléatoire.
Les manifestations de ces problèmes se font toujours avec des bruits étranges, suspects et inquiétants, qui vont du simple bourdonnement (fuite filament/cathode) au crépitement intermittent, sifflements variables, jusqu'aux claquements secs (arc interne) pouvant détruire un HP ou un transfo de sortie !
C'est imprévisible, et les conséquences sont là avant qu'on ait pu réagir !

Parfois, par chance, quelques signes avant-coureur peuvent alerter : là aussi ce sont des bruits suspects, soit pendant la phase de démarrage, soit après mise en température (disons 1/2 heure). Mais ce n'est pas systématique, il faut plutôt s'attendre à un défaut qui apparaitra sans prévenir.

Sans lampemètre, il est toujours possible de mesurer les tensions sur chaque broche des tubes, et de les noter sur un croquis, avec la position et la référence des tubes.
Si on le fait au départ avec des tubes neufs, cela permettra de suivre, tous les 6 mois, l'évolution du vieillissement... de la cathode...
Mais pour les autres causes de dégradation, il n'y a aucune mesure permettant d'anticiper les choses !

Le seul moyen est de mesurer les courants de fuites filament/cathode et grille/cathode à l'aide d'un micro-ampèremètre associé à un lampemètre de laboratoire.
C'est ce que je fais avec mon Métrix U61, sur lequel je peux ajouter un Weston +25 µA à point-milieu.
Encore faut-il connaitre le courant de fuite normal sur tube neuf, pour juger de l'évolution...

Mieux vaut prévenir que guérir :

1 - sur l'ampli neuf, ajuster les tensions de chauffage aux valeurs nominales +0 / –2%... quelques résistances bien placées sur les lignes de chauffage feront l'affaire, il faut bricoler c'est sûr...

2 - ne pas faire démarrer les tubes à froid : si nécessaire, installer un stand-by qui permettra de laisser chauffer les tubes avant d'appliquer la haute tension.
Attention aux valves redresseuses, qui elles, doivent démarrer à froid, elles sont prévues pour, mais doivent impérativement avoir des résistances d'anode suffisantes pour limiter le courant d'appel (charge du condensateur de tête).


Ensuite, c'est la conception du circuit qui intervient :

- polariser les filaments à environ 25 V au-dessus des cathodes. Si le concepteur de l'ampli n'a pas prévu cela, inutile d'espérer des miracles en termes de durée de vie...

- polariser les tubes de puissance par résistance de cathode individuelle, avec une valeur de Rk égale au minimum à l'inverse de la pente du tube

- bannir les liaisons directes : quand un tube déconne, tous les tubes se décalent et il est alors impossible de savoir lequel est vraiment la cause !

- avec polarisation réglable, installer des potentiomètres vraiment fiables, et des résistances en parallèle des potentiomètres : en cas de mauvais contact du curseur (ça finira forcément par arriver...) la tension négative totale est amenée à la grille, le tube débite très peu... sans cette précaution, la grille est à zéro, le tube s'emballe et meurt... avec pertes et fracas...

Autrement dit, il faut penser les amplis à tubes en se disant que tôt ou tard ça finira par déconner, que rien ne restera comme au départ, et que les conséquences doivent alors être minimisées, que rien ne doit fumer...

Francis

[audion23]

Bonjour tous, bonjour Françis

J'attendais que tu répondes, c'est une question toute cousue pour toi.

Je ne sais pas si tu as constaté les mêmes choses que moi:

 - les résistances de limitation sur les redresseuses, dans les centaines de schémas que j'ai et nous, avons pu lire, tant dans les livres que sur le net, elles sont à 99% absentes.

   Est-ce volontaire, une sorte de obsolescence programmée pour les SAV de l'époque, ou, autre piste, les transfos d'alim étaient calculés au plus juste (capacité en courant), d'où, une résistance du primaire plus importante, rendant ces résistances inutiles.

 - le chauffage des lampes directement sur les prises 6,3V des transfos. Apparement ils n'en avaient rien à faire à l'époque. Surcoùt impossible à gérer ? Redresser voir stabiliser signifiait une vraie usine à gaz ? Tant qu'à la stabilé de la tension EDF, je pense que c'était encore pire à l'époque...

Il me semble donc, que les précautions que nous prenons à l'heure actuelle sont propre au DIY et non aux montages conmerciaux qui eux aussi ont besoin de revendre des tubes à une fréquence acceptable. Tu ne vas jeter un ampli à xxxx € sous prétexte que les tubes sont rinçés...

Alors non fiables à long terme, volontaire ou pas... Donnez moi votre sentiment.

Steph

[francis ibre]

Bonsoir Stéphane,

pour les redresseuses, en effet les résistances des secondaires étaient bien choisies dans les "anciens" montages.
Et par suite, à force de voir des schémas dans lesquels ces résistances d'anode sont "cachées" on a fini par les oublier...

Quand au chauffage, les conséquences précises n'ont été clairement documentées qu'en 1960 avec l'ouvrage de Robert Tomer, qui analyse aussi les problèmes de fuite filament/cathode.
Cet ouvrage n'a pas été connu en Europe à l'époque, il n'a pas été diffusé dans les écoles d'ingénieurs même aux USA, simplement parce qu'à l'époque la fin du tube était déjà en route, déjà annoncée, on apprenait déjà autre chose !
Alors on a continué à considérer que ... +/–5% comme indiqué dans les fiches techniques, et bien c'était parfait !

Même aujourd'hui j'ai encore du mal à le faire admettre à certains récalcitrants, qui ne veulent pas comprendre qu'à +5% ça fonctionne très bien mais pas longtemps...
C'est le longtemps qui leur échappe ?

Le bouquin de Tomer et revenu dans l'actualité (sans me vanter j'ai été sans doute le premier à le mentionner en 2007) et voilà qu'il est maintenant réédité !!!
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Bref, les montages du commerce ne sont sûrement pas faits pour durer 20 ans...
En revanche quand je monte un ampli, j'ai envie qu'il dure... plus longtemps que moi... ;-)

Francis

[exode06]

Bonjour

sauf chez Mcintosh où la conception de l'ampli (unity coupled) fonctionnant en classe AB2/B rend pratiquement
les tubes de puissance inusables...mais c'est du MAC

[PM-300B]

Bonjour à tous.

Merci Francis pour ces explications comme toujours limpides.
Donc si j'ai bien compris, rien de flagrant qui exprime la fin d'un tube si ce n'est que l'habitude d'écouter son système et le trouver un peu mou du genou.
La faiblesse des tubes vient le plus souvent de la cathode.

Que si l'ampli est bien conçu, il n'y a pas de raison que les tubes s'usent prématurément.

Pour ma part je pense être dans les clous:
J'ai bien une résistance entre mon tube redresseur et mon condo de tête.
J'ai créé un stand-by qui me permets de laisser mes tubes chauffer avant d'envoyer la HT (en coupant le chauffage du tube redresseur car j'ai cru comprendre que ces tubes avaient un vide plus prononcé et qu'il supportent eux d'être alimenté à froid)
Mes chauffages de tubes (drive et puissance) sont alimentés par des alims régulées réglées à +0/-0.03V
La seule chose que je n'ai pas fait c'est d'avoir une résistance en série sur le chauffage du redresseur. Sachant que les plus petites valeurs de résistance que l'on trouve sont de 0.1 Ohm, ça donne au minimum pour une 5U4G 0.3V de chute de tension, et est-ce qu'une résistance aussi faible suffit à protéger le tube?

Ce n'est certainement pas parfait, mais je pense avoir pris un minimum de précautions.
A la remise en service de mon ampli, tous les tubes seront neufs. Mais je suppose que certains vieillissent plus vite que d'autres (les tubes de puissance peut-être? ou les redresseurs?)

[juju35135]

Bonjour PM,
Petite précision, les résistances de limitation sur les redresseuses, dont parle Francis se situent entre le transfo et la valve,
Il faut connaître la résistance interne de ton transfo, avec cette méthode

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Tu obtiens la résistance équivalente (par demi secondaire) cette valeur doit être >= à la resistance minimale donnée dans les datasheets de ta valve redresseuse.
De mémoire pour une 5u4 c'est 75 ohms par demi secondaire...

Par exemple si tu trouves 60 ohms entre le PM et une branche du transfo, il faudra rajouter au moins 15 ohms entre chaque branche et la valve

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Pout la résistance en série entre le chauffage de la valve, il faut mesurer à combien est cette tension en fonctionnement (attention cet enroulement est au potentiel de la HT)

Cdt,
Julien

[PM-300B]

Bonjour Juju.
J'ai exhumé un échange que j'avais eu avec Francis et où j'avais omis une de ses réponses.
J'avais donc mesuré mes secondaires des transfos et j'avais une centaine d'ohms par demi enroulement. Francis m'avais alors dit que c'était ok.
Donc du coup je n'ai pas besoin de mettre deux résistances aux anode du tube?

[juju35135]

Oui je viens de voir ça
Tout à fait la résistance interne de ton transfo d'alim est suffisante -> donc pas besoin de rajouter des résistance aux anodes de la valve....