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.
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.
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 :
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.