Révision d'un testeur de tubes TV-7U

Vérification et calibration partielle d'un testeur de tubes TV-7U des années 50 de l'armée américaine. Appareil très connu, il permet de tester de nombreux types de tubes US et UE (9 types de sockets) et de détecter les courts-circuits et s'ils sont gazeux, d'évaluer le courant des diodes mais surtout de vérifier la conductance des triodes et des pentodes. 

A l'ouverture de la boite, ce qui m'étonne est d'y trouver le manuel avec les réglages de tests qui date de ... 1977 ! Cet appareil conçu en 1950 a été actif pendant longtemps, mais il faut dire que les armées ont du mal à suivre les technologies. Par exemple, pendant mon service militaire en 1983, j'étais sous-officier dans les télécommunications et nos émetteurs/récepteurs radios VHF faisceaux hertziens fonctionnaient bien avec des ... tubes ! Au 1^er coup d'oeil j'ai l'impression que le manuel est écrit en ... russe ! Ce qui serait un comble en pleine guerre froide, mais non, ce n'est pas l'alphabet cyrillique, mais grec !

De nombreux sites détaillent en grand détail toutes les fonctions et possibilités, je ne vais pas les répéter :

• Excellent site, très complet, sur le fonctionnement et la calibration
• L'ensemble de la documentation
• Vidéos sur le calibration (il y a une 2^ème partie)

Mesure dynamique de conductance mutuelle !

Ouh là, ça fait peur ! Une des caractéristiques intrinsèque d'un tube est sa conductance qui exprime la variation du courant d'anode en fonction de la variation de la tension de grille. La conductance, dénommée également transductance, s'écrit en Siemens (S ou Gm) et s'exprime en mA/V, soit l'inverse d'une résistance, donc en mhos (ohms à l'envers !). Cette valeur permettra plus tard de définir le gain d'un étage à tube dans un circuit réel. Donc pour connaitre la qualité d'un tube il est important de savoir mesurer sa conductance. Si elle est trop faible par rapport à la valeur nominale du datasheet, il faudra le rejeter. Dans des amplis push-pull, il est aussi important d'avoir des tubes ayant la même valeur de conductance pour conserver la symétrie des signaux et ne pas introduire de distorsion.

L'ennui est que cette caractéristique n'est pas très intuitive et pour visualiser la conductance il faut regarder le graphique de transfert ... qui n'est quasi jamais donné dans les datasheets ! Voici un exemple basé sur le très classique ECC83. Le datasheet d'origine indique une conductance (=transductance) de 1.250 µmhos (=1,25 mA/V) avec une tension d'anode (=plaque) de 100V et de 1,6 mhos avec un Ua de 250V. Le datasheet moderne donne les mêmes valeurs : S=1,6mA/V pour un point de fonctionnement avec Ua=250V, Ug=-2V et Ia=1,2mA.

Avec la (rare) courbe de transfert trouvée (Ia en fonction de Ug) on peut se rendre compte ci-dessous que la conductance est la pente de la courbe de tension d'anode au point de fonctionnement. En effet la courbe à utiliser est celle de Ua=250V, le point de fonctionnement se trouve à l'intersection de la verticale rouge de Ug=-2V et de l'horizontale rouge Ia =1,2mA. Pour trouver la pente à ce point, il suffit de prendre un écart autour de la tension de grille (delta Ug =0,8V) et par projection (lignes oranges) de voir l'écart du courant d'anode résultant (delta Ia =1,3mA). La pente est le rapport entre les 2 : soit 1,3/0,8 = 1,6 mhos, CQFD.

Pour mesurer cette pente, une méthode serait de prendre 2 mesures avec 2 tensions de grille puis de mesurer les courants d'anode obtenus et de faire le calcul manuellement. Mais cela serait très fastidieux. Comment réaliser une mesure aussi complexe en une seule fois avec un appareil ? Et bien le TV-7U le fait avec une méthode extrêmement intelligente mais difficile à expliquer ici ! Voici la description la plus claire du principe de la mesure dynamique de conductance mutuelle que j'ai trouvée (à partir du chap. "The heart of dynamic tube tester"). Bonne chance ! En résumé, l'idée géniale est de fournir une tension d'anode variable via 2 circuits avec les 2 alternances AC redressées à 100Hz (et donc non filtrée) et en même temps d'appliquer une tension de bias continue à la grille à laquelle est ajoutée un vrai signal sinus 50Hz de 5V. Le courant d'anode à chaque demi-alternance est donc différent en fonction du bias variable. Cette différence de courant est lissée, mesurée et affichée, elle est proportionnelle à la pente du tube ! Oui, il m'a fallu un bon moment pour comprendre, ce n'est pas évident du tout.

Inspection et réglages

J'ouvre l'appareil et je vérifie un maximum de composants. Les tensions sont bonnes, les contacteurs également.

Je vérifie les 2 résistances critiques de 40 ohms (flèches bleues ci-dessous) qui doivent être identiques pour mesurer correctement la conductance, mais il y a une légère différence. J'ajoute 2 trimpots de 1k ohms en parallèle comme réalisé sur les versions suivantes de ce testeur, je calibre ... mais le test qui devrait indiquer l'aiguille à 0 ne fonctionne pas. L'aiguille saute légèrement dans un sens et repasse et reste boquée dans l'autre sens. Bizarre. Toutes les mesures sont néanmoins cohérentes, je ne ne cherche pas plus loin car le but n'est pas d'avoir une mesure parfaite, mais d'éliminer les tubes hors spécifications ou de les appairer. Peu importe la valeur absolue de Gm, il faut que les 2 tubes à appairer indiquent la même valeur. Il est juste dommage que l'appareil ne mesure pas le courant d'anode, car on n'est pas sûr que lui aussi est identique. En effet pour que 2 tubes soient bien appairés, ils doivent avoir Gm et Ia identiques.

L'appareil fonctionne, mais la procédure de calibration est monstrueusement longue et complexe. D'ailleurs beaucoup d'experts le confirment et en plus il y a bon nombre d'erreurs, d'approximations et d'omissions dans cette procédure. Pour du matériel militaire américain, je suis étonné. Grâce à des explications mieux décrites et autres vidéos sur Internet, données en début d'article, les opérations à réaliser sont bien plus claires.

La tension de bias en fonction de la graduation du potentiomètre Bias n'est pas correcte, la résistance réglable R130 (flèche orange) permet d'ajuster la tension souhaitée à une graduation donnée (par exemple la graduation 100 doit donner -40V).

En pratique

Comme c'est un instrument américain les réglages à réaliser sont documentés pour des tubes américains évidemment. Heureusement quelqu'un a créé la liste pour les tubes européens :

• Test Data pour tubes américains en pdf et en Excel
• Test Data pour tubes européens en pdf et en Excel (fichier Excel réalisé par mes soins, unique sur internet !)

Par exemple, ci-dessous, on trouve les réglages pour les fameux tubes double triodes 12AT7, 12AU7, 12AX7, ... équivalentes à nos bien aimées ECC81, 82, 83.

La lecture est simple : type de tube, tension de filament à choisir, les positions des 7 contacteurs pour établir les bonnes connexions, les valeurs des pots de bias et de shunt, la position d'échelle, le bouton de mesure à appuyer, et enfin la valeur minimale à lire sur le cadran. Si l'aiguille est en-dessous de cette valeur, on peut jeter le tube. Le principe est efficace, on peut vite déterminer la qualité d'un tube. Mais après quelques tests, je suis frustré car il n'est pas possible de faire le lien avec les valeurs du datasheet, tant au niveau point de fonctionnement bias que valeur réelle de la conductance Gm. Manifestement je ne suis pas le seul car il existe 2 tables qui font très exactement les correspondances. Une table me donne la vraie tension de bias et me permet de savoir où la mesure est faite dans les courbes officielles du tube testé, et l'autre table me permet de connaitre la conductance réelle du tube testé et de la comparer aux données nominales officielles ! Et là ça devient vraiment utile et intéressant :

• pour une double triode 12AU7, la transductance Gm officielle du data sheet (à 150V plaque) est de 2,2 mA/V (millimohs)
• sur l'appareil l'aiguille monte à 80 et avec la table de conversion cela donne 2,0 mA/V ! super !
• et la valeur minimum acceptable est de 56, soit 1,3 mA/V

La documentation indique que dès que le tube donne au moins 60% de la conductance officielle, il est considéré comme bon.

Pour l'anecdote, j'ai testé des tubes de puissance 6V6 qui ont théoriquement un Gm de maximum 3,7. Mes tubes mesurent entre 1,0 (mauvais !) et 3,2 (OK), mais bizarrement un tube me donnait 4,5 ! Ce qui est en principe impossible au vu des datasheets. Sauf que les tubes 6V6 de dernière génération vont bien jusque 4,5, donc ce tube était neuf !

J'ai essayé avec plusieurs types et modèles de tubes : triodes, pentodes et diodes de la série Exx, ainsi que des tubes TV de la série Pxx, même un "oeil magique" (tube accord radio vert) et c'est bon. L'appareil fonctionne correctement : toutes les mesures concordent avec la documentation de l'appareil et les datasheets, l'appareil est stable, et il n'y a pas de faux contacts, super.

Grâce à mon stock de tubes je peux faire de nombreux tests, et découvrir que bon nombre d'entre eux ... ne valent pas grand chose soit au niveau Gm soit ils ont un court-circuit, vieux et fatigués. Je les jette, cela me fera de la place !

A l'intention du propriétaire, j'ai traduit et ajouté quelques mesures de sécurité à ce document d'explications d'utilisation en français.

Très chouette 1^ère expérience avec un testeur de tubes, j'ai encore appris beaucoup de choses. Si j'en trouve un à un prix raisonnable je l'achète !