En 1906,
Lee de Forest, un ingénieur américain, eut l'idée
de placer une troisième électrode entre la cathode
et l'anode de la diode de Flemming pour contrôler le flux
d'électrons. La triode était née et avec
elle commençait l'époque de l'électronique.
Grâce à cette invention, qui fût l'objet de
nombreuses améliorations par la suite, on put amplifier,
détecter et produire les ondes radio qui allaient permettre
la radio-téléphonie puis la télévision.
Voir un
récepteur simple OC à tube.
La triode, principe
Entre la
cathode et l'anode de la diode à
vide s'établit un courant d'électrons dont
l'intensité dépend (entre autres) de la température
de la cathode et de la différence de potentiel entre l'anode
et la cathode. Il en est de même pour la triode.
La grille est placée entre la cathode et l'anode, donc
sur le trajet des électrons. Lorsque la grille est à
un potentiel négatif par rapport à la cathode,
elle établit une barrière qui réduit d'autant
plus le flux d'électrons qu'elle est négative.
La puissance nécessaire pour modifier la tension de la
grille est très faible par rapport à la variation
de tension anode provoquée par la variation de la tension
grille, c'est ce qui explique les facultés amplificatrices
de la triode |
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Le symbole de la triode
FF : chauffage du filament
K : cathode
G : grille
A : anode ou plaque
Le brochage et les caractéristiques des tubes peuvent
être trouvés sur le Web (voir liens-composants) |
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Mesure des caractéristiques de la
triode
Le schéma
ci-contre représente le montage d'essais utilisé
pour mesurer les variations du courant et de la tension d'anode
en fonction de la tension de grille. La plaque est alimentée
par une source de courant continu positive (ici +300 V maximum)
tandis que la grille se voit appliquée une tension négative
réglable à l'aide d'un potentiomètre.
La résistance d'anode limite le
courant d'anode IA. Le filament est alimenté par
une source de courant continu ou alternatif de tension convenable
(généralement 6,3 volts). On trouve les brochages
et caractéristiques des tubes dans de nombreux sites. |
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La caractéristique d'anode et la
résistance interne
Le potentiel
de grille UG est fixé et on mesure l'intensité
du courant d'anode en fonction de la tension d'anode. Pour UG=
0V la triode se comporte comme une diode.
La partie linéaire de chaque courbe
représentée sur la figure ci-jointe permet de calculer
la résistance interne (Ri) du tube pour chaque tension
de grille (UG). C'est le rapport entre la variation
de tension anode par la variation d'intensité anode correspondante.
Ri dépend de la tension de grille.
Exemple : pour une tension grille de -1V la variation
de IA en fonction de UA sur la figure ci-contre est de 2 mA
(de 2 à 4 mA) pour 50 V (100 à 150 volts). Ri =
50/0,002 = 25000 ohms |
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La caractéristique de grille
C'est la
variation de courant anode IA en fonction
de la tension de grille.
Si la tension UG
de la grille par rapport à la cathode est inférieure
à une tension UG0 appelée tension de cut-off,
le flux électronique est interrompu. (courbe rouge à
-2,5 V, courbe bleue à -6,5V).
Suivant la valeur de UG
on aura :
. UG < UG0 : courant anode IA
= 0
. UG
= UG0 :
courant anode IA = 0,
point de cut-off.
. zone A sur la courbe : les variations de IA ne
sont pas proportionnelles aux variations de UG,
partie non linéaire de la courbe.
. zone linéaire de la courbe : variations de IA
proportionnelles aux variations de UG.
. UG
> 0
V : le courant anode
IA tend à diminuer. Dans ce cas,
peu fréquent dans les applications de la triode, un courant
grille s'établit, celle-ci se comportant comme une anode.
Ce courant peut être dangereux pour la grille, incapable
de dissiper une puissance importante |
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La pente
La pente
d'une triode(symbole s, de l'anglais "slope")
indique ses possibilités d'amplificatrice. C'est en réalité
la pente de la partie linéaire de la caractéristique
de grille IA(UG) que l'on peut calculer à l'aide
du rapport dIA/dUG. Elle est exprimée en mA par
volt (mA/V) ou encore en micromho (voir la conductance)
ou de préférence en microsiemens (1mA/V = 1000
µS). On rencontre aussi le terme de transconductance (symbole
gm).
Sur la figure ci-dessus, la courbe en
rouge possède une pente plus grande (environ 2,5 mA/V)
que la courbe en bleu (environ 0,5 mA/V) |
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Le coefficient d'amplification
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La pente
de la triode "rouge" est de 2,5 mA/V. Ce qui signifie
qu'une variation de 1 volt de la tension grille UG
provoque une variation de IA de 2,5 mA. On a vu plus en relevant
la caractéristique d'anode qu'une variation de 2 mA de
IA peut être obtenue en faisant varier UA
de 50 V (dont 2,5 mA pour 62,5 V). On peut dont dire qu'une variation
de UG de 1 volt provoque une variation de UA de 62,5 volts. Le
coefficient d'amplification (symbole µ, sans
unité) du tube est dont de 62,5/1 = 62,5. |
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Relation entre Ri, gm et µ
Quand on
connait deux de ces trois valeurs on en en déduire la
troisième à l'aide de la relation suivante :
Avec gm en milli-siemens (1mS=1000µS) et Ri en kilohms
Exemple : µ = 62,5 et gm = 2,5 d'où Ri =
25 k |
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La triode amplificatrice en courant alternatif
Une triode
amplificatrice peut être considérée comme
un générateur de résistance interne Ri et
produisant une force électromotrice E égale à
K fois l'amplitude en volts du signal appliqué sur la
grille.
Lorsque la triode est chargée par une résistance
pure, le signal en sortie est déphasé de 180 degrés
par rapport au signal présent sur la grille, autrement
dit il est en opposition de phase. Si la charge est inductive
ou capacitive ce déphasage est différent.
Voir préampli BF à
triode. |
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Effet dynatron et électrons secondaires
Une triode
dont la grille serait polarisée à l'aide d'une
tension U1 positive présente une courbe de variation
IA en fonction de UA
trés particulière. Sur la courbe ci-contre :
- de 0 à A : une partie des électrons émis
par la cathode sont captés par la grille qui se comporte
comme une anode, une autre partie atteint la plaque et provoque
un courant plaque IA proportionnel à la tension plaque
UA. La triode se comporte comme une résistance
positive.
- de A à B : les électrons frappant la plaque
sont fortement accélérés par la grille puis
par la plaque. Le choc des électrons en provenance de
la cathode arrache des électrons "secondaires"
à la plaque qui sont captés par la grille. Ce courant
d'électrons secondaires vient en déduction du courant
cathode-plaque, le courant anode décroit, et s'annule
complétement en B.
- de B à C : le courant IA est inversé,
l'anode émet plus d'électrons qu'elle n'en reçoit.
La triode se comporte comme une résistance négative.
- de C à D : la tension UA est supérieure
à la tension grille, la plaque retrouve progressivement
son rôle d'anode. |
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Capacité d'entrée d'un circuit
utilisant une triode
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La capacité
d'entrée d'une triode (entre grille et cathode) est approximativement
la somme de la capacité interne cathode-grille et de la
capacité interne grille-plaque multipliée par l'amplification
de l'étage. Si la charge de l'étage varie, le coefficient
d'amplification va varier également et provoquer un glissement
de la capacité d'entrée de l'étage. Si cet
étage est un oscillateur comportant un circuit oscillant
en entrée, la stabilité de la fréquence
sera médiocre. Si cet étage est un amplificateur
celui-ci peut devenir instable et se mettre à osciller,
d'où la nécessité de neutrodyner l'étage. |
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