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.
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)
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.
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
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.
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)
le coefficient d'amplification
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.
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
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.
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.
Capacité d'entrée d'un
circuit utilisant une triode
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.