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.