Triode

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Lee De Forest Triode, 1906.
Lee De Forest Triode, 1906.
Triode, chauffage direct
Triode, chauffage direct

La lampe triode a constitué historiquement le premier dispositif amplificateur d'un signal électronique. Cette lampe a été inventée par l'ingénieur Lee De Forest en 1906.

Icône de détail Article détaillé : Historique des tubes électroniques.

Sommaire

[modifier] Fonctionnement

La triode se compose d'une cathode émettrice d'électrons, d'une anode réceptrice, et d'une grille placée entre les deux.

  • La cathode est chauffée par un filament placé derrière. (Parfois le filament et la cathode ne forment qu'un seul élément). Le chauffage de la cathode confère suffisamment d'énergie aux électrons de la cathode pour leur permettre de se libérer (on parle d'émission cathodique) et de rejoindre un « nuage électronique » dans le vide entourant la cathode. La cathode possède un potentiel (souvent le 0V) plus petit que celui de l'anode provoquant la migration des électrons vers l'anode, car les électrons de charge négatives sont attirés par les charges positives de l'anode.
  • En jouant sur le potentiel (tension) de la grille par rapport à la cathode, un nombre plus moins grand d'électrons émis par la cathode arriveront jusqu'à l'anode, créant un courant modulable entre anode et cathode : l'amplification est réalisée.

[modifier] Schéma

Triode

[modifier] Caractéristiques de la triode

Le facteur d'amplification μ d'une triode exprime le rapport entre la tension amplifiée sur l'anode et la tension d'entrée appliquée sur la grille: \mu = {Ua \over Ug}

Il est aussi égal au rapport entre la capacité parasite grille - cathode Cgc et la capacité parasite anode - cathode Cac: \mu = {Cgc \over Cac}

Cette deuxième équation montre qu'une diminution de la distance entre la grille et la cathode permet d'augment le facteur d'amplification du tube, car cela aura pour effet d'augmenter la capacité entre la grille et la cathode.

La loi de Child permet de décrire le courant d'anode d'une triode: Ia = A \left ( \mu Ug + Ua \right )^\frac{3}{2} où A est une constante qui dépend de la géométrie du tube.

De l'expansion de Taylor de cette équation au voisinage du point de travail du tube, on trouve:

\Delta I_a = \tfrac{\partial I_a}{\partial U_g}\Delta U_g + \tfrac{\partial I_a}{\partial U_a}\Delta U_a = g_m\Delta U_g+\tfrac 1{r_a}\Delta U_a

La première dérivée partielle de cette équation est la pente de la caractéristique de transfert au point d'opération et elle est appelée la conductance mutuelle gm ou transconductance, laquelle s'exprime em mho, ou plus communément en mA/V (1mmho = 1 mA/V). La deuxième dérivée partielle est la pente S de la caractéristique d'anode. Cependant dans le métier, on a gardé l'appellation "pente S" (en mA/V) pour désigner, en Europe, l'équivalent de la transconductance, au États-Unis. Le réciproque de cette pente est appelée la résistance interne d'anode ra qui s'exprime en ohm.

Pour ΔIa = 0 et en introduisant ces définitions, cette équation peut être écrite:

0 = g_m\Delta U_g+\tfrac 1{r_a}\Delta U_a

ou

g_m r_a=-\frac {\Delta U_a}{\Delta U_g}


Le terme de droite est équivalent à la définition du facteur d'amplification. Le signe − signifie que la tension d'anode dimunue quand la tension de grille augmente. Cette dernière équation peut être écrite: μ = ragm, formule très utile pour retrouver un des paramètres du tube quand les deux autres sont connus.

[modifier] Application

Cette invention permit l'apparition du cinéma parlant, de la TSF (radio), et plus tard de l'informatique, ainsi que des progrès dans les communications téléphoniques en permettant une amplification importante du signal sans effets de distorsion.

  • La triode fut vite perfectionnée par ajout d'une (pour la tétrode) puis, deux grilles supplémentaires, évitant des effets indésirables, notamment l'effet « dynatron ». Ce tube pentode sera rapidement adopté la plupart des amplificateurs à tubes, pour son meilleur rendement. Ceux-ci sont toujours utilisés aujourd'hui, et très appréciés des guitaristes (amplificateurs) et des amateurs de HI-FI (en dépit de la nécessité de remplacer régulièrement les tubes, dont la cathode s'épuise) en raison de leurs excellentes qualités pour la reproduction du son, parmi lesquelles on peut noter :
  • le spectre harmonique enviable en régime linéaire,
  • la bonne réponse aux transitoires produisant un son réputé plus naturel,
  • et accessoirement l'entrée en saturation douce lors de l'écrêtage (bien qu'il ne soit pas d'usage en Hi-Fi d'entrer dans les zones de saturation et d'écrêtage, si l'on excepte le cas assez particulier d'un ampli en classe B !)

En dehors du domaine marginal des collectionneurs et mélomanes, la triode est largement utilisé comme amplificateur de forte puissance (500W et au-delà) jusqu'à 100MHz environ, en montage "grille commune" ,avec l'avantage d'absence de neutrodynage, contrairement à la pentode. Ces triodes pour amplificateurs linéaires HF peuvent fournie de 500W à 15KW. Les fournisseurs principaux sont EIMAC et AMPEREX.

[modifier] Modèles courant

[modifier] Principales triodes utilisées en audio

[modifier] Pour les pré-amplificateurs

Type µ ra en kΩ gm en mA/V Pa max en W Ua max en V
ECC83-12AX7 double triode à fort µ 100 62 1,6 1.2 300
ECC82-12AU7 double triode à faible µ 17 7,7 2,2 2,75 300
ECC81-12AT7 double triode à µ moyen 60 11 5,5 2,5 300

[modifier] Pour les amplificateurs (puissance)

Type µ ra en Ω gm en mA/V Pa max en W Ua max en V
845 triode de puissance 5,3 1700 3,1 100 1250
300B triode de puissance 3,85 700 5,5 40 450

[modifier] Principales triodes industrielles

  • 3CW30000H3 dissipation maximale 30kW à 100MHz
  • 3CW20000A7 dissipation maximale 20kW à 140MHz
  • 3CX15000H3 dissipation maximale 15kW à 90MHz
  • 3CX10000A7 dissipation maximale 10kW à 160MHz
  • 8161R dissipation maximale 4kW à 110MHz
  • 833A dissipation maximale 0.4kW à 30MHz
  • TH5-4 dissipation maximale 4kW à 110MHz
  • TH6-3 dissipation maximale 10kW à 140MHz
  • 3-500Z dissipation maximale 1000W à 50MHz

(valeurs indicatives pouvant varier selon le fabricant)

[modifier] Voir aussi

[modifier] Bibliographie

[modifier] En français

  • Initiation aux amplis à tubes, de Jean Hiraga le livre
  • Théorie & pratique des amplificateurs audio à tubes, de Peter Dieleman le livre
  • Tubes audio anciens et récents, de Francis Ibre le livre

[modifier] En anglais

  • Shiers, George, The First Electron Tube, SCIENTIFIC AMERICAN, March 1969, p. 104.
  • Tyne, Gerald, SAGA OF THE VACUUM TUBE, PROMPT Publications, 1977 (reprint 1994), p. 30-83.
  • Stokes, John, 70 YEARS OF RADIO TUBES AND VALVES, Vestal Press, NY, 1982, p. 3-9.
  • Thrower, Keith, HISTORY OF THE BRITISH RADIO VALVE TO 1940, MMA International, 1982, p 9-13.

[modifier] Liens internes