Le tube radio

Le tube radio
Le tube ou lampe radio est très important historiquement .Il a été utilisé par
les anciens de la radio . Il l'est encore dans les émetteurs à lampes , dans les
amplificateurs linéaires de fabrication amateur ou commerciale , dans des
amplis hifi .
Il est constitué d'une ampoule de verre ou de céramique dans laquelle on a
fait le vide , d'électrodes internes et de broches pour le branchement .
Fig 1
1 . La lampe à 2 électrodes ou diode . Fig 2 .
Elle a été inventée en 1904 par le physicien anglais Fleming.
Un filament est porté au rouge par un courant alternatif basse tension . Un tube de métal ou
cathode recouvert d'oxydes de baryum ou de strontium entoure le filamant chauffant . Sous
l'action de la chaleur la cathode libère des électrons e- . La cathode est reliée au - d'une sour
ce de tension continue . Une autre électrode métallique , l'anode ou plaque reliée au + de la
source de tension continue attire les e- émis par la cathode .Ainsi l'espace cathode - anode de
vient conducteur .
Fig 2
Si l'on place un milliampèremètre dans le circuit on mesure un courant i de plusieurs milli
ampères .En faisant varier la tension d'anode à partir de 0 , l'intensité varie proportionnelle
ment jusqu'au moment où l'on atteint la saturation ; le débit d'électrons n'augmente plus ..
Fig 3
Si l'on représente graphiquement la variation du courant d'anode
en fonction de la tension d'anode on obtient la caractéristique
de la diode .
Utilisation :
La diode conduit donc uniquement lorsque l'anode est positive
par rapport à la cathode car si elle devient négative elle repousse
les électrons .Si l'on applique sur l'anode une tension alternative
la diode ne conduira pas pendant les alternances négatives .On
va alors redresser le courant alternatif. On peut l'utiliser comme
redresseur , comme détecteur .
Actuellement ces fonctions sont assurées par des diodes semiconductrices .
Remarques
1 . L'anode est relativement froide par rapport à la cathode ; elle
n'émet pas d'électrons .
2.Le filament des tubes n'est pas représenté sur les schémas .Il
ne compte pas comme électrode .
2 . La lampe à 3 électrodes ou triode . Fig 4 .
a) la lampe .
Elle a été inventée en 1907 par le physicien américain Lee de Forest qui eut l'idée d'ajouter
une grille en spirale entourant la cathode .La polarité de cette grille va influer sur les électrons émis par la cathode et qui se dirigent vers l'anode .Voir le schéma .
Fig 4
En effet si la grille est rendue négative par rapport à la cathode elle va repousser les e- et
donc réduire leur flux . Si elle est très négative elle peut arrêter tous les éléctrons . C'est le
" cut-off " . ( En anglais " to cut " signifie couper )
Fig 5 a
Fig 5 b
Fig 5 c
Fig 5 d
Dans le montage de la Fig 5 b ci-dessus cathode et grille sont réunies donc au même état
électrique , au même potentiel .En plaçant un milliampèremètre dans le circuit on relève
i = 12 mA .Dans le montage de la fig 5 c où la grille est rendue négative par rapportr à la
cathode ( - 1 V ) on trouve i = 10 mA . Avec le montage de la figure 5 d où la tension entre
grille et cathode est (- 2 V ) on a i = 8 mA .
On peut représenter la variation du courant anodique en fonction de
la tension grille Vgk . La courbe obtenue (fig 6 ) est une caractéristi
que du tube . On observe que pour une variation de 1 V de la tension
grille , la variation du courant anodique est de 2 mA soit 2 mA / V
.Cette grandeur est la pente du tube .
Donc en rendant la grille plus ou moins négative par rapport à la
cathode on obtient une variation du couranr d'anode .La grille de la
Fig 6
triode apparaît comme l'électrode qui commande le courant plaque .
C'est la grille de commande ou grille de contrôle .
b ) Principe de l'amplification Fig 7
Amplifier un signal c'est augmenter son amplitude .C'est
indispensable : par exemple le petit signal qui arrive sur l'antenne
doit être amplifié pour qu'on puisse l'entendre . On peut utiliser
une triode .
Imaginons que l'on ajoute un petit générateur de tension alternati
ve de valeur 1 V crête à crête à la pile de la figure5 .Plaçons de
plus un resistor de valeur 10 K entre l'anode et le + haute tension
Principe Fig 7
Portons la grille à ( - 2 V ) continus .Les 2 tensions contimue et alternative sur la grille vont
s"ajouter et la tension totale va donc varier de - 2 +0,5 soit - 1,5 V à - 2 - 0,5 soit - 2,5 V .
Voir les schémas ci dessous Fig 8
Pendant ce temps l'intensité anodique varie
entre 9 et 7 mA : voir la figure 9 ci-contre
.La tension aux bornes de R ( 10 K ) varie
de R * delta Ia (loi d'ohm ) soit
10 000 * 0 , 000 2 A = 20 V
Ainsi une variation de 1 V sur la grille se
traduit par une variation de tension de 20 V
à la sortie . On a amplifié le signal 20 fois .
On dit que l'amplification en tension est
égale à 20 .
On écrit : Av = 20 ( sans unité )
Fig 9
c ) Polarisation automatique de la grille .
Nous voulons supprimer la pile qui permettait de polariser la grille à
- 2 Vcontinus . Pour cela insérons un resistor R entre cathode et
masse :fig 10 .Relions la grille à la masse . calculons la valeur de R .
Branchons la haute tension HT . Le courant d'anode est le même que
le courant de cathode soit 8 mA .
Nous voulons VGK = - 2 V . Or VGK = VGM + VMK = - 2 V
Or VGM = 0 . Donc VMK = -2 et VKM = + 2 V = VR
D'après la loi d'Ohm : R = 2 V / 0,008 A = 250 ohms
On prendra donc un resistor de 250 ohms pour polariser
automatiquement la grille à - 2 V par rapport à la cathode .
Fig 10
d ) Réalisation pratique .
Nous voulons amplifier un signal comme au paragraphe b ) . Pour cela nous allons l'envoyer
sur la grille du tube qui est reliée à la masse par un resistor de forte valeur : RG = 500 K pour
ne pas court-circuiter le générateur du signal . Voir Fig 11 .
Observons que la résistance d'entrée du montage est très élevée
On ajoute un condensateur en parallèle sur RK . Pourquoi ?
Le circuit d'entrée : grille , générateur , RK , cathode et le circuit de sortie : anode , RCH , RK
cathode sont "couplés " par la résistance RK . Comme RCH et RK sont parcourues en sens in
verse par rapport à la masse par le courant anodique notamment le courant alternatif , la
tension sur RK se retranche de la
tension de sortie . Donc la présen
ce de RK seule diminue le gain de
l'amplificateur .Le condensateur
CK va réduire le couplage gênant
en diminuant fortement
l'impédance de RK . Le courant
continu de polarisation passe dans
la résistance RK et le courant
alternatif est court-circuité par le
condensateur CK (Fig 12) dont l'impédance est faible .
Choix de CK : on peut prendre XCK = (1 /10 ) RK .
Le condensateur CK qui réduit le couplage est appelé
" condensateur de découplage " .
Le montage comporte aussi les condensateurs C1 et C2 qui
sont des " condensateurs de liaison ou de couplage " .
Ils permettent le passage du dourant alternatif et bloquent le
courant continu . Leur capacité dépend de la fréquence .
Remarque : Le paragraphe d) précédent nous montre que
la cathode est l'électrode commune au circuit d'entrée et au
circuit de sortie .On dit que le montage est à " cathode com
mune " .
4 . Principe de l'oscillateur HF .
A la place du générateur utilisé au paragaaphe 2 Fig 7 insé
rons un circuit oscillant parallèle . Chargeons le condensa
teur Fig 13 a . Le condensateur se décharge dans la self
comme vu au capitre " Circuits RLC " . Des échanges
d'énergie se produisent entre le condensateur et la self et
donnent des oscillations HF . Celles-ci s'arrêtent quand l'
énergie est épuisée par effet Joule dans la bobine .
Fig 11
Fig 12
Découplage
Fig 13 a
Il faut recharger le condensateur . Il suffit pour cela de
prélever une petite quantité d'énergie à la sortie de l'oscilla
teur .Par couplage inductif de quelques spires Fig 13 b ,
comme avec un transformateur , on pourra entretenir les
oscillations après leur "démarrage ".
Le sens du couplage entre L et Lr est très important car les
oscillations obtenues à la sortie doivent être reportées
en phase avec celles de l'entrée .
Un tel oscillateur produit des ondes sinusoïdales entrete nues .C'est déjà un petit émetteur . Les ondes transmisee à
une antenne n'ont pas besoin de fil conducteur comme le
téléphone pour se propager .
Il existe plusieurs types d'oscillateurs . Ils seront vus avec
les transistors .
Fig 13 b
5 . Autres lampes . fig 14
Il existe d'autres lampes que la diode et la triode
Ce sont par exemple la tétrode et le pentode .
Il existe aussi des lampes multiples .
La tétrode ou lampe à 4 électrodes .
Il existe dans la diode un effet de capacité entre
la grille et l'anode .Aux fréquences élevées ,
cette capacité parasite court-circuite le tube et
diminue l'amplification . On y remédie en
plaçant une 2eme grille entre la grille G1 et l'ano
de .La capacité résultante est alors beaucoup
plus faible . Cette grille G2 est appelée grille
écran .
La pentode ou lampe à 5 électrodes
Dans la tétrode , les électrons accélérés par la
grille G2 arrivent sur l'anode à très grande
vitesse . Certains rebondissent comme une balle
de tennis sur un mur .Ils sont alors attirés par la
grille G2 et réduisent donc le courant d'anode .
En disposant une 3eme grille entre G2 et l'anode
on empêche ce retour d'électrons . Cette grille
G3 est appelée " grille suppressor " .
Fig 14
Pentode