Les Triodes - Pagesperso

Les Triodes:
traduit de l'anglais par Bourrinours
1- la grille
Dans un tube électronique,la grille consiste généralement en une sorte
de spirale de fil électrique entourant la cathode, comme dessiné en figure 1. Si
le potentiel de grille est négatif par rapport à la cathode, les electrons
provenant de cette dernière sont repoussés et le courant de grille est
négligeable par rapport au courant d'anode.
Cela signifie que la puissance utilisée dans le circuit de grille pour
contrôler le courant d'anode est très faible. Il est préférable de minimiser la
surface de la grille, car ainsi le nombre d'électrons interceptés sur le chemin
les menant vers l'anode est négligeable; mis d'un autre côté, si les câbles sont
trop espacés, la capacité de la grille à contrôler le courant d'anode est réduite.
Les triodes sont donc conçues pour opérer un compromis intéressant entre ces
deux conditions conflictueuses. En anglais l'anode est appelée « plate », à
cause de sa forme dans les premiers tubes conçus. On retrouve aussi le terme
« plaque » en français. Le symbole électrique conventionnel d'une triode est
montré en figure 2.
Le potentiel de grille altère la configuration du champ électrique dans
l'espace entre la cathode et l'anode par rapport à celui règnant dans une diode.
Cela peut être décrit de la manière suivante: en dérivant la loi de Child, le
potentiel de plaque règle le courant de manière à ce que le champ électrique
autour de la cathode soit très faible. Le potentiel de grille a un effet similaire.

Sous l'influence de la combinaison des potentiels de grille et de plaque,
le courant dans le tube est tel que le champ électrique à la cathode reste petit.
Puisque la grille est plus proche de la cathode, son potentiel est relativement
plus efficace à controler le courant que le potentiel de plaque. C'est pourquoi,
en utilisant la loi de Child, le courant dans le tube peut être écrit:
Ib=AVgVb3/2
(1)
où A est une constante dépendant de la géométrie du tube, Vg est le potentiel
de grille, Vb est le potentiel de plaque, et μ une constante appelée facteur
d'amplification. Le facteur d'amplification rend compte du plus grand effet
du potentiel de grille comparé au potentiel de plaque. Cette équation s'accorde
raisonablement bien avec les caractéristiques courant-tension expérimentales
des triodes courantes. Il est difficile d'évaluer A à partir de règles simples, et
l'exposant est souvent légèrement différent de 3/2. C'est pourquoi on préfère
afficher les caractéristiques des tubes graphiquement, plutôt que de procéder à
une analyse mathématique précise.
L'action de Vg dans l'équation (1) s'oppose à celle du potentiel d'anode
puisque la tension de grille est négative. Une expression du facteur
d'amplification est obtenue en notant le fait que ces actions qui s'opposent
s'annulent si les charges électriques induites par le potentiel de grille sont
égales et de signes opposés aux charges paroduites par le potentiel d'anode,
soit:
−Cg k VgCkVb=0
(2)
où C μk est la capacité entre la grille entre cathode et plaque, et Cgk celle entre
grille et cathode. En résolvant l'équation on trouve:
= Vb
Vg
=Cgk
Ck
(3)
D'après l'équation (3) le facteur d'amplification est augmenté si la grille
est proche de la cathode puisque la capacité grille-cathode s'en trouve aussi
augmentée. La plaque, blindée vis-à-vis de la cathode par la grille, en est
relativement éloignée , si bien que μ est toujours plus grand que l'unité. En
réalité, des triodes avec des facteurs d'amplification allant de 10 à 100 se
trouvent largement dans le commerce.
2) Caractéristiques de plaque :
Parmi les moyens graphiques pour représenter la caractéristique
courant-tension d'une triode, la plus utile est de tracer le courant de plaque en
fonction de la tension de plaque pour différentes valeurs fixées du potentiel de
grille. Les courbes ainsi obtenues sont appelées les caractéristiques de plaque
(plate characteristics en anglais). Des caractéristiques de plaque typiques,

telles que fournies par les fabriquant, sont décrites figure 3. Noter que chaque
courbe est similaire à la courbe courant-tension d'un tube diode. De plus , le
courant pour un potentiel de plaque donné est réduit à mesure que la grille est
rendue négative.
Les courbes courant-tension sont déplacées vers la droite avec de petits
changements de forme pour chaque incrémentation négative du potentiel de
grille, en conformité avec l'équation (1). Mais en comparant cette équation
avec les courbes expérimmentales, on se rend compte pourquoi il est
nécessaire d'utiliser les données graphiques: bien que la loi de Child
représente le comportement général des caractéristiques de plaque, elles n'est
pas assez précise pour parvenir à des résulats satisfaisants.
D'après la figure 3, le courant de plaque est esentiellement nul pour une
valeur suffisament négative du potentiel de grille. Ce potentiel nécessaire pour
mettre le tube dans ces conditions de coupure (cutoff en anglais) dépend du
potentiel de plaque. En effet, le tube est un circuit ouvert quand il est
« coupé ». Si la grille est à un potentiel positif, il y a un courant de grille assez

conséquent. Alors la grille devient l'anode d'une diode polarisée en sens direct,
et elle représente une résistance plus petite que lorsque la grille est polarisée
négativement. Dans la plupart des circuits cet effet prévient des risques que la
grille puisse devenir positive. C'est pourquoi à 0V le potentiel de grille est dit
saturé puisque il et dans sa configuration de conductivité maximale. La plage
entre la coupure et la saturation est la plage normale de potentiel de grille.
Les caractéristiques de plaque sont obtenues expérimentalement avec
l'aide du circuit présenté en figure 4. Ce circuit illustre aussi comment uune
triode peut être utilisée comme un amplificateur simple.
Tout d'abord il est nécesaire de tracer la droite de charge correspondant
à la resistance de charge RL sur les caractéristiques de plaque. Cela est réalisé
en remarquant que le courant est donné par:
Ib=Vbb−Vb
RL
(4)
C'est l'équation d'une droite passant de pente
−1
RL
et qui passe par les
points
Vb=0; Ib=Vbb
RL
et
Vb=Vbb ; Ib=0
(voir figure 5). L'intersection de la
droite de charge avec chaque courbe des caractéristiques de plaque donne le
courant de plaque pour un potentiel de grille donné.
Le point
Ib;V b
correspondant à la polarisation continue de la grille
trouvé par cette procédure est appelé point de fonctionnement (operating point
en anglais). Comme le potentiel de grille varie quand on lui applique, en plus
de cette composante continue, un signal variable
vi
, l'excursion du courant
de plaque fait des aller retours le long de la droite de charge, puisque
l'équation 4 est satisfaite à chaque instant. Les changements de courant de
plaque donnent naissance à un signal de sortie par le biais de la résistance de

charge. Supposons par exemple que le signal d'entrée soit sinusoïdal, comme
en figure 5:
Le signal de sortie est alors lui aussi presque sinusoïdal, mais de
beaucoup plus grande amplitude, indiquant que le circuit amplifie le signal
d'entrée (ce circuit est appelé montage à cathode commune, et est
énormément utilisé).
Noter que la puissance d'entrée est très faible, car le courant de grille est
très faible. Au contraire, la puissance de sortie, qui est égale àu courant de
plaque au arré multiplié par la résistance de charge, peut être très appréciable.
Cette puissance est fournie par l'alimentation de plaque Vbb et est contrôlée
par l'action de « valve » de la grille. La forme du signal de sortie n'est pas
exactement une réplique amplifiée du signal d'entrée à cause des courbures
des caractéristiques de plaque. Cette distortion est minimisée par des circuits
appropriés et un choix correct du point de fonctionnement. Noter aussi dans la
figure 5 que quand le potentiel de grille augmente, celui de plaque diminue.
Cela signifie que l'amplificateur à triode introduit une rotation de phase de