Triode (électronique)

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L'Audion de Lee De Forest, 1906.
Triode à chauffage direct

La lampe triode est le premier dispositif amplificateur d'un signal électronique. L'ingénieur américain Lee De Forest est l'inventeur, en 1906, de cette lampe qu'il nomme Audion[N 1]. C'est le physicien W. H. Eccles qui donne le nom de triode à cette lampe à trois électrodes[1].

Historique[modifier | modifier le code]

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

La triode se compose d'une cathode , émettrice à chaud d'électrons, d'une anode réceptrice, et d'une grille placée entre les deux, le tout dans un tube dans lequel on a fait le vide.

  • la cathode est un filament incandescent ou une plaque chauffée par un tel filament. Le chauffage de la cathode confère suffisamment d'énergie à ses électrons pour leur permettre de se libérer du support et former un nuage électronique autour de la cathode.(on parle d'émission cathodique) .

L'application d'une différence de potentiel entre cathode et anode accélère ces électrons (négatifs) vers l'anode (positive) et forme un courant de quelques milliAmpères dans le circuit.

  • L'interposition d'une grille entre les deux électrodes permet, en modulant son potentiel, de favoriser ou restreindre ce passage des électrons. L'énorme intérêt de cette disposition est qu'une petite variation de potentiel sur la grille provoque une grosse variation du courant récolté par l'anode: c'est le principe de l'amplification. En jouant sur les caractéristiques géométriques de la lampe, on peut ajuster ce facteur d'amplification. (le gain).

Schéma[modifier | modifier le code]

Triode

Caractéristiques de la triode[modifier | modifier le code]

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 :

Il est aussi égal au rapport entre la capacité parasite grille-cathode Cgc et la capacité parasite anode-cathode Cac : .

Cette deuxième équation montre qu'une diminution de la distance entre la grille et la cathode permet d'augmenter 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 : 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 .

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 ou transconductance, laquelle s'exprime en 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, aux États-Unis. Le réciproque de cette pente est appelée la résistance interne d'anode qui s'exprime en ohms.

Pour et en introduisant ces définitions, cette équation peut être écrite ou .

Le terme de droite est équivalent à la définition du facteur d'amplification soit le produit de la pente x par la résistance interne appelé µ. Le signe signifie que la tension d'anode diminue quand la tension de grille augmente. Cette dernière équation peut être écrite , formule très utile pour retrouver un des paramètres du tube quand les deux autres sont connues.

Application[modifier | modifier le code]

Une triode Western Electric de 1917.

Cette invention permit l'apparition du cinéma parlant, de la TSF (radio), et plus tard de l'informatique, (en utilisant la triode comme interupteur "tout ou rien", et remplaçant les relais, beaucoup moins rapides), 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 dans la plupart des amplificateurs à tubes, pour son meilleur rendement. En dépit de la nécessité de remplacer régulièrement les tubes, dont la cathode s'épuise (durée ~~ 2000h), ceux-ci sont toujours utilisés aujourd'hui, et très appréciés des guitaristes (amplificateurs) et des amateurs de Hi-Fi (puissance) 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 utilisée comme amplificateur de forte puissance (500 watts et au-delà) jusqu'à 100 mégahertz environ, en montage "grille commune", avec l'avantage d'absence de neutrodynage, contrairement à la pentode. Ces triodes pour amplificateurs linéaires HF peuvent fournir de 500 W à 15 kW. Les fournisseurs principaux sont EIMAC et AMPEREX.

Modèles courant[modifier | modifier le code]

Principales triodes utilisées en audio[modifier | modifier le code]

Pour les préamplificateurs[modifier | modifier le code]

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

Pour les amplificateurs (puissance)[modifier | modifier le code]

Type en 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

Principales triodes industrielles[modifier | modifier le code]

Eimac 3CX1500A7
  • 3CW30000H3 dissipation maximale 30 kW à 100 MHz
  • 3CW20000A7 dissipation maximale 20 kW à 140 MHz
  • 3CX15000H3 dissipation maximale 15 kW à 90 MHz
  • 3CX10000A7 dissipation maximale 10 kW à 160 MHz
  • 8161R dissipation maximale 4 kW à 110 MHz
  • 833A dissipation maximale 0,4 kW à 30 MHz
  • TH5-4 dissipation maximale 4 kW à 110 MHz
  • TH6-3 dissipation maximale 10 kW à 140 MHz
  • 3-500Z dissipation maximale 1000 W à 50 MHz

(valeurs indicatives pouvant varier selon le fabricant)

Notes et références[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Histoire de la lampe de radio, op. cit. p. 6

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Le brevet est déposé le 29 janvier 1907

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Bernard Machard, Histoire de la lampe de radio, Lacour, Nîmes, 1989.
  • Germain Dutheil, Guide des tubes BF, Publitronic Elektor, 1999.
  • Jean Hiraga, Initiation aux amplis à tubes, Dunod, 2000.
  • Francis Ibre, Tubes audio anciens et récents, (ISBN 978-2-86661-155-2), Publitronic Elektor, 2007.
  • Francis Ibre, Audio tubes : caractéristiques & utilisation, (ISBN 978-2-86661-174-3), Publitronic Elektor, 2010.
  • Peter Dieleman, Théorie & pratique des amplificateurs audio à tubes, Elektor, 2005
  • (en) George Shiers, The First Electron Tube, in Scientific american, March 1969, p. 104.
  • (en) Gerald Tyne, Saga of the vacuum tube, in Prompt Publications, 1977, p. 30-83, reprint 1994.
  • (en) John Stokes, 70 years of radio tubes and valves, in Vestal Press, NY, 1982, p. 3-9.
  • (en) Keith Thrower History of the British Radio Valve to 1940, in MMA International, 1982, p 9-13.