Triode
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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.
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[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
[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: 
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'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: 
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 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. Le réciproque de cette pente est appelée la résistance interne d'anode ra qui s'exprime en ohm.
Pour Ia = 0 et en introduisant ces définitions, cette équation peut être écrite: 
ou 
.
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. Notons que 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 !)
[modifier] Remplacement
La triode et toutes ses cousines tubes électroniques, ont été progressivement et inéluctablement remplacées par les transistors, diodes et autre composants à base de semi-conducteur dans les applications grand public.
- Les rendements et les encombrements n'étant en rien comparables.
- Leurs coût de revient trop élevé pour être compétitives économiquement, pour les petits composants (beaucoup de personnel qualifié est nécessaire, le nombre de composants par centimètre faible).
- Pour le grand public les seules applications restantes sont amplificateurs audio pour mélomane averti et quelques amplificateurs haute fréquence pour amateur de radio qui utilisent encore les tubes électroniques pour leurs qualités très particulières et le micro-onde (où on ne peut le remplacer).
- Dans le domaine musical où la distorsion est utilisée pour enrichir le timbre des instruments, les amplis guitare les plus appréciés des musiciens restent les amplis à lampes, les transistors ne pouvant pas restituer de façon simple les finesses dont sont capables les tubes électroniques, même si de bonnes émulations à transistors existent.
- Dans l'industrie ils sont encore employés dans les applications de fortes puissances et/ou hautes fréquences comme le chauffage par radio fréquences (même principe que le micro-onde), et pour les émetteurs radio et TV bien sûr, car dans ces applications le transistor ne peut remplacer le tube.
[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
(valeurs indicatives pouvant varier selon le fabricant)
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