LA TRIODE

Découverte par Lee De Forest en 1906, cette "lampe" qui permet d'amplifier les signaux électriques a permis le développement de la radio.Cette page donne quelques explications sur le fonctionnement et l'utilisation de ces premières "lampes" de radio.

Triode

"RADIOTECHNIQUE"

1922

Poste

"DUCRETET" à 3 triodes

1923

SOMMAIRE

LE COURANT ELECTRIQUE

L'EFFET THERMOELECTRONIQUE

LA DIODE

LA TRIODE

DISTORSION - POLARISATION

COMPLEMENTS

 

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LE COURANT ELECTRIQUE

Souvenirs de physique ...

La matière est composée d'atomes. Un atome est composé d'un noyau, de charge électrique positive, autour duquel gravite des électrons. Ces électrons sont porteurs d'une charge électrique négative.

Les charges électriques de signe contraire s'attirent entre-elles.
Les charges électriques de même signe se repoussent.

Dans les corps dits "conducteurs" (en particulier les métaux), certains électrons ne restent pas liés à leur atome respectif, mais peuvent se déplacer librement dans dans tout le volume de ce corps. Ce sont les "électrons libres".

Courant électrique = déplacement d'électrons libres à travers un circuit composé de corps conducteurs.

L'intensité d'un courant, noté par la lettre " I ", se mesure en Ampère (symbole A).

1 A = passage de 6 240 000 000 000 000 000 électrons par seconde à travers une section du circuit.

Pour provoquer ce déplacement d'électrons il faut un générateur, véritable pompe à électrons, qui "pousse" ces derniers à travers le circuit.
La "pression" exercée sur les électrons par le générateur se mesure en
Volt (symbole : V). A la place de "pression", on emploie le mot "tension".
Pour désigner la tension d'un générateur, on emploie habituellement la lettre "
U".

 

La Loi d'ohm donne la relation entre la tension U du générateur et le courant I dans le circuit :

U = R x I (avec U en volt et I en Ampère)

R est la "résistance" que le circuit oppose au passage du courant.
La résistance se mesure en Ohm (
W).

Sur les schémas, on représente les courants et les tensions par des flèches.
Malheureusement ces flèches sont orientées, par convention, à l'opposé du mouvement des électrons.
Le courant est représenté par une flèche sortant de la borne du générateur (alors que les électrons sortent de la borne -).
La tension est orientée vers la borne (alors qu'elle pousse les électrons à sortir par la borne -).

Cela est gênant pour comprendre le fonctionnement d'une lampe de radio. Dans la suite de cette page, les flèches vertes représentent le sens des électrons, les autres couleurs respectent le sens conventionnel.

 

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L'EFFET THERMOELECTRONIQUE

Découvert en 1905.
Si on chauffe un corps conducteur, l'agitation de ses atomes devient telle que des électrons libres sont expulsés à l'extérieur.
Le conducteur est entouré d'un "nuage d'électrons".

Il faut noter que ces électrons ne peuvent pas s'éloigner du conducteur, puisque les noyaux (charges ) des atomes qu'ils ont quittés, les attirent à nouveau vers le conducteur.

 

Pour provoquer l'effet thermoélectronique à l'intérieur d'une "lampe" de radio, on chauffe le conducteur à l'aide d'une batterie d'accumulateurs.

Cette batterie, dite "batterie de chauffage" avait, en France, une tension de 4V.

Un rhéostat, en série avec cette batterie permet de régler le courant de chauffage (donc la température du conducteur).


Batterie de chauffage"DININ" 4V

Rhéostat de chauffage

Commande de chauffage

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LA DIODE

Constitution de la "diode".

Le filament, chauffé par la batterie de 4V, est placé dans une ampoule de verre dans laquelle on a réalisé un vide parfait.
Les électrons émis par le filament peuvent donc se déplacer dans l'ampoule sans se heurter aux molécules de l'air.

Une électrode dite "plaque" ou "anode" est placée à proximité du filament.

Fonctionnement.

Sur le schéma ci-contre, les électrons émis par le filament, sont attirés par la plaque reliée à la borne du générateur. Le courant dans le circuit n'est donc pas interrompu par la présence de la "lampe".

Si on inverse les polarités du générateur, comme indiqué sur le schéma le courant d'électrons ne peut plus traverser la lampe.

La plaque, déjà chargée d'électrons par le générateur, repousse vers le filament les électrons expulsés par ce dernier. Aucun électron ne traverse l'espace filament-plaque.

Le courant dans le circuit est nul.

La diode ne laisse passer le courant que dans un sens.

Cette propriété sera utilisée pour le "redressement" (convertir un courant alternatif en courant continu), et pour la "détection" ou elle remplacera le détecteur à galène.

QUELQUES CHIFFRES ....

A l'intérieur d'un conducteur le mouvement des électrons libres (qui correspond au courant électrique) s'effectue à une vitesse très faible : quelques mètres en une heure. On comprend leur difficile progression à travers le réseau d'atomes du corps conducteur.
La lenteur des électrons libres est compensée par leur nombre, pour le cuivre : 825 000 000 000 000 000 électrons dans un millimètre cube.

Par contre le passage dans le vide entre le filament et la plaque s'effectue à grande vitesse. Pour une tension de 50 V entre le filament et la plaque, un électron qui quitte le filament à vitesse nulle, arrive sur la plaque à 15 000 km/h.

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 LA TRIODE

Son rôle principal est d'amplifier les tensions et les courants.

 

 

Comme pour la diode on retrouve le "filament" et la "plaque", ici de forme cylindrique.

Un électrode supplémentaire, en forme de spirale, la "grille" est placée autour du filament.

Symbole et brochage

La grille permet de régler le débit des électrons qui circulent entre le filament et la plaque.

Montage d'une triode en amplificateur.

 

Un courant d'électrons Ip, "poussés" par le générateur de tension U est établi dans le circuit électrique (en vert).

La tension UG, que l'on souhaite amplifier, est appliquée entre le filament et la grille.

C'est aux bornes de la résistance R que l'on recueille la tension amplifiée. Cette résistance peut aussi être un écouteur ou un haut-parleur.

La tension U habituellement utilisé est de 80 V :

 
Une "batterie de plaque" de 80 V
Selon la valeur de UG, la grille repousse plus ou moins les électrons vers le filament et règle ainsi la valeur du courant Ip.

Un exemple numérique ...

La résistance R vaut 50 000 W.

A l'instant t1, la tension UG est nulle et le courant Ip vaut 0,5 mA.

La loi d'ohm permet de calculer la tension aux bornes de la résistance : UR = R x Ip
U
R = 50 000 x 0,000 50 = 25 V

A l'instant t2, la grille est plus négative qu'à l'instant t1. Elle a tendance à repousser davantage les électrons vers le filament. Le courant Ip diminue (0,45 mA). La tension UR diminue aussi :
U
R = 50 000 x 0,000 45 = 22,5 V.

A l'instant t3, la grille est plus positive qu'à l'instant t1. Elle a maintenant tendance à favoriser le passage des électrons. Le courant Ip augmente (0,55 mA). La tension UR augmente aussi :
U
R = 50 000 x 0,000 55 = 27,5 V.

Bilan : La tension UG qui varie de 0,2 V provoque une variation de la tension UR de : 27,5 - 22,5 = 5 V.
L'amplification en tension est : 5 / 0,2 = 25.

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DISTORSION - TENSION DE POLARISATION

Si la tension appliquée à la grille est trop élevée, on constate une forte "distorsion". Le poste de radio a une sonorité désagréable.
Cette distorsion est due à l'apparition d'un "
courant de grille".

Durant les instants ou la tension UG est positive ( coté grille), la grille capte des électrons émis par le filament.

Ces électrons donnent lieu au courant de grille IG représenté sur le schéma.

Deux cas peuvent se présenter selon la nature de la source UG :

- Les électrons traversent difficilement la source UG (elle a une grande "résistance interne"). Ils s'accumulent sur sa borne et modifient la valeur de la tension UG (qui devient anormalement négative).

- Les électrons sont facilement absorbés par la source UG. Le courant absorbé par cette source manquera au courant Ip.

Dans les deux cas la tension VR sera déformée.

Pour éviter le courant de grille on place en série avec la source de tension UG une "pile de polarisation" de telle sorte que la tension de la grille soit toujours négative par rapport au filament.

Exemple : La tension UG varie entre - 3 V et 3 V.
Une pile de polarisation de 4,5 V donnera une tension U
GF entre la grille et le filament qui varie entre - 7,5 V et - 1,5 V. Le courant de grille n'existera pas.

On ne place pas toujours la "pile de polarisation". On la rencontre seulement sur la lampe finale de certains récepteurs. En effet, cette lampe fonctionne avec une tension de grille élevée pour pouvoir alimenter un haut-parleur.

On remarque que la pile de polarisation ne débite aucun courant (pas d'usure).

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COMPLEMENTS

EXEMPLE DE CARACTERISTIQUE
Triode PHILIPS Type A 415

Tension de chauffage : 4,0 V

Courant de chauffage : 0,065 A

Tension anodique maximum : Up = 150 V (anode = plaque)

Courant anodique normal : Ip = 4 mA

Pente : S = 1,5 mA / V

Coefficient d'amplification : K = 15

Résistance interne : r = 10 000 W

La pente caractérise l'action de la grille sur le courant Ip.
S = 1,5 mA / V : une variation de U
G = 1V provoque une variation de Ip = 1,5 mA.

Le coefficient d'amplification représente l'influence, sur le courant Ip, de la grille par rapport à la plaque.
K = 15 : une variation de Up =15 V, ou une variation de U
G = 1 V, ont le même effet sur le courant Ip.

La résistance interne indique l'effet de la tension plaque sur le courant plaque Ip.
r = 10 000
W : une variation de Up =10 V provoque une variation de Ip = 10/10 000 = 1 mA.
L'idéal serait d'avoir une résistance interne "infinie". Cela voudrait dire que le courant Ip ne dépend que de U
G et pas de Up.
Ce résultat sera approché, plus tard, avec les lampes tétrodes et penthodes.

On remarque que : K = r x S (S = 0,0015 A / V)

EVOLUTION DES TRIODES ENTRE 1920 ET 1930

Les premières triodes

Poste LILOR - PARIS : Noter les abat-jours sur les triodes

Ces premières triodes sont caractérisées par :
- l'ampoule transparente ou teintée ( bleu, jaune) ou mordorée,
- la forme sphérique ou en forme de poire,
- la pointe sur le dessus
- le culot en cuivre ou en métal nickelé.

Les filaments sont constitués d'un mince fil de tungstène porté à plus de 1800°C.

Leur éclairement intense a valu le nom de "lampes" à ces premières triodes. Plus tard on dira "tubes électroniques".

La consommation des filaments était importante : entre 0,5 et 1 A sous 4 V.

Leur durée de vie très courte : quelques dizaines d'heure.

Ces lampes dites "lampes à pointe" ou "TM" (Triode Militaire) ne fonctionnent plus aujourd'hui. Elles sont cependant très recherchées des collectionneurs pour leur esthétique.

Après 1924 
Deux progrès décisifs : Le filament à faible consommation et le "getter"


Lampes "Micro" et "Micro pointe"  

Les filaments sont recouverts d'une couche de matière qui a la propriété d'émettre les électrons à une faible température (moins de 800°C). Les lampes n'éclairent plus.

La consommation de ces filaments est faible : 50 à 100 mA. Cela vaut à ces lampes le qualificatif de "Micro".

Le "getter" est la substance projetée à l'intérieur de l'ampoule pour y maintenir le vide.
Cette substance à base de magnésium absorbe les molécules de gaz qui peuvent, à la longue, pénétrer dans l'ampoule. L'ampoule est maintenant opaque (teinte noirâtre et dépôt métallique).

 

Ces lampes sont encore utilisables.
On reconnaît facilement que le vide est toujours intact à la couleur du getter (qui doit présenter des reflets métalliques).
On n'est pas sûr, par contre, que la couche émissive déposée sur le filament soit encore en état.
Si le filament a été "survolté", la couche émissive est détruite. La lampe est inutilisable bien que le filament soit "bon à l'ohmètre".
Cet incident n'est pas rare, car vers 1928 on a remplacé les batteries par des alimentations secteur dont la tension de chauffage pouvait largement dépasser 4 V.
Si on achète une telle lampe pour la faire fonctionner, il faut la tester avec un "lampemètre" de poche (voir : page
BRICOLAGE).

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