Historique des premiers tubes

Thomas Edison, cet inventeur américain prolifique, est souvent crédité de l'invention de la lampe à incandescence. Plus précisément, on pourrait dire qu'Edison était l'homme qui a perfectionné la lampe à incandescence. La conception réussie d'Edison en 1879 a en fait été précédée de 77 ans par le scientifique britannique Sir Humphry Davy, qui a le premier démontré le principe de l'utilisation du courant électrique pour chauffer une fine bande de métal (appelée « filament ») jusqu'à l'incandescence (blanc brillant chaud).

Edison a pu obtenir son succès en plaçant son filament (fait de fil à coudre carbonisé) à l'intérieur d'une ampoule en verre transparent dont l'air avait été extrait de force. Dans ce vide, le filament pourrait briller à des températures chauffées à blanc sans être consumé par la combustion :

Au cours de son expérimentation (vers 1883), Edison a placé une bande de métal à l'intérieur d'une ampoule en verre sous vide (vide) avec le filament. Entre cette bande métallique et l'une des connexions du filament, il a fixé un ampèremètre sensible. Ce qu'il a découvert, c'est que les électrons traversaient le compteur chaque fois que le filament était chaud, mais s'arrêtaient lorsque le filament se refroidissait :

Le filament chauffé à blanc dans la lampe d'Edison libérait des électrons libres dans le vide de la lampe, ces électrons trouvant leur chemin vers la bande de métal, à travers le galvanomètre et retournant au filament. Sa curiosité piquée, Edison a alors connecté une batterie assez haute tension dans le circuit du galvanomètre pour aider le petit courant :

Effectivement, la présence de la batterie a créé un courant beaucoup plus important du filament vers la bande métallique. Cependant, lorsque la batterie a été retournée, il y avait peu ou pas de courant du tout !

En effet, ce sur quoi Edison était tombé, c'était une diode ! Malheureusement, il n'a vu aucune utilité pratique pour un tel appareil et a procédé à d'autres améliorations dans la conception de sa lampe.

Le flux d'électrons à sens unique de cet appareil (connu sous le nom d'effet Edison) est resté une curiosité jusqu'à ce que J. A. Fleming expérimente son utilisation en 1895. Fleming a commercialisé son appareil sous le nom de « valve », lançant un tout nouveau domaine d'étude dans les circuits électriques. Les diodes à tube à vide (les « vannes » de Fleming ne faisant pas exception) ne sont pas capables de gérer de grandes quantités de courant. L'invention de Fleming était donc impraticable pour toute application en courant alternatif, uniquement pour les petits signaux électriques.

Puis, en 1906, un autre inventeur du nom de Lee De Forest a commencé à jouer avec « l'effet Edison », en voyant ce que l'on pouvait tirer de plus du phénomène. Ce faisant, il fit une découverte surprenante :en plaçant un écran métallique entre le filament incandescent et la bande métallique (qui avait désormais pris la forme d'une plaque pour une plus grande surface), le flux d'électrons circulant du filament vers la plaque pouvait être régulé par l'application d'une petite tension entre l'écran métallique et le filament :

De Forest a appelé cet écran métallique entre le filament et la plaque une grille. Ce n'était pas seulement la quantité de tension entre la grille et le filament qui contrôlait le courant du filament à la plaque, c'était aussi la polarité. Une tension négative appliquée à la grille par rapport au filament aurait tendance à étouffer le flux naturel d'électrons, alors qu'une tension positive aurait tendance à augmenter le flux. Bien qu'il y ait eu une certaine quantité de courant à travers le réseau, il était très faible; beaucoup plus petit que le courant à travers la plaque.

Le plus important était peut-être sa découverte que les petites quantités de tension de grille et de courant de grille avaient des effets importants sur la quantité de tension de plaque (par rapport au filament) et de courant de plaque. En ajoutant le réseau à la « valve » de Fleming, De Forest avait rendu la valve réglable :elle fonctionnait désormais comme un dispositif d'amplification, grâce auquel un petit signal électrique pouvait prendre le contrôle d'une plus grande quantité électrique.

L'équivalent semi-conducteur le plus proche du tube Audion, et de tous ses équivalents plus modernes, est un MOSFET de type D à canal n. C'est un appareil commandé en tension avec un gain de courant important.

Appelant son invention l'« Audion », il l'appliqua avec vigueur au développement de la technologie des communications. En 1912, il vendit les droits de son tube Audion comme amplificateur de signal téléphonique à l'American Telephone and Telegraph Company (AT et T), ce qui rendit la communication téléphonique longue distance pratique. L'année suivante, il a démontré l'utilisation d'un tube Audion pour générer des signaux CA radiofréquence. En 1915, il réussit l'exploit remarquable de diffuser des signaux vocaux par radio d'Arlington, en Virginie à Paris, et en 1916 inaugura la première émission d'informations radio. De telles réalisations ont valu à De Forest le titre de « Père de la radio » en Amérique.