Diode à tube sous vide :qu'est-ce que c'est et comment ça marche

Diodes à tubes sous vide à enveloppe métallique

Ces derniers temps, nous avons vu beaucoup d'avancées technologiques dans le domaine des appareils électriques. De nos jours, nous pouvons trouver un tas de transistors créant des portes logiques et permettant le calcul.

Mais les ordinateurs existaient avant l'invention des transistors et du courant continu. Bien que cette première forme d'ordinateur soit si massive, elle occupait des pièces entières et pesait des milliers de livres au XXe siècle.

La diode du tube à vide est ce qui jouait le rôle de transistors dans ces ordinateurs géants. Bien que les transistors dirigent le monde des appareils électroniques modernes, la diode à vide a toujours ses utilisations.

Ainsi, dans cet article, nous allons tout montrer sur une diode à tube à vide, son fonctionnement, ses types et applications pour votre PCB, et ses caractéristiques.

Commençons !

Tube à vide

Qu'est-ce qu'une diode à tube à vide ?

Avant l'ère des transistors Sir John, Ambrose Fleming a créé ce que nous appelons le tube à vide en 1904. Sir Lee De Forest (du 17ème siècle) est un autre nom avec lequel il faut compter, en particulier en ce qui concerne les radios et les filaments liés aux diodes à tube à vide. /P>

Le tube à vide est un dispositif qui bloque le flux d'électrons uniques d'un courant électrique dans un sens (anode vers cathode) tout en permettant le flux du courant électrique dans un autre sens (cathode vers anode).

Maintenant, la diode à vide est la forme la plus simple du tube à vide qui produit et contrôle les électrons libres. De plus, la diode à vide possède deux électrodes que nous appelons cathode et anode. L'anode fonctionne comme un collecteur d'électrons, tandis que la cathode sert d'émetteur d'électrons. Il fonctionne également comme un filament de 1,4 volt avec une valve unidirectionnelle prenant en charge les filaments chauffés et minces.

De plus, la cathode peut être une électrode positive ou une électrode négative lors de sa décharge de champ électrostatique. En d'autres termes, il possède d'excellentes propriétés d'émission de champ.

Les anodes sont des cylindres métalliques creux en nickel ou en fer. Cependant, dans les situations de haute puissance, vous trouverez des anodes avec du molybdène, du graphite ou du tantale car les événements de haute puissance peuvent endommager les anodes en nickel ou en fer. De plus, les anodes sont plus grandes que les cathodes pour dissiper la chaleur sans forte augmentation de la température. Donc, vous ne pouvez pas considérer une anode comme une anode avec un courant faible.

D'autre part, les cathodes sont constituées d'un simple filament de tungstène ou de tungstène thorié. En outre, les cathodes avec des lignes de champ peuvent être des tubes de nickel revêtus d'oxyde de baryum ou d'oxyde de strontium. De plus, les cathodes revêtues d'oxyde présentent une meilleure efficacité d'émission.

Comment fonctionnent les diodes à tube à vide

Lorsque l'on examine le fonctionnement d'une diode à vide, il est important de connaître l'efficacité de la manière dont les électrons s'échappent d'une surface.

Le nombre de flux d'électrons qu'un matériau chauffé peut émettre par unité de surface est lié à un "b" constant et à une température absolue. La constante "b" indique ce que fait un électron primaire pour s'échapper de la surface.

Ainsi, à partir de cela, nous pouvons dériver une équation pour le courant quittant la surface extérieure comme :

I =AT²ε (–b/T)

L'équation du courant sortant de la surface extérieure

Où : 

I - courant mesuré en ampères

A – constante pour le type de matériau émetteur

T – la température en degrés absolus

b - travail nécessaire pour que l'électron quitte la surface externe

Les inventions de Walter H. Schottky et Thomas Edison soutiennent également l'équation ci-dessus.

Diodes de tube à vide poussé

Pour la plupart, les diodes à tubes thermioniques sous vide fonctionnent comme des tubes modernes. Mais avec une taille plus grande. En outre, il comporte un récipient sous vide avec une anode et une cathode connectées à travers une source de tension.

Tension d'anode et de cathode

L'anode (borne positive) traite de la tension positive. Donc, cela fonctionne sur le principe d'émission thermionique. De plus, le filament chauffe la cathode (borne négative) et permet l'émission d'électrons. Ces électrons émis sont alors attirés vers l'anode. Cependant, si la tension positive reçue par l'anode n'est pas suffisante, elle n'attirera pas les électrons de la cathode.

Filament électrique

Pour cette raison, un nuage invisible d'électrons s'accumulera dans l'espace entre l'anode et la cathode, créant une charge d'espace. La charge d'espace repousse les autres électrons sortant de la cathode. Par conséquent, arrêtant l'émission d'électrons et le flux de courant à travers le circuit.

Mais, si la tension d'alimentation appliquée entre l'anode et la cathode est suffisamment élevée, alors l'effet de charge d'espace sera neutralisé lentement. De cette manière, le flux d'électrons vers l'anode sera libre. Par conséquent, les électrons peuvent se déplacer à travers le vide à l'intérieur de l'enveloppe de verre de l'enveloppe à vide. Pour cette raison, rien ne bloque l'émission d'électrons, permettant ainsi la libre circulation du courant de l'anode à la cathode.

De plus, à mesure que la tension appliquée augmente sur l'anode, le courant augmente également. Finalement, la charge d'espace disparaît complètement et l'anode atteint l'émission maximale de la cathode.

Remarque :

la seule façon d'augmenter l'émission d'électrons de la cathode est d'augmenter la température de la cathode. Il augmente également l'énergie des électrons permettant à plus d'électrons de quitter la cathode.

Bien que toutes les zones de la diode à vide comportent une charge d'espace, elle est assez importante dans la région de la cathode. Pourquoi? Parce qu'il détermine les éléments critiques, y compris les émissions maximales.

En revanche, si l'anode traite une tension négative, il n'y aura pas de flux d'électrons, car elle ne sera pas chaude. De plus, les électrons qui quittent le tube cathodique chauffé ne se déplaceront pas vers l'anode. Ce processus accumule une forte charge d'espace entre l'anode et le tube cathodique. En raison de la forte répulsion de la charge d'espace, tous les électrons reviennent vers la cathode. Par conséquent, aucun courant ne circule dans le circuit.

Caractéristiques des diodes à vide

Voici quelques-unes des caractéristiques des diodes à tube à vide.

Diode comme redresseur

Lorsque vous appliquez un courant alternatif à votre anode, sa polarité restera positive pendant un demi-cycle positif. Ainsi, les électrons peuvent circuler vers l'anode. De plus, lors d'une alternance négative, la plaque reste négative, ce qui coupe le courant anodique.

Ainsi, il montre que les diodes à tube à vide permettront au courant d'anode de circuler dans une seule direction et de produire un courant de sortie redressé. Et cela fonctionne mieux avec une diode thermionique ou une diode semi-conductrice avec une tension de chauffage ou des tensions inverses.

Redresseur à diode

Deux types de cathodes

La diode à tube à vide peut utiliser deux types de cathodes :

Cathode chauffée directement

Ici, la cathode sert également de filament. Ainsi, vous pouvez l'appeler la cathode de type filament.

Cathode de chauffage indirect

Ici, la cathode a un mince manchon métallique recouvert d'oxydes. Les manchons servent de cathode et un fil de tungstène électriquement isolé est séparé du manchon.

Frais d'espace

La charge d'espace est une caractéristique importante de la diode à tube à vide. Une charge positive apparaît sur la cathode lorsqu'elle émet des électrons. Il permet à la cathode d'attirer les électrons et de créer une charge d'espace dans l'enveloppe du tube à vide.

Matériaux cathodiques

Voici deux matériaux de cathode courants :

Tungstène

Le tungstène comprend un métal pur et a une fonction de travail de 4,54 eV. Vous pouvez faire fonctionner ce matériau en toute sécurité à 2500®K et l'utiliser dans un tube à haute puissance, des tubes à vide thermioniques ou des tubes à ondes progressives.

Tige de tungstène

Thorié-Tungstène

Ce matériau fonctionne dans les cathodes chauffées directement. Il supporte les électrons à basse température (environ 700®C à 750®C. Vous pouvez faire fonctionner ce matériau avec un rendement élevé et une faible puissance de chauffage.

Types de diodes à tube à vide

Le type de tube à diode à vide a six classifications qui incluent :

• Diodes à vide pour gamme de fréquences (émetteurs radio, micro-ondes, audio)

Micro-ondes

• Diodes à vide pour la puissance nominale (puissance audio, petit signal) avec champ uniforme
• Diodes à vide de type cathode/filament
• Diodes à vide à fonctions spécialisées (détecteurs de lumière)
• Application diodes à vide (tubes émetteurs ou tubes récepteurs)
• Diodes à vide pour paramètres spécialisés (amplification audio à faible bruit)

Applications

Les applications des diodes à tube à vide incluent :

• Horloges atomiques
• Tubes à rayons X
• Postes radio
• Batterie de polarisation de grille
• Systèmes audio
• Tubes régulateurs de tension
• Électrode de contrôle
• Amplificateur triode
• Amplificateur électronique
• Applications grand public
• Commutation de circuit à grande vitesse
• Tubes Klystron
• Systèmes de propulsion ionique
• Équipement électronique
• Équipement alimenté par batterie
• Équipement audio professionnel
• Communications radio
• Capteurs solaires
• Systèmes micro-ondes
• Systèmes militaires avec alimentation (haute tension)
• Composants pour téléphones portables, Bluetooth et micro-ondes Wi-Fi
• Satellites de téléphonie cellulaire
• Accélérateurs de particules
• Tubes photomultiplicateurs
• Lumières stroboscopiques
• Systèmes électroniques sous vide à semi-conducteurs
• Dispositifs à électrons sous vide
• Afficheurs de panneaux sous vide

Derniers mots

Bien que le monde soit désormais alimenté par des transistors, la diode à vide a toujours ses utilisations. L'utilisation moderne la plus remarquable de la diode à vide est peut-être dans la communauté musicale. La plupart des audiophiles préfèrent la qualité sonore des amplificateurs électroniques à tube à vide aux amplis à semi-conducteurs.

Tubes à vide à enveloppe unique

Une autre application notable est celle des émetteurs RF haute puissance. Les diodes à tube à vide génèrent plus de puissance que leurs homologues à semi-conducteurs. Ainsi, vous trouverez des tubes à vide dans les scanners IRM, les accélérateurs de particules et même les fours à micro-ondes. Cela conclut cet article. Si vous avez des questions, n'hésitez pas à nous contacter. Nous serons ravis de vous aider.