La Triode

Le tube Audion de De Forest est devenu connu sous le nom de tube triode car il comportait trois éléments :filament, grille et plaque (tout comme le « di » dans le nom diode fait référence à deux éléments :filament et plaque). Les développements ultérieurs de la technologie des tubes à diodes ont conduit au raffinement de l'émetteur d'électrons :au lieu d'utiliser le filament directement comme élément émissif, une autre bande métallique appelée cathode pourrait être chauffée par le filament.

Ce raffinement était nécessaire afin d'éviter certains effets indésirables d'un filament incandescent en tant qu'émetteur d'électrons. Premièrement, un filament subit une chute de tension le long de sa longueur, car le courant surmonte la résistance du matériau du filament et dissipe l'énergie thermique. Cela signifiait que le potentiel de tension entre différents points le long de la longueur du fil de filament et d'autres éléments dans le tube ne serait pas constant. Pour cette raison et pour des raisons similaires, le courant alternatif utilisé comme source d'alimentation pour chauffer le fil de filament aurait tendance à introduire un « bruit » CA indésirable dans le reste du circuit du tube. De plus, la surface d'un filament mince était au mieux limitée, et la surface limitée de l'élément émetteur d'électrons tend à imposer une limite correspondante à la capacité de transport de courant du tube.

La cathode était un mince cylindre métallique s'ajustant parfaitement sur le fil torsadé du filament. Le cylindre cathodique serait suffisamment chauffé par le fil de filament pour émettre librement des électrons, sans les effets secondaires indésirables de transporter réellement le courant de chauffage comme le fil de filament devait le faire. Le symbole du tube pour une triode avec une cathode à chauffage indirect ressemble à ceci :

Étant donné que le filament est nécessaire pour tous les types de tubes à vide, à l'exception de quelques-uns, il est souvent omis dans le symbole pour des raisons de simplicité, ou il peut être inclus dans le dessin mais sans aucune connexion électrique :

Un circuit triode simple est montré pour illustrer son fonctionnement de base en tant qu'amplificateur :

Le signal alternatif basse tension connecté entre la grille et la cathode supprime alternativement, puis améliore le flux d'électrons entre la cathode et la plaque. Cela provoque un changement de tension sur la sortie du circuit (entre plaque et cathode). La tension alternative et les amplitudes de courant sur la grille du tube sont généralement assez faibles par rapport à la variation de tension et de courant dans le circuit de la plaque. Ainsi, la triode fonctionne comme un amplificateur du signal alternatif entrant (en prenant une puissance continue haute tension et haute intensité fournie par la grande source continue de droite et la « étranglant » au moyen de la conductivité contrôlée du tube).

Dans la triode, la quantité de courant de cathode à plaque (le courant « contrôlé » est fonction à la fois de la tension grille-cathode (le signal de commande) et de la tension plaque-cathode (la force électromotrice disponible pour pousser les électrons) à travers le vide). Malheureusement, aucune de ces variables indépendantes n'a d'effet purement linéaire sur la quantité de courant traversant l'appareil (souvent appelé simplement «courant de plaque»). C'est-à-dire que le courant triode ne répond pas nécessairement de manière directe , de manière proportionnelle aux tensions appliquées.

Dans ce circuit amplificateur particulier, les non-linéarités sont aggravées, car la tension de plaque (par rapport à la cathode) change avec la tension de grille (également par rapport à la cathode) lorsque le courant de plaque est étranglé par le tube. Le résultat sera une forme d'onde de tension de sortie qui ne ressemble pas exactement à la forme d'onde de la tension d'entrée. En d'autres termes, la bizarrerie du tube triode et la dynamique de ce circuit particulier déformeront la forme de l'onde. Si nous voulions vraiment devenir complexes sur la façon dont nous avons déclaré cela, nous pourrions dire que le tube introduit des harmoniques en ne reproduisant pas exactement la forme d'onde d'entrée.

Un autre problème avec le comportement des triodes est celui de la capacité parasite. N'oubliez pas que chaque fois que nous avons deux surfaces conductrices séparées par un milieu isolant, un condensateur se formera. Toute tension entre ces deux surfaces conductrices générera un champ électrique dans cette région isolante, stockant potentiellement de l'énergie et introduisant une réactance dans un circuit. C'est le cas de la triode, le plus problématiquement entre la grille et la plaque. C'est comme s'il y avait de minuscules condensateurs connectés entre les paires d'éléments dans le tube :

Maintenant, cette capacité parasite est assez petite, et les impédances réactives généralement élevées . Habituellement, c'est-à-dire à moins que les fréquences radio ne soient traitées. Comme nous l'avons vu avec le tube Audion de De Forest, la radio était probablement la principale application de cette nouvelle technologie, de sorte que ces "minuscules" capacités sont devenues plus qu'un simple problème potentiel. Un autre raffinement de la technologie des tubes était nécessaire pour surmonter les limitations de la triode.