Les Tubes Electroniques

Un tube électronique également appelé tube à vide ou même lampe, est un composant électronique actif, généralement utilisé comme amplificateur . Le tube à vide redresseur ou amplificateur a été remplacé dans beaucoup d'applications par différents semi-conducteurs, mais reste irremplaçable à ce jour dans certains domaines comme l'amplification de forte puissance ou des hyperfréquences.

Structure générale

Les tubes électroniques désignent les composants qui utilisent des électrodes, placées dans le vide ou dans un gaz, isolées entre elles par ce milieu, et comprenant au moins une source d'électrons. Une enveloppe résistante à la température isole l'ensemble de l'extérieur. Bien que l'enveloppe soit généralement en verre, les tubes de puissance utilisent souvent la céramique et le métal. Les électrodes sont reliées aux terminaisons qui passent au travers de l'enveloppe par des passages étanches. Sur la plupart des tubes, les terminaisons sont des broches prévues pour être installées dans un support de tube électronique pour un remplacement facile

Effet thermoïonique

Les tubes à vide utilisent l'effet thermoïonique pour créer des électrons libres puis les diriger et les moduler. A l'origine, le tube à vide ressemble à une lampe à incandescence, car il possède un filament chauffant à l'intérieur d'une enveloppe de verre vidée d'air. Quand il est chaud, le filament relâche des électrons dans le vide: ce processus est appelé émission thermoïonique. Il en résulte un nuage d'électrons, dont la charge est négative, appelé charge d'espace. Les tubes à chauffage direct ne sont plus utilisés sauf en tube de forte puissance, remplacé par le chauffage indirect. Dans un tube à chauffage indirect, le filament chauffe une électrode qui émet les électrons, la cathode.

La Diode à vide

C'est le tube le plus simple, utilisé comme redresseur. Dans une diode à vide, les électrons émis par la cathode vont être attirés par une plaque métallique "anode" et située à l'intérieur du tube. Cette plaque est chargée positivement. Il en résulte un flux d'électrons, appelé courant, qui vont du filament vers la plaque. Le courant ne peut passer dans l'autre sens car la plaque n'est pas chauffée et n'émet donc pas d'électrons. On obtient donc une diode à vide à chauffage direct. Ce composant ne conduit le courant que dans un seul et unique sens.

La Triode

Evolution de la Triode

La triode présentait des défauts, en particulier une tendance à osciller en raison de la capacité que forme le couple grille-anode. Elle fut rapidement améliorée par l'adjonction d'une grille intermédiaire à un potentiel proche de celui de l'anode, réduisant cette capacité nuisible: la tétrode était créée. Enfin la pentode permit de supprimer l'effet des émissions secondaires d'électrons sur la grille écran de la tétrode grâce à une troisième grille au potentiel de la cathode. D'autres combinaisons comme l'hexode, munie de deux grilles de commande, permettent de réaliser le mélange de fréquences nécessaire aux récepteurs. L'évolution s'est poursuivie vers la miniaturisation, les tubes multifonctions, l'amélioration de la durée de vie et de la fiabilité, l'augmentation de la puissance et de la fréquence au fur et à mesure des besoins de la radio et de l'électronique.

Applications

Dans la plupart des utilisations, le tube à vide a été remplacé par un composant plus petit et moins cher: le transistor et ses dérivés. Ce dernier est un semi-conducteur et il permet la réalisation de circuits intégrés. Le transistor permet une densité et une fiabilité bien supérieures au tube pour l'amplification et le traitement de signal. Les tubes sont cependant toujours utilisés pour des applications spécifiques comme les amplificateurs audio, et pour les applications de très fortes puissances ou à haute fréquence (HF) comme pour les fours à micro-ondes, le chauffage par radio-fréquence industriel, et l'amplification de puissance pour les émetteurs de radio et de télévision. En effet, le transistor est limité en puissance et en fréquence par deux phénomènes: la dissipation volumique et le temps de transit, qui rendent difficile l'augmentation simultanée de la puissance et la fréquence de fonctionnement. Pour pallier cette limitation en HF, des combinaisons d'amplificateurs en parallèle sont possibles, mais demandent des coupleurs multiples en entrée et en sortie, et un coût supérieur à un amplificateur à tube unique de même puissance. Les tubes à vide au contraire ne dissipent aucune énergie dans le transit des électrons, mais uniquement à l'impact sur l'anode, qui peut être refroidie. En diffusion sonore, certaines personnes trouvent que les tubes électroniques permettent une qualité de son supérieure aux systèmes à transistors bipolaires ou à amplificateurs opérationnels. D'autres affirment par contre que les tubes électroniques n'apportent rien et qu'ils ne représentent plus aujourd'hui qu'un argument commercial. Il est toutefois peu probable qu'ils disparaissent, vu l'intérêt majeur que leur portent certains audiophiles, musiciens et techniciens, par exemple pour les amplificateurs de guitare électrique ainsi que pour les préamplificateurs de microphone et de studio d'enregistrement.

Les Triodes et Pentodes de puissance

Malgré l'avancée technologique des semi-conducteurs de puissances, les tubes à vide ont ainsi gardé l'avantage pour la fiabilité et pour le coût de revient lors de leur utilisation en amplificateurs de forte puissance dans certains domaines. Les triodes en grille commune, ou les pentodes en cathode commune sont les schémas les plus utilisés, jusqu'à environ 100 MHz.

Les Tubes les plus utilisés