Tube électronique

Pour expliquer l’effet thermoïonique, commençons avec une diode à vide. 

Dans un tube vidé de son air pour rendre son volume isolant, on dispose un filament métallique généralement recouvert d’un oxyde. Ce filament est chauffé par un courant électrique, c’est la cathode. Le filament est un métal et comme tous les métaux, les atomes qui le constituent ont des électrons qui peuvent se déplacer d’un atome à un autre. On parle d’électrons libres. Quand la température augmente, les électrons disposent de suffisamment d’énergie pour quitter les atomes métalliques. On obtient un nuage d’électrons chargé négativement par nature à l’intérieur du tube à vide. 

À l’autre extrémité du tube, on dispose une plaque métallique chargée positivement, c’est l’anode et celle-ci n’est pas chauffée. Les électrons chargés négativement sont attirés par l’anode et l’on obtient un courant électrique. Ce courant ne peut circuler que dans un seul sens et c’est ce qui définit une diode. 

En modulant ce courant électrique avec le signal électrique issu d’une source audio que l’on veut amplifier, on peut obtenir le gain désiré. 

Pour y parvenir, on introduit dans le tube à vide une troisième électrode nommée grille ou grille de commande qui conduit le signal analogique à amplifier entre la cathode et l’anode. Le rapport entre la cathode émettrice d’électrons et la grille qui introduit le signal électrique à amplifier va faire varier la quantité d’électrons ou le courant arrivant à l’anode réceptrice. Ainsi, le courant varie à l’anode. Une charge en série de l’anode permet de convertir les variations de courant en variations de tensions et de puissance. Le flux d’électrons est alors modulé et le signal est ainsi amplifié. 

En pratique, la triode présente le défaut d’osciller à cause de la capacité inhérente au couple cathode-grille. 

Pour éliminer ce défaut, une deuxième grille est ajoutée avec un potentiel proche de celui de l’anode qui réduit cette capacité néfaste. Cette grille complémentaire est qualifiée d’écran et nous sommes en présence d’une tétrode. 

Un défaut subsiste avec la tétrode. Sa grille-écran émet des électrons secondaires qui distordent le signal audio. 

Pour éliminer ces émissions intempestives, une troisième grille est introduite dans le tube à vide. Cette troisième grille reçoit le même potentiel électrique que la cathode et empêche l’émission d’électrons depuis la grille-écran. 

Nous avons alors une pentode que l’on retrouve dans les amplificateurs hifis. 

Les tubes fonctionnent avec un chauffage indirect de la cathode avec un filament auxiliaire. Les amplis à tubes nécessitent donc un temps de préchauffage de la cathode pour atteindre la densité de courant nominale. 

Les terminaisons des électrodes traversant le tube à vide sont réalisées en broches afin d’en faciliter le changement et leur connexion au support de tube. 

Les tubes à vide sont souvent en verre au travers duquel on voit l’incandescence du métal chauffé et, par analogie, on les appelle aussi des lampes. 

Les tubes peuvent également être en céramique ou en métal.