tube électronique (suite)

Grille accélératrice, tétrode, pentode et bigrille

L’inconvénient majeur du tube triode est l’effet de rétroaction, souvent perturbateur, qu’engendre la présence de la capacité anode-grille. Une seconde grille formant écran peut, si elle est maintenue à un potentiel fixe par rapport à la cathode, réduire considérablement cet effet. Toutefois, pour éviter la réduction corrélative de l’attraction qu’exerce l’anode sur les électrons émis par la cathode, il faut que le potentiel de cet écran soit positif. Cette disposition est même favorable, et le nouveau tube qui en bénéficie prend le nom de tétrode. L’accélération, fixe, des électrons rend le courant d’anode beaucoup moins dépendant de la différence de potentiel anode-cathode. La résistance interne augmente (parfois jusqu’à 1 mégohm) et, si elle devient très supérieure à la résistance de charge, l’amplification tend vers KR/ρ, c’est-à-dire SR. Pour certains potentiels d’anode, cependant, les électrons arrachés à la surface de l’anode par le bombardement cathodique (émission secondaire) sont attirés par l’écran, et le courant d’anode diminue. La résistance interne devient négative et le phénomène est parfois utilisé (effet dynatron). Lorsqu’on veut l’éviter, on dispose une troisième grille entre l’écran et l’anode et on la maintient au potentiel de la cathode. Cette grille, à pas généralement très large, appelée grille de suppression, donne au tube le nom de pentode (ou penthode). Dans les tétrodes dites « à faisceau dirigé », la grille et l’écran sont simplement placés dans l’« ombre » l’une de l’autre ; on réduit ainsi l’effet dynatron en évitant l’emploi d’une troisième grille.

Tubes multigrilles et tubes multiples

Plusieurs grilles permettent de commander le courant d’anode par plusieurs tensions d’origines diverses (hexodes, heptodes, octodes, ennéodes, etc.). La même cathode peut aussi émettre des électrons au profit de plusieurs structures ou éléments (double diode, double triode, triode-pentode, triode-hexode, double diodepentode, etc.). Les compactrons furent les dernières et les plus complètes de ces combinaisons avant le remplacement progressif des tubes par les semi-conducteurs.

Tube à gaz, thyratron

En présence de gaz, sous une pression de 1 à 30.10^–3 mm de mercure, la diode à cathode thermo-émissive se comporte d’abord comme une diode à vide. Cependant, avec l’augmentation de la différence de potentiel anode-cathode (de 10 à 15 volts), l’ionisation des molécules de gaz apparaît sous l’influence des collisions. Le courant d’anode augmente alors brusquement jusqu’à une valeur qu’il ne dépassera plus, même sous l’action d’une nouvelle augmentation de la tension d’anode ; car l’ionisation (positive) a neutralisé la charge d’espace. Pour retrouver son état d’équilibre (neutre et non conducteur), l’espace anode-cathode exige la disparition de la différence de potentiel qui lui était appliquée. Ce phénomène peut être modifié par la présence d’une grille dont le potentiel négatif renforce précisément l’effet de la charge d’espace. La tension d’ionisation (tension d’amorçage) est beaucoup plus grande (de 100 à 300 volts), alors que le retour à l’état d’équilibre exige toujours la disparition de cette tension. Ces deux états stables, éloignés en potentiel et commandés, respectivement, par la grille et par l’anode, donnent à ce dispositif, appelé thyratron, tout son intérêt.

Technologie du tube électronique

Dérivés de la lampe d’éclairage, les premiers tubes électroniques sont construits à partir d’une rangée de fils soudables au verre (dumets) maintenus en ligne dans un bloc comprimé à chaud (pied pincé). Le bloc s’évase vers le bas et est coiffé de l’ampoule. Le scellement est fait, au chalumeau, pendant que pied et ampoule tournent lentement. La structure (ensemble des électrodes) a été préalablement soudée par points aux fils qui traversent le pied. De l’autre côté du pincement, les fils sont d’abord laissés libres, puis ils sont soudés à l’étain aux broches d’un culot. Le brochage (ordre des branchements) restera longtemps le symbole même du type de tube. L’ampoule prend des formes diverses, adaptées au maintien de la structure par des micas dont les fines perforations immobilisent la cathode, les montants des grilles, et permettent à l’anode de tenir en place par un système de fentes et de languettes rabattables. Plus tard, l’ampoule est recouverte d’un enduit métallique (silcop) réuni à la cathode aux fins de blindage électrostatique (1934-1940 env.). Une autre formule consiste à remplacer l’ampoule de verre par une enceinte d’acier (vers 1937, tubes « tout métal »). On donne aussi à l’ampoule de verre une forme cylindrique en la coiffant d’un blindage léger en aluminium qui retient une pastille formant culot à sa base (tubes « verre-métal » ou « metal-glass »). Le pied pincé a été abandonné au profit d’un pied pressé circulaire. Enfin, avec la miniaturisation (v. 1943), le pied pressé remplace le culot ; les fils de sortie sont les broches elles-mêmes. On revient pourtant aux sorties par fils souples et à quelques pieds pinces avec la subminiaturisation, chaque fois que celle-ci est possible. Elle l’est particulièrement lorsque l’emploi d’un type de tube donné ne l’oblige pas à dissiper une trop grande énergie. Depuis l’apparition des premiers tubes spécialisés, en effet ceux-ci se distinguent aussi en tubes amplificateurs de tension (miniaturisables) et tubes amplificateurs de puissance. Pour ces derniers, les connexions rigides du pied pressé servant de culot sont d’excellents moyens d’évacuer la chaleur dissipée par les électrodes.

Le vide est obtenu par un pompage à la fin duquel les pièces métalliques internes sont contraintes d’évacuer leurs gaz occlus. À cet effet, elles sont portées à une température élevée par induction électrothermique. En fin de pompage et après scellement à la fermeture du tube qui a servi à l’évacuation (queusot), l’effet physico-chimique d’un composant spécial (getter) consomme les dernières traces de gaz en s’évaporant (flash) et en déposant, sur une partie de l’ampoule, un revêtement, brillant de l’extérieur, qui continuera d’absorber, durant la vie du tube, les molécules de gaz au fur et à mesure de leur éventuelle libération.

J.-C. S.

➙ Amplificateur électronique.

 F. E. Terman, Radio Engineering (New York, 1932 ; 4^e éd., Electronic and Radio Engineering, 1955). / K. R. Spangenberg, Vacuum Tubes (New York, 1948). / R. Bourion, Étude physique et construction des tubes électroniques (Soc. fr. des électriciens, 1965).