tube électronique (suite)
Diode à cathode chaude
Les électrons émis par un filament chaud ou par une cathode chauffée par un filament peuvent être attirés par une électrode voisine (anode) portée à un potentiel positif par rapport à cette cathode. Les électrons, ainsi absorbés par le générateur de tension, sont de nouveau fournis à la cathode par le pôle négatif de ce dernier, et un courant électrique s’établit qui franchit l’espace anode-cathode. Le sens conventionnel du courant électrique oblige à dire qu’un courant électrique peut circuler du + au – du générateur, dans l’espace anode-cathode de la diode. On dit que la diode est passante. Ce phénomène n’est pas réversible, car une anode portée à un potentiel négatif par rapport à la cathode refoule les électrons émis par cette dernière. On dit que la diode est bloquée. L’espace anode-cathode est donc un conducteur unidirectionnel, et cette propriété lui permet d’être utilisé pour le redressement des courants alternatifs et la détection des signaux radiofréquence modulés.
Fonctionnement de la diode à cathode chaude
Si la différence de potentiel à laquelle est soumise la diode passante est relativement grande et si l’émission électronique de sa cathode est peu abondante, les électrons sont attirés par l’anode, et l’intensité du courant anode-cathode dépend autant de la température de la cathode que de la tension anode-cathode. Par contre, autour d’une cathode à haut pouvoir émissif, les électrons échappés forment une gaine négative, la charge d’espace. Celle-ci réduit l’effet d’attraction du potentiel d’anode à la surface de la cathode, s’oppose donc à la sortie de nouveaux électrons et limite le courant de la diode. On constate que ce courant ne dépend plus que de la différence de potentiel anode-cathode. Dans ces conditions, les plus courantes avec les cathodes à oxydes, le fonctionnement de la diode est caractérisé par l’expression
où i (en ampères) est l’intensité du courant et v (en volts) la différence de potentiel anode-cathode ; G est un facteur appelé pervéance, constant pour une diode donnée, qui dépend de ses caractéristiques géométriques. L’exposant 
établi par Child (1911) et Langmuir (1913), est valable à partir d’une valeur v de quelques volts.
Aux valeurs plus faibles, la loi du courant i est exponentielle. En outre, un courant dit « courant initial » circule dans une diode, même pour v = 0. Tout se passe comme si une différence de potentiel interne était appliquée à la diode. Ce phénomène est appelé potentiel de contact. Il est souvent négligeable, et l’on peut dire que le courant anode-cathode dû à l’émission thermo-électronique sous le régime limité par la charge d’espace dépend exclusivement de la tension d’anode.
Grille de commande, triode
La grille de Lee De Forest est précisément un moyen d’agir sur le courant d’une diode, en renforçant ou en réduisant l’effet de la charge d’espace. En effet, lorsqu’une grille métallique, portée à un potentiel négatif par rapport à la cathode, entoure cette dernière, elle tend à repousser les électrons qui s’en échappent et réduit, par là, l’intensité du courant anode-cathode. La réduction est d’autant plus sensible que la grille est plus négative, que le pas de ses mailles est plus serré et qu’elle se trouve plus près de la cathode. L’augmentation d’intensité du courant d’anode par une grille portée à un potentiel positif par rapport à la cathode est beaucoup plus rarement utilisée en raison des problèmes posés par l’apparition d’un courant grille-cathode. Quoi qu’il en soit, on peut dire d’une manière générale qu’une faible variation de différence de potentiel grille-cathode (vGK) peut provoquer la même variation de courant d’anode (iA) qu’une variation bien supérieure de différence de potentiel anode-cathode (vAK). Le rapport de ces deux effets s’appelle facteur d’amplification de la triode. Symbolisé par la lettre K, ce facteur est généralement compris entre 1 et 100. Le fonctionnement d’un tube triode peut aussi s’exprimer par la pente de la courbe représentative de l’intensité du courant d’anode (iA) en fonction de la différence de potentiel grille-cathode (vGK). Cette pente (ΔiA/ΔvGK), qui a la dimension d’une conductance, est symbolisée par la lettre S et mesurée en milliampères par volt (mA/V). Nommée conductance mutuelle, ou transconductance dans les pays anglo-saxons, elle est symbolisée par gm et mesurée en micromhos (le mho étant l’inverse de l’ohm). Enfin, la courbe représentative de l’intensité du courant d’anode (iA) en fonction de la différence de potentiel anode-cathode (vAK) présente, aussi, une pente (ΔiA/ΔvAK), dont on exprime l’inverse (ΔvAK/ΔiA) sous le nom de résistance interne, mesurée en ohms et symbolisée par la lettre ρ. Facteur d’amplification K, pente S et résistance interne ρ sont appelés caractéristiques, paramètres ou (improprement) constantes du tube triode. On les résume en écrivant :
K = ΔvAK/ΔvGK (à iA constant) ;
S = ΔiA/ΔvGK (à vAK constant) ;
P = ΔvAK/ΔiA (à vGK constant) ;
et, par conséquent, K = ρS.
Applications du tube triode
Lorsqu’une impédance ou, plus simplement, une résistance sont insérées dans la connexion d’anode d’un tube triode, on dit que le tube est chargé. Toute variation du courant d’anode, au passage dans la charge R, développe à ses bornes une variation de différence de potentiel ΔvR telle que :
dans la mesure où la faible amplitude des variations permet de considérer les caractéristiques comme linéaires. On voit que si R est très supérieur à ρ, l’expression tend vers ΔvR = KΔvGK. On dit que l’amplification de tension du tube a atteint sa limite supérieure, qui est la valeur numérique du facteur d’amplification K. Mais l’amplification de tension n’est pas le seul intérêt du tube triode. La variation d’intensité du courant d’anode, provoquée par une variation du potentiel de grille, peut être utilisée directement. On dit alors que le tube fonctionne en relais. Ce mode de fonctionnement est d’autant plus intéressant que, si le potentiel de grille reste négatif, aucune intensité ne circule dans le circuit de grille et que la dépense énergétique de commande du relais ainsi constitué est électriquement nulle.