émission (suite)

Dans un réseau cristallin, les atomes sont électriquement neutres, le nombre de leurs électrons liés étant égal à celui des charges positives du noyau. Chaque orbite électronique est caractérisée par un certain niveau d’énergie, exprimé en électrons-volts, qui dépend essentiellement de la nature de l’atome. Pour qu’un électron soit libéré, il faut donc lui appliquer une énergie au moins égale, à laquelle on donne le nom de potentiel d’ionisation.

Lorsqu’on utilisa les premiers tubes électroniques, les filaments étaient en tungstène presque pur, pour lesquels le potentiel d’ionisation de l’électron le plus extérieur était de 4,5 eV. L’énergie d’excitation était d’origine thermique (chauffage du filament) et n’était utile que si le filament était chauffé à une température de l’ordre de 2 300 K, ce qui correspondait à une émission électronique d’environ 3,63.10^–2 A/cm².

De gros progrès ont été obtenus par l’adjonction de certaines substances au filament. Avec le thorium, par exemple, dont le potentiel d’ionisation est de 2,6 eV, l’émission électronique est mille fois supérieure à celle du tungstène pur, pour une température de régime de l’ordre de 2 000 K. Des résultats encore plus marqués ont été réalisés avec d’autres corps — notamment le baryum, le strontium, le césium et leurs oxydes — et des potentiels d’ionisation très inférieurs (1,34 eV pour l’oxyde de baryum), ce qui permit l’utilisation de températures beaucoup plus basses (de l’ordre de 800 à 1 100 K) ; on parlait alors de cathodes à oxydes, ce qui eut pour corollaire la réalisation de cathodes à chauffage indirect et la généralisation rapide de cette technique.

L’émission électronique peut se produire avec d’autres formes d’énergie. Dans les tubes à gaz (argon, mercure, néon), les électrons libérés initialement (électrons primaires) ionisent un certain nombre d’atomes du gaz ; ces ions sont attirés par la cathode, où leurs chocs, dits « de seconde espèce », libèrent de nouveaux électrons et constituent le bombardement ionique.

L’émission secondaire est aussi un phénomène qui permet d’accroître de façon très sensible le rendement d’émissivité. Un multiplicateur électronique utilise ce principe. Un faisceau d’électrons est dirigé sur une anode qui, dans ce cas particulier, porte le nom de dynode et qui est enduite d’une substance à faible travail de sortie. L’énergie du faisceau libère des électrons dits « secondaires » de la dynode, dont un grand nombre sont dirigés sur une deuxième dynode, cette opération pouvant être répétée. Après les premiers essais de l’ingénieur américain d’origine russe Vladimir Zworykin, né en 1889, on réalisa vers 1936 une tétrode ayant une pente remarquable de 17 mA/V. À l’heure actuelle, on utilise couramment des multiplicateurs électroniques à 11 ou 12 étages, assurant des amplifications de l’ordre de 2 à 3.10⁶.

Une autre énergie disponible est celle de la lumière. Chaque photon de celle-ci a une énergie propre hν (h = étant la constante de Planck, 6,624.10^–27 erg/s, et ν la fréquence de la radiation). Si l’on fait tomber un rayon lumineux sur une électrode à faible travail de sortie W et si le produit hν est supérieur à W, des électrons sont émis avec une énergie hν = W et peuvent être captés par une anode. C’est le principe même des cellules photo-électriques, à vide ou à gaz. Dans ce dernier cas, l’émissivité est aussi accrue par bombardement ionique. Ce principe est notamment utilisé dans les photomultiplicateurs, les photodiodes, les phototransistors, etc.

Émission des ondes électromagnétiques

Ondes amorties

La bobine de Ruhmkorff, du nom de son inventeur, Heinrich D. Ruhmkorff, mécanicien et électricien allemand (1803-1877), a été le premier émetteur connu d’ondes électromagnétiques. Elle comporte essentiellement une bobine à noyau de fer, dite « d’induction », insérée dans un circuit comprenant une source de courant continu, un condensateur, un éclateur et un circuit oscillant d’antenne. La caractéristique principale des ondes ainsi émises est d’être amorties. Une telle émission couvre une très large bande de fréquences, perturbant ainsi les réceptions. On utilisa ces fréquences cependant durant de nombreuses années, notamment pour les liaisons à grandes distances sur des longueurs d’onde parfois très supérieures à 2 000 m.

Ondes entretenues

On songea alors aux ondes entretenues, obtenues soit par modulation d’un arc, soit par un alternateur à haute fréquence (arc Poulsen, alternateur Alexanderson), et de nombreuses stations puissantes les utilisèrent jusqu’à la Seconde Guerre mondiale. Une situation toute nouvelle résulta du développement considérable des tubes électroniques de tout genre.

Le principe de base de l’émission d’ondes entretenues consiste à utiliser une réaction entre le circuit de grille et le circuit anodique d’un tube, soit inductive (couplage par enroulements), soit électrostatique (couplage par condensateur). Les réalisations sont innombrables, que ce soit du fait des puissances requises, du genre d’applications ou des fréquences de travail. En radiodiffusion, par exemple, l’onde porteuse a une amplitude constante, mais qui varie au rythme des courants microphoniques (modulation d’amplitude). Dans ce cas, il y a occupation de deux bandes latérales de part et d’autre de la fréquence porteuse ; pour diminuer cette occupation, on utilise parfois le système dit « à bande latérale unique » (B. L. U). Dans les émissions en modulation de fréquence, l’amplitude reste constante, mais la fréquence varie, l’excursion de fréquence atteignant 25 kHz, donc une grande largeur de bande, mais avec une meilleure fidélité.

Il existe d’autres types de modulation, notamment dans le domaine des micro-ondes (ou hyperfréquences), où les signaux sont presque toujours codés (ondes carrées ou rectangulaires ; modulation par largeurs d’impulsions, par hauteurs d’impulsions, etc.), parfois mélangés, les signaux de télévision en étant un exemple particulier.

Lorsqu’il s’agit d’ondes décimétriques, centimétriques et même millimétriques et submillimétriques, comme avec le radar, les circuits classiques ne peuvent être utilisés, non plus que les générateurs. C’est le domaine des magnétrons, des klystrons, des klystrons réflex, des tubes à ondes progressives (ou à propagation d’ondes).

H. P.

➙ Radiotechnique / Télécommunication / Tube électronique.