Composants / Actifs tubes [24]
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La première génération des composants actifs est celle des composants à effet thermo-ionique où un flux d’électrons émis par un métal chauffé (cathode) est modulé par l’effet de champ produit par des électrodes de commande appelées grilles portées à certains potentiels. Ce courant modulé est recueilli par une électrode collectrice portée au potentiel le plus positif appelée plaque et qui est amenée à dissiper l’essentiel de la puissance du tube. Ces composants fonctionnent dans le vide, le mot tube vient de la forme de ces composants ; c’est pourquoi ces composants sont souvent appelés ''tubes à vide'' bien que l’expression plus correcte soit ''tube électronique''. En augmentant la taille des électrodes et en améliorant le refroidissement par de l’eau, on peut obtenir des tubes de grande puissance avec des dissipations de centaines de kW. Cette génération a eu pour pionniers Edison, Flemming et Lee de Forest. Presque tous les montages électroniques que nous connaissons ont d’abord été mis au point avec des tubes. L’apport essentiel des semi-conducteurs est la miniaturisation qui dans un cercle vertueux a permis la réduction de dissipation et l'augmentation des vitesses de fonctionnement.
Tout est parti de l’œuf électrique bien nommé avec ses décharges lumineuses dans un vide d’air partiel. Cet œuf a permis de découvrir l’électron et peut-être de soigner des maladies de peau. En augmentant les tensions, on obtint les premiers tubes générateurs de rayons X. Le contrôle des champs électriques par des électrodes diverses permit de domestiquer l’électron. Ainsi :
-2 électrodes donnent la diode redresseuse,
-3 électrodes donnent la triode amplificatrice à faible résistance interne et avec l’inconvénient d’une capacité grille plaque qui doit être compensée dans les montages haute fréquence.
-4 électrodes donnent la tétrode amplificatrice à forte résistance interne. La grille supplémentaire : la grille écran réduit la capacité parasite grille / plaque. Cependant l’émission secondaire de la plaque produit un effet de résistance négative ‘’dynatron’’ qui peut entretenir des oscillations.
-5 électrodes donnent la penthode amplificatrice à forte résistance interne. La 5ième électrode étant la grille suppresseuse de l’effet d’émission secondaire.
-6,7,8 électrodes donnent l’hexode, l’heptode, l’octode. Ces électrodes supplémentaires permettent une seconde modulation du courant d’anode et de réaliser des fonctions de mélangeur, contrôle de gain et autres fonctions non linéaires.
En appliquant un champ magnétique qui courbe les trajectoires des électrons, on peut exciter des résonances de cavité dans la gamme des hyperfréquences, c’est le magnétron toujours utilisé pour réchauffer le café et guider les avions avec les radars.
En laissant un gaz sur la trajectoire des électrons, on peut y déclencher des arcs électriques laissant passer des courants importants. Ce sont les thyratrons, les ignitrons, les redresseurs à vapeur de mercure capables d‘alimenter des locomotives.
En interposant des grilles hélicoïdales parcourues par des signaux hyperfréquences sur le trajet des électrons on peut amplifier ces signaux : Ce sont les tubes à ondes progressives T;O;P utilisés en amplification hyperfréquence. Avec la modulation de vitesse on obtient les klystrons.
Lorsque la cible des électrons est un matériau phosphorescent, il y a émission de lumière. On obtient ainsi les tubes cathodiques des oscilloscopes et ceux des téléviseurs. Vaste et lumineuse application.
Au contraire on peut avoir émission d’électrons par absorption de lumière c’est l’effet photoélectrique des cellules photoélectriques qui a permis le cinéma parlant à la fin des années 1920.C’est un effet purement quantique dont l’interprétation donna le prix Nobel à Einstein en 1921. De nos jours, les cellules photoélectriques avec des dynodes multiplicatrices utilisant l’effet secondaire permettent de compter les photons 1 à 1 et de mener au fond des océans des expériences de physique fondamentale.
Tout est parti de l’œuf électrique bien nommé avec ses décharges lumineuses dans un vide d’air partiel. Cet œuf a permis de découvrir l’électron et peut-être de soigner des maladies de peau. En augmentant les tensions, on obtint les premiers tubes générateurs de rayons X. Le contrôle des champs électriques par des électrodes diverses permit de domestiquer l’électron. Ainsi :
-2 électrodes donnent la diode redresseuse,
-3 électrodes donnent la triode amplificatrice à faible résistance interne et avec l’inconvénient d’une capacité grille plaque qui doit être compensée dans les montages haute fréquence.
-4 électrodes donnent la tétrode amplificatrice à forte résistance interne. La grille supplémentaire : la grille écran réduit la capacité parasite grille / plaque. Cependant l’émission secondaire de la plaque produit un effet de résistance négative ‘’dynatron’’ qui peut entretenir des oscillations.
-5 électrodes donnent la penthode amplificatrice à forte résistance interne. La 5ième électrode étant la grille suppresseuse de l’effet d’émission secondaire.
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Lorsque la cible des électrons est un matériau phosphorescent, il y a émission de lumière. On obtient ainsi les tubes cathodiques des oscilloscopes et ceux des téléviseurs. Vaste et lumineuse application.
Au contraire on peut avoir émission d’électrons par absorption de lumière c’est l’effet photoélectrique des cellules photoélectriques qui a permis le cinéma parlant à la fin des années 1920.C’est un effet purement quantique dont l’interprétation donna le prix Nobel à Einstein en 1921. De nos jours, les cellules photoélectriques avec des dynodes multiplicatrices utilisant l’effet secondaire permettent de compter les photons 1 à 1 et de mener au fond des océans des expériences de physique fondamentale.