Tube électronique sous vide comme source d'électricité gratuite. Principe de fonctionnement des tubes à vide

Les tubes électroniques peuvent être classés en fonction du nombre d'électrodes, de leur fonction, de leur plage de fréquences, de leur puissance, du type de cathode et de leurs dimensions.

Selon le nombre d'électrodes, les tubes électroniques sont divisés en diodes, triodes, tétrodes, pentodes, heptodes, tubes combinés (diodes doubles, doubles triodes, triodes-pentodes, triodes-heptodes, etc.).

Selon les fonctions exercées, les lampes peuvent être redresseuses, détectrices, amplificatrices, converties, génératrices, etc.

Une diode est un tube électronique comportant deux électrodes : une anode et une cathode. Elle a été inventée par John Fleming en 1904. La cathode est située au centre de la lampe : l'anode, en forme de cylindre, entoure la cathode. Le principe de fonctionnement de la diode est le suivant. Si un potentiel positif est appliqué à l'anode, les électrons chargés négativement émis par la cathode sous l'influence d'un champ électrique se précipiteront vers l'anode positive, formant un flux d'électrons continu qui ferme le circuit électrique de la source d'alimentation de l'anode. Le courant anodique I a circulera dans le circuit externe. Étant donné que la direction positive du courant est classiquement considérée comme la direction allant du plus au moins de la source de courant, alors à l'intérieur de la diode, le courant circule de l'anode à la cathode, c'est-à-dire à l'encontre du mouvement des électrons. L'amplitude du courant anodique est déterminée par le nombre d'électrons volant de la cathode à l'anode par unité de temps.

Si vous connectez le moins de la source de courant à l'anode de la diode et le plus à la cathode, alors l'anode chargée négativement repoussera les électrons négatifs vers la cathode. Dans ce cas, aucun courant ne circulera dans la lampe. Par conséquent, la diode conduit le courant électrique dans une seule direction - de l'anode à la cathode, lorsque le potentiel anodique est supérieur au potentiel cathodique.

La conductivité unidirectionnelle d'une diode est sa principale propriété. C'est cette propriété qui détermine le but de la diode : redresser les courants alternatifs en courants continus et convertir les oscillations modulées haute fréquence en courants audiofréquence (détection).

Les diodes conçues pour redresser le courant alternatif sont appelées kénotrons. Ils sont marqués de la lettre C (1Ц1С, 1Ц7С, 1Ц11П, 1Ц21П, ЗЦ18П, 5ЦЗС, 6Ц4П, etc.).

Les diodes destinées à la détection sont de faible puissance. Ils sont le plus souvent produits sous forme de lampes à double anode ou dans le cadre de lampes combinées. Ces diodes sont marquées de la lettre X ou D (6D14P, 6D20P, 6X6S).

Une triode est un tube électronique dans lequel une troisième électrode, une grille, est placée entre l'anode et la cathode. Cette lampe a été proposée en 1906 par le scientifique américain Lee de Forest. La grille des lampes modernes se présente sous la forme d’une spirale métallique entourant la cathode. Le treillis est en nickel, molybdène ou tungstène. La grille triode est appelée grille de contrôle, car elle peut être utilisée pour contrôler facilement la densité de courant anodique en appliquant une tension positive ou négative d'une certaine valeur à la grille.

Étant donné que la grille de la triode est située plus près de la cathode que de l’anode, son effet sur le flux électronique sera plus important. Cette propriété de la triode est largement utilisée en ingénierie radio pour amplifier les signaux radio affaiblis. Le principe de l’amplification du signal radio se résume au suivant. Le signal à amplifier est envoyé à la grille de commande de la triode. Une modification du potentiel du réseau entraînera une modification correspondante du courant anodique. Dans ce cas, la tension amplifiée du signal fourni au réseau sera retirée de l'anode. Un potentiel négatif constant (tension de polarisation de grille) d'une telle ampleur est appliqué à la grille que les demi-cycles positifs du signal ne créent pas de tension positive sur la grille. Sinon, un courant de grille apparaît (la grille positive attirera certains électrons), en conséquence, le courant anodique diminue, ce qui entraîne une distorsion du signal.

Les triodes sont utilisées comme amplificateurs de basses et hautes fréquences, pour générer diverses formes d'impulsions dans une large gamme de fréquences et pour adapter les circuits (suiveurs de cathode). Le marquage des triodes contient la lettre S ou N (double triodes) 6N1P, 6NZP, 6N7S, 6N9S, 6N24P, etc.

Pour déterminer la possibilité d'utiliser des triodes et des lampes multi-électrodes en général dans un circuit particulier, on utilise les caractéristiques techniques (paramètres) de la lampe dont les plus importantes sont : la pente de la caractéristique, le gain et la résistance interne de la lampe.

La pente de la caractéristique S est une valeur indiquant de combien de milliampères le courant anodique changera lorsque la tension sur la grille change de 1 V et que la tension sur l'anode reste constante. Il est défini comme le rapport entre l'incrément de courant anodique AI a et l'incrément de tension de réseau AU C.

Le gain détermine les propriétés amplificatrices des lampes. Il représente le rapport entre l'incrément de tension anodique AU a et l'incrément de tension de grille AU C , qui provoque le même incrément du courant anodique AI a.

La résistance interne de la triode Ri est la résistance entre l'anode et la cathode pour le courant alternatif de l'anode. Il est exprimé comme le rapport entre l'incrément de tension anodique AU a et l'incrément de courant anodique AI a.

Si la transconductance évalue l'effet de la tension de grille sur le courant anodique, alors la résistance interne nous permet d'évaluer l'effet de la tension anodique sur le courant anodique.

Une tétrode est une lampe à quatre électrodes avec deux grilles, dont l'une est de contrôle, l'autre de blindage. Cette dernière est placée entre la grille de contrôle et l'anode pour augmenter le gain de la lampe. Une tension positive égale à 50 à 80 % de la tension anodique est appliquée à la grille de blindage. Dans ces conditions, les électrons sous l'influence de deux champs accélérateurs (l'anode et la deuxième grille) se développent à grande vitesse et chassent les électrons secondaires de l'anode, qui se déplacent de celle-ci vers la grille de blindage et sont attirés par celle-ci. Ce phénomène est appelé effet dynamron dans la tétrode. Cela entraîne une augmentation du courant de la grille de blindage et une diminution du courant anodique, ce qui équivaut à une distorsion du signal amplificateur.

Pour éliminer l'influence néfaste de l'effet dynamron, un champ négatif retardateur est créé dans l'espace entre le treillis de blindage et l'anode. A cet effet, deux plaques métalliques reliées à la cathode sont placées entre la grille et l'anode. De telles lampes sont appelées tétrodes à faisceau. Ils sont largement utilisés comme amplificateurs terminaux pour les signaux basse fréquence (6P13S, 6P31S, 6P36S, 6P1P).

La deuxième façon d'éliminer l'effet dynatron dans une tétrode consiste à introduire une autre grille, appelée grille de protection ou anti-dynatron. Une lampe à cinq électrodes s’appelle une pentode. La troisième grille est connectée à la cathode. Il crée un champ retardateur pour les électrons secondaires émis par l'anode et les renvoie à l'anode. Les pentodes sont les meilleurs tubes d'amplification ; le gain pour certains types de pentodes atteint plusieurs milliers. Ils sont utilisés comme amplificateurs de fréquences hautes et intermédiaires.

Une heptode est un tube électronique à sept électrodes et cinq grilles. La fonction des grilles peut être la suivante : la première et la troisième sont des grilles de contrôle, les deuxième et quatrième sont des grilles de dépistage, la cinquième sont des grilles anti-dynatron. Les heptodes sont utilisées pour convertir les vibrations électriques d'une fréquence en vibrations d'une autre. Par exemple, dans les récepteurs superhétérodynes, ils agissent comme un convertisseur d'oscillations haute fréquence du signal reçu en signaux de fréquence intermédiaire.

Dans les équipements radio modernes, les lampes combinées sont largement utilisées, dans lesquelles deux ou trois lampes sont placées dans un cylindre et disposent de leurs propres systèmes d'électrodes séparés. L'avantage de telles lampes est évident : elles réduisent la taille de l'équipement radio et augmentent son efficacité. L'industrie nationale produit les lampes combinées suivantes : doubles diodes, doubles triodes, diodes-triodes, diodes-pentodes, triodes-pentodes, etc. (6I1P, 6F1P, 6FZP, etc.).

Tube électronique

Tube radio d'exportation russe 6550C

Lampe électronique, tube radio- un appareil électrique à vide (plus précisément un appareil électronique à vide) qui fonctionne en contrôlant l'intensité du flux d'électrons se déplaçant dans le vide ou le gaz raréfié entre les électrodes.

Les tubes radio ont été largement utilisés au XXe siècle comme éléments actifs d'équipements électroniques (amplificateurs, générateurs, détecteurs, interrupteurs, etc.). Actuellement, ils sont presque entièrement remplacés par des dispositifs semi-conducteurs. Parfois, ils sont également utilisés dans de puissants émetteurs haute fréquence et dans des équipements audio de haute qualité.

Les lampes électroniques destinées à l'éclairage (lampes flash, lampes au xénon et lampes au sodium) ne sont pas appelées lampes radio et appartiennent généralement à la classe des appareils d'éclairage.

Principe de fonctionnement

Tube électronique RCA "808"

Tubes à vide à cathode chauffée

• Suite à l’émission thermoionique, les électrons quittent la surface de la cathode.
• Sous l'influence de la différence de potentiel entre l'anode et la cathode, les électrons atteignent l'anode et forment un courant anodique dans le circuit externe.
• A l'aide d'électrodes supplémentaires (grilles), le flux d'électrons est contrôlé en appliquant un potentiel électrique à ces électrodes.

Dans les tubes à vide, la présence de gaz dégrade les performances du tube.

Tubes à vide remplis de gaz

L'essentiel pour cette classe d'appareils est le flux d'ions et d'électrons dans le gaz remplissant la lampe. Le flux peut être créé, comme dans les appareils à vide, par émission thermoionique, ou il peut être créé par la formation d'une décharge électrique dans le gaz en raison de l'intensité du champ électrique.

Histoire

Selon la méthode de chauffage, les cathodes sont divisées en cathodes à chauffage direct et indirect.

La cathode directement chauffée est un filament métallique. Les lampes à filament consomment directement moins d'énergie et chauffent plus rapidement. Cependant, elles ont généralement une durée de vie plus courte. Lorsqu'elles sont utilisées dans des circuits de signaux, elles nécessitent une alimentation à filament CC et ne sont pas applicables dans un certain nombre de circuits en raison de l'influence des différences de potentiel dans différents sections de la cathode sur le fonctionnement de la lampe.
La cathode chauffée indirectement est un cylindre à l'intérieur duquel se trouve un filament (chauffage). De telles lampes sont appelées lampes à filament indirect.

Les cathodes des lampes sont activées avec des métaux qui ont une faible fonction de travail. Dans les lampes à chaleur directe, le thorium est généralement utilisé à cet effet, dans les lampes à chaleur indirecte, le baryum. Malgré la présence de thorium dans la cathode, les lampes à incandescence directe ne présentent pas de danger pour l'utilisateur, puisque son rayonnement ne dépasse pas le cylindre.

Anode

Anode à tube à vide

Électrode positive. Il se présente sous la forme d'une plaque, généralement une boîte en forme de cylindre ou de parallélépipède. Il est généralement fabriqué à partir de nickel ou de molybdène, parfois de tantale et de graphite.

Filet

Entre la cathode et l'anode se trouvent des grilles qui servent à contrôler le flux d'électrons et à éliminer les effets secondaires qui se produisent lorsque les électrons se déplacent de la cathode à l'anode.

Le treillis est un treillis constitué de fil fin ou, le plus souvent, réalisé sous la forme d'une spirale métallique enroulée autour de plusieurs poteaux porteurs (traverse). Dans les lampes à tige, le rôle des grilles est assuré par un système de plusieurs tiges minces parallèles à la cathode et à l'anode, et la physique de leur fonctionnement est différente de celle de la conception traditionnelle.

Selon leur objectif, les maillages sont répartis dans les types suivants :

Selon le but de la lampe, elle peut comporter jusqu'à sept grilles. Dans certaines options d'allumage de lampes multi-grilles, des grilles individuelles peuvent servir d'anode. Par exemple, dans un générateur selon le circuit Shembel sur tétrode ou pentode, le générateur lui-même est une triode « virtuelle » formée d'une cathode, d'une grille de contrôle et d'une grille de blindage en guise d'anode.

Ballon

Principaux types

Tubes radio de petite taille (« doigt »)

Principaux types de tubes à vide électroniques :

• Diodes (facilement réalisées pour les hautes tensions, voir kénotron)
• tétrodes et pentodes à faisceau (en tant que variantes de ces types)
• lampes combinées (incluent en fait 2 lampes ou plus dans un cylindre)

Applications modernes

Triode génératrice métal-céramique refroidie par air GS-9B (URSS)

Technologie d'alimentation haute fréquence et haute tension

• Dans les émetteurs de radiodiffusion de haute puissance (de 100 W à plusieurs mégawatts), des lampes puissantes et ultra-puissantes avec refroidissement d'anode à air ou à eau et courant de filament élevé (plus de 100 A) sont utilisées dans les étages de sortie. Magnétrons, klystrons, soi-disant. Les tubes radio à ondes progressives offrent une combinaison de hautes fréquences, de puissances et d'un coût raisonnable (et souvent simplement la possibilité fondamentale d'existence) de la base des éléments.
• Un magnétron peut être trouvé non seulement dans les radars, mais aussi dans n'importe quel four à micro-ondes.
• S'il est nécessaire de redresser ou de commuter rapidement plusieurs dizaines de kV, ce qui ne peut être réalisé avec des interrupteurs mécaniques, il est nécessaire d'utiliser des tubes radio. Ainsi, le kénotron offre une dynamique acceptable à des tensions allant jusqu'à un million de volts.

Industrie militaire

En raison de leur principe de fonctionnement, les tubes à vide sont des appareils beaucoup plus résistants aux facteurs dommageables tels que les impulsions électromagnétiques. Pour information : un seul appareil peut contenir plusieurs centaines de lampes. En URSS, pour être utilisées dans les équipements militaires embarqués dans les années 1950, ont été développées des lampes à tige, caractérisées par leur petite taille et leur haute résistance mécanique.

Lampe miniature de type « gland » (pentode 6Zh1Zh, URSS, 1955)

Technologie spatiale

La dégradation par rayonnement des matériaux semi-conducteurs et la présence d'un vide naturel dans l'environnement interplanétaire font de l'utilisation de certains types de lampes un moyen d'augmenter la fiabilité et la durabilité des engins spatiaux. L'utilisation de transistors dans le vaisseau spatial Luna-3 était associée à de grands risques.

Augmentation de la température ambiante et du rayonnement

Les équipements à tubes peuvent être conçus pour une plage de températures et de rayonnements plus large que les équipements à semi-conducteurs.

Équipement audio de haute qualité

De l'avis subjectif de la plupart des mélomanes, le son « à tube » est fondamentalement différent du son « à transistor ». Il existe plusieurs explications à ces différences, basées à la fois sur la recherche scientifique et sur un raisonnement franchement non scientifique. L’une des principales explications des différences entre le son à lampes et celui à transistors est le « naturel » du son des équipements à lampes. Le son du tube est « surround » (certains l'appellent « holographique »), par opposition au son « plat » du transistor. Un amplificateur à tube transmet clairement les émotions, l'énergie de l'interprète, le « drive » (pour lequel les guitaristes les adorent). Les amplificateurs à transistors ont du mal à faire face à de telles tâches. Souvent, les concepteurs d'amplificateurs à transistors utilisent des circuits similaires aux lampes (mode de fonctionnement de classe A, transformateurs, absence de rétroaction négative générale). Le résultat global de ces idées fut le « retour » de la technologie à tubes dans le domaine des amplificateurs de haute qualité. La raison objective (scientifique) de cette situation est la grande linéarité (mais pas idéale) de la lampe, principalement de la triode. Un transistor, principalement bipolaire, est un élément généralement non linéaire et ne peut généralement pas fonctionner sans mesures de linéarisation.

Avantages des amplificateurs à tubes :

Simplicité des circuits. Ses paramètres dépendent peu de facteurs externes. En conséquence, un amplificateur à tube comporte généralement moins de pièces qu’un amplificateur à semi-conducteurs.

Les paramètres des lampes dépendent moins de la température que les paramètres du transistor. Les lampes sont insensibles aux surcharges électriques. Le petit nombre de pièces contribue également grandement à la fiabilité et à la réduction de la distorsion introduite par l'amplificateur. L'amplificateur à transistor a des problèmes de distorsion "thermique".

Bonne adaptation de l'entrée de l'amplificateur à tube avec la charge. Les étages à tubes ont une impédance d'entrée très élevée, ce qui réduit les pertes et contribue à réduire le nombre d'éléments actifs dans le dispositif radio. - Facile à entretenir. Si, par exemple, une lampe dans un amplificateur de concert tombe en panne pendant une représentation, il est alors beaucoup plus facile de la remplacer que de remplacer un transistor ou un microcircuit grillé. Mais de toute façon, personne ne fait ça lors des concerts. Il y a toujours une réserve d'amplificateurs lors des concerts, et une double réserve d'amplificateurs à tubes (car, curieusement, les amplificateurs à tubes tombent en panne beaucoup plus souvent).

L'absence de certains types de distorsion inhérents aux étages à transistors, qui ont un effet bénéfique sur le son.

En utilisant correctement les avantages des tubes, il est possible de créer des amplificateurs qui surpassent ceux à transistors en termes de qualité sonore dans certaines catégories de prix.

Apparence subjectivement vintage lors de la création d'échantillons d'équipement d'image.

Insensible aux radiations jusqu'à des niveaux très élevés.

Inconvénients des amplificateurs à tubes :

En plus d'alimenter les anodes, les lampes nécessitent une consommation électrique supplémentaire pour le chauffage. D'où le faible rendement et, par conséquent, un fort chauffage.

L'équipement de lampe ne peut pas être immédiatement prêt à l'emploi. Un préchauffage des lampes pendant plusieurs dizaines de secondes est nécessaire. L'exception concerne les lampes à incandescence directe, qui commencent à fonctionner immédiatement.

Les étages du tube de sortie doivent être adaptés à la charge à l'aide de transformateurs. En conséquence, la complexité de la conception et le poids et les dimensions médiocres dus aux transformateurs.

Les tubes nécessitent l'utilisation de tensions d'alimentation élevées, s'élevant à des centaines (et dans le cas d'amplificateurs puissants, à des milliers) de volts. Cela impose certaines restrictions en termes de sécurité lors du fonctionnement de tels amplificateurs. De plus, une tension de démarrage élevée nécessite presque toujours l'utilisation d'un transformateur de sortie abaisseur. De plus, tout transformateur est un dispositif non linéaire sur une large gamme de fréquences, ce qui provoque l'introduction de distorsions non linéaires dans le son à un niveau proche de 1% pour les meilleurs modèles d'amplificateurs à tubes (à titre de comparaison : les distorsions non linéaires des meilleurs amplificateurs à transistors sont si petits qu'ils ne peuvent pas être mesurés). Pour un amplificateur à tube, une distorsion de 2 à 3 % peut être considérée comme normale. La nature et le spectre de ces distorsions diffèrent des distorsions d'un amplificateur à transistor. Cela n’a généralement aucun effet sur la perception subjective. Un transformateur est bien entendu un élément non linéaire. Mais il est très souvent utilisé à la sortie d'un DAC, où il assure une isolation galvanique (empêche la pénétration des interférences du DAC), joue le rôle de filtre limiteur de bande, et assure apparemment le bon « alignement » des phases du signal. . En conséquence, malgré tous les inconvénients (principalement le coût élevé), le son n'en profite que. De plus, les transformateurs sont souvent utilisés avec succès dans les amplificateurs à transistors.

Les lampes ont une durée de vie limitée. Au fil du temps, les paramètres des lampes changent, les cathodes perdent leur émission (la capacité d'émettre des électrons) et le filament peut griller (la plupart des lampes fonctionnent pendant 200 à 1 000 heures avant une panne, les transistors sont trois ordres de grandeur plus longs). Les transistors peuvent également se dégrader avec le temps.

La fragilité des lampes à ampoule en verre classiques. L'une des solutions à ce problème a été le développement dans les années 40 du siècle dernier de lampes à cylindres métal-céramique, plus résistantes, mais ces lampes n'étaient pas largement utilisées.

Quelques caractéristiques des amplificateurs à tubes :

De l'avis subjectif des audiophiles, le son des guitares électriques est bien mieux restitué, plus profond et plus « musical » par les amplificateurs à tubes. Certains expliquent cela par la non-linéarité du nœud de sortie et les distorsions introduites, qui sont « appréciées » par les amateurs de guitare électrique. Ce n’est en fait pas vrai. Les guitaristes utilisent des effets associés à une distorsion croissante, mais pour ce faire, des modifications appropriées sont délibérément apportées au circuit.

Les inconvénients évidents d'un amplificateur à tube sont la fragilité, une consommation d'énergie plus élevée qu'un amplificateur à transistor, une durée de vie plus courte du tube, une plus grande distorsion (on s'en souvient généralement lors de la lecture des spécifications techniques, en raison de graves imperfections dans la mesure des principaux paramètres des amplificateurs ; de nombreux fabricants ne le font pas fournir de telles données , ou en d'autres termes - deux amplificateurs complètement identiques, du point de vue des paramètres mesurés, peuvent avoir un son complètement différent), de grandes dimensions et un poids important de l'équipement, ainsi qu'un coût supérieur à celui de transistor et technologie intégrée. La consommation d'énergie d'un amplificateur à transistors de haute qualité est également élevée, même si ses dimensions et son poids peuvent être comparables à ceux d'un amplificateur à tubes. En général, il existe un tel schéma : plus l'amplificateur est « sonore », « musical », etc., plus ses dimensions et sa consommation électrique sont grandes, et plus son efficacité est faible. Bien entendu, un amplificateur de classe D peut être très compact, et son rendement sera de 90 %. Mais que faire du son ? Si vous envisagez de lutter pour économiser de l'électricité, alors, bien sûr, un amplificateur à tube n'est pas un assistant en la matière.

Classement par nom

Marquages ​​adoptés en URSS/Russie

Étiquettes dans d'autres pays

En Europe, dans les années 30, les principaux fabricants de tubes radio ont adopté le système d'étiquetage alphanumérique européen unifié :

- La première lettre caractérise la tension du filament ou son courant :

A - tension du filament 4 V ;

B - courant de filament 180 mA ;

C - courant de filament 200 mA ;

D - tension de filament jusqu'à 1,4 V ;

E - tension du filament 6,3 V ;

F - tension du filament 12,6 V ;

G - tension du filament 5 V ;

H - courant de filament 150 mA ;

K - tension du filament 2 V ;

P - courant de filament 300 mA ;

U - courant de filament 100 mA ;

V - courant de filament 50 mA ;

X - courant de filament 600 mA.

- La deuxième lettre et les suivantes de la désignation déterminent le type de lampe :

B - diodes doubles (avec une cathode commune) ;

C - triodes (sauf week-end) ;

D - triodes de sortie ;

E - tétrodes (sauf week-end) ;

F - pentodes (sauf week-end) ;

L - pentodes et tétrodes de sortie ;

H - hexodes ou heptodes (type hexode) ;

K - octodes ou heptodes (type octode) ;

M - indicateurs électroniques de réglage de l'éclairage ;

P - tubes d'amplification à émission secondaire ;

Y - kénotrons demi-onde ;

Z - kénotrons pleine onde.

- Un numéro à deux ou trois chiffres indique la conception extérieure de la lampe et le numéro de série de ce type, le premier chiffre caractérisant généralement le type de base ou de pied, par exemple :

1-9 - lampes en verre à base lamellaire (« série rouge »)

1x - lampes avec culot à huit broches (« série 11 »)

3x - lampes dans un cylindre de verre avec une base octale ;

5x - lampes avec socle local ;

6x et 7x - lampes subminiatures en verre ;

8x et de 180 à 189 - verre miniature avec pied à neuf broches ;

9x - miniatures en verre avec un pied à sept broches.

Voir aussi

Lampes à décharge

Les lampes à décharge de gaz utilisent généralement une décharge de gaz inerte à basse pression. Exemples de tubes à vide à décharge gazeuse :

• Déchargeurs à gaz pour la protection contre les hautes tensions (par exemple sur les lignes aériennes de communication, les récepteurs radar puissants, etc.)
• Thyratrons (lampes à trois électrodes - triodes à décharge gazeuse, lampes à quatre électrodes - tétrodes à décharge gazeuse)
• Lampes au xénon, au néon et autres sources lumineuses à décharge.

Voir aussi

• AOpen AX4B-533 Tube - Carte mère basée sur le chipset Intel 845 Sk478 avec amplificateur audio à tube
• AOpen AX4GE Tube-G - Carte mère basée sur le chipset Intel 845GE Sk478 avec amplificateur audio à tube
• AOpen VIA VT8188A - Carte mère basée sur le chipset VIA K8T400M Sk754 avec un amplificateur audio à tube à 6 canaux.
• Hanwas X-Tube USB Dongle est une carte son USB pour ordinateurs portables prenant en charge DTS, simulant l'apparence d'un tube à vide.

Remarques

Links

• Manuel des tubes radio nationaux et étrangers. Plus de 14 000 tubes radio
• Guides des tubes radio et toutes les informations nécessaires

Il s'agit d'un appareil électronique à vide qui fonctionne en modifiant le flux d'électrons. Les électrons se déplacent dans le vide entre les électrodes.

Une lampe d'éclairage à filament de carbone, du fait du ternissement du cylindre, réduisait progressivement la lumière émise. Depuis 1883, T. Edison, grâce à ses recherches scientifiques, tente d'améliorer la lampe à incandescence. Après avoir pompé l'air du cylindre de la lampe, il y inséra une électrode métallique. Edison a attaché et connecté un galvanomètre et une batterie à une électrode soudée et à un filament chauffé par un courant électrique. Dès que la polarité était répartie, le moins de la batterie s'est déplacé vers le filament, le plus vers l'électrode et l'aiguille du galvanomètre s'est déviée. Avec la polarité opposée, l'alimentation en courant du circuit s'est arrêtée. Cette expérience, qui a abouti à une émission thermoionique, a servi de base aux tubes à vide et à toute l'électronique à semi-conducteurs.
Les tubes électroniques contiennent au moins deux électrodes : une anode et une cathode. Si la lampe contient une cathode qui n'est pas chauffée directement, alors à côté de la cathode se trouve un filament incandescent qui la chauffe. Elle fait cela pour que lorsqu'elle est chauffée, l'émission de la cathode augmente. Les grilles situées entre l'anode et la cathode modifient le flux d'électrons et éliminent les phénomènes néfastes qui se produisent lorsque le flux d'électrons passe d'une électrode chargée positivement à une électrode négative. Le verre des lampes électroniques est doté d'un revêtement brillant qui protège l'appareil des excès de gaz et d'air.

En plus des diodes et des triodes, les tubes à vide comprennent des tétrodes, des pentodes, des hexodes et des heptodes.
En 1905, le scientifique anglais J. Fleming commença à s'appuyer sur les expériences d'Edison et obtint un brevet pour un dispositif qui convertit le courant alternatif en courant continu, c'est-à-dire le premier tube à vide. Il fut le premier à utiliser une diode à des fins pratiques ; la diode servait d'élément de puissance (détecteur) dans les récepteurs radiotélégraphiques. L'année suivante, l'ingénieur américain L. Forest crée une triode en ajoutant une grille de contrôle à deux électrodes. La lampe, créée par Lee de Forest, pouvait à elle seule amplifier les vibrations. En 1913, le premier auto-oscillateur basé sur une triode est créé. En grande partie grâce à la triode de Forest, l'ère informatique a commencé. À l'aide d'une triode, il a pu amplifier le son dans son laboratoire domestique et a collaboré activement sur cette base avec des chercheurs américains dans le domaine de l'électronique. Initialement, la triode était une lampe à gaz avec une grille plate. Plus tard, la lampe de Forest devint une lampe à vide (en 1912), il la breveta en 1907 et l'appela « Audion ». Le scientifique a utilisé une triode comme dispositif de traitement de données. Des ingénieurs allemands sous la direction d'A. Meisner, adepte de Forest, ont créé une grille triode cylindrique à partir d'une tôle d'aluminium perforée.

En ingénierie radio, Armstrong est considéré comme l'inventeur de l'auto-oscillateur. Entre autres choses, Forest a utilisé sa triode dans des amplificateurs, des récepteurs et des émetteurs, devenant ainsi un pionnier des communications radio. Après avoir obtenu son diplôme de l'Université de Yale et soutenu sa thèse, Forest a commencé à mettre activement ses théories en pratique. En 1902, il crée la Forest Wireless Telegraphy Company, qui devient en deux ans le principal régulateur de communications radio de la marine américaine. En 1920, il propose d’enregistrer une bande sonore sur pellicule en utilisant une méthode optique, ce qui contribue grandement au développement de l’industrie cinématographique.

En Russie, les premiers tubes radio ont été créés par l'ingénieur de Saint-Pétersbourg N.D. Papaleksi en 1914. Il n'y avait pas de pompage parfait, c'est pourquoi les tubes étaient remplis de gaz avec du mercure. Grâce au travail de M.A. Bonch-Bruevich en 1913-1919. L'introduction des tubes à vide dans la technologie radio a été stimulée par les intérêts militaires des communications radio. En 1914, après le déclenchement de la Première Guerre mondiale, de puissantes stations d'émission à étincelles furent construites à Tsarskoïe Selo et sur le champ de Khodynskoe près de Moscou pour communiquer avec les militaires alliés et surveiller les stations de radio ennemies. La loi martiale oblige Bonch-Bruevich à fabriquer des tubes à vide en Russie. A Tver, il y avait une station de radio avec des amplificateurs à tubes. Les lampes de fabrication française coûtent environ 200 roubles. or chacun, et leur temps de travail n'excédait pas dix heures. Après avoir rassemblé le matériel nécessaire dans les pharmacies et les usines, Bonch-Bruevich a commencé à fabriquer des radios et des lampes dans un petit laboratoire, dont le coût était de 32 roubles.

Jusque dans les années 1930 Les tubes à vide étaient utilisés exclusivement dans l'ingénierie radio. En 1931, le physicien anglais
V. Williams a conçu un compteur thyratron d'impulsions électriques. Le compteur électronique comprenait plusieurs déclencheurs. Les déclencheurs eux-mêmes ont été inventés en parallèle par M.A. Bonch-Bruevich en 1918 et par les scientifiques américains F. Jordan et W. Iccles en 1919. Les déclencheurs étaient réalisés sous la forme d'un relais électronique, composés de deux lampes et se trouvaient dans l'une de leurs deux états stables. Un relais électronique, comme un relais électromécanique, pourrait stocker un chiffre binaire.

Dans les années 1940 des ordinateurs développés à base de tubes à vide sont apparus. Le tube à vide a commencé à être utilisé comme élément principal d'un ordinateur. Malgré de nombreuses caractéristiques positives, l’utilisation de lampes a posé de nombreux problèmes. La hauteur de la lampe en verre était de 7 cm, ce qui rendait les ordinateurs énormes.

Un ordinateur contenait 15 à 20 000 tubes à vide, dont chacun tombait en panne après 7 à 8 minutes de fonctionnement. Une situation problématique s'est produite lors de la recherche et du remplacement de l'ancienne lampe ; cela a pris beaucoup de temps. Un si grand nombre de lampes générait de la chaleur, des systèmes de refroidissement ont donc dû être installés pour chaque ordinateur. Les ordinateurs n'avaient pas de périphériques d'entrée, les données étaient donc stockées en mémoire en connectant une fiche spécifique à une prise spécifique. Néanmoins, les tubes à vide, malgré de nombreux défauts, ont apporté une contribution inestimable au développement de l'ingénierie radio et de l'électronique mondiales.

Le phénomène d'émission thermoionique et le courant électronique qui en résulte dans le vide sont à la base de la conception d'un très grand nombre de dispositifs électroniques divers, qui ont trouvé des applications extrêmement importantes dans la technologie et dans la vie quotidienne. Nous nous concentrerons uniquement sur les deux types les plus importants de ces appareils : un tube électronique (tube radio) et un tube cathodique.

La structure du tube électronique le plus simple est représentée sur la figure. 176. Il contient un filament de tungstène chaud 1, qui est une source d'électrons (cathode), et un cylindre métallique 2 (anode) entourant la cathode. Les deux électrodes sont placées dans un cylindre en verre ou en métal 3 dont l'air est soigneusement pompé. Une telle lampe à deux électrodes est appelée diode à vide.

Riz. 176. a) Lampe à deux électrodes (diode) : 1 – cathode (filament chaud), 2 – anode (cylindre), 3 – cylindre de verre. b) Image conventionnelle d'une diode

Si nous connectons cette lampe au circuit d'une batterie ou d'une autre source de courant de manière à ce que son anode soit connectée au pôle positif de la source et la cathode au pôle négatif (Fig. 177, a), et que nous chauffons la cathode en utilisant une source auxiliaire (batterie à incandescence Bn), alors les électrons s'évaporant du filament voleront vers l'anode et le courant circulera dans le circuit. Si nous commutons les fils de manière à ce que le moins de la source soit connecté à l'anode de la lampe et le plus à sa cathode (Fig. 177, b), alors les électrons s'évaporant de la cathode seront renvoyés par le champ vers la cathode, et il n’y aura pas de courant dans le circuit. Ainsi, une diode a la propriété de laisser passer le courant dans un sens et de ne pas lui permettre de passer dans le sens opposé. Ces types de dispositifs, qui permettent au courant de circuler dans une seule direction, sont appelés électrovannes. Ils sont largement utilisés pour redresser le courant alternatif, c'est-à-dire le convertir en courant continu (§ 166). Les diodes à vide spécialement adaptées à cet effet sont appelées kénotrons en technologie.

Riz. 177. a) Le courant traverse la diode lorsque l'anode est connectée au pôle positif de la batterie Ba et la cathode est connectée au pôle négatif. b) Aucun courant ne circule dans la diode lorsque son anode est connectée à la borne négative de la batterie et la cathode à la borne positive. Bn – batterie à filament

Les tubes électroniques d'un type plus complexe, qui ont trouvé de larges applications dans l'ingénierie radio, l'automatisation et un certain nombre d'autres branches technologiques, contiennent, en plus d'une cathode chauffée (une source d'électrons) et d'une anode qui collecte ces électrons, un troisième électrode supplémentaire sous forme de grille placée entre la cathode et l'anode. Habituellement, le maillage comporte de très grandes cellules ; par exemple, il est réalisé sous la forme d'une spirale rare (Fig. 178).

Riz. 178. a) Lampe à trois électrodes : 1 – cathode (filament chaud), 2 – anode (cylindre), 3 – grille (spirale clairsemée). b) Image conventionnelle d'une triode

L’idée principale sur laquelle repose l’utilisation de telles lampes est la suivante. Connectons la lampe au circuit de la batterie Ba, comme indiqué sur la Fig. 179, et on chauffera la cathode à l'aide d'une batterie auxiliaire Bn (batterie à incandescence). Un appareil de mesure connecté au circuit montrera que le courant anodique circule dans le circuit. Connectons maintenant une autre batterie BS à la cathode de la lampe et de la grille, dont la tension peut être arbitrairement modifiée, et avec son aide nous modifierons la différence de potentiel entre la cathode et la grille. Nous verrons que la force du courant anodique change également. Ainsi, nous avons la possibilité de contrôler le courant dans le circuit anodique de la lampe en modifiant la différence de potentiel entre sa cathode et la grille. C'est la caractéristique la plus importante des tubes à vide.

La courbe illustrant la dépendance du courant anodique de la lampe par rapport à sa tension de grille est appelée caractéristique courant-tension de la lampe. Une caractéristique typique d'une lampe à trois électrodes est représentée sur la Fig. 180. Comme le montre cette figure, lorsque la grille est à un potentiel positif par rapport à la cathode, c'est-à-dire connectée au pôle positif de la batterie, une augmentation de la tension du réseau entraîne une augmentation du courant anodique. jusqu'à ce que ce courant atteigne la saturation. Si nous rendons la grille négative par rapport à la cathode, alors à mesure que la valeur absolue de la tension de grille augmente, le courant anodique diminuera jusqu'à ce qu'à un potentiel négatif sur la grille, la lampe soit verrouillée, c'est-à-dire que le courant dans l'anode le circuit passe à zéro.

Riz. 180. Caractéristique courant-tension d'une lampe à trois électrodes

Il n’est pas difficile de comprendre la raison de ces phénomènes. Lorsque la grille est chargée positivement par rapport à la cathode, elle attire les électrons du nuage de charges d'espace près de la cathode ; dans ce cas, une partie importante des électrons vole entre les spires de la grille et frappe l'anode, augmentant le courant anodique. Ainsi, en favorisant la résorption de la charge d'espace, la grille chargée positivement augmente le courant anodique. Au contraire, une grille chargée négativement réduit le courant anodique car elle rejette les électrons, c'est-à-dire qu'elle augmente la charge d'espace près de la cathode. Étant donné que la grille est située beaucoup plus près de la cathode que de l'anode, même de petits changements dans la différence de potentiel entre elle et la cathode se reflètent très fortement dans la charge d'espace et affectent grandement la force du courant anodique. Dans les tubes à vide conventionnels, la modification de la tension de grille de 1 V modifie le courant anodique de plusieurs milliampères. Afin d'obtenir le même changement de courant en modifiant la tension de l'anode, cette tension devrait être modifiée beaucoup plus - de plusieurs dizaines de volts.

L’une des applications les plus importantes des tubes à vide est leur utilisation comme amplificateurs de faibles courants et tensions. Expliquons avec un exemple simple comment cela se fait. Imaginons qu'une résistance avec une résistance très élevée, disons 1 MOhm, soit connectée entre la grille et la cathode de la lampe (Fig. 181). Un courant très faible traversant cette résistance, disons 1 µA, créera une tension aux bornes de cette résistance selon la loi d'Ohm. Dans notre exemple, cette tension est de 1 V. Mais avec un tel changement de tension du réseau, le courant anodique change de 2-3 mA. Par conséquent, une modification du courant à travers la résistance de la grille de 1 μA entraîne une modification du courant anodique plusieurs milliers de fois supérieure. Nous amplifions ainsi plusieurs milliers de fois le courant très faible d'origine, délivrant l'énergie nécessaire à travers la batterie anodique.

Riz. 181. Schéma de circuit pour connecter une lampe à trois électrodes comme amplificateur de courant et de tension

Si nous incluons une résistance de « charge » dans le circuit anodique, disons 10 kOhm, alors une modification du courant anodique de 2 à 3 mA entraînera une augmentation de la tension aux bornes de cette résistance de 20 à 30 V. En d'autres termes, une modification de la tension du réseau de 1 V modifie la tension entre les points et la résistance de « charge » de 20 à 30 V. De cette façon, nous avons amplifié la très basse tension initiale.

Lampes à trois électrodes - cathode, anode et grille - similaires à celle représentée sur la Fig. 178 sont appelés triodes. Dans la technologie moderne, des lampes plus complexes à deux, trois grilles ou plus sont largement utilisées. L'industrie produit actuellement à des fins diverses plusieurs dizaines de types de lampes de différentes tailles, allant des lampes dites « à doigt » aussi épaisses que le petit doigt et longues de plusieurs centimètres, jusqu'aux lampes plus hautes que la taille humaine. Dans les petites lampes, utilisées par exemple dans les radios, le courant anodique est égal à plusieurs milliampères ; dans les lampes puissantes, il atteint plusieurs dizaines d'ampères.

106.1. Pourquoi la cathode d'un tube à vide se détériore-t-elle rapidement si le tube est mal mis sous vide et contient une petite quantité de gaz ?

Il fut un temps où toute l’électronique était basée sur des tubes à vide, qui ressemblaient à de petites ampoules et faisaient office d’amplificateurs, d’oscillateurs et de commutateurs électroniques. Dans l'électronique moderne, pour remplir toutes ces fonctions, on utilise des transistors, fabriqués à l'échelle industrielle à un coût très faible. Aujourd'hui, des chercheurs du centre de recherche Ames de la NASA ont développé une technologie permettant de produire des tubes à vide à l'échelle nanométrique qui permettront à l'avenir des ordinateurs plus rapides et plus fiables.

Un tube à vide électronique est appelé tube à vide car il s’agit d’un récipient en verre avec un vide à l’intérieur. Il y a un filament incandescent à l'intérieur de la lampe, mais il chauffe à une température plus basse que les filaments des lampes d'éclairage conventionnelles. De plus, à l'intérieur de la lampe à vide électronique se trouve une électrode chargée positivement, une ou plusieurs grilles métalliques, à l'aide desquelles le signal électrique traversant la lampe est contrôlé.

Le filament chauffe l'électrode de la lampe, ce qui crée un nuage d'électrons dans l'espace environnant, et plus la température de l'électrode est élevée, plus les électrons libres peuvent s'éloigner d'elle. Lorsque ce nuage d’électrons atteint une électrode chargée positivement, un courant électrique peut traverser la lampe. Pendant ce temps, en ajustant la polarité et la valeur du potentiel électrique sur le treillis métallique, le flux d’électrons peut être augmenté ou complètement arrêté. Ainsi, la lampe peut servir d'amplificateur et de commutateur pour les signaux électriques.

Les tubes à vide électroniques, bien que rarement, sont désormais principalement utilisés pour créer des systèmes acoustiques de haute qualité. Même les meilleurs exemples de transistors à effet de champ ne peuvent pas fournir la qualité sonore fournie par les tubes à vide. Cela se produit pour une raison principale : les électrons dans le vide, sans rencontrer de résistance, se déplacent à une vitesse maximale, ce qui ne peut pas être atteint lorsque les électrons se déplacent à travers des cristaux semi-conducteurs solides.

Les tubes à vide électroniques fonctionnent plus fiablement que les transistors, qui peuvent être facilement endommagés. Par exemple, si des transistors électroniques tombent dans l’espace, leurs transistors tomberont tôt ou tard en panne, « grillés » par le rayonnement cosmique. Les tubes électroniques ne sont pratiquement pas exposés aux rayonnements.

Créer un tube à vide électronique pas plus gros qu'un transistor moderne constitue un défi de taille, en particulier dans le cadre d'une production de masse. Fabriquer de minuscules chambres à vide individuelles est un processus complexe et coûteux qui n’est utilisé qu’en cas de besoin urgent. Mais les scientifiques de la NASA ont résolu ce problème d'une manière assez intéressante : il s'est avéré que lorsque la taille du tube électronique diminue en dessous d'une certaine limite, la présence de vide cesse d'être une condition nécessaire. Les lampes à vide à l'échelle nanométrique, dotées d'un filament et d'une électrode, mesurent 150 nanomètres. L'écart entre les électrodes de la lampe est si petit que la présence d'air n'interfère pas avec leur fonctionnement ; la probabilité que des électrons entrent en collision avec une molécule d'air tend vers zéro ;

Naturellement, pour la première fois, de nouvelles lampes nanoélectroniques apparaîtront dans les équipements électroniques des engins spatiaux et des appareils, où la résistance de l'électronique aux rayonnements est d'une importance primordiale. De plus, les tubes à vide peuvent fonctionner à des fréquences des dizaines de fois supérieures aux fréquences des meilleurs transistors en silicium, ce qui permettra à l'avenir de créer des ordinateurs basés sur eux, beaucoup plus rapides que ceux que nous utilisons actuellement.