La pentode est le tube qui est le plus souvent utilisé comme étage de puissance, mais il existe également des pentodes qui sont employées comme préamplificateur (EF86). Tandis que la triode a une grille de commande, la pentode en a deux de plus. Une pentode a en général un gain plus élevé qu'une triode et est donc principalement utilisé comme étage de puissance.

Grille écran

En ajoutant une grille écran, on élimine pratiquement l'influence de l'anode sur le courant d'électrons. L'amplification du tube augmente et la capacité parasite entre anode et grille de commande est réduite. La grille-écran est maintenue à une tension moyenne fixe.

Pour éviter que la grille-écran n'absorbe trop d'électrons (et réduise ainsi le courant anodique), les spires de la grille sont espacées. Le comportement de la pentode (voir plus bas) a des caractéristiques de la triode (EL34). Les tétrodes à flux dirigé (voir plus bas) ont généralement des spires qui se trouvent dans le prolongement de celles de la grille de controle. C'est surtout important pour les tubes de puissance.

Le tube avec deux grilles (4 électrodes = tétrode) n'est pas tellement utilisé en pratique. Il y a une forte tension alternative sur l'anode, tandis que la grille-écran est à un potentiel moyen fixe. Quand l'anode a une tension plus basse que la grille-écran, des électrons libérés de l'anode vont se déposer sur la grille-écran plus positive et vont produire un courant parasitaire. Les caractéristiques montrent un coude prononcé et ces tubes ne peuvent pas être utilisés pour l'amplification linéaire.

Les tétrodes étaient surtout utilisées comme étage de puissance dans les émetteurs. Ces tubes travaillaient en classe C où un fonctionnement linéaire n'est pas nécessaire.

Grille d'arrêt

La grille est au même potentiel que la cathode et souvent la grille est connectée directement à la cathode, mais les pentodes de la dernière génération qui étaient destinées à la déflection horizontale dans les téléviseurs couleurs ont la grille d'arrêt qui peut être portée à un potentiel légèrement plus positif de l'ordre de 40V pour éliminer les oscillations parasites (Barkhausen). Dans ce cas la cathode a une connection externe.

La grille d'arrêt a des spires plus lâches que celles de la grille écran.

Le getter est un anneau qui est rempli d'une pâte spéciale lors de la fabrication du tube. A la fin de la fabrication on évacue l'air de l'ampoule et on chauffe les électrodes par un champ magnétique haute fréquence. Les molécules d'air emprisonnées dans le métal sont ainsi libérées. Par la chaleur le getter se vaporise et absorbe les molécules d'air restantes. Le getter se dépose ensuite sur le verre, c'est la partie métallique réfléchissante sur le ballon. Quand le tube n'est plus étanche, le getter est oxidé par l'air et devient blanc.

La seconde figure montre les potentiels présents sur les différentes électrodes. Un potentiel plus élevé (positif) correspond à un niveau plus bas, puisque les électrons vont du - au +.

• La cathode est a un potentiel bas, par exemple 2V pour un tube préamplificateur et 15V pour un tube de puissance.

• La grille de controle est a un potentiel encore plus bas (0V) pour repousser une partie des électrons. Une variation du potentiel produit une variation du flux d'électrons qui passe la grille.

• La grille écran est à un potentiel moyen fixe, par exemple 150V pour un tube préamplificateur et 250V pour un tube de puissance. Les électrons qui ont passé la grille de controle sont attirés par la grille-écran, mais peu d'électrons atteignent la grille qui a un pas assez lâche (10 à 30% d'électrons absorbés par la grille écran).

• La grille d'arrêt se trouve à un bas potentiel, généralement la tension de la cathode (les deux électrodes sont souvent reliées dans le tube). La grille n'a que peu d'effet sur les électrons rapides en provenance de la cathode, mais elle repousse les électrons qui ont été émis par l'anode (émission secondaire).

• L'anode est à un potentiel élevé et attire les électrons. Quand l'intensité du courant change, la tension sur l'électrode varie également si la charge est une résistance.

Beam tetrode

Ces tétrodes sont utilisées là où un courant important est nécessaire (c'est la condition pour établir une grille d'arrêt virtuelle). Ces tubes ont été utilisés dans la déflection électromagnétique des téléviseurs (courant de plus d'un ampère). Même Philips a utilisé des tétrodes. Une construction spéciale de l'anode permet de réduire les inconvénients de la tétrode (cavitrap). Le premier tube de cette série était le PL500.

L'anode a généralement une forme fermée, mais peut également être constituée de deux plaques séparées de taille limitée, comme dans un PL802, un tube d'amplification du signal vidéo. Les deux petites anodes permettent un fonctionnement optimal aux fréquences élevées.

Certaines tétrodes à faisceaux dirigés sont également utilisées dans des applications audio, il s'agit des tubes avec la désignation KT (kinkless tetrode: tétrodes sans coude) comme les KT66, KT77 et KT88. Pour pouvoir produire une puissance suffisante avec un tube relativement petit, il faut un tube avec un rendement élevé, une des caractéristiques des tétrodes à faisceau dirigé. A ce moment les années de guerre sont loin derrière nous et les utilisateurs veulent une puissance sonore [un peu] plus élevée.

Les tétrodes à flux dirigé ont des caractéristiques différentes des pentodes de puissance: l'intermodulation est un peu plus élevée et la transconductance un peu moindre (il faut un signal de commande d'une plus grande amplitude). Les tubes ont également plus tendance à se mettre à osciller, mais cela dépend également du transformateur de sortie. Des résistances d'arrêt et un montage soigné permettent d'éliminer totalement ces oscillations.

Les tétrodes à flux dirigé utilisées dans la déflection des téléviseurs ont besoin d'un courant de g2 moins élevé (grille écran), ce qui améliore le rendement de ces tubes qui doivent fournir une puissance élevée en continu.

Les PCL86 et ECL86 sont aussi des tétrodes à faisceaux dirigés, mais sont destinés à des applications audio. Le tube a un gain élevé et un faible taux de distorsion, mais le rendement du tube est un peu moindre. Le tube a un comportement entre la pentode et la tétrode à faisceaux dirigés. La différence entre la construction d'un ECL86 et PCL805 est montré ici: deux tubes de forme identique, mais l'un est plutôt destiné aux applications audio et l'autre a une pervéance élevée.

Une caractéristique des tétrodes à flux/faisceau dirigé, c'est qu'elles peuvent également être commandées par la grille-écran. Cela se fait par exemple dans les modulateurs AM où on injecte la porteuse sur la première grille et le signal audio sur la grille écran. Certains amplificateurs audio utilisent également la commande sur grille écran pour réduire les distorsions.

On peut varier la tension de la grille écran dans de larges proportions avec la plupart des tétrodes, par exemple de 50 à 200V pour un PL504, de 100 à 230V pour un PL508 et de 100 à 200V pour un PCL805. Plus la tension de grille écran est élevée et plus la grille de commande doit être négative pour obtenir un même courant anodique. Le ECL86/PCL86 doit par contre toujours travailler avec une tension de grille écran élevée.

Une tension plus négative sur la grille de controle signifie que l'influence de la grille devient moindre: les électrons sont repoussés à plus grande distance de la grille et une tension alternative sur la grille a moins d'effet sur le courant anodique.

On serait donc tenté d'utiliser la tension de grille écran la plus basse possible pour avoir le facteur d'amplification le plus élevé possible. La basse tension de la grille écran fait que le courant de g2 est moindre. Ce tube a une pente de 2.5mA/V pour une tension de grille de commande de -1V, de 1.5mA/V pour une tension de g1 de -2V et de 1.4mA/V pour -2.5V.

On aurait donc tendance à utiliser la tension de g2 la plus basse possible en tenant compte que la grille de commande ne peut pas devenir positive. Mais une tension de g2 plus basse signifie également que le courant anodique maximal que le tube peut fournir est plus bas.

Cette caractéristique est valable pour pratiquement toutes les tétrodes et pentodes.