Amplificateurs à tubes
les pentodes et les tétrodes à flux dirigé
Théorie...

Ces pages sont pratiques avant tout. C'est pour cela qu'une page un peu plus théorique se retrouve à la fin. On vous explique les différences entre les tétrodes et les pentodes.
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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

La première grille qu'on a ajouté, c'est la grille écran. Cette grille forme un écran électrostatique entre l'anode et la grille de commande et réduit ainsi l'influence de l'anode. Il y a généralement une tension alternative importante sur l'anode, et cette tension alternative peut influencer le flux d'électrons. Et n'oublions pas la capacité parasite entre l'anode et la grille, qui oblige à utiliser des circuits de compensation en haute fréquence.

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.

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.

Grille d'arrêt

En ajoutant une grille supplémentaire, on peut repousser les électrons en provenance de l'anode (émission secondaire), la grille est ainsi appellée grille d'arrêt (ou parfois grille suppresseuse car elle bloque les électrons émis par émission secondaire). Les électrons qui proviennent de la cathode et qui ont été accélérés par la grille écran ne sont pas influencés par la grille d'arrêt.

La grille est au même potentiel que la cathode, mais les pentodes qui étaient destinées à la déflection horizontale dans les téléviseurs 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).

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

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 car les spires sont placées dans le prolongement des spires de la grille de controle.

  • 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 repousee 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.

Beam tetrode

A cause des brevets déposés par Philips, les autres fabricants ne pouvaient pas fabriquer des pentodes. Qu'à cela tienne: en concentrant le flux d'électrons, on arrive a créer une grille d'arrêt virtuelle. Ce sont les tétrodes à faisceau dirigé.

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, le premier tube était le PL500. Une construction spéciale de l'anode permet de réduire les inconvénients de la tétrode (cavitrap).

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 faisceau dirigé sont également utilisées dans des applications audio, il s'agit des tubes avec la désignation KT (kinkless tetrode: tétrodes sans coude) comme les KT66 et KT88. Mais le tube PCL86 est également une tétrode à faisceau dirigé de Philips. Pour pouvoir produire une puissance suffisante avec un tube relativement petit, il faut un tube avec un rendement élevé, une caractéristiques des tétrodes à faisceau dirigé. A ce moment les années 1950 sont loin derrière nous et les utilisateurs veulent une puissance sonore un peu plus élevée.

Les tétrodes à flux dirigé ont des caractéristiques un peu 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.

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. Le PCL86 quii est destiné à des applications audio a un gain très élevé et donne un faible taux de distortion, mais le rendement du tube est un peu moindre.

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 utilisent également la commande sur grille écran pour réduire les distortions.

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