Thermoélectronique

Tétrodes

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La triode est entâchée d'un défaut de conception.
La plaque et la grille constituent les deux armatures d'un condensateur.
De très faible capacité, certes, mais suffisant pour qu'on observe que les tensions variables
de la plaque sont communiquées à la grille.
De plus elles y arrivent en contrephase du signal de grille qui les a créées.
Ce qui limite considérablement l'amplification.

Entre la grille et la plaque on enroule une hélice de fil métallique sans qu'elle touche ni l'une ni l'autre.
Cette nouvelle grille s'appelle "grille 2" ou parfois : " écran "- .
On porte cette nouvelle grille à un potentiel constant un peu inférieur à celui de la plaque.

La cathode, la grille, l'écran et la plaque forment des cylindres concentriques.
Le potentiel du champ électrique entre la cathode et la plaque
en absence de signal variable, augmente linéairement de la cathode à la plaque.
On porte l'écran au potentiel de la place qu'elle occupe.
Ce potentiel figure dans la fiche de caratéristiques constructeur du tube électronique,
dans la rubrique des paramètres de fonctionnement conseillés.

Il faut que son potentiel soit maintenu constant lorsque le signal variable est appliqué.

L'écran forme ainsi "cage de Faraday"
qui isole le champ électrique dans l'espace écran-plaque
du champ électrique dans l'espace éran-grille.

La plaque ne peut plus influencer la grille !

Schéma type du montage d'une tétrode.

L'écran intercepte forcément un flux d'éléctrons provenant de la cathode.
mais en proportion négligeable vu que les mailles de la spirale qui la constitue sont très lâches.

La résistance Re du montage assure une tension moyenne d'écran inférieure à celle de la plaque.
Pour maitenir la tension d'écran constante malgré les variations de tension d'anode,
le condensateur Ce dérive à l'équipotentielle zéro les composantes variables du signal,
si toutefois sa capacité est suffisante pour que son impédance à la fréquence de ce signal
soit très inférieure à celle de Re.

Si on trace le réseau de Kellog d'une tétrode, on observe un phénomère à première vue surprenant :


Si on fait croître la tension anodique Uak, l'intensité anodique commence par croître.
Puis elle diminue très fortement puis recommence à croître.
Après un coude, elle entre enfin dans une zone où elle croît très faiblement.
La résistance interne : dUak / dIa à Ug = Ugk constant devient très élevée dans cette zone .
Dans l'exemple ci-dessus : 100 / ( 0,07.10^-3) = 1,43 MOhm

La chûte de l'intensité anodique s'est appelé l' " EFFET DYNATRON "

Observez que dans sa phase descendante la courbe présente une résistance dynamique (dUak / dIa) négative.
Ce fait peut être mis à profit, entre autre pour les oscillateurs ou le neutrodynage des montages instables.

Emission secondaire

Les électrons issus de la cathode (électrons primaires) atteignant l'anode peuvent,
si leur énergie cinétique est élevée, communiquer aux électrons libres de l'anode
une énergie suffisante pour qu'ils soient éjectés.
Le phénomène n'aura donc lieu qu'à partir d'une tension Uak assez élevée.

On les appelle les électrons secondaires. Le phénomène s'appelle "émission secondaire"
Ils forment alors un "nuage électronique" à la surface immédiate de l'anode
semblable à celui qui se produit sur la cathode, mais pour une autre raison.

Comme pour la cathode, ils ne peuvent quitter l'anode
car celle-ci deviendrait suffisament positive pour les attirer de nouveau sur elle.

Mais dans une tétrode, l'écran est proche de l'anode.
Son potentiel positif, lègèrement inférieur à celui de l'anode, attire ces électrons.
Il se crée un courant d'électrons anode-écran se retranchant du courant d'électrons cathode-anode.
D'où la chute de l'intensité anodique.

Un électron primaire peut générer plusieurs électrons secondaires !
Et ce, d'autant plus que la tension anodique est élevée conférant plus d'énergie aux électrons primaires.
Ce qui explique la forte chute d'intensité anodique à partir d'une certaine tension.

Mais, comment expliquer que l'intensité anodique Ia, recommence à croître après la séquence dynatron ?

C'est simple : lorsque la tension de l'anode atteint une valeur assez grande par rapport à la grille 2 (l'écran)
tous les électons secondaires retombent sur la plaque. Aucun ne peut parvenir à l'écran (la grille 2).

Tétrodes à faisceaux dirigés

Les électrons se déplaçant, en large faisceau, dans le vide inter-électrodes,
constituent une ensemble de charges à trois dimensions que l'on appelle une "charge d'espace" négative .
Dans cette charge d'espace, les d'électrons se repoussent entre-eux,
comme se repoussent entre-eux électrons primaires et secondaires.

Or les électrons secondaires une énergie donc une vitesse très inférieure
à celle des électrons primaires.
Ils seront donc repoussés plus facilement par la charge d'espace.

D'où l'idée de concentrer les faisceaux primaires ou secondaires d'électrons.
L'augmentation de la charge d'espace qui en résulte,
peut être suffisante pour repousser les électrons secondaires provenant de l'anode
sans avoir d'effet suffisdant sur les électons primaires.

Une forme particulière donnée aux électodes ainsi que des déflecteurs latéraux (b) permettent cette concentration.
Ce type de tétrodes s'appellent des "Tétrodes à faisceaux dirigés".


Double tétrode à faisceaux dirigés.

Générateur à courant constant

Malgré l'effet dynatron, les tétrodes peuvent être, et sont, réellement utilisées
dans la zone terminale linéaire à grande résistance interne où elles sont très linéaires.

Le fait que la résistance interne soit très élevée dans cette zone, en fait des amplificateurs à courant constant.
Seule la tension aux bornes de sortie varie linéairement en fonction des variations de la tension d'entrée.
L'intensité restant pratiquement constante.

Un certain nombre d'applications exigent de tels amplificateurs.

Par exemple, le champ électromagnétique irradié par une antenne d'émission radio,
est proportionnel à l'intensité que le dernier étage d'amplification de l'émetteur ,
injecte dans l'antenne.

Les tétrodes ont été très utilisées dans cette fonction d'amplificateur terminal d'émetteur radio.