Le tube en amplification
Après avoir vu comment fonctionnait le tube, nous allons maintenant examiner son comportement en amplificateur et vous pourrez constater que rien ou presque ne diffère par rapport au transistor, les grands principes sont toujours applicables | |
Nous allons examiner dans un premier temps une caractéristique du tube appelée caractéristique dynamique et qui montre l'évolution du courant plaque en fonction d'une part de la tension grille et d'autre part de la résistance insérée dans le circuit plaque. Voyons le schéma : | |
Nous allons relever la
caractéristique décrite précédemment en faisant pour une résistance de charge
donnée, varier la tension grille-cathode par le biais du potentiomètre. Puis nous changerons la valeur de la résistance de plaque et nous procéderons de nouveau à des variations des tension Vg. Nous relèverons à chaque fois la valeur du courant anodique sachant que la tension plaque est constante. Voici le résultat. |
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Nous pouvons constater l'influence de la résistance de charge sur le courant anodique. Remarquez plus particulièrement que plus la résistance de plaque est faible, plus le tube est "sensible" à la commande de grille, càd que la variation de courant anodique est plus importante pour une variation Vg donnée avec une résistance de faible valeur qu'avec une résistance d'anode élevée. | |
Montage de test : |
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Nous allons réaliser le
montage suivant de manière à faire des relevés de tension/courant. Nous avons introduit une résistance dans le circuit plaque du tube, cette résistance constitue la charge du tube. Côté entrée, nous avons inséré en série avec la tension de polarisation du tube un générateur de signal sinusoïdal qui est le signal à amplifier. Nous travaillerons à tension plaque et grille constantes. Le chauffage du tube n'est pas représenté sur ce schéma. |
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Nous allons fixer la tension de grille Vg à -5V par rapport à la cathode, la résistance de charge R est une résistance de 50 kW, la tension plaque est de 300V. Voyons ce que cela donne sur les courbes que nous avons relevées avec ce montage. | |
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Attention : Le dessin est fortement stylisé, ne vous fiez pas trop aux valeurs lues sur le graphique, le texte lui est correct. |
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Voyons comment le
tube amplifie : |
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Avec les
valeurs du montage, si nous nous reportons à notre graphique, nous constatons qu'au
repos, càd alimenté mais sans signal d'entrée le tube débite 2mA. Ce courant parcourt
naturellement la résistance de plaque ce qui provoque une chute de tension de : U = R . Ia = 50 000 x 0.002 = 100V. La tension au point commun de l'anode et de la résistance vaut donc : U = Ualimentation - R.Ia = 300 - 100 = 200V. C'est la tension que nous mesurons avec un voltmètre connecté entre l'anode et la masse. Si nous n'appliquons pas de signal à l'entrée, les choses resteront en l'état. Au passage nous pouvons calculer la puissance consommée par la résistance est qui est : P = R . I2 P = 50.000 x 0,0022 = 0,2W. |
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Analysons tout cela : |
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Donc au repos sans signal avec
seulement la polarisation, le courant de repos s'établit à 2mA pour une tension Vg de
-5V. La chute de tension provoquée par ce passage de Ia est de 100V ce qui amène le
potentiel d'anode par rapport à la masse = 200V. Appliquons le signal à amplifier, quand ce signal atteint son amplitude maximum qui est de +2V, la tension grille passe de -5V au repos à -5 + 2 = -3V ce qui fait passer le courant anodique à 2,65mA, la chute de tension dans R à 132,5 V et la tension anode à 167,V Maintenant quand le signal à amplifier atteint son amplitude maximale dans l'autre sens le potentiel de grille qui était de -5V passe à -5 +(-2) = -7V ce qui fait circuler un courant anodique de 1,35 mA, la chute de tension dans R vaut 67,5V et la tension anode passe à 23,5V. |
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Nous constatons qu'une faible variation du signal à amplifier à l'entrée (4V d'amplitude crête à crête) a provoqué une variation de tension sur l'anode de 65V (232,5 - 167,5V). Nous avons donc bien amplifié notre signal. CQFD | |
Autre constat : |
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Quand le signal à amplifier croît positivement, la tension grille évolue vers -3V ce qui fait croître le courant Ia, ce qui augmente la | chute de tension dans la résistance d'anode, ce qui diminue la tension au point commun de l'anode et de la résistance. |
Toute augmentation du signal en entrée provoque une diminution de la tension de sortie, le signal est déphasé de 180° | |
Voici ce qui se passe quand l'amplificateur est bien réglé et excité normalement avec un signal d'attaque correct. L'ampli est dit "linéaire" car le signal de sortie a rigoureusement la même forme que le signal d'entrée. |
En revanche remarquez l'allure du signal de sortie. Celui-ci est écrêté. Le signal d'attaque est trop important, amenant le tube à la fois vers la saturation et le blocage. Qui plus est, quand la grille devient positive, il y a apparition de courant grille ce qui peut s'avérer dommageable pour le tube. |
Facteur
d'amplification et transconductance : |
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On désigne par la lettre grecque µ ( mu) le facteur d'amplification d'un tube. Celui-ci est égal au ratio des variations de tension anode sur variations de tension grille. |
D Ua |
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On désigne par transconductance gm le ratio des variations de courant anodique sur les variations de tension grille. La transconductance s'exprime en mho (peut être en Siemens aujourd'hui, je ne sais pas pour les tubes) |
D Ia |
Polarisation : |
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Nous avons, pour le moment raisonné un peu abstraitement avec des polarisations effectuées par des batteries. Il existe un système de polarisation que vous retrouverez souvent dans les amplificateurs de puissance à triodes qui offre l'avantage d'une grande facilité de mise en uvre et d'une grande fiabilité, la polarisation de cathode. | |
Voilà le principe. Jusqu'à
présent nous avons connecté une batterie sur la grille pour lui procurer sa tension de
polarisation et nous avons relié la cathode à la masse car nous savons que la tension
Vgk est négative. En d'autres termes le potentiel de cathode est plus élevé que le potentiel de grille. Nous pouvons réaliser cela très simplement en mettant la grille à la masse et en insérant une résistance dans ca cathode du tube. Si Si ça marche : Pourquoi ? Supposons qu'un courant circule dans le tube signe d'un circuit fermé. Une chute de tension va se produire aux bornes de notre résistance de cathode. Le potentiel de cathode sera à un potentiel supérieur à celui de la masse OK ? |
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Si notre potentiel
de cathode est supérieur à celui de la masse, la cathode est forcément positive par
rapport à la grille. On retrouve bien une tension de grille négative par rapport à la
cathode.
Et le condensateur, à quoi sert-il ? Il est indispensable car s'il n'était pas là, les variations de courant provoqueraient des variations de tension et il en résulterait une polarisation variable. Le condensateur de découplage annihile toutes les variations de tension en dérivant à la masse la composante alternative. |
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Les
classes d'amplification: |
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On retrouve naturellement pour les tubes les mêmes principes que nous avions déjà évoqué pour les transistor d'autant plus qu'historiquement c'est quand même le tube qui est apparu le premier... | |
Bien, nous allons arrêter ici l'étude des tubes à vide. Il reste beaucoup à dire mais je vous laisse le soin de découvrir par vous même le reste. Dans les prochains chapitres nous allons nous attaquer au fondement même de l'émission d'amateur, les émetteurs-récepteurs. |
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