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Électrodes de tube à vide: électrodes de valve thermionique

Électrodes de tube à vide: électrodes de valve thermionique

Leur construction est naturellement différente et il existe des variations selon la conception du tube et ses applications.


Cathode

Il existe différents types de cathodes utilisées dans les tubes à vide modernes. Ils diffèrent par la construction de la cathode et les matériaux utilisés.

L'une des principales façons dont les cathodes peuvent être catégorisées est la manière dont elles sont chauffées. Le premier type à être utilisé était ce que l'on appelle directement chauffé. Ici, un courant passe à travers un fil pour le chauffer. En plus de fournir de la chaleur, il agit également comme la cathode elle-même, émettant les électrons dans le vide. Ce type de cathode présente l'inconvénient de devoir être connecté à la fois à l'alimentation de chauffage et à l'alimentation utilisée pour une utilisation dans le circuit d'anode de cathode lui-même. Cela présente des inconvénients car cela limite la manière dont le circuit peut être polarisé à moins que chaque élément chauffant ne soit alimenté séparément et isolé les uns des autres. Un autre inconvénient est que si un courant alternatif est utilisé pour fournir le chauffage, ce signal peut être superposé au circuit d'anode de cathode principal, et il y a un bourdonnement résultant à la fréquence de l'alimentation de chauffage. Le deuxième type de cathode est connu sous le nom de cathode chauffée indirectement. Ici, l'élément chauffant est déconnecté électriquement de la cathode et de la chaleur est rayonnée par l'élément chauffant pour chauffer la cathode. Bien que ces types de tubes mettent plus de temps à se réchauffer, ils sont presque universellement utilisés en raison de la flexibilité que cela offre pour polariser les circuits et isoler le circuit d'anode cathodique des effets du ronflement de l'alimentation du réchauffeur.

Le premier type de cathode est connu sous le nom de cathode émettrice brillante. Ce type de cathode utilise un fil de tungstène chauffé à une température comprise entre 2500 et 2600 K. Bien que peu utilisé de nos jours, ce type de cathode était utilisé dans les tubes émetteurs de forte puissance tels que ceux utilisés pour la diffusion. Il présente un certain nombre d'inconvénients, l'un étant qu'il n'est pas particulièrement efficace en termes d'émission gagnée pour l'apport de chaleur. La durée de vie de la cathode est également limitée par l'évaporation du tungstène, la défaillance se produisant lorsqu'environ 10% du tungstène a disparu.

Un autre type de cathode est connu sous le nom d'émetteur terne. Ces cathodes sont directement chauffées et sont constituées de tungstène thorié. Ils fournissent plus d'émissions qu'une cathode de tungstène et nécessitent moins de chaleur, ce qui augmente l'efficacité globale du tube. En règle générale, ils fonctionnent à une température comprise entre 1900 et 2100 K.Bien que ces cathodes aient normalement une durée de vie relativement longue, elles sont fragiles et les vannes ou tubes qui les utilisent doivent être traités avec soin et ils ne doivent pas être soumis à des chocs techniques ou à des vibrations.

Le type de cathode qui est de loin le plus utilisé est la cathode revêtue d'oxyde. Celles-ci peuvent être utilisées avec des cathodes chauffées indirectement, contrairement aux cathodes en tungstène et à émetteur terne qui doivent être directement chauffées en raison des températures impliquées. Ce type de cathode se présente normalement sous forme de nickel sous la forme d'un ruban, d'un tube ou même d'une forme de petite coupelle. Celui-ci est recouvert d'un mélange de baryum et de carbonate de strontium, souvent avec une trace de calcium ajouté. Pendant le processus de fabrication, le revêtement est chauffé pour le réduire à sa forme métallique et les produits de la réaction chimique sont éliminés lorsque la vanne est finalement évacuée. Dans cette cathode, c'est le baryum qui joue le rôle d'émetteur principal et il fonctionne à un niveau beaucoup plus bas que les autres types se situant dans la région de 950 à 1050 K.

Certains types de valve thermionique ou de tube à vide utilisent ce que l'on appelle une cathode froide. Ce sont des stabilisateurs de tension et utilisent une forme de surface métallique activée.


Anode

L'anode est généralement conformée en cylindre de manière à pouvoir entourer la cathode et toutes autres électrodes éventuellement présentes. De cette manière, le tube à vide peut être construit de manière tubulaire et l'anode peut collecter le nombre maximum d'électrons.

Pour les plus petites valves ou tubes utilisés dans de nombreux récepteurs radio, les anodes sont généralement en acier nickelé ou simplement en nickel. Dans certains cas où de plus grandes quantités de chaleur doivent être dissipées, elle peut être carbonisée pour lui donner une finition arrière mate qui lui permet de rayonner plus de chaleur hors de la vanne.

Pour les applications où des puissances encore plus élevées sont requises, l'anode doit être capable de dissiper encore plus de chaleur et de fonctionner à des températures plus élevées. Pour ces tubes, des matériaux comprenant du carbone, du molybdène ou du zirconium peuvent être utilisés. Une autre approche consiste à construire des ailettes de dissipateur thermique dans la structure de l'anode pour aider à rayonner la chaleur supplémentaire. Cette approche est naturellement limitée par la construction de la valve et par le fait que le tube doit être contenu dans son enveloppe de verre. Cependant, une grande structure de radiateur nécessitera que l'enveloppe de verre soit beaucoup plus grande, augmentant ainsi les coûts.

Pour surmonter ce problème, l'anode peut être fabriquée de manière à ce que la chaleur puisse être transférée à l'extérieur de la vanne et éliminée en utilisant un air forcé ou une chemise d'eau. En utilisant cette approche, l'enveloppe du tube peut être rendue relativement petite, tout en étant capable de gérer des niveaux de puissance significatifs.


La grille

La grille est l'électrode par laquelle le courant circulant dans le circuit anodique peut être contrôlé par un autre potentiel. Dans la forme la plus basique, un tube à vide peut avoir une grille, mais il est possible d'en utiliser plusieurs pour améliorer les performances ou pour permettre l'exécution de fonctions supplémentaires. En conséquence, les vannes sont nommées par le nombre d'électrodes qu'elles contiennent qui sont associées au flux d'électrons. En d'autres termes, les filaments ou éléments chauffants et autres éléments similaires sont omis.


Nombre de grillesNombre total
d'électrodes
Nom générique
13Triode
24Tétrode
35Pentode
46Hexode
57Heptode
68Octode

Une grille est normalement construite sous la forme d'un treillis de gaze ou d'une hélice métallique. S'il est fait de fil, il se compose normalement de nickel, de molybdène ou d'un alliage et est enroulé à l'aide de tiges de support qui le maintiennent à l'écart de la cathode. En tant que tels, ils peuvent être larges, éventuellement de forme ovale et ils sont généralement en cuivre ou en nickel.

Pour atteindre un haut niveau de performance reproductible, les tolérances à l'intérieur du tube à vide doivent être maintenues d'un appareil à l'autre. En plus de cela, il est souvent nécessaire de monter la grille à seulement quelques fractions de millimètre de la cathode ou d'autres grilles. Pour pouvoir maintenir ces dimensions, une approche qui est adoptée consiste à utiliser un cadre rectangulaire rigide puis à enrouler le fil de grille sur celui-ci sous tension. Cette structure doit alors être fixée par l'utilisation de vitrages ou encore de brasures à l'or pour qu'elle reste solidement en place. Dans certaines circonstances, il peut même être nécessaire de meuler le revêtement de surface de la cathode pour assurer sa planéité. Cette forme de grille est connue sous le nom de grille de cadre.

Un aspect important de la conception des tubes à vide ou des vannes thermo-ioniques est de s'assurer que la grille ne surchauffe pas. Cela pourrait entraîner une distorsion mécanique et une défaillance de l'ensemble de la vanne. Pour aider à éliminer la chaleur, le fil de grille peut être carbonisé, et souvent des ailettes de refroidissement peuvent être fixées aux fils de support de grille. Ces fils de support peuvent également être soudés directement aux broches de connexion dans la base de la vanne de sorte que la chaleur peut être évacuée par les connexions externes.

Une grande variété de vannes thermioniques ou de tubes à vide est encore disponible aujourd'hui. En utilisant les techniques qui ont été développées pendant de nombreuses années, ils sont en mesure d'offrir une excellente répétabilité, des performances et une fiabilité.


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