Voir la source de Triode (électronique)

{{Voir homonymes|Triode}}
{{sources|date=décembre 2023}}
[[Image:Triode tube 1906.jpg|right|thumb|L'Audion de Lee De Forest, 1906.]]
[[Image:Triode vacuum tube_FR.png|thumb|Triode à chauffage direct]]
La '''lampe triode''' est le premier dispositif [[Amplificateur électronique|amplificateur]] d'un signal électronique. L'ingénieur américain [[Lee De Forest]] est l'inventeur, en [[1906]], de cette lampe qu'il nomme [[Audion]]<ref group="N">Le brevet est déposé le 29 janvier 1907</ref>. C'est le physicien [[William Henry Eccles|W. H. Eccles]] qui donne le nom de triode à cette lampe à trois électrodes<ref>Bernard Machard, ''Histoire de la lampe de radio'', Lacour, Nîmes, 1989, p. 6</ref>.

== Historique ==
{{Article détaillé|Historique des tubes électroniques}}

== Fonctionnement ==
La triode se compose d'une [[Cathode#Tubes électroniques|cathode]], émettrice à chaud d'[[électron]]s, d'une [[anode]] réceptrice et d'une [[Grille de contrôle|grille]] placée entre les deux, le tout dans un tube dans lequel on a fait le vide. 
* La cathode est un filament incandescent ou une plaque chauffée par un tel filament. Le chauffage de la cathode fournit suffisamment d'énergie à ses électrons pour leur permettre de se libérer du support et former un nuage électronique autour de la cathode (on parle d'[[Émission thermoïonique|émission cathodique]]).
L'application d'une différence de potentiel entre cathode et anode accélère ces électrons (négatifs) vers l'anode (positive) et forme un courant de quelques [[Ampère|milliampères]] dans le circuit.
* L'interposition d'une grille entre les deux électrodes permet, en modulant son potentiel, de favoriser ou restreindre le passage des électrons. Le grand intérêt de cette disposition est qu'une petite variation de potentiel sur la grille provoque une grande variation du courant récolté par l'anode : c'est le principe de l'amplification. En jouant sur les caractéristiques géométriques de la lampe, on peut ajuster ce facteur d'amplification (le gain).

== Schéma ==
[[Image:Triode.png|Triode]]

== Caractéristiques de la triode ==
Le '''facteur d'amplification μ''' d'une triode exprime le rapport entre la tension amplifiée sur l'anode et la tension d'entrée appliquée à la grille :

{{retrait|1=<math>\mu = {U_a \over U_g}</math>}}

Il est aussi égal au rapport entre la [[capacité parasite]] grille-cathode <math>C_{gc}</math> et la capacité parasite anode-cathode <math>C_{ac}</math> :

{{retrait|1=<math>\mu = {C_{gc} \over C_{ac}}</math>.}}

Cette deuxième équation montre qu'une diminution de la distance entre la grille et la cathode fait croître le facteur d'amplification du tube, car cela a pour effet d'augmenter la capacité entre la grille et la cathode.

La '''loi de Child-Langmuir ''' permet de décrire le courant d'anode d'une triode :

{{retrait|1=<math>I_a = A \left ( \mu U_g + U_a \right )^\frac{3}{2}</math>}}

où A est une constante qui dépend de la géométrie du tube.

De l'expansion de Taylor de cette équation au voisinage du point de travail du tube, on trouve :

{{retrait|1= <math>\Delta I_a = \tfrac{\partial I_a}{\partial U_g}\Delta U_g + \tfrac{\partial I_a}{\partial U_a}\Delta U_a = g_m\Delta U_g+\tfrac 1{r_a}\Delta U_a</math> }}

La première [[dérivée partielle]] de cette équation est la pente de la caractéristique de transfert au point d'opération et elle est appelée la '''conductance mutuelle''' <math>g_m</math> ou '''transconductance''', laquelle s'exprime en [[siemens]] (unité nommée ''mho'' avant 1971), ou plus communément en mA/V (1 mmho = 1 mA/V). La deuxième dérivée partielle est la '''pente S''' de la caractéristique d'anode.
Cependant dans le métier, on a gardé l'appellation « pente S » (en mA/V) pour désigner, en Europe, l'équivalent de la [[transconductance]], aux États-Unis. 
La réciproque de cette pente est appelée la '''résistance interne''' d'anode <math>r_a</math> et s'exprime en [[Ohm (unité)|ohm]]s.

Pour <math>\Delta I_a=0</math> et en introduisant ces définitions, cette équation peut s'écrire :

{{retrait|1= <math>0 = g_m\Delta U_g+\tfrac 1{r_a}\Delta U_a</math> }}

ou

{{retrait|1= <math>g_m r_a=-\frac {\Delta U_a}{\Delta U_g}</math>. }}

Le terme de droite est équivalent à la définition du facteur d'amplification, soit le produit de la pente x par la résistance interne appelé µ. Le signe <math>-</math> signifie que la tension d'anode diminue quand la tension de grille augmente. Cette dernière équation peut être écrite <math>\mu = r_a g_m</math>, une formule très utile pour retrouver l'un des paramètres du tube quand les deux autres sont connus.

== Applications ==
[[Fichier:VT1 Detector-Amplifier Triode, Western Electric, c. 1917 - National Electronics Museum - DSC00110.JPG|vignette|Une triode ''Western Electric de 1917.]]
Cette invention a permis l'apparition du [[cinéma]] parlant, de la [[Transmission sans fil|TSF]] (radio), et plus tard de l'[[informatique]] (en utilisant la triode comme interrupteur « tout ou rien », et remplaçant les relais, beaucoup moins rapides), ainsi que des progrès dans les [[communication]]s téléphoniques en permettant une amplification importante des signaux sans effet de distorsion.

La triode fut vite perfectionnée par ajout d'une deuxième grille (on l'appelle alors [[tétrode]]), puis d'une troisième grille supplémentaire pour éviter des effets indésirables, notamment l'effet « dynatron ». Ce tube appelé [[pentode]] est rapidement adopté dans la plupart des amplificateurs à tubes pour son meilleur rendement. Malgré la nécessité de remplacer régulièrement les tubes, dont la cathode s'épuise (durée ~~ 2000h), ceux-ci sont toujours utilisés aujourd'hui, et très appréciés des guitaristes ([[Amplificateur électronique|amplificateurs]]) et des amateurs de [[hi-fi]] ([[Puissance (physique)|puissance]])  en raison de leurs excellentes qualités pour la reproduction du son, parmi lesquelles on peut noter :

* un [[spectre harmonique]] large en régime linéaire ;
* une bonne réponse aux phénomènes [[transitoire]]s, produisant un son plus naturel ;
* accessoirement, une entrée en saturation douce lors de l'écrêtage (bien qu'il ne soit pas d'usage en hi-fi d'entrer dans les zones de saturation et d'écrêtage, si l'on excepte le cas assez particulier des amplis en [[Classes de fonctionnement d'un amplificateur électronique#Classe B|classe B]]).

En dehors du domaine restreint des [[collectionneur]]s et des [[mélomane]]s, la triode est largement utilisée comme amplificateur de forte puissance ({{unité|500|W}} et au-delà) jusqu'à {{unité|100 MHz}} environ, en montage « grille commune ». Elle a l'avantage d'une absence de [[neutrodynage]] contrairement à la [[pentode]]. Les triodes pour amplificateurs linéaires [[HF]] peuvent fournir de {{unité|500|W}} à {{unité|15|kW}}.

== Modèles courants ==
=== Principales triodes utilisées en audio ===
==== Pour les préamplificateurs ====
{| class="wikitable alternance"
! scope=col | Type
! scope=col | <math>\mu </math>
! scope=col | <math>r_a</math> en <math>k\Omega</math>
! scope=col | <math>g_m</math> en mA/V
! scope=col | Pa max en W
! scope=col | Ua max en V
|-
! scope=row | [[ECC83]]-12AX7 double triode à fort <math>\mu </math>
| 100
| 62
| 1,6
| 1,2
| 300
|-
! scope=row | ECC82-12AU7 double triode à faible <math>\mu </math>
| 17
| 7,7
| 2,2
| 2,75
| 300
|-
! scope=row | ECC81-12AT7 double triode à <math>\mu </math> moyen
| 60
| 11
| 5,5
| 2,5
| 300
|}

==== Pour les amplificateurs (puissance) ====
{| class="wikitable alternance"
! scope=col | Type
! scope=col | <math>\mu </math>
! scope=col | <math>r_a</math> en <math>\Omega</math>
! scope=col | <math>g_m</math> en mA/V
! scope=col | Pa max en W
! scope=col | Ua max en V
|-
! scope=row | 845 triode de puissance 
| 5,3
| 1700
| 3,1
| 100
| 1250
|-
! scope=row | 300B triode de puissance
| 3,85
| 700
| 5,5
| 40
| 450
|}

=== Principales triodes industrielles ===
[[File:3CX1500A7.jpg|thumb|upright|Eimac 3CX1500A7]]
* 3CW30000H3 dissipation maximale 30 kW à 100 MHz
* 3CW20000A7 dissipation maximale 20 kW à 140 MHz
* 3CX15000H3 dissipation maximale 15 kW à 90 MHz
* 3CX10000A7 dissipation maximale 10 kW à 160 MHz
* 8161R dissipation maximale 4 kW à 110 MHz
* 833A dissipation maximale 0,4 kW à 30 MHz
* TH5-4 dissipation maximale 4 kW à 110 MHz
* TH6-3 dissipation maximale 10 kW à 140 MHz
* 3-500Z dissipation maximale 1000 W à 50 MHz
(valeurs indicatives pouvant varier selon le fabricant)

== Notes et références ==
=== Références ===
{{Références}}

=== Notes ===
{{Références|colonnes=2|group="N"}}

== Voir aussi ==
{{Autres projets|commons=Category:Vacuum triodes}}

=== Bibliographie ===
* Bernard Machard, ''Histoire de la lampe de radio'', Lacour, Nîmes, 1989.
* Germain Dutheil, ''Guide des tubes BF'', Publitronic Elektor, 1999.
* Jean Hiraga, ''Initiation aux amplis à tubes'', Dunod, 2000.
* Francis Ibre, ''Tubes audio anciens et récents'', {{ISBN|978-2-86661-155-2}}, Publitronic Elektor, 2007.
* Francis Ibre, ''Audio tubes : caractéristiques & utilisation'', {{ISBN|978-2-86661-174-3}}, Publitronic Elektor, 2010.
* Peter Dieleman, ''Théorie & pratique des amplificateurs audio à tubes'', Elektor, 2005  
* {{en}} George Shiers, ''The First Electron Tube'', in Scientific american, March 1969, p. 104.
* {{en}} Gerald Tyne, ''Saga of the vacuum tube'', in Prompt Publications, 1977, p. 30-83, reprint 1994.
* {{en}} John Stokes, ''70 years of radio tubes and valves'', in Vestal Press, NY, 1982, p. 3-9.
* {{en}} Keith Thrower ''History of the British Radio Valve to 1940'', in MMA International, 1982, p 9-13.

=== Articles connexes ===
* [[Irving Langmuir]]
* [[Loewe (entreprise d'électronique)]]
* [[Lee De Forest]]
* [[Tube électronique]]
* [[Diode à vide]]
* [[Tétrode]]
* [[Pentode]]
* [[Transistor]]

=== Liens externes ===
* [http://paillard.claude.free.fr/ Les lampes radio], ouvrage de Claude Paillard disponible en ligne

{{Portail|électricité et électronique}}

[[Catégorie:Tube électronique]]

[[de:Elektronenröhre#Triode]]
[[sv:Elektronrör#Trioden]]