Chapitre 3 :   La triode

Principe

Comme nous l’avons vu au chapitre précédent la triode est une évolution de la diode par adjonction d’une grille dite de commande.
Ainsi l’équation donnant le courant dans la diode en fonction de la tension anode -cathode , pour mémoire :

\(I = k.U^\frac{3}{2}\)

devient pour la triode :

\(I = k.(U_{GK} + D.U_{AK})^\frac{3}{2}\)

avec :

  • Ugk = la tension entre la grille et la cathode – cette tension est légèrement négative
  • Uak = la tension entre l’anode et la cathode, positive celle-là
  • D = la transparence de grille , coefficient sans dimension de quelques pour cent, il atténue fortement l’influence de la tension anode-cathode sur le courant total, privilégiant la tension de grille.

Ces données I, Ugk et Uak sont des grandeurs fixes , en courant continu issues directement de la POLARISATION de la triode.

Ce qui nous intéresse maintenant dans la compréhension du fonctionnement est ce qui se produit lorsque l’on fait varier Ugk, autrement dit lorsque l’on applique une tension alternative sur la grille.  Les développements mathématiques montrent que l’on conserve les deux composantes liées d’une part à la grille et d’autre part au couple anode cathode.  Donc en alternatif , tous nos raisonnements vont partir de l’équation :

\(ia = gm vg + \frac {Vak}{rak}\)

avec :

  • ia = la variation totale du courant dans la triode entre l’anode et la cathode
  • gm = la transconductance  de la grille exprimée en mA/volts. C’est le taux de variation de courant entre anode et cathode induite par une variation vg de la tension de grille. C’est une donnée figurant dans la datasheet de la triode ( exemple pour l’ECC83 / 12AX7 : gm = 1,6 mA/V)
  • vak = la variation de la tension apparaissant entre anode et cathode.
  • rak = la résistance interne de la triode entre l’anode et la cathode. Cette donnée figure également dans la datasheet de la triode. ( exemple pour l’ECC83 / 12AX7 : rak – notée souvent Ri = 62500 ohms)

On peut ici introduire une troisième caractéristique apparaissant dans les datasheets qui est le gain en tension µ .

µ = gm . rak

µ représente le gain en tension théorique de la triode montée en cathode commune ( voir plus loin) mais sans charge, autrement dit jamais atteint ! Il sera déterminant dans toutes les formules des montages que nous allons voir. On peut noter que les trois caractéristiques gm, rak et µ qui figurent dans les datasheets sont redondantes car deux d’entre elles suffisent à déterminer la troisième.

Exemple pour l’ECC83 / 12AX7 : µ =100  = 001,6 * 62500  = gm * rak

L’équation fondamentale de la triode fait donc état de deux courants se superposant et circulant entre anode et cathode : gmvg d’une part et iak = vak/rak d’autre part.

Fonctionnellement la triode se représente sous la forme de deux résistances et d’un générateur de courant
:

  • la résistance rg : résistance de grille interne entre grille et cathode. Celle-ci est très élevée ( mais pas infinie !)
  • la résistance rak , résistance interne anode cathode ( = µ / gm)
  • le générateur de courant gmvg , produit de la transconductance et de la tension vg appliquée aux bornes de rg.

on fait apparaître également la tension vak présente aux bornes de rak

Les 3 montages de la triode

Il existe 3 manières d’utiliser la triode, et les 3 sont UTILISEES dans les amplificateurs de guitare ! On distingue :

Attention de ne pas confondre ces montages avec les triodes montées en parallèle qui partagent les mêmes résistances d’anode et de cathode et du même coup la charge.

Ici par cathode commune on entend que l’entrée se fait entre grille et cathode et la sortie entre anode et cathode, cathode à la masse donc. En grille commune nous avons l’entrée entre cathode et grille et la sortie entre anode et grille, grille à la masse donc. L’élément commun est celui qui est à la masse/0 volts

  1. Le montage en cathode commune:

C’est le montage le plus courant en amplificateur de tension :

Notons ici, avant de permuter vers le schéma équivalent pour l’alternatif, que RK est complètement découplé par CK et que la cathode K est à la masse de ce fait.

vg est la tension en entrée et VS la tension en sortie. Les résistances RG et R0 sont laissées de côté pour le moment .

Opérons en deux temps la”migration” vers le schéma équivalent pour l’alternatif en reprenant bien sûr les éléments générateur de courant et résistances déterminés sur le schéma précédent :

La capacité de filtrage de l ‘alimentation opère un court-circuit pour l’alternatif . Ainsi B+ est maintenant à la masse et le schéma final devient :

La tension de sortie VS est recueillie sur RA . Nous avons ajouté ici les résistances en entrée RG pour la polarisation et R0 , le grid stopper destiné à limiter l’éventuel courant inverse dans la grille, ceci parce que ces deux résistances jouent un rôle dans l’impédance d’entrée. 

 

C’est donc sur ce type de schéma final que nous allons étudier pour cet étage :

  • le gain 
  • l’impédance d’entrée
  • l’impédance de sortie
  • la bande passante s’il y a lieu.

Voir l’étude complète ici.

Avant d’entrer dans les détails de ce montage , regardons les deux autres types.

2.  Le montage en anode commune:

Le signal entre alors entre la grille et l’ anode et est recueilli entre la cathode et l’anode.C’est donc l’anode qui est à la masse/0 volts.Le signal sortant sur la cathode avec un gain proche de 1  avec faible impédance de sortie ( voir la démonstration plus loin ) ,ce montage est également appelé cathode suiveuse ou cathode follower en anglais:

Le schéma équivalent pour l’alternatif devient :

3.  Le montage en grille commune:

Cette fois c’est la grille qui est à la masse/0 volts, avec le signal entrant par la cathode et sortant pa rl’anode.

Le schéma équivalent pour l’alternatif devient :

 

Ce type de montage se rencontre dans nos amplificateurs de guitare dans deux cas :

  • Dans le montage de type cascode rencontré dans les préamplis Hi Gain où il remplace, vu son gain élevé, une pentode de faible puissance. Il occupe alors la place de la charge RA d’un étage à cathode commune.

     Dans le schéma ci-dessous V2B est monté en grille commune alors que V2A est en cathode commune.

  • ( Pour les initiés ici) dans le montage inverseur différentiel ou Long Tailed Pair, destiné à piloter les deux phases d’un montage de puissance en push-pull  (l’analyse aura lieu plus loin) :


Schéma issu du site du Valvewizard  Ici la triode de droite est montée en grille commune.

La suite sur l’étude des montages


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ProjetG5 – Rédacteur jptrol

mis à jour le 23 septembre 2014

 

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