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Anode

Anode

L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction (menant à la consommation d'électrons) .
- Il s'agit du pôle (+) dans une pile électrique, une diode à jonction
- En revanche, il s'agit du pôle (-) dans le cas d'un électrolyseur, comme dans le cas d'un tube électronique. Catégorie:Électricité Catégorie:Composant électronique Catégorie:Diode Catégorie:électrochimie catégorie:chimie générale ja:アノード

Électrode

Certains appareils électriques comme les piles électriques, accumulateurs électriques, bacs à électrolyse, lampes radio, tube à rayons X, diodes à semiconducteurs... comportent en interne deux lames ou blocs conducteurs reliés à chacune des deux bornes de branchement de l'appareil. Ces éléments conducteurs sont appelés électrodes. Dans un système à deux électrodes : l'une est le siège d'une réaction de réduction, c'est la cathode. L'autre est le siège d'une réaction d'oxydation, c'est l'anode. En situation d'électrolyse, Le pôle (-) est appelée cathode tandis le pôle (+) est l'anode. Selon le sens de circulation conventionnel du courant continu, le courant entre dans un récepteur (appareil consommant du courant électrique) par l'anode. Inversement, c'est par la cathode d'un générateur (appareil produisant de l'électricité) que le courant retourne dans celui-ci.

Electrodes de référence en électrochimie

Electrode ja:電極

Oxydation

ja:酸化 simple:Oxidation Dans le langage courant, l' oxydation est la réaction chimique dans laquelle un composé se combine avec un ou plusieurs atomes d'oxygène. Comme par exemple l'oxydation du fer qui produit la rouille (hématite) : :4Fe + 3O₂ → 2 Fe₂O₃. D'une façon plus générale, en chimie, l'oxydation est la réaction dans laquelle un corps perd un ou plusieurs électrons. :Fe²⁺ → Fe³⁺ + e^- Ce don d'électrons ne se produit que s'il existe un corps susceptible de les accepter Le phénomène inverse ( acceptation des électrons ) est appelé la réduction. En fait, l'oxydation d'un corps s'accompagne toujours de la réduction d'un autre (les électrons ne peuvent pas se balader tous seuls et sont nécessairement captés), on parle d'une réaction d'oxydo-réduction. L'oxydation est une demi-réaction de l'oxydo-réduction, et la réduction est l'autre demi-réaction. Les réactifs capables de recevoir un ou plusieurs électrons et qui sont donc capables de participer à une réaction d'oxydation sont appelés OXYDANTS. Les réactifs capables de donner un ou plusieurs électrons sont appelés "RÉDUCTEURS". Dans une réaction redox ( abbréviation commune pour dire réaction d'oxydo-réduction ), le corps réducteur qui donne ses électrons voit son DEGRÉ d'OXYDATION augmenter , et le corps oxydant qui accepte les électrons voit son degré d'oxydation diminuer : Dans le cas le plus simple , celui des éléments, ce DEGRÉ d'OXYDATION est tout simplement la charge électrique des ions formés à partir de l'élément : dans les deux exemples précédents, le fer a été présenté sous ses 3 formes d'oxydation usuelles : Fe de DEGRÉ O , Fe²⁺ de DEGRÉ II , Fe³⁺ de DEGRÉ III ( conventionnellement cela est noté en chiffres romains). L'oxygène a essentiellement deux DEGRÉs d'oxydation : le dioxygène O₂ de DEGRÉ O et l'anion oxygène-réduit O^2- de DEGRÉ d'oxydation -II . Si l'on reprend l'exemple de la formation de la rouille, les deux demi-réactions s'écrivent : Fe → Fe³⁺ + 3e^- ; O₂ + 4 e^- → 2 O^2- Équilibrer la réaction redox , c'est combiner LINÉAIREMENT ces 2 demi-réactions de manière que le nombre d'électrons donnés soit exactement le nombre d'électrons acceptés : on dit que la réacton redox est un échange STRICT d'électrons (THERMODYNAMIQUEMENT favorable). Dans le cas présent , il s'agit donc de trouver le ppcm de 3 et de 4 soit 12 , de manière à avoir un bilan d'échange strict : il FAUT donc combiner 4 fois la première demi-réaction ( le fer va fournir 12 électrons) avec 3 fois la seconde demi-réaction ( le dioxygène va accepter 12 électrons) , soit : 4Fe + 3O₂ → 4 Fe³⁺ + 6 O^2- Ceci constitue l'ÉCHANGE d'électrons qui constitue le phénomène redox. Ensuite , il ne se produit plus qu'une attraction électroSTATIQUE : les charges plus et les charges moins s'attirent et se disposent de manière à former un cristal ionique NEUTRE : 4 Fe³⁺ + 6 O^2- = 2 Fe₂O₃ CE QUI N'EST PAS UNE RÉACTION CHIMIQUE mais une simple réécriture correspondant à l'attraction STATIQUE dans le cristal ionique appelé hématite. Dans la nature où l'atmosphère est oxydante ( l'air contient beaucoup de dioxygène, environ 20%) , on trouve donc de l'hématite comme MINERAI : la métallurgie du fer caractérise l'Âge du Fer , cette date à partir de laquelle l'Homo Sapiens Sapiens a su ( sans bien comprendre , bien sûr) effectuer , a contrario la réduction de l'hématite en fer , c'est à dire le passage de Fe III à Fe (donc une réduction) gràce à un corps susceptible de donner des électrons très facilement, c'est le monoxyde de carbone CO , à la chaleur des hauts-fourneaux, qui va s'oxyder (demi-réaction) en dioxyde ce carbone CO₂, tout en réduisant (l'autre demi-réaction) l'hématite à l'état de fer Fe. Enfin , l'eau est omniprésente dans notre biosphère, et elle dissout l'oxygène: la corrosion humide du fer en rouille est particulièrement rapide. L'industrie ne cesse de chercher des produits anti-corrosion pour éviter ou retarder cette nocivité. Un bon moyen mnémotechnique : un oxydant comme l'oxygène est comme un moustique, comme un shadok qui POMPE, qui suce , qui avale, qui "slurpe" les électrons : un oxydant est un slurpeur d'électrons : il les prend aux corps qu'il va donc oxyder ( ces corps qui se font piquer leurs électrons s'appellent des réducteurs); les corps issus du vivant (bois, papier, peau, viande , beurre ...)sont plutôt réducteurs et donc sont sensibles à l'omniprésence de l'oxygène de l'air : ils s'oxydent, i.e se font pomper leurs électrons. Dernière remarque: O^2- en mileu humide capte immédiatement une molécule d'eau , on préfère l'écrire comme 2 OH^2- , ceci est une affaire de convention. Rappelons enfin qu'en chimie l'essentiel des réactions consiste en cet échange d'électrons. L'autre grande classe de réactions est celle des réactions avec échange de protons , dite réaction acido-basique

Voir aussi

- Combustion
- Combustible
- Comburant
- Corrosion
- Feu
- Coupellation catégorie:électrochimie catégorie:réaction chimique catégorie:oxydoréductase

Réduction

Mathématiques

Une réduction est l'action de réduire une chose. Il s'agit de l'application d'une homothétie, comme une réduction faite par une photocopieuse.

Électrochimie

Une réduction est une réaction chimique au cours de laquelle un ou plusieurs atomes d'une molécule ou d'un ion gagne des électrons. Par exemple, la réduction du dioxygène s'écrit : :O₂ + 4e^- = 2O^2- Les électrons gagnés proviennent nécessairement d'un autre composé, la réduction est donc toujours associée à une oxydation. On parle donc d'une réaction d'oxydo-réduction. La réduction est une demi-réaction d'oxydo-réduction. Un réactif capable de donner un ou plusieurs électron(s) peut participer à une réaction de réduction et est donc appelé réducteur. Inversement, un ion capable de gagner un ou plusieurs électron(s) peut aussi participer à une réaction de réduction et est appelé oxydant. Concrètement, l'oxydant est la plupart du temps une solution ionique et le réducteur un métal.

Histoire

Les communautés d'indiens guarani organisées sous la tutelle des Jésuites étaient appelées réductions (reducoes) catégorie:mathématiques catégorie:électrochimie catégorie:Histoire du catholicisme en Amérique et Océanie catégorie:réaction chimique

Diode

La diode est un composant électronique qui ne laisse passer le courant électrique que dans un sens.

Historique

Avant l'avènement des matériaux semi-conducteurs, les diodes existaient sous la forme de tubes électroniques beaucoup moins pratiques à mettre en œuvre.

Applications usuelles

Les diodes sont de nos jours peu utilisées isolément. Il est commun de les voir dans des circuits intégrés, ou de voir leur principe de fonctionnement étendu aux transistors. Néanmoins, on peut encore en trouver telles quelles dans des circuits, là où il est nécessaire d'installer une voie à sens unique pour le courant.
- Par exemple, dans un circuit où la polarité est indispensable au bon fonctionnement, on peut installer une diode entre les bornes positive et négative de l'alimentation, qui est passante quand la polarité est mauvaise, créant un court-circuit, détruisant le fusible de protection, et « sauvant » ainsi le reste du montage.
- Les diodes sont également fréquemment utilisées dans le domaine de redressement de courant alternatif :
- redressement simple alternance : une seule diode est nécessaire.
- redressement double alternance : on utilise pour cela un pont de diodes.

Fabrication

Les diodes sont fabriquées à partir de semi-conducteurs et son principe physique de fonctionnement est à la base de tous les composants actifs en électronique. Une diode est créée en accolant un substrat riche en électrons libres (semi-conducteur type N, métal) à un substrat déficitaire en électrons (semi-conducteur type P, trous majoritaires). Seule la diode Gunn échappe à ce principe : n'étant constituée que d'un barreau monolithique d'AsGa, son appellation diode doit être considérée comme un abus de langage.

Fonctionnement théorique

Principe de fonctionnement

Lors de l'aboutement des deux cristaux, les électrons surabondants de la partie N vont avoir tendance à migrer vers la partie P pour y boucher les « trous ». Le côté N va donc se polariser positivement, et le côté P négativement, créant ainsi un champ électrique s'opposant à cette migration électronique. Il existe donc, à l'équilibre thermodynamique, une différence de potentiel entre la partie N et la partie P (dite potentiel de jonction) ; celle-ci est de l'ordre de 0,7 V pour les diodes à substrat silicium, 0,3 V pour le germanium et les diodes Schottky ; elle est plus importante pour certains substrats type III-V comme GaAs ou les diodes électroluminescentes. Le champ électrique est maximal aux abords de la jonction, dans une zone appelée zone de charge d'espace, ZCE. Si maintenant l'on applique une tension positive côté N et négative côté P, la jonction « se creuse » : les électrons de la section N sont attirés vers l'extrémité du barreau, un phénomène symétrique se produit côté P avec les trous : la ZCE s'étend, aucun courant ne peut circuler, la diode est dite « bloquée » ; elle se comporte alors comme un condensateur, une propriété mise à profit dans les varicaps, diodes dont la capacité varie en fonction de la tension inverse qu'on leur applique ; elles sont utilisées entre autres dans la réalisation d'oscillateurs commandés en tension (OCT, anglais VCO). Toutefois, si la tension inverse est poussée au-delà d'un certain seuil, il peut se produire deux phénomènes (claquage de la jonction) :
- les paires électrons-trous créées dans le substrat suite à l'agitation thermique, accélérées par le champ électrique externe, vont pouvoir acquérir une énergie cinétique suffisante pour arracher, par choc contre le réseau cristallin, d'autres électrons, etc. (effet d'avalanche) ;
- l'énergie du champ électrique devient suffisante pour permettre aux électrons de valence de passer en bande de conduction (effet Zéner). Ces derniers franchissent la jonction par effet tunnel. varicaps Ces deux phénomènes, dont la prédominance résulte de la concentration en dopant, donnent lieu à l'apparition un courant inverse important et non limité, qui aboutit souvent à la destruction du cristal par effet Joule : la diode présente en effet une résistance très faible dans cette plage de fonctionnement. Si ce courant est limité au moyen de résistances externes, la diode en avalanche se comporte alors, du fait de sa faible résistance interne, comme un générateur de f.c.e.m quasi-parfait : cette propriété est à l'origine de l'utilisation des diodes dites Zéner dans la régulation de tension continue. On peut aussi utiliser une diode Zéner comme source de bruit. En revanche, lorsque l'on applique une tension « directe », c'est-à-dire que l'on applique une tension positive du côté P et négative du côté N, pourvu que cette tension soit supérieure à la barrière de potentiel présente à l'équilibre, les électrons injectés du côté N franchissent l'interface N/P et terminent leur course soit en se recombinant avec des trous, soit à l'anode : le courant circule, la diode est dite « passante ». Lorsqu'un électron « tombe » dans un trou (recombinaison), il passe d'un état libre à un état lié ; il perd de l'énergie (différence entre le niveau de valence et le niveau de conduction) en émettant un photon ; ce principe est à l'origine des diodes électroluminescentes ou LED, dont le rendement dépasse considérablement celui des sources de lumière classiques : lampes à incandescence, lampes à éclat (tubes fluorescents). Une LED dont le substrat a été façonné pour servir de réflecteur aux photons peut donner lieu à du pompage optique, aboutissant à un rayonnement laser (Diode laser).

Autres types de diode

La diode à effet tunnel désigne une diode dont les zones N et P sont hyper-dopées. La multiplication des porteurs entraîne l'apparition d'un courant dû au franchissement quantique de la barrière de potentiel par effet tunnel (une telle diode a une tension de Zéner nulle). Sur une faible zone de tension directe, la diode présente une résistance négative (le courant diminue lorsque la tension augmente, car la conduction tunnel se tarit au profit de la conduction « normale »), une caractéristique exploitée pour réaliser des oscillateurs. Ce type de diode n'est quasiment plus employé actuellement. La diode Gunn consiste en un simple barreau d'Arsénure de Gallium, et exploite une propriété physique du substrat : les électrons s'y déplacent à des vitesses différentes (masse effective différente) suivant leur énergie (il existe plusieurs minima locaux d'énergie en bande de conduction, suivant le déplacement des électrons). Le courant se propage alors sous forme de bouffées d'électrons, ce qui signifie qu'un courant continu donne naissance à un courant alternatif ; convenablement exploité, ce phénomène permet de réaliser des oscillateurs microonde dont la fréquence se contrôle à la fois par la taille du barreau d'AsGa et par les caractéristiques physiques du résonateur dans lequel la diode est placée. Une diode PIN interpose, entre ses zones P et N, une zone non-dopée, dite intrinsèque (d'où I). Ces diodes, polarisées en inverse, présentent des capacités extrêmement faibles, des tensions de claquage élevées. En revanche, en direct, la présence de la zone I augmente la résistance interne ; celle-ci, dépendante du nombre de porteurs, diminue quand le courant augmente : on a donc une résistance (alternative) variable, contrôlée par une intensité (continue). Ces diodes sont donc soit utilisées en redressement des fortes tensions, soit en commutation UHF (du fait de leur faible capacité inverse), soit en atténuateur variable (contrôlé par un courant de commande continu). La photodiode génère un courant à partir des paires électrons-trous produites par l'incidence d'un photon suffisamment énergétique dans le cristal.

Types de diodes

- diode de Fleming
- diode électroluminescente
- diode Gunn
- diode laser
- diode schottky
- diode transil
- diode PIN
- diode varicap
- diode Zener
- diode à effet tunnel
- photodiode
- diode à vide (Tube électronique)
- diode à vapeur de mercure (Tube électronique)

Applications élémentaires des diodes

- pont de diodes

Voir aussi

Articles connexes

- quasi-homophone : Diiode

Liens externes

- [http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/bonnet/diodes.htm Diodes et diodes Zener] Catégorie:Diode Catégorie:Composant électronique ja:ダイオード ko:다이오드

Tube électronique

ko:진공관 ja:真空管 vi:Ống chân không En électronique, un tube électronique (vacuum tube en américain ou valve en anglais), également appelé tube à vide ou même lampe, est un composant généralement utilisé pour amplifier un signal.

Fonctionnement

Les tubes électroniques désignent les composants qui utilisent des électrodes placées dans le vide ou dans un gaz isolées entre elles par ce milieu, et comprenant au moins une source d'électrons. Celle-ci exploite l'effet thermoïonique dans le cas des tubes à vide. Une enveloppe résistante à la température isole l'ensemble de l'extérieur. Bien que l'enveloppe soit généralement en verre, les tubes de puissance utilisent souvent la céramique et le métal. Les électrodes sont reliées aux terminaisons qui passent au travers de l'enveloppe ; bien sûr, le passage est étanche. Sur la plupart des tubes, les terminaisons sont des broches prévues pour être installées dans un support de tube électronique pour un remplacement facile. Le plus simple des tubes à vide ressemble à une lampe à incandescence, car il possède un filament chauffant à l'intérieur d'une enveloppe de verre, dans laquelle on a fait le vide. Quand il est chaud, le filament relâche des électrons dans le vide : ce processus est appelé émission thermoïonique. Il en résulte un nuage d'électrons, dont la charge est négative, appelé « charge d'espace. » Ces électrons vont être attirés par une plaque métallique (plate en anglais) appelée anode et située à l'intérieur du tube. Cette plaque est chargée positivement. Il en résulte un flux d'électrons appelé courant, qui vont du filament vers la plaque. Le courant ne peut passer dans l'autre sens car la plaque n'est pas chauffée et n'émet donc pas d'électrons. On obtient donc une diode à vide à chauffage direct. Ce composant ne conduit le courant que dans un seul et unique sens. diode à vide diode à vide

Développement

John Ambrose Fleming, conseiller scientifique à la société Marconi inventa en 1904 la diode basée sur l'observation de Thomas Edison. Le courant unidirectionnel (continu) et la construction de la diode originale amena Lee De Forest à placer une autre électrode, un fil tendu ou écran appelé la grille (de contrôle), entre le filament et la plaque en 1906. De Forest découvrit que le courant circulant du filament vers la plaque (anode) dépend de la tension appliquée sur la grille, et que le courant de grille est très faible et composé des électrons captés par celle-ci. Quand la tension appliquée sur la grille varie, le courant du filament vers la plaque varie lui aussi. De cette façon la grille exerce un contrôle électrostatique sur le courant de la plaque. Ce composant à trois électrodes permet de réaliser un amplificateur de tension excellent et très sensible (tension/courant). De Forest appela son invention l'audion, mais elle est mieux connue sous le nom de triode. C'est le tube équivalent au transistor, les triodes furent utilisées dans les premiers amplificateurs à tube. (Note : il faut savoir que le premier composant électronique n'est pas le tube à vide mais le cristal de galène utilisé dans les premiers récepteurs radio ; ce matériau naturel permet de réaliser un redressement du courant). La non-linéarité de la caractéristique tension/courant de la triode pose des problèmes de distorsion à faible volume. Cette distorsion ne doit pas être confondue avec la distorsion à fort volume, que l'on appelle habituellement « écrêtage ». Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont tracé les courbes du courant de plaque en fonction de la tension de grille, et ont découvert une zone de fonctionnement presque linéaire. Pour utiliser cette zone, une tension négative doit être appliquée sur la grille de manière à se placer dans la zone linéaire sans signal appliqué sur la grille. Cette condition est appelée le repos. Le courant de repos est une valeur importante dans un montage. La tension à amplifier est appliquée sur la grille, ajoutée à la tension négative dite tension de polarisation ou de bias ; cela a pour effet de faire varier le courant de plaque de façon linéaire en fonction de la tension de grille : si la tension de grille augmente, le courant de plaque augmente, et si la tension de grille diminue, le courant de plaque diminue et cela de manière proportionnelle dans les deux sens, jusqu'à la saturation de fort volume. Les batteries étaient conçues pour fournir les différentes tensions et intensités nécessaires au fonctionnement des postes de radio. Les batteries A fournissaient la tension du filament. Les batteries B fournissaient la tension de plaque. Jusqu'à nos jours la plaque est référencée « B+ ». Les batteries C fournissaient la tension de polarisation (négative), bien que plusieurs circuits de polarisation existent : polarisation par courant de grille, polarisation par résistance de cathode ou polarisation par une tension. Maintenant nous n'utilisons plus les batteries, mais certains montages (surtout anglais) utilisent encore cette notation A, B, C. Plusieurs innovations suivirent. Il devint plus courant d'utiliser le filament pour chauffer une électrode séparée appelée la cathode, et d'utiliser cette cathode pour émettre le flux d'électrons dans le tube à la place du filament. Cela réduit les bruits de fond dus au passage d'un courant dans le filament quand celui-ci est alimenté en alternatif. Dans certains tubes, le filament est appelé chauffage (heater ) pour le différencier de la partie active (la cathode dans ce cas). Les triodes utilisées dans les émetteurs et récepteurs radio avaient tendance à osciller à cause des capacités parasites entre l'anode et la grille de contrôle. Plusieurs circuits complexes furent développés pour réduire ce problème (l'amplificateur Neutrodyne par exemple), mais le problème persistait pour des plages de fréquences larges. Il fut alors découvert que l'ajout d'une seconde grille, située entre la grille de contrôle et la plaque et appelée grille écran (screen grid ) pouvait résoudre ces problèmes. Une tension positive légèrement plus faible que la tension de plaque était appliquée, et la grille écran était reliée à la terre par un condensateur (pour les hautes fréquences). Cela permet un découplage entre l'anode et la grille de commande, et ainsi l'élimination des problèmes d'oscillations (réduction de la capacité grille de commande/plaque grâce à la grille écran). Ce tube à deux grilles fut appelé une tétrode, ce qui signifie quatre électrodes actives (cathode, grille de commande, grille écran, plaque). tétrode Toutefois la tétrode présente un problème, surtout dans les applications à fort courant de pointe. À de forts courants transitoires, la plaque peut devenir négative par rapport à la grille écran. Comme la grille écran accélère beaucoup les électrons, ceux-ci possèdent une force suffisamment importante pour revenir vers la grille écran après avoir heurté la plaque, ce qui crée une émission secondaire (d'électrons) qui sont capturés par la grille écran, réduisant le courant de plaque et l'amplification du circuit. Là encore, la solution est d'ajouter une autre grille entre la grille écran et la plaque, appelée grille d'arrêt ou grille suppressive. Cette grille est reliée à la terre ou à la cathode du tube, recevant ainsi une tension négative par rapport à la plaque. L'émission secondaire de l'anode retourne ainsi à sa source grâce au champ électrostatique (de la grille suppressive). Ce tube avec trois grilles se nomme pentode, car il possède cinq électrodes actives (cathode, grille de commande, grille écran, grille d'arrêt, anode). Les tubes avec 4, 5, 6, ou 7 grilles, appelés hexodes, heptodes, octodes, et nonodes, étaient en général utilisés pour la conversion de fréquences dans les récepteurs superhétérodynes. Les grilles ajoutées sont toutes des « grilles de contrôles », chacune recevant son propre signal. Une grille spéciale agissant comme la plaque fournit un oscillateur interne, qui est mélangé avec le signal radio entrant. Le courant de plaque est proportionnel au produit des tensions d'entrée, ce qui fait apparaître des composantes à la somme et à la différence des fréquences appliquées. L'heptode, ou convertisseur pentagrilles, fut le plus commun. 6BE6 est un exemple d'heptode. Cela fut une pratique courante pour certains types de tubes (ex. le Compactron) d'inclure plusieurs éléments sous le même bulbe ; par exemple, le 6SN7 est l'un des premiers tubes multi-sections, c'est une double triode qui, pour la plupart des applications, peut remplir la fonction de deux triodes séparées, en prenant moins de place et à un coût réduit. Le 6AG11 (Compactron) contient deux triodes et deux diodes. Actuellement le tube le plus populaire au monde est le 12AX7 qui est aussi appelé ECC83, avec un volume de vente estimé à plus de 2 millions d'unités par an. La 12AX7 est une double triode à fort gain souvent utilisée dans les amplificateurs de guitare. ECC83 Les tubes de puissance à faisceaux dirigés sont normalement des tétrodes auxquelles ont été ajoutées deux plaques métalliques reliées entre elles pour diriger le flux d'électrons, ces plaques remplacent la grille suppressive de la pentode. Ces plaques ont un angle afin de permettre la concentration du flux d'électrons sur une certaine partie de l'anode qui doit dans cette zone résister à la chaleur générée par l'impact d'un grand nombre d'électrons. Ce tube est appelé tétrode à faisceaux dirigés mais il constitue en fait une variante de la pentode dans laquelle la grille suppressive est constituée de plaques à la place d'une grille bobinée (il est à noter que sur les schémas, les plaques qui dirigent le flux sont notées g comme pour une grille). Le dimensionnement des éléments dans une tétrode à faisceaux dirigés (beam power tube en anglais) utilise une conception appelée « géométrie critique-distance » (critical-distance geometry en anglais), qui minimise les émissions secondaires (de la plaque), la capacité plaque-grille et le courant de grille écran, augmentant ainsi le rendement du tube. La grille de contrôle est aussi bobinée avec le même pas que la grille écran, ce qui, en alignant ces deux grilles, permet de réduire le courant de la grille écran, qui constitue une perte d'énergie. Cette conception aide à surmonter les barrières physiques pour la conception de tubes de forte puissance et à haut rendement. La 6L6 fut la première tétrode à faisceaux dirigés de grande diffusion, introduite sur le marché en 1936 par RCA. De nombreuses variantes de ce tube existent (ou ont existé), certaines sont même encore utilisées pour les amplificateurs de guitare, ce qui en fait l'un des produits électroniques dont la vie a été la plus longue. Les mêmes méthodes de conception sont employées pour les imposantes tétrodes de puissance en céramique utilisées dans les émetteurs radio.

Fiabilité

Le principal problème pour la fiabilité d'un tube tient à son filament ou à sa cathode (selon le type de tube) qui est lentement « empoisonné » par les atomes des autres éléments du tube, ce qui détruit sa capacité à émettre des électrons. S’il reste des gaz dans le tube ou si des gaz enfermés dans les métaux s'échappent, ils peuvent abîmer la cathode (ou le filament pour un tube à chauffage direct) ou bien créer des courants parasites entre l'anode et d'autres éléments du tube en s'ionisant. Le vide « fort » et la bonne sélection des métaux utilisés ont une grande influence sur la durée de vie du tube. (La cathode d'un tube ne s'épuise pas comme le filament d'une lampe ; la cathode est usée quand elle ne produit plus suffisamment d'électrons et non pas quand son filament est grillé, ce qui peut arriver mais est beaucoup plus rare.) Les gros tubes de transmission ont des filaments en tungstène thorié, c’est-à-dire que le filament contient des traces d'oxyde de thorium. Une fine couche de thorium recouvre la surface quand le filament est chauffé, constituant une source d'électrons plus importante que du tungstène seul. Le thorium s'évapore lentement de la surface du filament, pendant que de nouveaux atomes de thorium diffusent vers la surface pour les remplacer. Ces cathodes en tungstène thorié ont normalement une durée de vie de plusieurs dizaines de milliers d'heures. Le record appartient à une tétrode de puissance Eimac utilisée dans l'émetteur d'une station de radio de Los Angeles, qui fonctionna durant 80 000 heures. Dans les petits tubes de « réception » (receiving tubes en anglais), les cathodes sont recouvertes d'un mélange d'oxydes de baryum et de strontium. Un filament de chauffage est inséré au milieu de cette cathode, et est isolée électriquement de celle-ci. Cette structure complexe permet l'émission d'électrons par les atomes de baryum et de strontium diffusés à la surface du tube, lorsque celle-ci est chauffée à environ 780 °C. Pour obtenir la fiabilité nécessaire pour la fabrication des premiers ordinateurs (les ordinateurs Whirlwind), il était nécessaire de construire des tubes spéciaux pour cet usage avec une cathode à grande durée de vie. La faible durée de vie de la cathode était due à l'évaporation du silicium, utilisé dans le tungstène. Cet alliage permettait une mise en forme plus facile du filament. L'élimination du silicium du fil chauffant autorisa la production de tubes suffisamment fiables pour le projet Whirlwind. Les tubes issus de ce développement suivirent plus tard leur route dans le grand ordinateur SAGE de la défense aérienne américaine. Le nickel très purifié (pour la plaque) et des revêtements de cathode sans matières qui puissent empoisonner l'émission d'électrons (comme les silicates et l'aluminium) contribuèrent aussi à la durée de vie de la cathode. Le premier ordinateur à tube de ce type fut le 7AK7 de Sylvania qui date de 1948. À la fin des années 50 cette technologie était courante pour les tubes « petit signaux » de qualité supérieure qui pouvaient fonctionner plusieurs centaines de milliers d'heures. Un autre problème important pour la fiabilité est celui de l'entrée d'air dans le tube. Normalement l'oxygène de l'air réagit chimiquement avec le filament chaud ou bien avec la cathode, entraînant une destruction rapide. Les concepteurs ont toutefois travaillé dur pour construire des tubes avec une étanchéité fiable. C'est pour cela que la plupart des tubes étaient en verre. Les alliages de métaux comme le Cunife et le Fernico, et les verres qui étaient développés pour les ampoules d'éclairage, possèdent les mêmes coefficients de dilatation, ce qui permet de construire facilement une enveloppe hermétique, et permet le passage des électrodes. Il est important que le vide dans le tube soit aussi parfait que possible. N’importe quel atome de gaz restant sera ionisé (car la tension utilisée est importante), et conduira l'électricité d'une manière incontrôlable entre les différents éléments du tube. Cela peut mener à un fonctionnement erratique et même à la destruction du tube et des circuits environnants. L'air non absorbé s'ionise quelquefois en formant une décharge visible rose-violette entre les éléments du tube. Pour empêcher l'apparition de gaz quels qu'ils soient (petite fuite au niveau de la sortie des broches ou gaz contenu dans les métaux constituant le tube), les tubes modernes sont construits avec un « getter », qui est normalement petit et a souvent la forme d'une coupelle qui est remplie lors de la fabrication avec des métaux qui s'oxydent rapidement, le baryum étant l'un des plus communs. Une fois que le tube est sous vide et que l'enveloppe est fermée, le getter est chauffé à haute température (souvent avec un chauffage par induction à haute fréquence) provoquant l'évaporation du métal, absorbant les gaz résiduels par réaction chimique et déposant souvent une tache de couleur argentée sur la paroi du tube. Le getter poursuit son travail d'absorption des gaz résiduels durant toute la vie du tube. Si l'enveloppe du tube est cassée, le dépôt devient blanc par réaction avec l'oxygène contenu dans l'air. Les gros tubes de transmission et les tubes spécialisés utilisent des techniques similaires. Pour certaines applications spéciales, les tubes sont volontairement remplis de gaz. Par exemple, les régulateurs de tension au gaz sont des tubes à gaz pouvant contenir différents gaz inertes comme l'argon, l'hélium ou le néon ; ces tubes tirent avantage du gaz en utilisant son ionisation qui se produit à une tension prévisible. Le thyratron est un tube pour les applications spéciales qui est rempli avec des gaz à basse pression, et qui est utilisé comme commutateur électronique à haute vitesse. Les tubes ont généralement une enveloppe en verre, mais le métal, le quartz fondu (silice), et la céramique sont des choix possibles. La première version de la 6L6 utilisait une enveloppe en métal dont les sorties étaient rendues étanches avec des perles de verres, plus tard un disque de verre fondu dans le métal fut utilisé. Le métal et la céramique sont utilisés principalement pour les tubes d'une puissance (de dissipation) supérieure à 2 kW. Le nuvistor est un petit tube réalisé seulement avec du métal et de la céramique. Dans certains tubes de puissance, l'enveloppe de métal est aussi l'anode. Le 4CX800A est un tube à anode externe de ce type. L’air est soufflé directement sur les ailettes de l'anode, ce qui permet un bon refroidissement. Les tubes de puissance utilisant cette technique de refroidissement sont disponibles jusqu'à une puissance dissipée de 150 kW. Au-dessus de cette puissance, un système de refroidissement à eau ou bien un refroidissement eau/vapeur est utilisé. Le tube le plus puissant disponible actuellement est le Eimac 8974, un tube refroidi par eau d'une puissance dissipable de 1.5 MW (1.5 millions de watts). (En comparaison le plus « gros » transistor peut seulement dissiper 1000 W). Une paire de 8974 est capable de produire 2 millions de watts de puissance audio, mais ce n'est pas là son application principale. La 8974 est utilisée dans des applications militaires spéciales et dans les applications radio-fréquences commerciales. Vers la fin de la Seconde Guerre mondiale, certaines radios d'avion et à usage militaire commencèrent à intégrer l'enveloppe du tube au boîtier de la radio en aluminium ou zinc, ceci afin de rendre les radios plus robustes. La radio devint alors seulement un circuit imprimé sans tube, soudé au chassis qui le contenait. Une autre idée de la seconde guerre mondiale fut de fabriquer de petits tubes, très résistants, en verre. Ils furent tout d'abord utilisés en radio-fréquence pour les détecteurs de métaux intégrés aux bombes d'artilleries. Cette explosion de proximité rendit l'artillerie plus efficace. Ces petits tubes furent connus plus tard sous le nom de tubes 'subminiatures'. Ils furent largement utilisés dans les années 50 dans l'électronique militaire et d'aviation (Le Concorde utilise une électronique à tube).

Applications

Les tubes furent longtemps les seuls composants actifs et ils ont permis la fabrication en série des premiers appareils électroniques : récepteur de radio-diffusion, puis de télévision (les systèmes de construction artisanale et expérimentaux appelés poste à galène existaient avant les tubes).
Les premiers ordinateurs ou calculateurs comme le Colossus utilisait 2 000 tubes, l'ENIAC en utilisait près de 18 000 tout comme l'IBM 700 series.
Contrairement aux transistors, les tubes à vide sont peu sensibles aux impulsions électromagnétiques (EMP), produites par une explosion nucléaire. Grâce à cet avantage, les tubes ont été utilisés pour les applications militaires longtemps après leur remplacement partout ailleurs par les transistors.
Les tubes sont toujours utilisés pour des applications spécifiques comme les amplificateurs audio, surtout ceux pour guitare électrique et pour les applications de « très » fortes puissances ou à haute fréquence comme pour les fours à micro-ondes, le chauffage par radio-fréquence industriel, et l'amplification de puissance pour les émetteurs de radio et de télévision.

Évolutions

Autres tubes à vide

Un grand nombre de composants furent construits entre 1920 et 1960 en utilisant la technique du tube à vide. La plupart de ces composants furent rendus obsolètes par les semi-conducteurs. L'électronique à tubes est toujours courante pour certains composants comme le magnétron, le klystron, le photomultiplicateur et le tube cathodique. Le magnétron est le type de tube utilisé dans les fours à micro-ondes. Malgré l'avancée technologique des semi-conducteurs de puissances, les tubes à vide ont gardé l'avantage pour la fiabilité et pour le coût de revient lors de leur utilisation en générateurs RF (radio-fréquences) et hautes fréquences de puissance. Les photomultiplicateurs sont toujours les détecteurs de lumière les plus sensibles. La plupart des postes de télévision, les oscilloscopes et les écrans d'ordinateur utilisent actuellement des tubes cathodiques, bien que les écrans plats (à plasma ou à cristaux liquides) deviennent de plus en plus abordables. cristaux liquides Certains autoradios, certaines planches de bords automobiles ont utilisé des tubes à vides comme afficheurs, des tubes scellés utilisant des anodes recouvertes de phosphore pour l'affichage des caractères, et un filament chauffant comme source d'électrons. Ces composants sont appelés afficheurs fluorescents à vide. Quelques tubes comme le magnétron, le tube à ondes progressives (traveling-wave tube), et le klystron combinent les effets magnétiques et électrostatiques. Ceux-ci fonctionnent (habituellement sur des bandes de fréquences étroites) et permettent de produire et d'amplifier des signaux en radio-fréquences et hyperfréquences. Ils trouvent toujours leur place dans les radars, les four à micro-ondes et le chauffage industriel. Un tube dans lequel des électrons se déplacent au travers du vide (ou dans un un gaz) à l'intérieur d'une enveloppe est généralement appelé un tube électronique (electron tube).

Remplacement

Au début utilisé dans toutes les applications électroniques, le tube électronique est maintenant utilisé seulement dans des applications spécifiques. Dans la plupart des cas, le tube à vide a été remplacé par un composant plus petit et moins cher : le transistor et ses dérivés. Ce dernier est un semi-conducteur et il permet la réalisation de circuits intégrés. Au début du 21ème siècle, l'intérêt que l'on porte aux tubes à vide a augmenté de nouveau, cette fois avec le tube à vide émetteur de champ (Field-emitter microtube).

Tube à vide émetteur de champ

Ce type de tube a entraîné un regain d'intérêt pour les tubes ; il se présente sous la forme d'un circuit intégré. La conception la plus courante utilise une cathode froide, avec les électrons émis par des extrémités d'angles, d'échelle nanométrique et formés à la surface de la cathode métallique. Citons comme avantages une grande robustesse combinée avec la capacité de fournir de grandes puissances de sortie avec un bon rendement. Fonctionnant sur le même principe que les tubes classiques, ces prototypes ont été construits avec un émetteur d'électrons formé de petites pointes utilisant des nanotubes, et en gravant les électrodes comme des petites plaques rabattables (par une technique similaire à celle qui est utilisée pour créer les miroirs microscopiques utilisés dans le Digital Light Processing) qui sont maintenues debout par un champ magnétique. Ces microtubes intégrés devraient trouver des applications dans les appareils utilisant des micro-ondes tels que les téléphone portables, pour les émetteurs/récepteurs Bluetooth et Wi-Fi, les radars et les satellites. Actuellement ils sont étudiés pour une application possible dans la fabrication d'écrans plats.

Tube à vide pour le chauffage solaire

Le terme tube à vide fut récemment utilisé pour désigner les éléments tubulaires d'un chauffage d'eau solaire. Les tubes à vide de chauffage solaire (Vacuum tube solar heaters) deviennent de plus en plus populaires.

Voir aussi

- Irving Langmuir
- Tube à gaz

Liens externes et références

En Français

- Initiation aux amplis à tubes, de Jean Hiraga [http://www.dunod.com/pages/ouvrages/ficheouvrage.asp?id=45269 le livre]

En Anglais

- Shiers, George, The First Electron Tube, SCIENTIFIC AMERICAN, March 1969, p. 104.
- Tyne, Gerald, SAGA OF THE VACUUM TUBE, PROMPT Publications, 1977 (reprint 1994), pp. 30-83.
- Stokes, John, 70 YEARS OF RADIO TUBES AND VALVES, Vestal Press, NY, 1982, pp. 3-9.
- Thrower, Keith, HISTORY OF THE BRITISH RADIO VALVE TO 1940, MMA International, 1982, pp 9-13.
- [http://www.john-a-harper.com/tubes201/ How vacuum tubes really work] - Un site très complet sur les tubes, et l'effect thermoïonique, ce site donne les formules mathématiques.
- http://www.tubecollector.org/ - Musée des tubes électroniques avec de nombreuses photos (Virtual Valve Museum)
- http://www.tubecollectors.org/ - L'association des collectionneurs de tubes américains
- http://www.marconicalling.com/museum/html/events/events-i=39-s=0.html - L'invention du tube thermoïonique.
- http://www.svetlana-tubes.com/ - Site du fabricant russe, qui contient des fiches techniques en PDF (site en Flash).
- http://www.thalesgroup.com/electrondevices - Informations et fiches techniques sur les tubes électroniques industriels comme les klystrons, les magnétrons et les triodes de ce fabriquant.
- http://sales.hamamatsu.com/en/products/electron-tube-division.php Site d'un autre fabriquant pour l'industrie.
- http://www.radau5.ch/valves.html - Beaucoup d'informations intéressantes sur les tubes à vides, des fiches techniques (en anglais ou en allemand), mais aussi de la théorie pour le calcul des circuits et ce avec deux méthodes: une par le gain (américaine) et une autre avec la transconductance (allemande), chacune ayant ses avantages.
- http://www.milbert.com/tstxt.htm - Site sur la comparaison par l'analyse entre les tubes à vide et les transistors pour l'audio.
- http://www.cpii.com/eimac/catalog/169218.htm - Fiche technique du tube 8974 (celui qui dissipe 1,5MW).
- [http://www.solarcoman.com/vacuumtubetechnical.htm Vacuum tube technical] - Principe de Fonctionement des tubes à vide pour le chauffage solaire). Catégorie:Composant électronique Catégorie:Composant actif Catégorie:Diode Catégorie:Tube électronique

Catégorie:Électricité

Electricite Electricite Electricite ja:Category:電気 ko:분류:전기

Catégorie:Diode

Catégorie:Composant actif

Ilja Tschawtschawadse

Fürst Ilia Tschawtschawadse (georgisch ილია ჭავჭავაძე; 27. Oktober 1837 in Kwareli, Georgien; † 30. August 1907 Tsitsamuri, Georgien) war ein georgischer Dichter, Dramatur und Journalist. Er war eine der Leitfiguren der georgischen Nationalbewegung.

Leben

1857 legte er am 1. Klassischen Gymnasium in Tiflis das Abitur ab. Bis 1861 studierte er Rechtswissenschaft an der Universität Sankt Petersburg, wurde wegen Teilnahme an Studentenprotesten relegiert. Zurück in Georgien teilte er seinen ererbten Grundbesitz unter den Leibeigenen auf, wurde 1868 Friedensrichter in Duscheti. Von 1874 bis zu seinem Tode war er Direktor der Adelsbank in Tiflis. 1863 gründete Tschawtschawadse die politische Zeitschrift Sakartvelos Moambe und wurde ihr Chefredakteur. 1877 gründete und leitete er eine neue Zeitschrift: Iweria. Sie wurde später unter seiner Leitung zur Tageszeitung. 1906 wurde er in die russische Staatsduma gewählt, wo er sich für die Abschaffung der Todesstrafe einsetzte. Tschawtschawadse begründete den realistischen Sittenroman in Georgien, schrieb Erzählungen und Gedichte, darunter Der Einsiedler, Ist der Mensch ein Mensch? (1859), Mutter und Sohn (1860), Der Räuber Kako (1860) und Otars Witwe (1887). Er übersetzte zugleich englischsprachige Literatur ins Georgische. Viele seiner Werke wurden auf französisch, englisch, deutsch, russisch, polnisch und ukrainisch verlegt. Gemeinsam mit Akaki Zereteli war Tschawtschawadse war Mitglied der liberalen und sozialreformerischen Schriftstellervereinigung Tergdaleuni. Er zählte zu den Gründern vieler Kultur- und Bildungseinrichtungen in Georgien. Dazu gehörten die Gesellschaft zur Verbreitung der Lese- und Schreibkunde unter den Georgiern, die Bank des Adels, die Schauspiel-Gesellschaft, die Historisch-Ethnografische Gesellschaft Georgiens. 1907 wurde Tschawtschawadse von Räubern auf einer Reise nach Saguramo ermordet. Es gilt heute als sicher, dass es sich dabei um ein politisches Attentat handelte. Umstritten ist, ob georgische Kommunisten dahintersteckten oder die zaristischen Geheimpolizei Ochrana. 1987 wurde er von der Georgischen Orthodoxen Apostelkirche heilig gesprochen und erhielt den Ehrennamen Ilia der Rechtschaffene. Die Georgische Nationalbibliothek und die Staatliche Universität für Sprache und Kultur in Tiflis tragen seinen Namen. Sein Porträt ist auf der Vorderseite des georgischen 20-Lari-Geldscheins abgebildet. Tschawtschawadse war verheiratet. Sein Sohn Nikolos war Direktor des Philosophischen Instituts der Georgischen Akademie der Wissenschaften.

Werke

- Ilia Tschawtschawadze: Die vertauschte Braut. Erzählung, LKG, Leipzig 1995, ISBN 3376050201
- Ilia Tschawtschawadze: leqsebi - Gedichte. Merani, Tbilisi 1987
- Arthur Leist (Hrsg.): Georgische Dichter. Dresden/Leipzig, 1887 (Gedichte von Ilja Tschawtschawadse und anderen georgischen Dichtern)
- Ilia Chavchavadze: The Hermit. translated from the Georgian by Marjory Wardrop, London, 1895

Literatur

- Akaki Bakradse: Ilia Tschawtschawadse (1837-1907). Ein Lebensbild und eine Auswahl seiner Gedichte. Evangelische Arbeitsstelle Oekumene Schweiz, Bern 1993
- Leonhard Kossuth: Ilia Tschawtschawadse - unser Zeitgenosse. In: Georgica. Bd. 17 (1994), S. 130-134
- Oliver Wardrop: The Kingdom of Georgia. London, 1888, S. 150-152
- C.F. Lehman-Haupt: Reisen und Forschungen. Berlin, 1910, S. 106-111
- Oliver Reisner: The Tergdaleulebi: Founders of Georgian National Identity. In: Ladislaus Löb, István Petrovics, and György E. Szonyi (Hrsg.): Forms of Identity: Definitions and Changes. Attila Jozsef University, Szeged 1994, S. 125–37
- Oliver Reisner: Die Schule der Georgischen Nation: Eine sozialhistorische Untersuchung der nationalen Bewegung in Georgien am Beispiel der "Gesellschaft zur Verbreitung der Lese- und Schreibkunde unter den Georgiern": (1850 - 1917). Reichert, Wiesbaden 2004, ISBN 3-89500-412-X

Weblinks

- [http://www.parliament.ge/~nino/people/poetry/poetry.html Ilja Tschawtschawadse: Gedichte (en)] Tschawtschawadse, Ilia Tschawtschawadse, Ilia Tschawtschawadse, Ilia Tschawtschawadse, Ilia Tschawtschawadse, Ilia Tschawtschawadse, Ilia Tschawtschawadse, Ilia Tschawtschawadse, Ilia

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Françoise Mbango
Françoise Mbango Etone (born April 14, 1976) is a track and field athlete, competing internationally for the Cameroon. She was a gold medalist in the triple jump at the 2004 Olympic Games in Athens, Greece.