La grille écran et le pentode

Trouvez le composant fautif, qui n'est en réalité pas un composant du tout.

1. Avec une lampe triode hors circuit et froide, mesurez la capacité entre l'anode et la grille à l'aide d'un LCR mètre.
2. Notez-la : elle sera de quelques picofarads.
3. Calculez maintenant ce que cette capacité représente à l'entrée, multipliée par le gain de l'étage plus un.

Quelques picofarads de capacité anode-grille se comportent comme des dizaines ou des centaines de picofarads à l'entrée, car l'anode varie en sens opposé à la grille et d'une amplitude beaucoup plus grande. Cette multiplication est l'effet Miller, ce qui signifie que la capacité d'entrée d'un amplificateur dépend de son propre gain.

Deux conséquences en découlent immédiatement, et toutes deux étaient graves. La grande capacité d'entrée effective désaccorde et amortit le circuit accordé alimentant l'étage. Et parce que le chemin de contre-réaction existe, avec le bon déphasage, l'étage entrera en oscillation de lui-même.

Installer un tétrode et répéter chaque mesure.

1. Construire le même étage d'amplification à l'aide d'un tétrode, avec la grille écran connectée à une alimentation positive stable et découplée à la masse par un bon condensateur.
2. Mesurer à nouveau la capacité anode-grille de commande.
3. Mesurer le gain de l'étage.
4. Essayer de le faire osciller en augmentant l'impédance de charge.

La capacité anode-grille tombe d'un facteur de plusieurs centaines, le gain augmente d'un facteur de dizaines, et il est bien plus difficile de faire osciller l'étage. L'écran remplit deux fonctions à la fois : électrostatiquement, c'est un blindage relié à la masse entre les deux électrodes, et électriquement, il accélère les électrons au-delà de la grille de commande, de sorte que la tension anodique n'influence pratiquement pas le courant.

Le condensateur de découplage n'est pas facultatif. L'écran doit être au potentiel de la masse pour les signaux, même s'il est porté à une haute tension continue. Si on ne le découple pas, l'écran suit le signal, le blindage disparaît et vous obtenez une triode coûteuse.

Le tétrode a introduit un nouveau défaut, et sa forme sur la courbe vous indique exactement de quoi il s'agit.

1. Tracez le courant d'anode en fonction de la tension d'anode à une tension de grille de commande fixe, en faisant varier l'anode de zéro vers le haut.
2. Portez une attention particulière à la région où la tension d'anode est inférieure à la tension d'écran.
3. Marquez toute région où le courant FALLS lorsque la tension RISES.

Il existe un creux — une région de résistance négative — où l'augmentation de la tension d'anode fait diminuer le courant d'anode. La cause est l'émission secondaire : les électrons atteignent l'anode assez rapidement pour en arracher d'autres à sa surface, et tant que l'anode est à un potentiel inférieur à celui de l'écran, ces électrons arrachés sont captés par l'écran au lieu de retourner à l'anode. Le courant qui devrait aller à l'anode part vers l'écran, si bien que le courant d'anode chute.

Une région à résistance négative n'est pas simplement désordonnée. Elle peut entretenir une oscillation à elle seule — l'oscillateur dynatron a été construit délibérément sur cet effet — et elle déforme fortement un amplificateur dont le signal pénètre dans cette région.

Corrigez le problème d'émission secondaire à l'aide d'une troisième grille, et comprenez pourquoi elle est à la masse.

1. Construisez le même étage avec un pentode, sa grille suppresseur reliée à la cathode.
2. Répétez le balayage du courant d'anode en fonction de la tension d'anode.
3. Comparez la courbe avec celle du tétrode.

Le coude a disparu ; la courbe monte puis s'aplatit en un long plateau horizontal. Le suppresseur se trouve entre l'écran et l'anode, au potentiel de la cathode — négatif par rapport aux deux — il repousse donc les électrons secondaires lents arrachés à l'anode et les renvoie vers celle-ci, tandis que les électrons primaires rapides issus de la cathode traversent directement.

Le plateau plat mérite qu'on s'y attarde : le courant d'anode est désormais presque indépendant de la tension d'anode. C'est très exactement une source de courant constant commandée par la grille, ce que recherche un amplificateur : un gain en tension énorme, et un étage dont le comportement dépend à peine de sa charge.

Faites travailler le pentode dans le rôle que la triode ne pouvait pas tenir.

1. Construisez un étage amplificateur RF accordé utilisant le pentode, avec un circuit accordé à Q élevé comme charge d'anode.
2. Mesurez le gain et vérifiez le Q du circuit accordé lorsque l'étage fonctionne.
3. Augmentez progressivement l'impédance de charge et observez jusqu'où vous pouvez pousser le gain avant l'apparition de l'instabilité.
4. Répétez l'ensemble du test avec une triode dans un circuit équivalent.

Le pentode offre un gain bien plus élevé avant d'osciller, et il charge beaucoup moins le circuit accordé, de sorte que la sélectivité est préservée. Cette combinaison a rendu pratiques les étages FI à plusieurs étages — et donc a rendu le superhétérodyne réalisable comme produit de masse plutôt que comme curiosité de laboratoire.