Qu'est-ce qu'un diode à vide ?
Qu'est-ce qu'une diode à vide ?
Définition de la diode à vide
Une diode à vide est un type de dispositif électronique qui contrôle le flux de courant électrique dans un vide élevé entre deux électrodes : une cathode et une anode. La cathode est un cylindre métallique recouvert d'un matériau qui émet des électrons lorsqu'il est chauffé, tandis que l'anode est un cylindre métallique creux qui collecte les électrons provenant de la cathode. Le symbole de la diode à vide est montré ci-dessous.
La diode à vide a été inventée par Sir John Ambrose Fleming en 1904 et était également connue sous le nom de valve de Fleming ou de valve thermionique. C'était la première tube à vide et le précurseur d'autres dispositifs à tube à vide, tels que les triodes, les tétrodes et les pentodes, qui ont été largement utilisés dans l'électronique pendant la première moitié du 20e siècle. Les diodes à vide étaient essentielles pour le développement de la radio, de la télévision, du radar, de l'enregistrement et de la reproduction sonore, des réseaux téléphoniques à longue distance, ainsi que des ordinateurs analogiques et numériques précoces.
Principe de fonctionnement
La diode à vide fonctionne sur le principe de l'émission thermionique, où les électrons sont émis d'une surface métallique chauffée. Lorsque la cathode est chauffée, les électrons s'échappent dans le vide. Une tension positive sur l'anode attire ces électrons, permettant au courant de circuler de la cathode vers l'anode dans un sens unique.
Cependant, si la tension positive appliquée à l'anode n'est pas suffisante, l'anode ne peut pas attirer tous les électrons émis par la cathode en raison du filament chaud. En conséquence, certains électrons s'accumulent dans l'espace entre la cathode et l'anode, formant un nuage de charge négative appelé charge spatiale. La charge spatiale agit comme une barrière qui empêche toute autre émission d'électrons de la cathode et réduit le flux de courant dans le circuit.
Si la tension appliquée entre l'anode et la cathode est progressivement augmentée, de plus en plus d'électrons de charge spatiale sont attirés vers l'anode, créant de l'espace pour de nouveaux électrons émis. Ainsi, avec l'augmentation de la tension entre l'anode et la cathode, nous pouvons augmenter le taux d'émission d'électrons et donc le flux de courant dans le circuit.
À un certain point, lorsque toute la charge spatiale est neutralisée par la tension de l'anode, il n'y a plus d'obstacle à l'émission d'électrons de la cathode. Un faisceau d'électrons commence alors à circuler librement de la cathode vers l'anode à travers l'espace. En conséquence, le courant circule de l'anode vers la cathode à sa valeur maximale, qui dépend uniquement de la température de la cathode. Cela s'appelle le courant de saturation.
D'autre part, si l'anode est rendue négative par rapport à la cathode, il n'y a pas d'émission d'électrons car elle est froide, pas chaude. Maintenant, les électrons émis par la cathode chauffée ne parviennent pas à l'anode en raison de la répulsion de l'anode négative. Une forte charge spatiale s'accumulera entre l'anode et la cathode. En raison de cette charge spatiale, tous les électrons émis ultérieurement sont repoussés vers la cathode, et donc aucune émission ne se produit. Par conséquent, aucun courant ne circule dans le circuit. Ainsi, les diodes à vide permettent le flux de courant dans un seul sens : de la cathode vers l'anode.
Lorsqu'aucune tension n'est appliquée à l'anode, idéalement, il ne devrait y avoir aucun courant. Cependant, en raison des fluctuations statistiques de la vitesse des électrons, certains électrons atteignent encore l'anode. Ce petit courant est connu sous le nom de courant d'éclaboussure.
Caractéristiques V-I
Les caractéristiques V-I d'une diode à vide montrent la relation entre la tension appliquée entre l'anode et la cathode (V) et le courant qui circule dans le circuit (I). Les caractéristiques V-I d'une diode à vide sont montrées ci-dessous.
La taille de la charge spatiale dépend du nombre d'électrons émis par la cathode, qui est influencé par la température de la cathode et sa fonction de travail. La fonction de travail est l'énergie minimale nécessaire pour extraire un électron d'un métal. Les métaux avec une faible fonction de travail ont besoin de moins de chaleur pour émettre des électrons, ce qui les rend plus efficaces à cet effet.
Cette région des caractéristiques est appelée la région de saturation, comme indiqué dans la figure. Le courant de saturation est indépendant de la tension de l'anode et dépend uniquement de la température de la cathode.
Lorsqu'aucune tension n'est appliquée à l'anode, il ne devrait pas y avoir de courant dans le circuit, mais en réalité, il y a un petit courant en raison des fluctuations statistiques de la vitesse de certains électrons. Certains électrons sont assez énergétiques pour atteindre l'anode même en l'absence de tension à l'anode. Le petit courant causé par ce phénomène est connu sous le nom de courant d'éclaboussure.
Types de diodes à vide
Diode redresseuse
Diode détectrice
Diode Zener
Diode varicap
Diode Schottky
Applications des diodes à vide
Applications haute puissance
Applications haute fréquence
Applications haute température
Applications audio
Conclusion
Une diode à vide est un type de dispositif électronique qui contrôle le flux de courant électrique dans un vide élevé entre deux électrodes : une cathode et une anode. La cathode émet des électrons lorsqu'elle est chauffée par un filament ou un chauffage indirect, tandis que l'anode collecte les électrons provenant de la cathode. La diode à vide fonctionne sur le principe de l'émission thermionique et permet le flux de courant uniquement dans un sens : de la cathode vers l'anode.
Les diodes à vide ont été inventées par Sir John Ambrose Fleming en 1904 et ont été largement utilisées dans l'électronique pendant la première moitié du 20e siècle. Elles étaient essentielles pour le développement de la radio, de la télévision, du radar, de l'enregistrement et de la reproduction sonore, des réseaux téléphoniques à longue distance, ainsi que des ordinateurs analogiques et numériques précoces. Les diodes à vide ont été remplacées par des diodes semi-conductrices dans la plupart des applications, en raison de leur taille plus petite, de leur consommation d'énergie plus faible, de leur fiabilité supérieure et de leur coût inférieur. Cependant, les diodes à vide sont toujours utilisées dans certaines domaines où elles présentent des avantages par rapport aux dispositifs à semi-conducteurs, tels que les applications haute puissance, haute fréquence, haute température et audio.
Les diodes à vide peuvent être classées selon différents critères, tels que la plage de fréquences, la puissance nominale, le type de cathode/filament, l'application, les paramètres spécialisés et les fonctions spécialisées. Quelques exemples de types de diodes à vide sont les diodes redresseuses, les diodes détectrices, les diodes Zener, les diodes varicap et les diodes Schottky.
La diode à vide est un dispositif simple mais important qui a joué un rôle significatif dans l'histoire et le développement de l'électronique. Elle reste pertinente aujourd'hui pour certaines applications qui nécessitent ses caractéristiques et performances uniques. La diode à vide est un témoignage de l'ingéniosité et de l'innovation des ingénieurs et scientifiques électroniques qui ont exploré les possibilités et les potentiels des tubes à vide.
