C
'EST le tube électronique à vide qui a transformé, en réalité, toute la techni-que moderne ; c'est lui qui a permis de créer. sous la forme actuelle, la télégraphie et la téléphonie sans fil, la radiodiffusion, la télé-vision, le cinématographe sonore, la diffusion sonore sous toutes ses formes, la téléphonie à grande distance. Il a permis aussi la t rans-formation de l'industrie phonographique, l'étude de nouveaux procédés d'enregistrement et de reproduction des sons, l'avènement pratique des magnétophones, qui ne sont pas uniquement utilisables dans la technique sonore, mais pour l'inscription des images, et de nombreuses ap-plications industrielles.C'est au tube électronique, en réalité, qu'est due la création de l'industrie nouvelle de l'électronique, dont les productions sont cha-que jour plus variées, et s'étendent depuis les servo-mécanismes et les calculateurs électroni-ques, jusqu'aux appareils médicaux de tous genres, aux machines de contrôle et de façon-nage des pièces mécaniques.
Ces tubes à vide actuels, destinés à tant d'usages multiples, ne sont plus des modèles universds; il en existe des types extrêmement divers. Ces tubes comportent ainsi des ékctro-des de nombres et de formes très différents, des ampoules également de formes, de dimen-sions et de compositions diverses. Pourtant, le principe commun qui permet à tous ces tubes divers de fonctionner, d'amplifier, de détecter et de produire des oscillations, est resté le même.
Tous les tubes comportent, en effet, une électrode, appelée filament ou cathode,
chauf-Pu,ssance chaurta C?
ÎPns,on
Fro. 1. - ComparCLi~·on sl'ht'mati,1ue d'un tubt mininlurr a oide et d'un trruuistor.
tée directement ou indirectement par Je pas-sage d'un courant électrique, généralement à basse tension, et qui produit l'expulsion d'élec-trons, ou particules infinitésimales d'électricité négative attirées par une plaque, ou anode, dis-posée en face à peu de distance, et portée à une tension positive. Il se produit ainsi u11 fllux d'électrons qui assure le passage d'un cou -rant, et le fonctionnement de la lampe.
Les électrodes sont placées dans une am-poule en verre ou en métal, dans laquelle on fait le vide, et il suffit du filament et de l'anode, pour assurer la détection ou redres-sement d'un courant alternatif quelconque.
Pour obtenir un effet d'amplification, on réa-lise un montage engendrant des oscillations électriques, il faut employer au moins une troisième électrode, ou grille, disposée entre le filament et la plaque et perforée, ou formée d'un fil métallique en hélice ou en treillis, de façon à laisser passage aux électrons. Cette troisième électrode, reliée d'une manière bien étudiée aux circuits d'entrée ou de sortie d'un appareil, permet de contrôler très efficacement le flux ~lectronique et de produire l'effet d'am-plification bien connu, dans le circuit de
pla-que. On peut aussi monter le système en oscil-lateur, c'est-à-dire en producteur d'oscillations électriques de fréquence plus ou moins élevée.
Le nombre des électrodes des lampes a été souvent augmenté. et l'on trouve, non seule-ment plusieurs grilles, mais même plusieurs plaques dans les lampes combinées, en particu-lier, c'est-à-dire renfermant dans une même ampoule des éléments pouvant jouer du rôles difîérents.
On obtient, d'ailleurs, à la sortie de la lampe amplificatrice des voltages ou tensions amplifiées; par exemple, dans un magnéto-phone, on applique à l'entrée de l'amplifica-teur des tensions de l'ordre du millivolt, et on
Cris loi ----Support
métallique en verre
· ®
Pastille en
Support en verre Frc. 2. - Dispusilions ,1,menlaires d'un transis-tor à pointes en A ,t d'un il~ment à jonction,
en
n.
recueille à la sortie des tensions de l'ordre du volt, 011 de plusieurs dizaines de volts. Dans un radio-récepteur, les tensions recueillie., par l'an-tenne sont de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de microvolts, pourtant on peut re-cueillir à la sortie des tensions assez élevées pour mettre en action des haut-parleurs puis-sants.
LF.S TUBES ELECTRONJQUES NE SONT PAS PARFAITS
Malgré leurs propriétés merveilleuses, qui ont permis de transformer presque toutes les techniques modernes, les tubes à vide comme.
d'ailleurs, toutes les réalisations humaines, ne peuvent être parfaits. Jls présentent des dé-fauts plus ou moins gênants, et plus ou moins connus du grand public des usagers, mais dus ù leur principe même de fonctionnement, et ces défauts se manifestent plus ou moins di-versement suivant les applications considérées.
l.eur construction a pu être améliorée au point de vue mécanique et électrique, au fur et à mesure de leurs progrès, et l'on réalise même des tubes de sécurité ou tubes séle
c-bntllt11r CtJllrdNII'
1. 5 volt g.; 15 volt~
Fw. 3. - .llontaye schlmatique d'un transistor â ,,ointes (ancien mod~le) avtc cri&tal type • p •·
tionnés, dont la fabrication est particulière-ment soignée, et qui permettent d'assurer un nombre d'heures de fonctionnement minimum de l'ordre de plusieurs milliers d'heures. Il y
a aussi des radio-récepteurs en fonctionnement depuis un certain nombre d'années et qui sont équipés avec des lampes d'origine.
:Malgré tout, la durée moyenne de service de la plup:irt des tubes est assez limitée et ne dépasse pas quelques milliers d'heures. Cer-taius modèles, d'ailleurs plus complexes que d'autres, ou devant fournir des services plus pénibles, sont particulièrement sujets à des af-faiblissements rapides, ou même à des mises hors de service prématurées.
Tl y a des lampes à ampoule métallique, et la plupart des modèles modernes ont main-tenant des ampoules cylindriques de petites dimensions, qui ne ressemblent plus guère aux ballons sphériques des lampes universelles des temps héroïques. Malgré tout, les ampoules et leurs culots plus ou moins réduits sont restés aussi plus ou moins fragiles, ce qui exige des précautions de manipulation et de transport.
Un grand nc,rnbre des pannes de fonctionne-ment des radio-récepteurs sont ainsi dues à des défauts ou à des accidents des tubes à vide.
Mais, avant tout, et par son principe même, le tube, quel que soit son modèle, comporte toujours, comme nous l'avons rappelé plus haut, un élément chauffé directement ou non par le passage d'un courant électrique, et qui émet les électrons indispensables. L'énergie électrique servant au chauffage de ce fiilament,
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Fw. -1. - Principe du transistor à Jonc/ion tl <le son mon/age (type « 11.p.n. •)
ou cathode, joue en partie un rôle utile, puis-qu'il produit les électrons mettant la lampe en fonctionnement, mais une autre partie joue uniquement un rôle calorifique, et n'a pas d'ac-tion utile directe.
Cet échauffement des filaments peut présen-ter d'autres inconvénients et, tout d'abord, ne permet pas, bien souvent, la mise en fonction-nement immédiate, un délai de l'ordre de quel-ques dizaines de s~condes étant nécessaire.
Lorsque le nombre des éléments augmente, et surtout s'il faut employer des lampes puis-santes, on peut craindre les effets de surchauf-fage, car l'appareil devient alors un véritable
• radiateur électrique •.
Certains montages électroniques aux lampes multiples consomment des quantités importan-tes d'électricité, de l'ordre de plusieurs kilo-watts, et constituent de véritables appareils de chauffage électrique, d'où la nécessité de pré-voir des dispositifs suffisants de ventilation, de ne pas enfermer les tubes dans des espaces LE HAUT-PARLEUR ♦ 15 OCTOBRE 1957 ♦ Page 69
fermés et réduits, ce qui suscite, par là-même, des difficultés de réalisation, lorsqu'on veut éta-blir des appareils très portatifs.
Tout appareil de radio sensible, équipé avec un certain nombre de tubes électroniques. doit comporter un dispositif d'alimentation corres-pondant au nombre et aux types de tubes employés, et plus ou moins lourd, et encom-brant. Il y a, on le sait, des montages dits
• 10us courants •, qui ne comportent pas de transformateurs d'alimentation. JI y a aussi des tubes à vide récents à faible consommation, et même à faible tension anodique, permettant des simplifications d'alimentation, en particu-lier, la possibilité d'une alimentation directe par le courant d'une batterie d'accumulateurs de voiture automobile sans néces~iter un con-vertisseur électro-mécaoique ou statique.
Ce prohlème de l'alimentation constitue une difliculté qui a attiré depuis longh:!mps l'atten-tion des techniciens; ils se sont efforcés d'at-ténuer certains inconvénients. Mais ils ne pou-vaient aller pl us loin sans supprimer la cause initiale des dirlicullés, c'est-à-dire l'emploi d'wi filament ou cathode chauffé.
LES ELEMENTS A CRISTAUX Les amateurs des âges héroïques de la T.S.F.
ont connu des dispositif~ beaucoup plus sim-ples, sans aucun filament chauffé, el sans bat-terie d'alimentation, sans aucune ampoule, et
F10. 5. - Mo11tages d'1111e triode â vide avec cathode 11 la n,as.iie et d'un transistor avec
émet-teur a la 1nasse.
qui permettaient de recevoir, tout au moins, avec un écouteur téléphonique, les premiers radio-concerts. C'e sont les détecteurs à cristaux et, pl us spécialement, les détecteurs à galène encore employés, d"ailleurs, à notre époque, en raison ::le leur prix modeste, par les enfants et les économiquement faibles.
Ces détecteurs à cristal ne permettaient que la dé1cc:ion, c'est-à-dire le redressement et non l'amplification des signaux radiophoniques avec un écouteur téléphonique et non un des effets amplificateurs particuliers.
Au cours de la guerre de 1939-45, lorsqu'il
LA NAISSANCE DES TRANSISTORS Tous ceux qui s'intéressent au développement de la radio et de l'électronique ont entendu illi-mité et peuvent transformer presque toutes les techniques.
La mise au point du modèle initial a.,x Etats-Unis a eu lieu dans les Laboratoires Té-léphoniques Bell en 1948; elle est due à trois ingénieurs américains, William ShockJey, J.
Bardelen et Walter H. Brattain, et cet événe-ment peut être considéré comme une date im-portante dans l'histoire des sciences appli-quées, au même titre que celle de l'invention demi-siècle, le premier concurrent valable du tube à vide.
La réalisation industrielle des transistors a commencé aux Etats-Unis vers 1955; à l'heure actuelle. ces nouveaux éléments amplificateurs.
détecteurs et oscillateurs sont construits en grande série par plusieurs sociétés françaises spécialisées. Leurs emplois commencent à en-trer dans la pratique industrielle courante, tout d'abord, pour des usages plus ou moins limi-tés, et aux Etats-Unis, déjà, il y aurait paraît-il 80 % des radio-récepteurs de certaines caté-gories équipés uniquement avec des transistors.
LE TRANSISTOR fausse manœuvre puisqu'elle peut atteindre plu-sieurs dizaines de milliers d'heures, 70.000 ou montages minuscu.les, n'exigeant aucune sur-veillance pendant des mois, sinon des années. l'équipement des radio-récepteurs portatifs, des postes mobiles de toutes sortes et aussi de montages très spéciaux, très difficiles à équiper avec des tubes à vide, en particulier, pour les applications militaires, les avions téléguidés, les fusées, les ballons-sondes, les lignes téléphon i-ques à grande distance, etc ... Comme il n'y calculateurs électroniques, par exemple, qui exigent des centaines ou des milliers
d'élé-;nents.
Les voltages nécessaires deviennent extrême•
ment faibles et ne dépassent pas une dizaine émetteurs minuscules, fonctionnant avec des pi-les, également minuscules. Il peut aussi per-mettre la transformation du courant continu basse tension en courant alt.::rnatif à tension
F1G. ï. - .1/ontages d'1111e triode rwec vrille à ln masse el <l'un t1·a11sislar nuee base à lu ruasse.
relativement élevée, en remplaçant le vibreur électro-mécanique habituel.
Ces propriétés ont permis, dans bien des cas, des résultats vraiment extraordinaires en appa-rence et, par exemple, la construction de mon-tages fonctionnant sans aucune source d'ali-mentation habituelle, piles, accumulateurs, ou courant d'un secteur, et en ayant recours seu-lement à l'énergie produite par la lumière so-laire ou artificielle et qui agit sur une photo-pile, c'est-à-dire une cellule photo-électrique de grandes dimensions transformant directement l'énergie lumineuse en énergie électrique.
Cette modification du problème de l'alimen-tation est surtout essentielle en ce qui concerne les radio-récepteurs; elle rend facile et écono-mique l'alimentation par piles sèches ou par petits accumulateurs minuscules des récepteurs portatifs, ou même des émetteurs-récepteurs à ondes courtes. Grâce à elle. on peut envisager l'alimentation directe des postes sur automo-biles par la batterie d'accumulateurs de la voi-ture.
En ce qui concerne les radio-récepteurs d'ap-partement, les avantages de l'alimentation par le courant du secteur, qui apparaissaient jus-qu'ici avec tant d'évidence, sont maintenant beaucoup moins nets comme il est, d'ailleurs, expliqué dans d'autres études de ce numéro.
LA CONSTITIJTION DES TRANSISTORS Malgré Jeurs propriétés multiples et leurs avantages remarquables, les transistors sont, à première vue, des éléments d'une extrême simplicité, et qui comportent des pièces de montage en nombre très réduit. Ils sont cons-titués essentidlement par des cristaux
minus-cules, mais ces cristaux exigent une courant électrique constilllé, nous le savons.
par un grand nombre d'électrons, particules presque immatérielles d'électricité négative. Les seconds, au contraire, s'opposent plus ou moins fortement à ce passage.
Cette classification n'a rien d'absolu, et il y a aussi des corps intermédiaires semi-conducteurs, analogues sous certains rapports aux isolants, mais pouvant laisser passage à des cou-rants électriques. Les propriétés de ces se mi-conducteurs dépendent, en réalité. des impure-tés qui peuvent se trouver dans les cristaux, employer un cristal quelconque, et uniquement actuellement le germanium ou le silicium. Le loin, deux catégories de semi-conducteurs parmi les cristaux de germanium ou de silicium qui peuvent constituer les transistors. On distin-gue le germanium du type • n •, ou négatif, électronique triode classique, le transistor com-porte trois éléments essentiels qui justifient son collecteur indiqués précédemment.
Ce transistor, appelé transistor à pointes ou posilivement, tandis que la pointe collectrice correspondant à la pfaque d'un tube a vide est électrodes du transistor les appellations d'émet-teur et Je collecteur ; il y a aussi la base constituée par le support métallique du cristal.
li y a encore une autre différence entre le transisto:- et le tube à vide, sur laquelle il convient d'attirer immédiatement
!"atten-tion. Le tuhe à vide permet d'amplifier des essentiellement l'amplificatiou de courants tlcc-triqnes.
JI y a, aussi, les modes de montage et de liaison qui doivent être différents. Le circuit d'entrée d'un transistor comme celui d'un tube à vide, présente une cenaine résistance apparente ou impédance et, il en est de même pour le nous contenterons d'une analogie mécanique
!rès simple. Le contact de sortie entre le l'intermédiaire de ]"émetteur. cette soupape s'ouvre plus ou moins c,>mplètement; suivant
Gain puissance Puissance sortie
(db) (mW)
On admet que le courant d'entrée diminue la résistance de contact entre le cristal et le collecteur, ce qui a une grande influence sur le courant de sortie.
L'amplification en puissance est plus grande, en réalité, que l'amplification en courant, parce que l'élément de sortie présente une résistance déclencher le fonctionnement du circuit de plaque. Le rendement du système est très bon, d'épais-seur, possédant des propriités différentes de celles des deux blocs extrèmes lfig. 4).
La lame minu cule peut ainsi posséder des propriétés semi-conductrices du type • p • ; elle est entourée par deux petit~ blocs de cris-tal du type « n • présentant des propriétés négatives. L'inverse est également possible, avec une lame de germanium du type • n •, variation de courant beaucoup plus importante dans le circuit de sortie, entre Je collecteur et la base, par exemple.
Ce type de transistor présente de grands avantages ; le fonctionnement est plus stable, le bruit de fond réduit, et le gain en puissance peut atteindre 1 000, contre 100 dans les mo-dèles ordinaires. La puissance maximum envi-sagée pour les étages basse fréquence de sortie dépasse maintenant le watt.
Le fonctionnement du transistor à jonction est peu différent de celui du modèle à con-tacts. La résistance de la couche très mince est surtout modifiée par le passage du courant transmis par l'émetteur, et le montage diffère, rappelons-Je encore, suivant qu'il s'agit d'un modèle du type n-p-n ou p-n-p. d'amplification directe de courant, mais uoe variation de courant dans Je circuit à faible transistors, sans prendre aucune précaution spé-ciale, si le reste du montage demeure in-changé. En principe, nous l'avons déjà indiqué, le tube à vide amplifie des tensions électriques, alors que les transistors agissent sur des cou-rants; les caractéristiques des circuits d'entrée-et de sortie doivent ainsi être différentes.
Nous avons également signalé les particula-rités de polarisation des circuits, qui varient
Enfin, les transistors actuels amplifient beau-coup moins bien les signaux de haute fréquen-ce, cor~e pondant aux ondes courtes inférieures à cent mètres de longueur d'onde, par exemple.
C'est pourquoi, il est difficile d'équiper avec des étages haute fréquence, ou un changeur de fréquence à transistors des appareils permettant la réception des émissions sur ondes courtes, de l'ordre de 13 à 25 mètres de longueur d'onde, par exemple,
Bien plus, certains constructeurs ont même réduit la fréquence intermédiaire des récepteurs 0rdinaires superhétérodynes équipés avec les transistors pour obtenir un meilleur rendement.
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ampli-ficateurs et oscillateurs différents, qui peuvent rendre de très grands services sur un très grand nombre de montages, mais sont destinés, tout au moins à titre transitoire, à compléter les tubes à vide et à être employés souvent dans des conditions différentes.Les avantages essentiels du transistor rési-dent toujours dans sa faible alimentation, son poids extrêmement réduit, son encombre-ment minuscule, sa résistance et sa durée de service pratiquement illimité; mais, à l'heure actuelle, son utilisation présente encore certai-nes limitations. les employer pour équiper les électrophones portatifs de petite puissance ou les premiers étages d'appareils d'enregistrement magoétique, ou d'électrophones, mais non encore pour équiper des étages de sortie et actionner des haut-parleurs ou des ensembles de haut-par-leurs à grande puissance. peuvent généralement fonctionner normale-ment, lorsque la température ambiante de leur boîtier dépasse 70° ou 80° C et, même pour des températures inférieures, on constate des variations de rendement, qui doivent être cependant en tenir compte dans les conditions actuellc:s.
LES PRINCIPES DES MONTAGES A TRANSISTORS
Les différences entre le fonctionnement des transistors et celui des tubes à vide sont encore plus grandes que leurs analogies. Le transistor est essentiellement un amplificateur de courant, qui doit être alimenté par un système à courant constant, tandis que le tube à vide est un am-plificateur de tension, et travaille dans les meil-leures conditions avec une source d'alimenta-tion à tension constante. Les régulations envi-sagées dans les deux cas ne peuvent donc être les mêmes.
Les différences sont très grandes en ce qui concerne l'adaptation et le montage des circuits d'entrée et de sortie. Dans les montages des tubes à vide, les signaux appliqués à l'entrée et les signaux recueillis à la sortie traversent des circuits différents; ce n'est pas toujours le cas pour les appareils à transistors.
Les analogies et les différences existant entre les montages des transistors et des tubes à vide
Les analogies et les différences existant entre les montages des transistors et des tubes à vide