tube à vide

Un tube à vide est une enveloppe en verre ou en métal évacuée contenant des électrodes qui contrôlent le flux d'électrons à travers un espace. L'absence d'air permet aux électrons de voyager sans entrave d'une cathode chaude vers une anode refroidie, où leur mouvement peut être modulé par des grilles intermédiaires. Cette propriété fondamentale a fait des tubes à vide la base de toute amplification et commutation électronique avant que les dispositifs à semi-conducteurs ne deviennent viables dans les années 1960.

La cathode est chauffée (directement ou indirectement) à environ 800 à 1 200 degrés Celsius, ce qui provoque l'émission d'électrons de sa surface par un processus appelé émission thermoïonique. Ces électrons sont attirés par une plaque d'anode positive. En plaçant une ou plusieurs grilles de contrôle à tension négative entre elles, le tube peut amplifier des signaux faibles ou agir comme un interrupteur. Les pentodes, qui ont trois grilles, étaient standard pour l'audio et la radio; les diodes (deux éléments) étaient utilisées pour la rectification; les thyratrons contenaient un gaz et géraient les charges de commutation.

Les applications industrielles ont continué à utiliser des tubes à vide longtemps après que l'électronique grand public soit passée aux transistors. Des tubes de puissance de 100 à 5 000 watts apparaissent dans les émetteurs RF, les équipements de chauffage par induction et les générateurs industriels. Un grand tube d'émetteur peut mesurer 25 cm de haut et peser plusieurs kilogrammes. Ces tubes fonctionnent à 1 000 à 4 000 volts et nécessitent un refroidissement substantiel, souvent par air forcé ou par eau en circulation.

Fiabilité et modes de défaillance

La durée de vie des tubes à vide est finie. Un filament finit par s'affaiblir et se casser, du gaz peut s'infiltrer dans l'enveloppe au fil des ans, ou le revêtement de la cathode s'épuise progressivement. Un tube défectueux entraîne une perte de puissance, une distorsion ou un arrêt. Les concepteurs d'équipements industriels ont rendu les tubes interchangeables, avec des bases et des configurations de broches standardisées, afin que les équipes de maintenance puissent les remplacer sans retravailler l'ensemble du châssis.

La fabrication de tubes à vide industriels se poursuit aujourd'hui en séries limitées, principalement en Russie, en Chine et en Europe de l'Est. Les tubes de remplacement pour les équipements militaires, médicaux et de diffusion anciens atteignent des prix élevés. Le terme «tube à vide» est maintenant largement historique; la technologie ne survit que dans des applications spécialisées où les alternatives à semi-conducteurs ne peuvent pas gérer les niveaux de puissance, la gamme de fréquences ou la tension requis.