Chapitre 3 : La triode
(suite)
La polarisation consiste à fixer
les valeurs des composants qui vont
assurer l'équilibre du montage au repos.
Sont concernées essentiellement les résistances
RA et RK ( cf Fig 1 à 3) en matière
de courant et tensions continus.
Tous les courants et tensions
alternatifs vus jusqu'à présent vont venir
se superposer à ces valeurs continues.
On polarise le montage en partant de
son objectif. Soit :
- On
souhaite obtenir un signal propre le
plus ample possible ( les Anglophones
parlent de headroom : hauteur sous
barrots) . C'est le cas pour un canal
clean par exemple.
- On
souhaite polariser au bord des limites
pour faire cruncher rapidement le
signal voire le mener jusqu'en
distortion (overdrive).
Pour
simplifier dans un premier temps nous
allons considérer le cas 1 en
choisissant par exemple une tension de
sortie d'anode de 130 V, soit un peu
plus de la moitié de la tension
d'alimentation ( voir la Fig 3).
La Fig
1 met en évidence la tension Ug
entre grille et cathode. La
grille jouant, pour les
électrons émis par la cathode,
le rôle de repoussoir variable, elle est polarisée
négativement par rapport à la
cathode.
La Fig 2 montre que cette
polarisation inverse s'opère par le simple
jeu de la loi d'ohm sur Rk traversée
par Ia courant d'anode-cathode (Fig
3). La résistance de grid-leak RG
(= drainage de grille) est traversée par
un courant négligeable, donc la tension
à ses bornes étant nulle ramenant
la tension de grille au 0 V. Nous avons
donc
Ug
= - VK = - Rk Ia
La Fig 5 est un abaque présentant
le réseau de courbes correspondant à
différentes valeurs de Ug. Ces
courbes sont tracées sur un diagramme
donnant le courant d'anode Ia
en fonction de la tension Ua prise
entre l'anode et la cathode ( Fig 3).
Pour un courant nul Ua peut donc
théoriquement atteindre la tension
d'alimentation 250 V ici. Cet abaque s'appelle
"caractéristiques d'anode". Nous allons
voir ci-après comment l'on s'en sert.
La Fig 4 est
l'abaque correspondant aux caractéristiques
de transfert
et montrant le même courant d'anode
Ia en fonction de la tension
continue grille-cathode Ug pour
différentes valeurs de tension
d'alimentation.
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Le problème de la
polarisation est relativement simple. Nous
connaissons RA par les datasheets et l'usage
que nous
en avons fait ici.
Reprenons donc la valeur courante de 100 k
pour RA.
Nous allons tracer la droite de charge .
La loi d Ohm étant linéaire, deux points
suffisent à tracer cette droite. Prenons Ua
= 250 V et Ua = 0 V.
Appelons Vra la tension continue sur
RA. Il apparaît que
Vra + Ua = 250 V ( à la tension de
cathode près que l'on néglige pour le tracé
de la droite ici car elle est inférieure à
1% de la tension d'alimentation )
Si Ua = 250 V alors la tension Vra sur RA
est nulle et le courant Ia aussi. Nous avons
donc trouvé le point A Ua = 250
V et Ia = 0, donc sur l'axe des abscisses.
(Fig 6)
La tension maximale applicable à RA est de
250 V.
A cet état, le courant dans RA est de
250/100 = 2,5 mA et la tension Ua =
250 V - 250 V = 0 V. Nous plaçons donc
le point B correspondant sur la courbe. En
reliant les deux points nous obtenons la
droite de charge pour RA = 100 k. Ceci
signifie que lorsque la tension va varier
sur l'anode sur l'abscisse de l'abaque, on
pourra suivre les variations du courant sur
l'ordonnée.
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Fig 6
Nous avons choisi une tension Ua
de 130 V au repos. La figure 7 ci-dessous
montre qu'à 130 V le courant Ia est de
1,2 mA. En traçant les courbes
manquantes pour la tension Ug et en
particulier celle qui passe par le point (
130V / 1,2 mA) on trouve la tension Ug de
grille qui est donc de + 0,82 V sur la
cathode. Il est facile de trouver
alors RK = 0,82 V / 1,2 mA = 683 ohms. On
prendra donc pour Rk 680 ohms. Nous
avons terminé la polarisation de
l'étage.
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Fig 7
Cet abaque nous en dit en fait
beaucoup plus qu'il n'y paraît : on peut y
retrouver les données de la datasheet
telles que :
- le
facteur d'amplification µ
- la
transconductance gm
- par
déduction la résistance anode-cathode
rak puisque gm
. rak = µ
Cet aspect
peut être utile lorsque l'on travaille
en limite car alors ces données peuvent
différer des valeurs publiées dans les
datasheets.
Le facteur
d'amplification µ est le gain en
tension dUa / dUg . Sur la
Fig 8 est tracé l'écart dUg autour du
point de fonctionnement. Cet écart est
de 0.5 V. L'écart dUa lu sur
l'abscisse est de 150 -100 = 50 V. On
calcule alors µ = 50 / 0.5 = 100.
Il s'agit bien de la valeur donnée
pour l'ECC83 dans les datasheets.
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Fig 8
La valeur de gm , la transconductance
= dIa / dUg se lit verticalement.
Ainsi pour dUg de 0.5 V on lit, sur la Fig
9, 4.5 graduations de 0,2 mA soit 0.9
mA.
gm = 0.9 / 0.5 = 1,8
mA/V
La valeur de la datasheet
est de 1,6 mA/V ce qui montre que
cette valeur est prise avec Ug un peu
plus négatif.
On en déduit
rak = µ / gm = 100 /
1.8 e-3 = 55 555 ohms
En
reportant ces données dans
l'expression du gain de l'étage
si la
cathode est
parfaitement découplée , on
obtient
|A| = µ*RA /
(RA + rak) = 100*100 / (100+55.5) =
64.3 soit 36.2 dB
Si on ne
découple pas du tout la cathode donc
en omettant la capacité Ck le gain
devient :
|A| = µ*RA / (RA +
rak + (µ+1) Rk) = 100*100 /
(100+55.5+101*0.680) = 44.6 soit
33 dB
On voit ici une
caractéristique importante de la
manière de polariser un étage :
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Fig 9
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