L'électronique à tubes est une technologie qui fêtera ses cent ans en 2004. Elle a véritablement permis l'essor de la radio au début du XXème siècle, mais aussi des premiers ordinateurs, de la télévision etc.

Après avoir été délaissés pendant près de vingt ans à partir des années 70, les tubes électroniques ont connu depuis une dizaine d'années un regain d'intérêt considérable dans les applications « domestiques », principalement pour tout ce qui touche au matériel audio. Après une brève historique, nous allons étudier le principe de fonctionnement des tubes, et parallèlement présenter les principaux types existants. Enfin nous illustrerons leur utilisation dans les amplificateurs audio.

 1- Les bases de l'électronique à tubes :

Nous sommes en 1883 et Edison vient de découvrir sans le savoir l'effet thermoïonique, que l'on appelle toujours aujourd'hui « l'effet Edison ».

Edison eut l'idée, pour améliorer sa lampe à incandescence (filament placé dans une ampoule sous vide, qui chauffé produit de la lumière), de rajouter une plaque métallique dans l'ampoule et d'utiliser une batterie, son pôle + étant connecté à la plaque et son pôle - au filament. Un courant s'établit alors dans le circuit pourtant apparemment « ouvert » entre le filament et la plaque.

En effet, les électrons arrachés au filament chauffé sont attirés par le potentiel positif de la plaque et traversent ainsi le vide de l'ampoule.

L'effet Edison est fondamental et est la base du fonctionnement de tous les tubes électroniques à vide.

Il faut cependant attendre 1904 pour que Fleming fabrique et brevette ce que l'on peut appeler le premier tube électronique, qu'il baptise la « valve ». Ce n'est ni plus ni moins qu'une diode, ou redresseur à vide, basé sur l'observation faite par Edison qu'en inversant la polarité de la pile entre le filament et la plaque le courant ne passait plus.

Attardons nous quelque peu sur les détails du fonctionnement de cette « valve ». Tout d'abord au niveau de son architecture interne : le filament, qui correspond au potentiel négatif (« producteur » d'électrons) est appelé « cathode », et la plaque qui est le potentiel positif est appelé « anode ». Une remarque importante à ce stade de la discussion est qu'en électronique à tubes le sens de courant correspond au sens réel du courant (déplacement des électrons), donc de la cathode vers l'anode.

Une notion essentielle dans le fonctionnement des tubes est celle de la « charge d'espace ».

En effet, les électrons arrachés de la cathode ne vont pas traverser directement le vide de l'ampoule pour rejoindre l'anode chargée positivement.

Imaginons deux électrodes (cathode et anode) planes placées à une certaine distance l'une de l'autre, l'anode étant pour le moment non chargée et donc au potentiel de la cathode. Dès que l'on chauffe la cathode des électrons vont être arrachés et se retrouver dans le vide entre les deux électrodes.

Certains auront une énergie cinétique suffisante et arriverons à rejoindre l'anode (qui se charge alors légèrement négativement), mais pour la majorité, que se passe-t-il ? Ceux-ci sont d'un côté repoussés par le léger potentiel négatif de l'anode, et de l'autre par les nouveaux électrons qui s'échappent de la cathode toujours chauffée.

Il va ainsi se former à proximité de la cathode un nuage d'électrons, c'est ce que l'on appelle la charge d'espace. Celle-ci va atteindre un niveau d'équilibre en fonction de la température de la cathode, donc de la tension de chauffage.