L'Audion - la première triode

L’Audion est un tube d'amplification électronique inventé par l'ingénieur américain Lee De Forest en 1906. Il s’agit de la première forme de triode constituée d’un tube de verre sous vide partiel contenant trois électrodes : un filament chauffé, une grille et une plaque. Premier composant pouvant amplifier un petit signal électrique appliqué à la grille, il peut contrôler un courant plus important s’écoulant du filament à la plaque. Contrairement aux tubes à vide qui lui succéderont, le tube Audion primitif contenait donc une petite quantité de gaz, jugée nécessaire par De Forest.
Cette "mauvaise idée" avait pour effet de limiter la plage de fonctionnement en fréquence et lui donner un caractère fortement non linéaire, ainsi que des caractéristiques erratiques. Comparable à une valve de Fleming munie d’une grille, il est proposé, par Lee Forest, comme un détecteur de récepteur radio avec un succès mitigé. Sa capacité d'amplification a été découverte par plusieurs chercheurs vers 1912. Il est alors utilisé pour construire les premiers récepteurs amplificateurs et oscillateurs électroniques des radios. L'Audion est remplacé après quelques années par une version améliorée avec vide élevé, la triode, développée par Irving Langmuir de la General Electric, puis d'autres.

On savait depuis le milieu du 19ème siècle que les flammes d’un gaz étaient électriquement conductrices. Plus tard, on observe que cette conductivité est affectée par les ondes radio. De Forest en a conclu que le gaz dans un vide partiel chauffé par un filament de la lampe classique se comporte de la même façon. Et donc qu’en enroulant un fil autour du tube de verre (fig.1), le dispositif pouvait servir de détecteur de signaux radio. Dans sa première version, le tube muni d’un filament chauffant et d’une plaque polarisée avec une batterie de 22V placée en série avec un casque audio. Le pôle négatif étant relié à un côté du filament de la lampe. Lorsque les signaux RF sont appliqués sur le fil enroulé autour à l'extérieur du tube de verre, ceux-ci perturbent le courant qui passe dans le casque.
Plus tard, le fil enroulé autour du tube passe à l’intérieur de celui-ci. On l’appellera la grille. La sensibilité du détecteur s’en trouve sensiblement augmentée.
Dans les systèmes radios basés sur les anciens détecteurs (galène , …), la puissance permettant aux casque audio de vibrer était tirée de l’onde RF porteuse. Pour la première fois, cette énergie provient de la batterie. Cela permet au circuit de réglage des stations de fonctionner avec une sélectivité maximale.
Les enjeux commerciaux sont importants, une course aux brevets s’engage.
 

Les premières triodes

Ainsi que De Forest lui-même, de nombreux chercheurs ont tenté de trouver des moyens d'améliorer la fiabilité du dispositif de stabilisation de la faible pression des tubes Audion. Une grande partie de cette recherche qui a conduit à l'élaboration des triodes a été réalisé par Irving Langmuir pour les laboratoires de recherche de General Electric.
L'une des principales faiblesses des allégations de De Forest était que les triodes à vide ne peuvent pas fonctionner sans une trace de gaz laissée dans l'enveloppe. Une autre faiblesse est que dans aucun de ses schémas d'Audion n'est évoqué un dispositif de polarisation de la grille, caractéristique essentielle de la mise en oeuvre d'une triode à vide.

Une réimpression d'un document de 1915 par Langmuir sur ce sujet (y compris une réponse de De Forest) est disponible.

Contrairement à l'Audion, la triode à vide ne pouvait pas démoduler des signaux radio directement (bien que Langmuir et d'autres chercheurs ont rapidement trouvé les moyens de le faire), mais elle était capable d'amplification linéaire, ce qui s'est avéré être une propriété beaucoup plus utile . Il est ironique de constater que de nombreux Audions «défectueux», qui avaient perdu leur capacité à démoduler des signaux de radio en raison de l'absorption de gaz par les électrodes, avaient en fait été transformés en amplificateurs linéaires bruts, mais personne ne l'a compris dans un premier temps.

Sources et références

[1] Paul BERCHE, "Pratique et théorie de la TSF", Librairie de la Radio, Paris, 1937, revue par Roger RAFFIN, 1958.

[2] Lucien CHRETIEN, "Théorie et Pratique de la Radioélectricité", Editions Chiron, Paris, 1933.

[3] F. E. TERMAN, "Radio Engineer's Handbook", McGraw-Hill, New York, 1943.

[4] M. ADAM, "La lampe radio", Librairie de la Radio, Paris, 1943.

[5] Mike Schultz, Site UV201

[6] The Electrical Experimenter magazine; Aug. 1916 (p255 et 288) The Vacuum Detector and How It Works

[7] The Pure Electron Discharge and Its Applications in Radio Telegraphy and Telephony, IRVING LANGMUIR

[8] Scientific American Supplement No. 1665, November 30, 1907, pages 348-350: Lee Forest

[9] Scientific American Supplement No. 1666, December 7, 1907, page 354-356: Lee Forest