LIGNE DE TRANSMISSION:

Une ligne de transmission est un ensemble de deux conducteurs acheminant ensemble un signal électrique,d'une source ( EMETTEUR ) vers une charge ( RECEPTEUR ).

On doit considérer une paire de conducteurs comme une de transmission chaque fois que sa longueur est du méme ordre de grandeur,ou plus,que la longeur d'onde de la fréquence la plus élevée du signal à transmettre.

La charge étant connectée à l'extrémité de la ligne,la ligne permet de retrouver,sur son entrée,à son extrémité,la méme résistance que la charge,cela quelle que soit la longueur de la ligne.C'est la condition idéale de fonctionnement,qui est réalisée si la résistance de la charge est égale à l'impédance caractéristique de la ligne.On peu dire que la ligne permet de transporter fictivement la charge à proximité de la source des signaux.

Les lignes de transmissions les plus courantes sont les cables coaxiaux,les lignes bifilaires et les paires torsadées.Sur les circuits imprimés et les circuits intégrés,on trouve couramment des lignes microrubans et des coplanaires.

Une ligne de transmission est caractérisée par son impédance caractéristique,sa constante d'affaiblissement "qui précise les pertes de la ligne" et la vitesse de propagation des signaux,qui dépend du diélectrique pour fabriquer la ligne.

APPLICATION

En pratique,on utilise une ligne de transmission par exemple pour transporter le signal issu d'un émetteur,vers une antenne.Ou réciproquement pour transporter le signal issu d'une antenne,vers un récepteur.Dans ces deux cas, l'impédance caractéristique du cable coaxial est généralement de 50 oHms.

On utilise aussi une ligne de transmission,sous forme de paire torsadée d'impédance caractéristique de 600 oHms,pour transporter des signaux téléphoniques,numériques,ou analogiques.

On trouvera aussi des lignes sur les cartes numériques très rapide,afin de ne déformer les signaux transmies  entre deux circuits intégrés.Dans ce cas,la ligne est constituée d'une piste de largeur donnée.

TRANSPORT DE L'ENERGIE ELECTRIQUE:

L'adaptation d'impédance n'est pas recherchée.En particulier,dans le réseau de transport d'énergie électrique,la source doit conserver une impédance faible par rapport à la charge: la tension du réseau ne doit pas s'écrouler si on utilise l'énergie!

L'absence d'adaptation est d'ailleurs sans conséquences notables: la fréquence du courant alternatif distribué est de 50 Hz ou 60 Hz selon les régions du monde;il faudrait une ligne de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres avant que des effets adverses se manifestent.dans les transports d'énergie sur de grandes distances,les pertes résistives sont plus préoccupantes.

CALCUL DES LIGNES:

MODES DE PROPAGATION:

On des lignes constituées de deux conducteurs;pour ces lignes les champs électriques ( E ) et magnétique ( H ) sont perpendiculaires à la direction de la ligne: c'est le mode "TEM".D'autres modes de propagation existent,utilisés en hyperfréquences.

IMPEDANCE D'ENTREE :

L'impédance caractéristique "Z0" d'une ligne de transmission est le rapport entre une onde de un volt et son onde courant.

Comme la plupart des lignes ont des ondes réfléchies,l'impédance caractéristique n'est généralement pas l'impédance mesurée sur la ligne.Pour une ligne de transmission de longueur " d",on peut montrer qu'à la position l de la charge,l'impédance mesurée pour une impédance de charge Zl,l'autre extrémité n'est pas chargée par l'impédance caractéristique.Cette impédance dépend alors de la longueur de la ligne .On dit alors que la ligne est le siège d'ondes stationnaires.

ADAPTATION D'IMPEDANCE:

L'adaptation d'impédance consiste à rechercher  à présenter à la source une résistance égale à sa résistance interne.La lmigne permet cette adaptation d'impédance,méme si la la source et la charge sont distantes.

LONGUEUR ELECTRIQUE D'UNE LIGNE :

La vitesse de propagation des signaux dans une ligne n'est pas la méme que celle d'une onde dans le vide.pour un cable coaxial,la vitesse est divisée par la racine carrée de la constante diélectrique de l'isolant.Ce paramètre est important si on désire construire des lignes équivalantes à une fraction de longueur d'onde.

EXEMPLE ----t- CABLE COAXIAL RG58:

Le diélectique polyéthylène du cable RG58 posséde une constante dièlectrique de 2,3.

La vitesse de propagation dans une ligne construite avec ce cable est égale à C/V2,3=0,66c

Une ligne dite " quart d'onde" avec un coaxial RG58 devra mesurer en réalité V2,3=1,5 fois le quart d'onde dans le vide.La vitesse de la propagation peut varier selon la fréquence,si la propagation ne se fait pas en mode électrique et magnétique transverse TEM.dans les cables coaxiaux,lignes bifilaires,lignes micro ruban le mode TEM est le mode principal et on peut considérer que la vitesse de la propagation est identique pour toutes les fréquences.

Cependant,pour d'autres modes de propagation,qui se rencontrent dans le domaine des hyperfréquences,la vitesse de la propagation dépend de la fréquence.On dit alors que la ligne est dispersive.Cela peut poser un problème pour la transmission des signaux larges bandes;en effet si les différentes composantes du spectre n'ont pas la méme vitesse, elles ne seront pas réceptionnées en méme temps,il y aura une distorsion.

Si une ligne est chargée par une impédance nulle ou infinie,on voit que l'impédance à son autre extrémité dépend fortement de la longueur.Notamment,si une ligne de longueur quart d'onde est court-circuitée,on trouve une impédance infinie à son extrémité.On utilise ces proprièrés pour réaliser des résonnateurs,en lieu et place des circuits LC.Il existe ainsi des résonateurs quart d'ondes, demi-onde etc...

On trouve aujourd'hui des résonateurs "TEM" quart d'onde ou demi-onde constitués par une ligne avec un isolant céramique à trés forte constante diélectrique permettant de réaliser des résonateurs de petites dimensions.

DECIBEL:

Le décibel (DB) est l'unitéde grandeur sans dimension sous-multiple du BEL,correspondant à un dixième de BEL.Le bel est le logarithme décimal du rapport entre deux puissances.Le décibel est plus fréquemment employé que le BEL.

Tous les champs de l'ingénierie  peuvent utiliser le décibel, qui est particulièrement courant dans le domaine des télécommunications dont il est originaire,dans l'électronique du traitement du signal,dans les technologies du son et dans l'acoustique.

Les décibels facilitent le travail quand:

..les grandeurs sont de méme signe ( il n'n'y a pas de logarithme d'un nombre négatif );
..Et les rapports s'étalent sur une large plage (plus de un à cent );
..Et un rapport de 1,1 ( + 10% ) est assez peu de chose.

Dansn le cas contraire,le calcul avec les rapports de l'expression avec des pourcentages a des chances d'étre préférable.Dans les calculs pratiques,l'usage des décibels permet de se concentrer sur les problèmes en évitant de mobiliser des capacités du calcul mental.On ajoute et on soustrait au lieu de multiplier et deiviser,et on se contente le plus souvent des nombres entiers,ou bien on arrondit à peu de chiffres significatifs.

Dans un certain nombre de cas, comme celui des intensités sonores dans l'acoustique,des normes fixent une valeur de référence et le décibel sert d'unité de mesure.Cependant,cette grandeur sans dimension n'appartient pas au système international d'unités.

HISTORIQUE DES BELS ET DECIBELS:

Le BEL ( symbole B ) est utilisé dans les télécommunications,l'électronique et l'acoustique.Vers 1920,les entreprises de téléphonie utilisaient comme unité pour l'atténuation le MSC,valant celle d'un MILE ( 1,6km ) de cable standard à la fréquence de 800 Hz.Des ingénieurs des laboratoires BELL définirent une unité de transmission indépendante du cable et de la fréquence.Basée sur dix fois le logarithme décimal.Cette unité s'appela d'abord TU pour ( en) transmission unit ( unité de transmission )Elle présentait l'avantage d'étre presque équivalante au "MSC" ( 1 TU=1,083 MSC )Elle fut renommée décibel en 1923 en l'honneur du fondateur du laboratoire et pionnier des télécoms, ALEXANDRE GRAHAM BELL.

Les laboratoires BELL consultèrent les opérateurs téléphoniques et administrations responsables.Certaines utilisaient des logarithmes népériens,qui présentent certains avantages pour le calcul, avec une unitée appelée le "NEPER" ( symbole Np )les deux unités ont coexisté,mais le NEPER n'a pas connu le succés du décibel. " l'utilisation du NEPER est le plus souvent limitées à des calculs théoriques sur des grandeurs de champ,ou cette unité est la plus commode, alors que dans d'autres cas,largement utilisé.Il convient de souligner que le fait que le NEPER sois comme unité cohèrente n'implique pas qu'il conviennent d'éviter de l'utiliser le BEL.Le BEL est accepté par le CIPM et l'OIML pour étre utilisé avec le SI.A certains égards,cette situation est similaire au fait que l'unité degré est utilisé couramment à la place de l'unité "SI" cohérente radian " RAD" pour les angles plans."

Le décibel a connu un grand succés dans le domaine de l'acoustique.Par une coincidence fortuite,en puissance sonore,correspond à peu près à la plus petite variation perceptible.Selon le philosaphe GUSTAV FECHENER ( 1801-1887 ),la sensation ressentie varierait comme la logarithme dans l'exitation.une unité à progression logarithmique semblait particulièrement pertinente dans le domaine ou la perception humaine en jeu.des recherches ultérieures sont venues contester la loi de WEBER-FECHNER mais l'usage du DECIBEL s'était établi,méme dans des cas ou il compliqie la compréhension.

LE LARSEN:

Le larsen est un phénome physique de rétroaction acoustique découvert par le physicien danois SOREN ABSALON LARSEN.

Cet effet se produit lorsque l'émetteur amplifié ex:haut-parleur et le récepteur :microphone d'un systéme audio sont placés à proximité l'un de l'autre.Le son émis par l'émetteur est capté par le récepteur qui le transmet amplifié à l'émetteur.Cette boucle produit un signal un audio auto ondulatoire qui augmente progressivement en intensité jusqu'à atteindre les limites du matériel utilisé,avec le risque de l'endomager ou méme de le détruire.

EFFET LARSEN:

Ce phénome est particulièrement dans tout système de sonorisation ( confèrence,concert,téléphone avec haut-parleur ,produit un sifflement de fréquence quelconque, pas forcément aigue contrairement à une idée reçue ( un larsen basse fréquence existe aussi et peut étre très pénible ) mais en général signal sinusoidal à la puissance maximale du système.La fréquence du son résultant dépend des fréquences de résonnance des composants électriques et électroniques du système auddio,de la distance séparant émetteur récepteur,des propriètés acoustiques du lieu d'écoute et du caractère directionnel du récepteur.

Dans les années 1960,les guitaristes électriques du rock cherchèrent à exploiter ce phénome auparavant considéré comme nuisible pour élargir la palette de leurs effets.Ils rapprochèrent alors volontairement les micros de leur guitare de l'ampli afin de lui arracher des sons.

On peut voir sur la figure généré par l'effet larsen suite à une impulsion continue donnée.Un signal sinusoidal qui s'emplifie est alors généré.Cette amplification est exponentielle.Le volume du son reste maximum des contraintes techniques pendant une durée d'environ 1 seconde,puis s'atténue de façon linéaire.

TRIODE:

La lampe TRIODE est le premier dispositif amplificateur d'un signal électronique.L'ingénieur Américain LEE DE FOREST est l'inventeur en 1906,de cette lampe qu'il nomme AUDION.C'est le physicien W.H.ECCLES qui donne le nom de TRIODE à cette lampe à trois électrodes.

TRIODE:

FONCTIONNEMENT:

La TRIODE se compose d'une cathode semiconductrice à chaud,émettrice d'électrons,d'une anode réceptrice,et d'une grille placéee entre les deux.
--La cathode est chauffée par un filament placé derrière.Parfois le filament et la cathode ne forment qu'un seul élément.Le chauffage de la cathode confère suffisamment d'énergie aux électrons pour leur permettre de se libérer on parle d'émission cathodique et de rejoindre un nuage électronique dans le vide entourant la cathode appelé charge d'espace.La cathode posséde un potentiel souvent de 0V plus petit que celui de l'anode provocant la migration des électrons vers l'anode, car les électrons charge négatives sont attirés par les charges positives de l'anode.
--En jouant sur le potentiel tension de la grille par rapport à la cathode,créant un courant variable entre anode et cathode: l'amplification de puissance est réalisée car la grille ne consomme pas de courant,c'est en théorie un potentiel statique.

APPLICATION:

Cette invention permit l'apparition du cinéma parlant,de la TSF ( radio ),et plus tard de l'informatique, ainsi que des progès dans les communications téléphoniques en permettant une amplification importante du signal sans effets de distorsion.
--La triode fut vite perfectionnée par ajout ( pour la THETRODE ) puis,deux grilles supplémentaires,évitant des effets indésirables,notamment l'effet "dynatron".Ce tube pentode sera rapidement adopté dans la plupart des amplificateurs à tubes,pour son meilleur rendement.Ceux-ci sont toujours de la nécessité de remplacer régulièrement des tubes,dont la cathode s'épuise.Néanmoins,la durée de qualités pour la reproduction du son,parmis lesquelles ont peut noter:
--Le spectre harmonique enviable en régime linéaire,
--La bonne réponse aux transitoires produisant un son réputé plus naturel,
--Et accessoirement l'entrée en saturation douce de l'écrétage .

En dehors du domaine marginal des collectionneurs ,la triode est largement utilisée comme amplificateur de forte puissance 500 WATT et au-delà,jusqu'à 100 mHz environ,en montage grille commune,avec l'avantage d'abscence de neutrodynage,contrairement à la pentode.Ces TRIODES pour amplificateurs linéaires HF peuvent fournir de 500W à 15KW.Les fournisseurs principaux sont EIMAC et AMPEREX.

TETRODE :

La TETRODE est un type de tube électronique en évolution directe du tube TRIODE,auquel est ajouté une grille écran.L'ajout de cette grille entre l'anode et la grille de controle réduit dans de rés grandes proportions la capacité entre ces deux éléments,ce qui permet un fonctionnement à des fréquences plus élevées.De plus,comme cette grille est chargée positivement par rapport à la cathode,cela accroit la vitesse des électrons augmentant ainsi le gain du tube.Mais plus la vitesse des électrons augmente,plus l'effet d'émission secondaire du à l'échauffement de l'anode se fait sentir,introduisant une discontinuité dans des caractéristiques courant/tension du tube ( effet de résistance négative ). Cet effet a été annulé dans le tube pentode par l'introduction d'une grille d'arret placée entre l'anode et la grille écran.

APPLICATIONS:

De nos jours,les TETRODES sont rares: actuellement,on les utilises quasi exlusivement pour des applications hautes fréquences de fortes puissances telles que les émetteurs de radiodiffusion,bien que dans ce domaine d'application,les triodes soient souvent utilisées.Elles sont aussi utilisées pour le chauffage électromagnétique des plasmas dans les
tokamaks comme JET.

En France, l'émetteur ondes longues d'Allouis dans le cher qui radiodiffuse FRANCE INTER sur 162 kHz en AM avec une puissance de 2 000kW était équipé jusqu'en mars 2003 de deux blocs émetteurs Thomson CSF dont l'étage HF 4 avait pour l'un une tétrode TH539 à hypervapotron ( refroidissement par eau vaporisée ) de 1000kW et pour l'autre deux tétrodes TH548 de chacune 500kW également à hypervapotron.
Dans les applications audio,on parle souvent de tétrode pour désigner une tétrode à faisceau dirigé ( ce qui est différent ).

PENTODE:

La pentode est un tube électronique,évolution directe de la tétrode.C'est un composant généralement utilisé pour amplifier un signal.

PRINCIPE:

La pentode est crée en 1926 par BERNARD TELLEGEN de la société Phlips.C'est une évolution de la tétrode ( tube à 4 électrodes ).La pentode est une tétrode à laquelle on a ajouté une troisième grille appelée suppresseuse ( grille d'arret ) entre l'écran et la plaque ( anode ) pour réduire les émissions secondaire de l'anode et la grille d'arrét est portée à un potentiel négatif par rapport à l'anode et à la grille écran ( le plus souvent celui de la cathode ) afin que les élctrons émis par l'anode ( les émissions secondaires ) soient renvoyés vers celle-ci et ne soient pas captés par l'écran.cela permet d'éviter l'effet Dynatron zone ou le tube tétrode à une résistance négative.
La pentode permet d'obtenir un meilleur rendement ( moind de pertes dans l'écran ) et une linéarité plus grande de la courbe/ tension tube pour une méme tension de la grille controle.

Pentode