Étude du dipôle "diode à vide".

Le circuit série est constitué d'un générateur de tension sinusoïdale E(t) = V.sin(ω.t) d'une diode à vide (½ EZ80) et d'une résistance de charge R.
Dans le repère I = f(U) la droite de charge (droite verte) a pour équation I(t) = (E(t) − U) / R.
Quand t varie, cette droite de pente 1 / R se déplace et reste parallèle à elle-même. Elle coupe des axes en E(t) et E(t) / R.
La caractéristique de la diode (courbe rouge) est modélisée par la loi de Child I = K.V_A ^3/2 si V_A > 0 et par I = 0 si V_A < 0.
Le point de fonctionnement est donné par l'intersection de la caractéristique avec la droite de charge soit :
I = (E − U) / R = K.U ^3/2 . Ce point est déterminé par une méthode de zéro.

La caractéristique a été modélisée par la relation I_A(A) = 0,0007.V ^3/2 (V)
On trace en brun l'évolution du courant dans le circuit. L'origine des temps est arbitraire.
En violet, on trace l'évolution de la tension aux bornes de la diode et en bleu l'évolution de la tension E. L'origine des temps est aussi arbitraire.
Pour les alternances négatives de E le courant est nul. Pour les alternances positives, il est tracé point par point.
Pour les alternances positives il existe une chute de tension aux bornes de la diode. Par exemple pour E = 60 V et R = 680 Ω, la diode présente une résistance de 320 Ω.
Pour les alternances négatives la résistance de la diode est infinie.
En fait à cause des courants de fuite elle est de l'ordre de 10⁷ Ω.

Rappels sur la diode à vide.

La diode a vide a été inventée en 1903 par J. Fleming.
La diode à vide est composée par un filament en tungstène alimenté par un courant électrique à basse tension, une cathode chargée d'émettre des électrons et  une anode entourant la cathode. Le tout est enfermé dans une ampoule en verre dans laquelle on a effectué un vide très poussé.
Lorsque la cathode est chauffée, elle émet des électrons qui peuvent être captés par l'anode chargée positivement par rapport à la cathode.
Le filament est en tungstène chauffé entre 800°C et 1000°C. La cathode est un tube entourant le filament, recouvert d'oxydes de Baryum et de Strontium composés possédant un fort pouvoir thermo-émissif. Une tension de chauffage trop faible limite la production d'électrons et une tension trop élevée limite la durée de vie de la cathode.
Pour obtenir un vide de très haute qualité une coupelle (getter) emplie de Baryum est chauffée après la fin de la fabrication. Les traces d'oxygène sont absorbées et il se forme un dépôt brillant sur l'ampoule.

EZ80 Double diode de redressement très utilisée jusqu'en 1965. Filament : V = 6,3 V ± 5% ; I = 0,6 A. P = 3,8 W VAK max = 500 V; IAmax = 90 mA. La caractéristique a été modélisée par IA(A) = 0,0007.V 3/2 (V) La cathode est commune aux deux diodes. Cette diode est prévue pour fonctionner avec un transformateur à point milieu mis à la masse.

 

Diode EZ80

À gauche le miroir de Baryum et l'électrode circulaire du "getter".
Au milieu on aperçoit une petite partie de la cathode entre les deux anodes circulaires. Elles sont prolongées par de grandes ailettes de refroidissement.