Les composants à cathode froide

Si deux électrodes sont placées dans une enveloppe de verre remplie de néon ou d'un autre gaz à basse pression, et qu'une tension suffisante est appliquée aux électrodes, le gaz s'ionise à un moment donné et le gaz autour de l'électrode négative (ou cathode) s'illumine. Ce sera en orange pour le néon, et en d'autres couleurs pour d'autres gaz. Ces composants sont appelés « cathodes froides » parce que la cathode n'est pas chauffée, contrairement aux tubes à vide ( « C'est quoi un tube à vide, papa ? » ). Une multitude de dispositifs ont été conçus à partir de cet effet, et j'en citerai quelques-uns ici.

Le composant à cathode froide le plus simple est la lampe au néon. Ces lampes (et les ampoules à incandescence pour les tensions plus faibles) étaient utilisées massivement à l'époque où les LED n'existaient pas encore. Elles s'ionisent à une tension d'environ 90 V (tension « d'amorçage » ou de « déclenchement » ) et, une fois ionisées, continuent de briller à une tension d'environ 65 V (tension de « maintien » ). Cette différence implique une région de résistance négative dans la courbe du composant (Figure 1) et un oscillateur de relaxation peut être construit avec une lampe au néon, une résistance et un condensateur (Figure 2).

De plus, en raison de la caractéristique de résistance négative, si vous voulez utiliser une lampe au néon comme voyant de présence du secteur en courant alternatif, vous devez placer une résistance en série avec elle, généralement de 220 kΩ avec du 220V CA . Si le courant n'est pas limité, la lampe aura une durée de vie très courte. Les lampes au néon ont des électrodes symétriques et, lorsque vous les utilisez avec du courant alternatif, les deux électrodes s'allument (Figure 3).

Les célèbres enseignes au néon que l'on voit dans des endroits tels que Piccadilly Circus et Times Square utilisent le même effet. Un tube façonné rempli de néon ou d'un autre gaz est utilisé, parfois avec une petite quantité de mercure, et diverses couleurs peuvent être produites. Il est possible d'obtenir encore plus de couleurs en appliquant une couche de phosphore fluorescent à l'intérieur du verre. Ces longs tubes ont besoin d'environ 30 000 volts pour s'illuminer.

Les tubes électroniques régulateurs de tension datent également de l'époque des anciens tubes à vide. Il s'agissait de tubes remplis de néon (généralement avec d'autres gaz) spécialement construits pour maintenir une tension très constante à travers eux une fois qu'ils avaient été « amorcés » . Les modèles les plus populaires étaient les OA2 (150 V), OB2 (106 V) et 85A2 (85 V). Ces composants étaient les équivalents des diodes Zener à l'ère des tubes à vide. Les courants de fonctionnement variaient de 1 à 40 mA environ.

Les tubes Nixie (Figure 4) sont encore très populaires de nos jours. Ces précurseurs des afficheurs à sept segments aujourd'hui omniprésents n'étaient que des tubes au néon réhabilités, mais avec dix cathodes, chacune ayant la forme d'un chiffre. Ils donnaient des affichages à l'apparence naturelle, et certains (dont je fais partie) les trouvent beaux et préférables aux affichages modernes.

Les tubes à éclats (Figure 5), utilisés dans les flashs des appareils photo et les lampes stroboscopiques, sont encore très répandus aujourd'hui. Ils sont principalement remplis de gaz xénon. Ils comportent deux électrodes principales et une électrode de déclenchement plus petite située à proximité de l'une des électrodes principales ou des deux. Si quelques centaines de volts sont appliqués aux électrodes principales, une impulsion haute tension appliquée à l'électrode d'amorçage provoque l'ionisation du gaz entre les deux électrodes principales, ce qui produit le flash blanc lumineux que nous connaissons et aimons tous.

Le limiteur de surtension à décharge de gaz est un autre composant largement utilisé (Figure 6). Il s'agit de composants à deux ou trois bornes, constitué chacun d'un tube en verre ou en céramique, avec une électrode à chaque extrémité et une au milieu. L'électrode centrale est généralement mise à la terre et les deux électrodes extérieures sont connectées, par exemple, à une ligne téléphonique. Toute tension supérieure à la tension de claquage provoque l'amorçage du composant et limite la tension en cas de surtension.

Il existe des multitudes d'autres composants à cathode froide. Les lampes fluorescentes utilisent généralement une cathode chauffée, bien qu'il en existe des types à cathodes froides, en particulier celles utilisées pour le rétroéclairage des écrans de téléphone. Les redresseurs à arc de mercure étaient utilisés autrefois pour le redressement du courant alternatif, et les thyratrons sont le précurseur des thyristors d'aujourd'hui. Les dékatrons étaient des tubes de comptage utilisés pour le comptage par dix, bien avant que les 7490 et 4017 ne soient que des faibles lueurs dans les yeux de leurs inventeurs respectifs. Mais ces composants pourraient faire l'objet d'un article à part entière (et nous espérons que ce sera le cas).

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