CALCULS CATHODE COMMUNE

Introduction au Montage en Cathode Commune

Le montage en cathode commune est la configuration fondamentale utilisée en électronique pour les étages d'amplification à tubes électroniques. Il s'agit d'un montage où la cathode du tube est commune à l'entrée et à la sortie du circuit, d'où son appellation

La figure ci-dessous représente ce circuit. Il peut être réalisé avec une triode ou une penthode.

Si vous maîtrisez les étages à semi-conducteurs, le montage en source commune constitue la transposition du montage en cathode commune. Bien que le fonctionnement du transistor à effet de champ (FET) diffère fondamentalement de celui des tubes électroniques, ces deux configurations reposent sur des principes similaires. En particulier, la grille d’un tube, tout comme la porte d’un FET, ne consomme qu’un courant négligeable, ce qui confère à ces montages une impédance d’entrée très élevée. Il sera donc considéré comme nulle dans les calculs suivants

Dans un montage en cathode commune, la grille de commande reçoit le signal d'entrée, tandis que l'anode délivre le signal amplifié. La cathode, quant à elle, est à la masse via une résistance et éventuellement un condensateur de découplage pour stabiliser le point de fonctionnement.

Un article est consacré à la réponse en fréquence du condensateur de découplage sur ce site en suivant le lien suivant XXXX

L'amplification repose sur le contrôle du courant anodique par la tension appliquée à la grille : une variation de cette dernière entraîne une modulation du courant circulant entre la cathode et l'anode, générant ainsi un gain en tension.

La figure ci-dessous représente le modèle équivalent

On observe que le schéma équivalent du montage en cathode commune repose sur un modèle simplifié de la triode, remplacé par un générateur de tension de valeur-μVg et de résistance interne ρ Le signe négatif traduit un déphasage de 180° entre la sortie et l’entrée du circuit. La tension à la sortie du générateur est donc multipliée par le facteur d’amplification de la triode.

Il est possible calculer le gain de cet étage comme suit , la sortie étant exprimée comme la tension -μVg appliqué au pont diviseur constitué des deux résistances Ra et ρ

Puisque le courant de grille Ig est supposé nul, la tension de grille est alors simplement égale à Vg=E, il est alors possible de réécrire

Le gain s’exprime alors comme :

L’impédance d’entrée Zin est égale à la résistance de grille. Zin=Rg

L’impédance de sortie Zout se calcul en court-circuitant le générateur -μVg

On obtient :

La façon de polariser correctement cet étage est expliqué dans la série de vidéos présentes sur le site.

Caractéristiques et Performances

Le montage en cathode commune se distingue par les propriétés suivantes :

• Gain en tension élevé : Le rapport entre la variation de tension de sortie et la variation de tension d'entrée peut atteindre plusieurs dizaines en fonction des paramètres du tube et des composants associés.
• Impédance d'entrée moyenne à élevée : Elle dépend de la polarisation de la grille et de la charge connectée au circuit.
• Impédance de sortie relativement élevée : L'impédance de charge doit être choisie avec soin pour optimiser les performances du circuit.
• Inversion de phase : Le signal de sortie est en opposition de phase avec le signal d'entrée, ce qui peut être exploité dans certaines architectures de circuits.