Émetteur à étincelles - Définition

Éclateur

Un éclateur simple se compose de deux électrodes conductrices dont l'espace interélectrode est immergé dans un gaz (l'air le plus souvent). Lorsqu'on applique une haute tension suffisante, une étincelle se forme dans l'espace entre les deux électrodes, cette étincelle ionise le gaz du milieu réduisant ainsi brutalement sa résistance électrique à un niveau très faible. Un courant électrique traverse alors le gaz jusqu'à ce que le chemin de gaz ionisé se casse ou que la valeur du courant descende en deçà d'une valeur appelée « courant de maintien ». Ceci a lieu d'habitude lorsque la tension entre les électrodes chute suffisamment, mais peut aussi être provoqué en refroidissant le chemin de l'étincelle ou encore en séparant physiquement les électrodes l'une de l'autre. En « cassant » ainsi la conductivité du gaz ionisé le condensateur peut se recharger et le cycle charge–décharge recommence. L'ionisation du gaz est à la fois brutale et violente (disruptif) et crée un son très sec allant du simple claquement pour une bougie d'allumage automobile à une véritable déflagration dans le cas d'un espace interélectrode important. À ce moment, l'éclateur produit également de la lumière et de la chaleur.

Construction

Les premiers éclateurs montés dans les émetteurs radio sont de fabrications différentes selon la puissance mise en œuvre. Certains sont relativement simples est formés de plusieurs éclateurs à écartement fixe montés en série, d'autres sont sensiblement plus complexes. Parce que les électrodes sont très chaudes et érosives, leur refroidissement et leur usure sont une préoccupation constante. De plus, la puissance des émetteurs augmentant, apparaît le problème de l'« étouffement » de l'arc.

Par « étouffement » on entend le fait d'éteindre l'arc précédent formé dans l'éclateur. Ceci est infiniment plus délicat que d'envisager l'interruption simple de l'arc. À froid, un éclateur ne produisant pas d'étincelles ne contient pas de gaz ionisé. Une fois que la tension de rupture est atteinte entre les deux électrodes, les molécules de gaz de l'espace interélectrode sont extrêmement ionisées selon un chemin créant un arc électrique très chaud, ou plasma, qui consiste en un grand nombre d'ions ou d'électrons libres situés entre les deux électrodes. La chaleur de l'arc rend incandescente une partie des électrodes ce qui contribue à la création d'électrons libres par émission thermoïonique, ainsi que la création de vapeur de métal. Le mélange des ions et des électrons libres dans le plasma est extrêmement conducteur ce qui conduit à une chute importante et brutale de la résistance électrique dans l'espace interélectrode. Cet arc très conducteur permet la naissance d'oscillations dans le circuit LC. En revanche, le courant oscillant entretient l'arc jusqu'à ce qu'il soit étouffé, et pendant ce temps, le condensateur ne peut pas être rechargé pour l'impulsion suivante.

Étouffement de l'arc

Il existe différentes méthodes pour étouffer un arc :

• un jet d'air comprimé qui refroidit, allonge puis « souffle » le plasma ;
• le multi-plate discharger de Max Wien pour refroidir les arcs des émetteurs à étincelles de moyenne puissance est plus connu sous le nom d'« étincelle sifflante  » (whistling spark) en raison de leur signal caractéristique ;
• l'usage d'un gaz différent, l'hydrogène par exemple, qui éteint l'arc plus efficacement car le refroidissement des électrodes est meilleur ;
• un champ magnétique produit soit par deux aimants permanents, soit par les pôles d'un électroaimant, orientés à angle droit par rapport à l'espace interélectrode, qui étirent et refroidissent l'arc.

Éclateur à décharges périodiques

L'extinction des arcs sur des émetteurs de plus en plus puissants a conduit au développement de l'éclateur à décharges périodiques. Ce système est utilisé avec une alimentation en courant alternatif qui produit des étincelles plus régulières et autorise des puissances supérieures aux émetteurs à étincelles conventionnels. Le dispositif comporte un disque rotatif interne qui est muni d'électrodes à sa périphérie qui viennent se placer face à des conducteurs situés sur la partie fixe autour du disque. Chaque fois qu'une des électrodes du disque se trouve dans l'alignement d'un des contacts sous haute tension, un arc apparait. En raison de la rotation du disque cet arc est rapidement étiré, puis refroidi et éteint.

Les éclateurs à décharges périodiques peuvent opérer en mode synchrone ou asynchrone. L'éclateur synchrone est piloté par un moteur synchrone à courant alternatif tournant à une vitesse fixe, et le rythme de production des étincelles est directement lié à la forme d'onde du courant alternatif qui recharge le condensateur du circuit oscillant final. Le point de l'onde correspondant au moment où les éclateurs sont au plus près peut être modifié en ajustant la position du rotor sur l'axe du moteur par rapport aux contacts du stator. En ajustant convenablement l'éclateur, l'arc ne sera produit que sur un pic de tension d'alimentation. Le taux de rupture est donc fixé à deux fois la fréquence d'alimentation soit, en général, de 100 à 120 ruptures par seconde. Les émetteurs à étincelles synchrones — lorsqu'ils sont convenablement réglés — délivrent la plus grosse partie de l'énergie à l'antenne. Cependant, l'usure progressive des électrodes modifie le point de déclenchement de l'arc ce qui complique la maintenance de ces équipements.

Les éclateurs asynchrones sont beaucoup plus courants. Dans ce cas, la vitesse de rotation du moteur est indépendante de la forme d'onde de la tension d'alimentation. Les éclateurs asynchrones fonctionnent très bien et sont beaucoup plus faciles à entretenir que les éclateurs synchrones. En augmentant le nombre des électrodes, ou en accroissant la vitesse de rotation du moteur, on peut atteindre des taux de rupture supérieurs à 400 ruptures par seconde. Étant donné que l'on peut obtenir un nombre d'étincelles supérieur au nombre d'inversions de polarité de la tension d'alimentation, le condensateur du circuit oscillant de puissance peut être chargé et déchargé plus rapidement que dans le cas d'un éclateur synchrone. En revanche, les décharges se produiront à des tensions différentes et inférieures à celles d'un pic de tension d'un éclateur synchrone.

Les éclateurs rotatifs permettent également de modifier la tonalité de l'émetteur car, soit en changeant le nombre d'électrodes, soit en faisant varier la vitesse de rotation du rotor, la fréquence de production des étincelles est modifiée. Ce changement est perceptible avec des récepteurs équipés des filtres appropriés, et ainsi l'opérateur est capable de distinguer les signaux d'émetteurs différents opérant sur la même fréquence. Classiquement, un émetteur à décharges périodiques de forte puissance fonctionne à l'aide d'un disque rotatif de 20 cm à 60 cm de diamètre, muni de 6 à 12 pointes qui permettent de commuter plusieurs milliers de volts.

La sortie d'un éclateur à décharges périodiques est commutée par un manipulateur de télégraphie spécial placé dans la ligne d'alimentation du système producteur de haute tension. Le manipulateur est muni de contacts importants pour supporter les courants élevés — qui peuvent être supérieurs à 20 A — du primaire basse tension du système d'alimentation.