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" ERFECTIONNEMENTS AUX MONTAGES UTILISANT LES RELAIS ELECTRONIQUES.- "
L'invention vise les systèmes amplificateurs comportant des dispositifs photoélectriques, et plus particulièrement les circuits combinant des amplificateurs thermoioniques et des cellules photo-électriques.
Comme l'intensité des courants photoélectriques est très faible, généralement de l'ordre de quelques micro-ampères, il y a lieu d'utiliser plusieurs étages d'amplification, pour obtenir un courant appréciable efficace pour la commande de relais ou d'autres dispositifs d'utilisation quelconques- Cette amplifation peut être fournie par un ou plusieurs tubes à déchargea thermoionique reliés en cascade à la suite de la cellule, L'invention permet de réaliser des ensem- bles qui offrent un degré de sensibilité considérable aux variations du c ou-
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rant produit dans la cellule, c'est-à-dire aux variati.ons d'éclairement.
Elle permet aussi l'établissement de dispositifs simples fonctionnant bien, sali- mentant sous courant alternatif et, si on le préfère, sous courant continu.
Enfin, elle donne à l'utilisation des cellules photoélectriques, sous réserve de certains réglages indiqués plus loin, l'avantage de conduire à des amplifi- cations suivant la loi linéaire.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnant, donnés simplement à titre d'exemple et sans aucune limitation et dans lesquels s
La Figure 1 représente un montage en pont réalisé suivant cer- taines caractéristiques de l'invention, et comportant la combinaison d'une cel- lule avec un amplificateur qui est un tube thermionique à remplissage gazeux dont la décharge est an forme d'arc.
La Figure 2 représente les relations existant entre les tensions de plaque et de grille et les valeurs critiques pour la tension de grille dans les conditions d'équilibre du pont.
La Figure 3 représente trois courbes utiles pour expliquer un procédé convenable de réglage de l'amplificateur du type à gaz.
La Figure 4 reproduit les rapports existant entre les intensités du courant amplifié et les éclairements de la cellule photoélectrique, lorsqu' on change, dans le montage de la Figure 1, les conditions d'éclairement.
La Figure 5 représente graphiquement les effets électriques in- troduits dans le circuit de la Figure 1 par divers réglages du condensateur.
Dans la Figure 1, le chiffre 1 désigne un amplificateur thermio- nique du type à décharge en forme d'arc (thyratron par exemple), chs tubes con- venant bien à l'amplification de courants représentant une fraction de microwatt Un tube de ce genre comporte généralement trois électrodes immergées dans un mi- lieu ionisable (par exemple vapeur de mercure ou argon)à une pression pouvant être de l'ordre de 1 à 50 microns de mercure, et en tous les cas suffisamment élevée pour supporter une décharge sous forme d'arc, sous les tensions appli- quées à l'appareil.
Les: électrodes peuvent comporter une cathode thermionique 2 ,
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une anode ou plaque 4 et une grille interposée 3 de commande électrostatique, toutes les électrodes étant excitées de préférence par courant alternatif à l'aide du secondaire à prises multiples du transformateur 5* Le primaire de celui-ci peut être alimenté par la source 6 à fréquence commerciale- La gril- le est reliée à l'une des bornes du secondaire du transformateur, par l'in- termédiaire du condensateur variable 7, et la plaque est reliée à l'autre borne à travers les récepteurs constituant la charge, le courant de chauffage du filament étant appliqué au transformateur, aux prises 8 et 9 par exemple, disposées symétriquement.
Une cellule photoélectrique 10 est reliée entre la grille et la borne du'secondaire du transformateur auquel est reliée la charge en L. Comme on le voit, la cathode de la cellule est reliée à la gril- le, tandis que l'anode est reliée au transformateur. Une source de lumière 11 qui peut être d'un caractère variable, agit sur la cathode de la cellule. La charge en L peut être un relais commandant les circuits extérieurs, ou un amplificateur additionnel, ou tout autre récepteur quelconque branché entre la plaque et la borne du secondaire du transformateur reliée à l'amode de la cellule.
Bien que le réglage final du système dépende du type désiré de réglage du circuit de charge (suivant qu'on désire avant tout la sensibilité ou la fidélité, c'est-à-dire la loi linéaire d'amplification), il est géné- ralement avantageux d'assurer d'abord un équilibre du pont électrique. C'est ce qu'on réalise le plus avantageusement en faisant varier le condensateur 7, tout en maintenant la cellule dans l'obscurité, et en notant la sensibilité du tube amplificateur, comme il sera indiqué plus loin.
Il est évident que le système constitue un pont électrique dans lequel deux branches compennent le condensateur variable 7 et la section 12 du secondaire du transformateur, tandis que les deux autres branches compren- nent !la capacité intrinsèque, entre l'élément de commando 3 et l'anode 4 de l'amplificateur en parallèle avec le circuit intérieur de la cellule 10, ain- si que la section de bobine 13.
L'espace vide dans la cellule, lorsqu'elle n'est pas excitée, a les propriétés d'une capacité, puisque la résistance ohmique est infinie ou pratiquement infinie- Pour discuter l'équilibre du pont ou les écarts d'équilibre de ce pont, les capacitances entre électrodes ont été représentées au dessin en traits interrompus, sous la forme des con- n
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densateurs C2-C3 shuntant l'espace intérieur de la cellule et l'intervalle grille-plaque de l'amplificateur. La capacitance filament-grille n'est pas représentée, parce que sa valeur'est pratiquement faible.
Les prises faites sur le transformateur pour chauffer le filament peuvent être-choisies sur le secondaire , de sorte que,les capacités dans les branches opposées étant con- venablement réglées, on puisse équilibrer le pont au moyen du condensateur 7, auquel cas, la capacitance C1 de ce condensateur neutralise exactement les effets combinés des capacitances C2 ET C3. Par conséquent, il n'est appliqué aucun potentiel alternatif à la grille pendant la partie positive de l'alter- nance à courant alternatif.
Toutefois, même si la grille est pratiquement non chargée, dans ces conditions, le thyratron s'amorce normalement, pour la rai- son qu'il faudrait à tout moment une tension négative de grille dépassant la tension critique, pour éviter l'amorçage de l'arc. C'est ce que montre clai- rement la Figurew2, dans laquelle la courbe a représente la tension appliquée à l'anode par le secondaire du transformateur, et la ligne b la courbe du potentiel négatif de grille nécessaire pour empêcher la décharge.
Cette dé- charge n'est évitée que dans le cas où la ligne c représentant la tension de grille, ne coupe pas la courbe 1 des tensions critiques- La courbe ± est tracée pour un équilibre exact entre la capacitance C1 et la somme des capa- citances C2 Et C3; c'est-à-dire que c'est une ligne droite parallèle à l'axe horizontal dont la position dépend seulement des électrons reçus de la cathode et des courants de fuite entre les éléments de grille et les autres éléments du tube. Dans ces conditions, la grille prend une tension négative d'environ 0,5 volt par rapport à la cathode.
Dans la Figure 2, on observera que la ligpe de tension de grille c coupe la courbe b, et que par conséquent le thyratron s'amorce, de telle sorte que le courant passe pratiquement pendant toute la durée de l'alternance positive, comme indiqué par la surface hachurée. Au cas où un pliotron remplacerait un thyratron, il est évitent que la tension prise par la grille, quand le pont est équilibré, peut être suffisamment négative pour s'opposer à l'établissement d'un courant de plaque sensible pendant tou- te l'alternance positive du courant. Pendant l'alternance négative, aucun courant ne peut passer évidemment, ni dans le pliotron, ni dans le thyratron.
Quand la cellule est excitée par la lumière d'une source 11, ' de telle façon que la résistance du tube 10 diminue sensiblement, le système
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ne reste pas plus longtemps en équilibre, comme expliqué plus loin, et un potentiel alternatif est appliqué à la grille. Au cas où le potentiel est plus positif que la valeur critique nécessaire pour faire fonctionner le dis- positif thermionique, ou moins négatif que la valeur limite pour la décharge du thyratron, un arc est amorcé, qui dans la suite échappe à la commande de la grille, et dure jusqu'à ce que l'alternance positive de la tension d'ali- mentation de plaque passe par zéro. C'est une condition qu'on remarque par- faitement dans les diagrammes de là Figure 3.
Un arc ne s'amorce que si la tension de grille coupe la courbe de tension critique b pendant que l'anode est positive. Il est évident que les constantes du circuit et la position des prises du filament peuvent être réglées de façon à donner les caractéristiques de sensibilité qui conviennent au thyratron;, pour la commande des relais ou des appareils récepteurs constituant la charge L. La phase de la partie du cou- rant qui a passé, en cas d'absence d'éclairement, dans les capacités C2 et C3 pour équilibrer le courant passant à la grille par la capacité C1, change évidemment quand la cellule photoélectrique est excitée, l'introduction de résistances dans la branche contenant la capacité Ca entraînant une tension de grille, de la forme représentée en A, B, 0, Figure 3.
En conséquence, la grille est soumise au contrôle de phase ayant deux aspects (courant et manque de courant), lorsqu'on considère respectivement l'action de lahcellule photo- électrique dans les conditions d'éclairement et de manque de lumière. Cepen- dant, si 1 éclairement est modifié progressivement, la relation de phase va- rie de même progressivement, comme indiqué plus loin, et l'intensité moyenne traversant le thyratron peut être commandée de cette manière. Il est aussi évident que la variation de phase de la tension appliquée à ia grille peut être commandée par le condensateur 7, si on suppose une lumière d'éolairement constante.
Dans les conditions d'éclairement varia'bles ou de variations de ca- pacitance du condensateur 7, le courant du thyratron peut varier continuelle- ment de zéro au maximum. C'est ce que représente clairement la Figure 3 , dans laquelle les diagrammes A, B et C représentent trois étages caractéris- tiques dans le réglage de phase, pour déterminer le point de la période du courant alternatif auquel s'amorce l'arc-
Dans le diagramme A, la tension de grille est déphasée d'à peu près 1800 par rapport à la tension d'anode;) et le courant s'amorce près de
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la fin de lhaltemance positive.
Dans le diagramme B, la tension de grille a une avance de phase telle que le courant commence au milieu de l'alternance.
Enfin. dans le diagramme C, la tension de grille est à peu près en phase avec la tension de plaque, et le courant s'amorce à peu près au com- mencement de l'alternance, de sorte qu'il dure pratiquement pendant toute la demi-période.
'L'intensité de courant, par suite, est représentée par l'aire hachurée et le courant moyen résvlte de l'intégration de cette surface par unité de temps. Il est évident que le courant moyen est déterminé par le point d'intersection entre la courbe c de tension de grille et la courbe de tension critique b, point qui à son tour, est déterminé par la relation de phase en- tre la tension de grille.2 et la tension de plaque a. On doit comprendre que ce système, tout en se prêtant parfaitement à une variation continue du cou- rant débité, pour une variation continue des constantes du pont électrique, s'applique également bien aux variations rapides des constantes! par exemple, le passage de la cellule photoélectrique de l'état de pleine obscurité à l'é- tat de complet éclairement, ou inversement.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut faire servir le condensateur 7 comme moyen de neutralisation des capacités C2 et C3 existant entre les électrodes d'un tube (thyratron par exemple) et les électrodes de la cellule photoélectrique, de façon à obtenir la sensibilité maximum de fonctionnement dans l'ensemble;
ce condensateur 7 réglé d'une mani- ère déterminée peut aussi assurer la relation linéaire entre le courant débité et l'éclairement de la cellule-, C'est réglages de condensateurs consistent à
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produire une hyperneutralisation des capacités intarélactrodes 02 et C3, et on a trouvé qu'avec certains degrés de neutralisation dépendant des caracté- ristiques du thyratron, de la cellule et des circuits associés, la relation entre la courant débité et l'éclairement devient linéaire ou à peu près.
Quand on règle de cette façon les appareils, il est évident que ce réglage offre un intérêt particulier pour les applications dans lesquelles on désire la proportionnalité entre les deux phénomènes. Par exemple, il peut être ap- pliqué pour éliminer une résistance dans un circuit de charge de lampes par un dispositif obéissant au. courant d'un tuyratron, l'action de ce dispositif
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pouvant être réglée de façon progressive, en suivant exactement les variations d'intensité lumineuse sur une cellule.
La Figure 4 représente trois courbes représentant les courants de thyratron, pour ordonnées, en fonction des éclairements de cellule pour abscisses, dans des conditions où est réalisée une hyperneutralisation de la capacité inter-électrodes. On remarquera que la courbe d (qui dans des con- ditions correspondant a une capacitance Ci équivalent à dix fois la valeur de la somme C2-C3) est pratiquement une ligne droite, ce qui indique que la fonction est à peu près linéaire entre les courants du thyratron et les é- clairements de la cellule. D'autre part, la courbe représente la relation entre les deux mêmes facteurs (intensités et éclairement) lorsque Ci égal deux fois C2-C3. Enfin, la courbe f correspond à un réglage tel que C1 dépasse lé- gèrement C2-C3.
Il est évident que les courbes et et f correspondant à un ré- glage assurant'une sensibilité beaucoup plus grande que la courbe d, mais elle n'offre pas la caractéristique de proportionnalité qu'assure cette dernière courbe. En outre, les courbes font comprendre que, à mesure que la valeur de C1 approche de la somme C2 et C3, le degré de sensibilité croît si l'on sup- pose que le système fonctionne sur la partie droite de la caractéristique.
La meilleure valeur de la capacité C1 dépend donc de la loi de variation qu' on désire. Cette capacitce est dans tous les cas égale au moin8 à C2 et C3 de préférence: sans quoi, le courant maximum passerait dans le thyratron à tout instant, même lorsque la cellule est dans l'obsourité. La nécessité de faire appel à l'hyper-neutrodynage (même à un degré faible} apparait claire- ment des courbes de la Figure 5, GpH et I représentent les effets introduits dans le système de la Figure 1 pour différents degrés d'éclairement de la cel- lule, quand le condensateur 7 est, soit mis en position d'ypo-neutrodynage, soit en position de neutrodynage exact, soit enfin en position d'hyper-neutro- @nage des capacités C2 + C3.
Dans ces diagrammes les lignes 1, 2,3 et 4 représentent les tensions appliquées à la grille pour différents degrés d'é- clairement, la ligne 1 correspondant à l'éclairement le plus réduit. On ob- servera que, dans le cas d'hypo-neutrodynage, et dans les conditions d'équi- libre (diagramme G et H), la tension de grille est plus positive que la ten- sion critique d'amorçage, dans toutes les conditions d'éclairement, et par conséquent, le courant passe dans le thyratron pendant toute l'aterance
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positive, comme indiqué par l'aire hachurée dans la figure. D'autre part, quand le condensateur 7 est assez fort pour hyper-neutrodyner la capacitance C2-C3, on se trouve dans le cas du diagramme 1.
On voit que l'effet des dif- férents degrés d'éclairement en cas d'hyper-neutrodynage, est de déplacer le point d'intersection entre les courbes de tension de grille 1, 2 , 3 et 4 et la courbe de tension critique b de façon que l'amorçage du courant dans le thyratron se produit plus tôt, lorsqu'il y a augmentation d'éclairement.
La décharge totale par période pour le minimum d'éclairement est représentée par la surface hachurée correspondant à l'intersection de la cour- be 2. Des aires analogues peuvent être tracées pour d'autres valeurs de l'é- clairement correspondant aux courbes 3 et 4, et il est évident que le courant total par période croit progressivement, lorsque l'éclairement croit.
Bien qu'on ait décrit l'invention en prenant pour exemple de son application la combinaison d'un thyratron et d'une cellule photoélectri- que, il est évident qu'on peut apporter des modifications aux appareils et faire des applications variées des principes exposés ci-dessus. Comme exem- ple de telles modifications, on comprend évidemment qu'une cellule au sélé- nium peut remplacer la cellule photoélectrique, et le thyratron peut parfai- tement être remplacé par un pliotron.
Demorne, l'emploi du condensateur de neutrodynage 7 n'est pas limité à des systèmes utilisant des thyratrons, mais quelles que soient les combinaisons réalisées entre cellule et tube à déchar- ge, pliotron par exemple, lorsqu'on alimente le système par courant alternatif
Dans le cas d'un pliotron alimenté par courant continu, on n'a pas besoin du condensateur 7. Avec des thyratrons alimentés à courant continu, il arrive souvent que le thyratron s'amorce quand l'interrupteur de plaque est fermé, -même si la grille a une polarisation assez négative pour s'opposer à l'amorçage dans toutes les conditions de tension constante. Cola résulte de l'accouplement capacitif entre la grille et la plaque, qui'rond la grille ins- tantanément positive quand la plaque devient subitement positive.
Le démarrage impulsif peut être réduit au minimum, si on ferme le circuit de plaque d'abord à travers une résistance très élevée, de façon à ce qu'il atteigne lentement en sa tension positive; après quoi, la résistance est supprimée. On peut d'ail- leurs éviter entièrement ce phénomène en utilisant le condensateur 7 et en le branchant entre la grille et un point de polarité instantanée opposé à celui
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de l'anode. Un moyen d'obtenir ce résultat consiste à utiliser le circuit de la Figure 1, à y remplacer le transformateur 5 par une résistance exci- tée sous courant continu.
La différence entre un pliotron et un thyratron, en cas d'alimentation à courant continu, par rapport à l'utilisation du con- densateur 7, est que, dans le cas d'un pliotron, le courant de plaque passe seulement quand la grille est positive pendant une durée de l'ordre d'un microseconde, c'est-à-dire que le débit est très faible. Dans la cas d'un thyratron au contraire, le potentiel positif de grille, durant seulement un micro-seconde, suffit à amorcer le courant du thyratron qui a une va- leur importante et qui ne s'arrête plus jusqu'à ce que le circuit d'anode soit ouvert.
' Avec l'alimentation à courant alternatif, et au cas ou on dé- sire couper le courant du thyratron par l'éclairement de la cellule, le condensateur 7 et la cellule doivent occuper leurs positions inverses de celles que représente la Figure 3, le condensateur 7 de la figure serait donc remplacé par la cellule, et la cellule par le condensateur. Le courant ne diminue pas alors de façon continue avec un éclairement croissant, mais il tombe de manière disconditue, de sa pleine valeur à zéro, quand l'éclai- rement atteint une intensité critique. La cellule doit être agencée dans ce cas, comme une résistance à "deux voies", sous forme par exemple d'une cel- lule au sélénium ou une cellule photoélectrique ayant deux plaques revêtues d'une matière sensible à la lumière.
Si on utilisait une résistance à une seule voie (c'est-à-dire une cellule de construction ordinaire ne laissant passer qu'une alternance), le courant de thyratron serait coupé en cas d'é- clairement, mais ne reprendrait pas lorsque l'éclairement cesse,
Il est évident aussi, pour tout homme de l'art, que les autres sources de commande des impulsions peuvent servir et remplacer la cellule.
Par exemple, un signal qu'on désire amplifier peut être appliqué entre la grille 3 et l'anode 4, et s'il a une amplitude suffisante pour déséquilibrer le pont électrique ,il y aura conduction du courant entre la cathode 2 et l'anode 4, à travers le circuit de charge L. Dans tous les cas, le condens sateur 7 est nécessaire pour compenser la cpacitance grille-plaque du thy- ratron, car autrement le thyratron s'amorcerait et continuerait à fonction- ner, même en l'absence de signaux, comme indiqué déjà à l'occasion de l'ana-
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lyse qui a été donnés de son fonctionnement en liaison avec la cellule, dans le cas de non éclairement.
Bien entendu, les'montages et méthodes décrits s'appliquent aussi à la combinaison des amplificateurs thermoioniques avec des éléments thermosensibles; avec des éléments sensibles aux vibrations acoustiques et d'une manière générale à la combinaison avec tous les dispositifs dont la résistance électrique change en fonction d'une impulsion, périodique ou non, d'une nature quelconque*
Bien qu'on'ait décrit une forme de réalisation de l'invention, on ne désire pas se limiter à ces formes particulières données simplement à titre d'exemple, et par conséquent toutes les variantes s'inspirant des dis- positions indiquées rentreraient comme elles dans le cadre du présent brevet.