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PEBFECTlOIDJE!i4.ENTS AUX DISPOSITIFS a DEOHAB&E 3LBÙTEDhIQD* -
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L91nvsntiQIU vise les appareil@) à décharge électroniquell et parti- eul1 hem lIm l'application des aP:P'-rol1I'J à décharge comme capacités" Ainsi qu'on le 8ait, uno élwtrode chergéo négativement et plasma d$n61 'Ii!!l gaz à faible pres- sion fortement ionisa, se recouvre d'une gaîne dVicm;
1 positifs dant la masse est pratiquement exempte clélacteono négatifs
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La société demanderesse a découvert que cette gaine offre une
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certaine oapaoitemoe et qu'on peut 191ncorpo1"e1" dema des circuits électriques,,
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Gemme on y introduit des condensateurs de construction courante, de façon à lui
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donner toutes les applications que cec conclenoateuro sent susceptibles de reoe- voir Par analogie avec le conclenoatoug tel qu'n le oon6tmai d'ordinaire, les
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armatures du aondanstteur objet de l'invention sont constituées, l'une P" l'électrode intérieure à la gable, et l'autre par la surface extérieure de
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cette gaine d'ions positifs,
la tension entre les électrodes étant celle qui règne entre la face extérieure et la face intérieure de la gaine*
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Cependant, la capacitence du condensateur objet de l'invention diffère de celle du condensateur ordinaire, en ce qu'elle ne dépend pas de la position relative des électrodes opposées &u dispositif à décharge, et
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qu'elle se prête à un réglage électrostatique, ainsi que %'9t 1' pliqnmm plus loin* La tociété demanderesse a découvert que l'effet capacitif rieul.
lte de la distribution naturelle des électrons négatifs et des ions positifs autour d'une électrode chargée négativement et placée dans un gaz ionisa et une des caractéristiques de l'invention est qu'elle fournit une forme nou-
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Telle de condensateur ayant un effet capacitif du à l'action des éleatrans négatifs et des ions positifs autour d'une électrode chargée négativtatnt.
Conformément à un autre aspect de l'invention, on utilise cett capacitonce, a' es%-à-dire cette gaine positive ainsi formée dans des air cuits électriques, pour toutes les applications auxquelles étaient jusqut ici appelés seuls des condensateurs de construction courante, mais avec l'avantage important qu'elle fournit le moyen d'établir des condensateurs dont la capacité se règle électriquement et peut varier sans dépendre de l'inertie d'organes mécaniques mobiles* L'invention fournit des moyens de régler, de toute manière appropriée, la oapaoitanoe de la gaine ionisée po- sitive, par exemple suivant la nature des signaux désirés,
soit en vue de réglages de fréquence ou de réglages analogues* Elle fournit aussi des moyens de faire varier la fréquence d'un oscillateur suivant la valeur qu' on donne à la capacité de la gaine ionisée positive formée sur l'électrode*
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On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les aT8I1-' 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 limi- tation, et dans lesquels
La Fig*l représente un tube à décharge* électronique pouvant ser- vir de condensateur, suivant les indications du brevet*
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La ?ig*2 représente un système de signalisation utilisant cette capaoitanoe du type décrit,
pour régler la fréquence d'un oscillateur*
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Les Fig. 3, 4 et 5 représentent différentes variantes de l'in- -vention.
Dans la Fig.1, on a représenté un tube à décharge comportant une ampoule vidée 1 remplie d'un gaz ou d'une vapeur à faible pression (vapeur de mercure par exemple), ou gaz inerte. Pour ioniser le gaz, on se sert d'une cathode chauffée 2; une anode 3 disposée également dans l'enveloppe, la ca- thode étant chauffée par une source 4 et l'anode étant maintenue, par rapport à la cathode, à une tension positive appropriée suffisante pour maintenir l'i- onisation du gaz. On a représenté en 6 une électrode additionnelle disposée dan. l'ampoule et maintenue à une tension négative par rapport à la cathode, par une source 7 de F.E.M.
Le gaz renfermé dans l'ampoule est de préférence à pression assez réduite pour qu'il y ait une ionisation uniforme dans toute la masse de ce gaz* Cependant, si l'ampoule a la forme d'un tube dans lequel s'établit une décharge en forme de colonne (par exemple si on le destine à l'éclairage), on peut utiliser des pressions plus élevées de gaz, L'électrode sur laquelle se forme la gaine ionisée peut alore être placée à l'intérieur de la partie fortement ionisée du tube, dans le voisinage de la colonne lumineuse, par exemple.
Avec ces dispositions, on obtient une gaine d'ions positifs dont la surface extérieure est représentée Fig.1 par la ligne pointillée 6' an- tourant l'électrode 6. L'existence de cette gaine résulte du fait que les électrons négatifs qui se déplaçant dans le gaz ionisés, ne peuvent pas s'ap- procher de l'électrode 6, an raison de sa charge négative venant de la bette- rie 7.
D'autre part, les ions positifs qui se déplacent dans le gaz ionisé, peuvent au contraire s'approcher librement de l'électrode 6 et l'atteindre* Le courant résultant à travers la batterie 7, demeure cependant très petit, puisqu'il est entièrement transporté par les ions positifs* Il y a dona, au- tour de l'électrode, une couche de gaz qui, pour les besoins d-e l'invention, peut être considérée comme étant libre de tout électrons et comportant simple ment des lons positifs, cette couche de gaz constituant ainsi la gaine ilmi- sés positive*
Cette gaine offre une épaisseur déterminée, épaisseur qui dépend évidemment de la tension négative de l'électrode 6 et de l'intensité d'ioni-
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cation du gaz- Aimai, autour de l'électrode 6 chargée négativement,
il exis-
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te un chanp électrique* Ce champ s'étend à taie distance telle qu'il est <act0- tement neutralisé par le champ des ions positifs du gaz environnant- Bi d'an- trea termes, on peut supposer que chaque ligne de force projetée de l'électro- de 6 doit se terminer en un*ion positif sur la gains* Plue est réduite l'in- tensité d'ionisation du gaz, plus s'étend le champ électrique de l'électrode et plus a d'épaisseur la gains ionisée positive*Au contraire, plus est gran-
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de l'intensité d'ionisation du gaz et plus est llidlnoe la gain8 d'ion* positif*) On peut calculer l'épaisseur de cette gaine en utilisant les équations de la charge spatiale, et on peut montrer qU'''Jq est égale à 0, 0016 QII;
4I yétant la différence de potentiel d'une face. l'être de la gains et 114 courant des ions positifs en ampères par cm2. de surface d'électrode* Ainsi,
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on peut modifiar l'épaisseur de la gains, comme on le désire, en ahangesnt les sources de potentiel 5 & 7 (soit une seule, soit les deux), la première réglant l'intensité d'ionisation du gaz, alors que la seconde règle la charge donnée à l'électrode 6.
Comme indiqué ci-dessus, on a trouvé que cette gaine ionisée po-
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sitive offre une certaine aapacitanae qu'on peut calculer et mesurer* Ainsi, on peut assimiler cette gains à une zone non conductrice, puisque le; élea- trcus ne peuvent pas y pénétrer, zone séparée par deux surfaces oonductriaes dont l'une est représentéepar l'électrode 6 qui porte la charge négative électronique, tandis que l'autre est la surface extérieure de la gaine ayan le potentiel du gaz de remplissage,, c'est-à-dire du gaz à basse pression rem-
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plissant l'enveloppe et ayant à peu près lui-mme le potentiel de l'anode 3* Ce gaz est conducteur,
puisque les électrons négatifs s'y déplacent librement La gaine agit donc canme un parfait condensateur* L'écartemsnt antre leu art matures de ce cCIldEll8ateur correspond à Itépliueur de la gaine qui varie avec la tension appliquée aux électrodes et avec l'Intensité d'ionisation du gaz, de sorte que la capacité du condensateur varie suivant la tension des
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électrodes et l'intensité d'ionisation du gaz de 1'tnpuule Canne l'épaisseur de la gaine peut se déterminer facilement, on
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peut en déterminer par calcul la capacité, en faisant appel à des ooMider*- tions bien connues visant les condensateurs a ainli, la Société demanderes..
a trouvé que la capacité est égale à mierofarad par centimètre carré
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= étant l'épaisseur de la gaine exprimée en centimètres" Cette valeur de la capacitance de la gaine n'est exacte, il est vrai, que pour les fréquences appliquées soit à 1 électrode 6, soit à l'ano-
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de 3) assez élevées pour que les ions 9psi%ifsp à déplacement relativement lent, ne puissent pas suivre les oscillations de la tension instantanée* En d'autres termes, cette valeur de la oapacitanoe est exacte seulement pour des fréquences d'un ordre tel que la période du courant alternatif soit faible aoopamtivemmt au tempe requis pour qu'un ion positif traverse alépaisseur de la gaine*
Par centre,
dans la zone des fréquences dans lesquelles les ions positifs ont le temps de suivre les variations de la tension instantanée (et
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par conséquent se trouver toujours pratiquement en étant d'équilibre), la ca.. paaitmae de la gains offre une valeur égale à un tiers de la valeur précé.. d$11;
e- Entre ces deux zonez de fréquences, on a une bande étroite de
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fréquences critiques dont les périodes correspondent plus ou moins à la pé- riode requise pour Remettre la traversée de la gaine par un ion positif- Dans cette gamme de fréquences, la capacitance de la gaine varie de l'une à
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ltautte des valeurs indiquées ci-dessus, et elle est, pour cette zone à peu près proportionnelle à la fréquence"
L'électrode 6 peut évidemment présenter toute construction appro- priée, et par exemple prendre la forme d'une plaque ou d'une grilla*
La Figea représente à titre d'exemple un système de signalisation réalisant la transmission des signaux par variations de la fréquence des oscil
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lations émises,
la fréquence de selles-ci étant commandée par une oapacitaxice du genre décrit dans le présent brevet" En 8 est représenté un tube à déahar- ge électronique à trois éléments relié'à un circuit oscillant 9 branché en- tre plaque et filament, le circuit de grille contenant un cristal piboélec- trique 10, A ce circuit de grille est également reliée la résistance de fuite 11.
Avec ces dispositions, on produit, dans le circuit oscillant 9,
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des oscillations qui résultent de la & I oscillatoire produite sur la grille du tube à décharge par la vibration du cristal pizlectrique Ces oscillations peuvent ttre fourniee à un amplificateur approprié ou un multi-
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plicateur de fréquence 12, par l'Intermédiaire d'un condensateur de coupeage 13, et de là à un circuit de charge tel que l'antenne 29 ou un autre circuit d'utiliaat@@. Pour faire varier la fréquence des oscillations produites en 8, on a supposé qu'on faisait appel à un tube à décharge 15 plaçant une ca- paoité variable en dérivation sur le circuit oscillant 9 de l'oscillateur 8 Ce tube à décharge est du type représenté Fig'l,
et sa troisième électrode 6 est reliée à une des bornes du circuit oscillant 9, à travers un condensa- teur de couplage 19, tandis que sa cathode 2 *et reliée à la cathode du tube 8, par le conducteur 20. Ainsi, l'espace séparant la troisième électrode 6 et la cathode 2 du tube 16 peut être considéré comme branché en parallèle sur le circuit oscillant 9*
Pour faire varier la fréquence de l'oscillateur 8, on utilise, entre anode 3 et eathode 2, le circuit comportant un condensateur de blocage 24 et l'enroulement secondaire d'un transformateur 25. Le primaire de ce transformateur est excité par les courants de voix qu'on peut produire au moyen d'un transmetteur téléphonique 26 et amplifier au moyen d'un amplifi- cateur 27.
Avec ces dispositions, on voit que la fréquence des oscillations est déterminée par le cristal 10 et par l'accord du circuit oscillant 9, la capacité de la gaine ionisée positive entourant l'électrode 6 étant considé- rée comme partie de ce circuit oscillant*
Quand les ondes vocales sont appliquées sur l'anode 3 au moyen én transformateur 25 et du condensateur 24, le potentiel anodique varie évidem- ment, et par conséquent modifie le degré d'ionisation du gaz tans le tube 15.
Il en résulte une dilatation et une contraction de la gain* Ionisée positive, suivant les courants de voix, et cette variation sert à commender la fréquen- ce de l'oscillateur* Ainsi, cette fréquence est mddulés par le courant de voix, la fréquence étant multipliée par le multiplicateur de fréquence 18.
Toutefois, on remasquera que, dans la disposition de la Fig.2, il se produit des effets qui se compensent partiellement* La F.E.M. de com- mande, appliquée entre cathode et anode, agit non seulement sur le degré d'ionisation du gaz, mais aussi sur la différence de potentiel à travers la gains* Cela provient du fait que la surface extérieure de celle-ci est pra- tiquement à marne potentiel que l'anode, tandis que l'électrode 6 est maint.. nue à un potentiel défini par rapport à la cathode* Une augmentation du po.. tetiel de l'anode a pour effet d'augmenter l'ionisation du gaz, et par com-
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équemt de diminuer l'épaisseur da la gaîneo D" autre part, 1 amsutation de différence de potentiel à travers la ge,1ns,
.résultant de 1'argmmta%ion de potentiel de l'anode , a pour effet d'augmanter l'épaisseur de cette gaine* Ainsi, la variation de capacitance est due à l'effet résultant de ces deux effets partiels de sans opposés.
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La Fige3 représente une variante de la Fig-2, dans laquelle l'en- roulement secondaire du transformateur 25 est branché entre la cathode et la troisième électrode ou grilla 6 du tube lb* Le degré d iaoaisatiou du gaz est ici maintenu constant, taudis que la tension à travers la gaine varie* Ici, la variation de oapacitanoa est due seulement à ce dEll'J1ier effet*
Cette seconde manière de régler la capa ci tance de la salue offre 'Un avantage supplémentaire, du fait que la courant passant entre l'électrode 6 et la cathode est très faible, le réglage désiré s'effectuant entièrement par variation de la tension sur l'électrode 6.
D'autre part, une certaine in- tensité de courant passe nécessairement de la cathode à l'anode 3, pour pro- duire l'ionisation désiréés du gaz de l'ampoule" La variation de capacitance est, dans le dispositif de la Fig.2, produite largement par variation de ce courant* Ainsi, des variations de potentiel plus grandes sont nécessaires
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pour obtenir les variations désirées de capacité" 1à1 outre, le potentiel ano- dique étant constant dans le dispositif de la Fig'3, il n'y a pas de danger de supprimer l'ionisation du gaz, tandis que, dans la Fig.2, le potentiel minimum de l'anode doit âtre, pour éviter la distorsion des signaux transmis,
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suffisammEnt élevé pour maintenir tOuJOU\"8 l'ionisation gazeuse suffisante- La FIS-4 représente une autre variante,,
dans laquelle la secon- dire du transformateur 25 est branché dans un conducteur soaenun au circuit de l'anode 3 et de l'électrode 6. Ainsi,, lorsque le potentiel positif de l'a- @
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nade augmente, le potentiel négatif de l'électrode 6 décroît corêlat1viment.
La différence de potentiel à travers la ga<6ltne reste ainsi constante, la va- riation de capacitance étant due aut1èreD.mt au ahangemant d'ionisation du gaz*
La Fig.5 représente une autre variante de l'invention, dans laqua. le l'anode est reliée au un point intemédiaire du secondaire du transforma-
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tour 95 de la Fig3 ou de la 9ig*4 De la sorte, les effets mentionnée à pro- pos de ces figures concourent au résultat désiré La partie droite de l'en-
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roulement secondaire est, dans la Fig.5, mise en circuit avec l'anode 3 et l'électrode 6.
Par conséquent, elle a l'effet décrit à propos de la Fig.4, c'est-à-dire qu'elle entrains une variation d'ionisation gazeuse, sono varia- tion de voltage à travers la gaine* D'autre part, la partie gauche du secon- daire est reliée seulement au circuit de l'électrode 6, et par conséquent
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elle a l'effet décrit à propos de la Fig-3, etest-à-dire une variation dé tension à travers la gaine, sans variation d'ionisation. gazeuse* Puisqu'une
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augmentation de l'ionisation gaseuse dans la parti* droite du IIccm.dair8, ne produit en mtlne temps qu'une diminution de tension à travers la gains, tus à la partie gauche du même secondaire, et puisque ces deux effets tendant A di-
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minuer l'épaisseur de la gains,,
et par conséquent à san augmenter la aapoi% ce, on voit qu'il n'y a plus opposition d'effet, mais au contraire concordan- ce*
Bien que l'application envisagée pour fixer les idées, utilisant le tube à décharge 15 pour commander la fréquence de 1'oscillateur à cristal,
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ait vm, caractère particulier, il convient d'y voir simplement un IX8I1p1.
ria lisîmt l'utilisation de la gaine ionisée come condensateur, et par ailleurs toutes les applications des condensateurs sont réalisables par utiUI.t1cm' aJo propriée de la marne gains* Les différentes figures, données à titra pliaa%tf et ce rapportant /dss variantes de l'application prise pour ple, ntant cun caractère limitatif, le but poursuivi étant simplement d'éclairer nette- ment les principes sa jeu, sans limiter les applications qui en pouvant dé- couler* Par conséquent, il va de soi que toutes autres variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées, rentreraient coma elles dans le cadre du présent brevet-
On peut. par exemple, faire appel, dans certains cas, au fait que pour une gamme déterminée,
la capacité de la gaine fomée autour de l'é- lectrode 6 par les ions positifs, varie avec la fréquence, et utiliser cette
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nouvelle propriété pour constituer des capacitances hnt la loi de '1&riat1= diffère notablement de celles qui ont une valeur 0 constante* Cette nouvelle' propriété permet de réaliser des circuits accordés ayant des caractéristique*
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,de résonanoe beaucoup plus prononcées et par conséquent une action intipami. te; on conçoit qu'il cet possible d'ailleurs d'en tirer de très nombreuse* applications sans sortir du cadre de la présente invention.