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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS A DECHARGE ELECTRONIQUE.
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Cette invention se rapporte à des dispositifs à décharge électronique, et plus particulièrement à des détecteurs ou à des rectificateurs à remplis- sage gazeux, comprenant une cathode incandescente.
Il est désirable dans beaucoup de cas que les dispositifs à décharge électronique utilisés dans la détection ou la rectification des impulsions de fréquences radiophoniques aient une caractéristique pratiquement linéaire, c'est-à-dire que le courant rectifié doit varier directement comme le voltage appliqué ou voltage des signaux reçus. Il est aussi désirable que l'impédance offerte par le dispostif soit basse pour le demi-cycle conducteur et grande pour le cycle inverse. Par conséquent, au point de vue de l'efficacité,, il faut que le pouvoir du filament soit comparativement faible.
On a trouvé que dans les dispositifsà décharge électronique remplis au moyen d'un gaz inerte, la caractéristique de ces dispositifsdépend de la forme d'ionisation qui prévaut, et que cette forme varie avec l'amplitude du courant de charge. Dans les dispositifsconnus jusqu'à présent, le passage d'une forme d'ionisation à une autre est ordinairement accompagnée par des
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discontinuités et des courbures prononcées dans les caractéristiques de ces appareils, de sorte que le courant rectifié n'est pas d'une fonction linéaire du voltage appliqué. Il s'ensuit que, par exemple en radiophonie, un change- ment quelconque dans la forme d'ionisation pendant le cycle de modulation ou de rectification de l'onde de fréquence porteuse, amène une déformation et une reproduction instable du voltage appliqué ou du voltage de signalisation.
Un des buts de l'invention est donc de modifier et d'améliorer les caractéris- tiques des dispositifs à décharge électronique du type à remplissage gazeux, de manière à reproduire les voltages de signalisation fidèlement et sans dé- formation. Un autre but de l'invention est d'accroître l'efficacité et la. durée d'un dispositif de ce genre.
Les dispositifs à décharge électrique conformes à l'invention compren- nent une enveloppe en forme de tube dans laquelle sont montées une cathode émettrice d'électrons, un écran cathodique, une ou plusieurs électrodes collectrices qui peuvent prendre la forme d'une simple tige, et une électrode ionisatrice. Le tube est rempli d'un gaz inerte ou de vapeur sous faible pression, domne par exemple de l'argon.
Suivant une des formes de réalisation de l'invention; l'électrode ionisatrice comprend un tamis de fils cylindriques encerclant la cathode, l'écran cathodique et l'électrode collectrice, le dit tamis étant disposé con- centriquement par rapport à la cathode. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, l'électrode ionisatrice prend la forme d'un bâti rectangulaire constitué de deux tiges verticales parallèles et également espacées de la cathode et de deux tiges transversales soudées aux tiges verticales. Dans cette deuxième forme de réalisation, l'électrode ionisatrice peut être dis- posée soit entre la cathode et l'électrode collectrice, ou au delà de cette électrode collectrice.
Lors du fonctionnement du dispositif tel que décrit ci-dessous, l'élec- trode ionisatrice est maintenue fortement positive par rapport à la cathode,. et un courant continu d'ionisation est ainsi produit entre la cathode et l'électrode ionisatrice. Le voltage de signalisation est appliqué sur l'élec- trode collectrice qui est aussi de préférence maintenue à une potentiel posi- tif par rapport à la cathode, des moyens convenables indicateurs de signaux
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étant couplés au circuit cathode - électrode collectrice ou au circuit électrode collectrice - électrode ionisatrice. On a trouvéque si le courant d'ionisa- tion est maintenu à une amplitude suffisante, la forme d'ionisation sera pratiquement constante et non affectée par des variations dans le courant de charge.
Cela permet de réaliser avec des dimensions convenables et une place judicieuse de l'électrode collectrice, ainsi qu'avec un choix de la pression gazeuse et de la polarisation de l'électrode collectrice, un détecteur ou un rectificateur pour impulsions radiophoniques, ou de fréquences auditives, qui a une courbe caractéristique pratiquement linéaire pour une grande rangée de courants et qui peut fonctionner avec un rendement pratiquement élevé.
Les diverses particularités de l'invention sont mieux comprises de la description détaillée suivante basée sur les dessins ci-joints. Sur ceux-ci :
La figure 1 montre en élévation et en perspective une forme de réali- sation d'un dispositif à décharge électronique construit suivant les prin- cipes de l'invention. Une partie de l'enveloppe est enlevée afin de mieux faire voir la disposition des éléments intérieurs.
La figure 2 est une vue en élévation du dispositif montré fig.I, en partie sectionné afin de mieux faire voir l'assemblage des électrodes et leurs espacements.
La figure 3 est une vue d'une section faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2. Cette vue montre la relation qui existe entre les électrodes, ainsi que leurs configurations.
La figure 4 est une vue en perspective et sectionnée représentant le montage des électrodes sur le sup'port dans la forme représentée fig.l.
La figure 5 est une vue en élévation d'un dispositif comprenant deux électrodes collectrices.
Les figures 6 et 7 sont des vues en élévation et en perspective d'autres formes d'un dispositif à décharge électronique construit en concordance avec la présente envention.
La figure 8 est une vue, à une échelle agrandie, d'une section faite suivant la ligne 8-8 de la cathode équipotentielle montrée fig.2.
La figure 9 est le schéma d'un arrangement de circuits renfermant un
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dispositif à décharge conforme à l'invention.
La figure 10 montre la relation qui existe entre le courant et le voltage du collecteur pour différents cycles dans le cas d'un dispositif con- forme à l'invention.
La figure 11 représente les courbes caractéristiques typiques pour un tel dispositif.
La figure 12 se rapporte aux courbes caractéristiques pour différents types de dispositifs comprenant des électrodes collectrices offrant diffé- rentes surfaces effectives.
La figure 13 montre les courbes caractéristiques pour divers types de dispositifs présentant des espacements différents entre les électrodes.
La figure 14 se rapporte à la distribution du potentiel dans un dis- positif à décharge électronique conforme à l'invention.
Suivant les dessins ci-joints, une forme de réalisation de l'invention est montrée sur la fig.l. Le dispositif à décharge électronique représenté comprend un.tube 20 forcnant enveloppe, cimenté ou autrement fixe une base isolante 21 qui est pourvue de broches 22 permettant de connecter le disposi- tif à un circuit électrique extérieur. Le tube ou enveloppe 20 comprend une colonne rentrante se terminant par 'une partie pratiquement rectangulaire 23 sur laquelle sont montées les électrodes. Deux tiges métalliques rigides, fixées au support 23, ont chacune une partie 24 pliée extérieurement et vers le haut, se trouvant près du support, et une partie rectiligne 25 s'étendant près de l'enveloppe, les dites parties rectilignes étant parallèles entre- elles.
Deux disques métalliques 26 et 27 sont montés sur les tiges parallèles 25,et sont maintenus en relation espacée l'un par rapport à l'autre. Les bords 28 et 29 de ces diques sont recourbés perpendiculairement aux plans des diques, et ceux-ci sont montés sur les tiges 25 de manière que ces re- bords soient dirigés l'un vers l'autre. Une électrode cylindrique 30, en forme de tamis, est supportée par les disques, les extrémités de cette électrode reposant contre les bords verticaux 28 et 29. Le disque 26 est pourvu d'une ouverture centrale circulaire 31 ainsi qu'on peut le voir plus clairement sur la figure 2. Un bloc circulaire 32, de manière isolante telle que de la lavite, 'est supporté par le disque 26.
Le disque 27 porte une tubulure 33
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s'étendant extérieurement vers le bas et constituant une ouverture centrale dans laquelle est logé un bloc 34 fait d'une matière isolante telle que de la lavite. Une cathode linéaire, du type équiptentiel, s'étend à travers l'ouverture centrale du bloc 34 et est formé d'une tige forée 35 en quartz montrée en section sur la figure 8. A travers cette tige passe un conducteur de chauffe 36 fait en tungstène de préférehce et taraudé. Un manchon métal- lique 37, de préférence en nickel, s'agrippe autour de la tige 35 et est re- couvert d'une matière à activité thermionique telle que des oxydes alcalino- terreux pouvant émettre des électrons sous l'action de la chaleur.
Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 4, les extrémités des fils de chauffe 36 sont soudés aux conducteurs d'amenée 38 noyés dans le support 23 et connectés à une paire de broches 22. Un autre conducteur d'amenée 39, aussi noyé dans le support 23 et cimenté à une broche 22, est soudé à une tige de prolonge- ment 40 faisant partie du manchon 37. Une autre tige de prolongement 41 fai- sant aussipartie du manchon 37, est soudée au conducteur 43 qui passe à travers l'ouverture 31, du disque 26 et une ouverture centrale du bloc isolant 32; le conducteur 43 est soudé à une'tige flexible 44 soudée à son tour au conducteur recourbé 45 noyé dans le bloc 32.
L'électrode collectrice consiste en une simple barre rigide fixée dans le support et présentant d'abord une partie 46 courbée vers l'extérieur et vers le haut, laquelle est'voisine du support, puis une partie rectiligne 47 passant à travers une ouverture ménagée dans le disque 27. Cette partie rectiligne est parallèle à la cathode.
Une paire de fils rigides et parallèles 48 s'étendent entre les deux blocs isolants 32 et 34 auxquels ils sont fixés, ces fils supportant un écran 49 qui peut avoir la forme d'une grille hélicoidale ainsi qu'il est montré figs.l, 2 et 3, ou peut présenter la forme d'un écran cylindrique en forme de tamis. L'écran cathodique 49 permet d'atteindre deux buts à savoir : premièrement il permet de réduire la vitesse des électrons émis par la cathode et deuxièmement il protège la surface émettrice sensible de celle-ci contre le bombardement d'ions positifs. L'écran cathodique réduit aussi l'amplitude @ du courant d'ionisation requis.
Un moyen de support 50, pour getter ôu matière absorbante, peut rece-
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voir une certaine quantité de matière vaporisable, telle que du magnésium pouvant absorber ou fixer les vapeurs ou gaz préjudiciables qui peuvent se trouver à l'intérieur de l'enveloppe 20. Le support 50 est fixé au disque 27 par un bras 51.
Dans la fabrication du dispositif à décharge électronique décrit ici, le vide à un haut degré est fait dans le tube 20 au moyen d'une méthode connue et par des moyens convenables, et une certaine quantité de vapeur de mercure ou d'un gaz inerte tel que de l'argon à basse pression, est intro- duite dans le dit tube 20. Il est cependant évidant que d'autre gaz ou va- peurs, tels que de la vapeur de caesium ou de sodium, peuvent être employés.
La figure 5 montre une forme modifiée du dispositif de la fig.l per- mettant la rectification de l'onde complète. Deux électrodes collectrices sont utilisées, chacune d'elles ayant une partie rectiligne 47 parallèle à la cathode et également espacée de celle-ci.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, :nontrée fig.o, le dispositif à décharge électronique comprend le tube ordinaire 20 servant d'enveloppe et une base isolante 21 supportant des broches 22. Le tube enve- loppe 2C présente une colonne rentrante se terminant par une pièce de support rectangulaire 23 sur laquelle sont montées une cathode 52 du type équipoten- tielle, et une cathode collectrice 53 ayant la forme d'une simple barre ou d'un ruban rectiligne parallèle à la cathode. Les électrodes sont convenable- ment connectées à certaines des broches 22 au moyen de conducteurs d'amenée 54 et 55.
Dans la forme de réalisation envisagée, l'électrode ionisatrice a la forme d'un bâti rectangulaire comprenant deux tiges verticales 56 para- llèles entre-elles ainsi qu'à l'électrode collectrice et à la cathode, et deux tiges horizontales ou transversales 57 soudées aux tiges verticales 56 aux extrémités de celles-ci ou près de ces extrémités. L'électrode ionisa- trice est supportée par la pièce 23 au moyen de tiges pliées 58 qui sont en partie noyées dans la pièce 23, une des tiges étant connectée à une des broches 22 par un conducteur d'amenée 59.
Un isolateur 60 est monté sur l'électrode ionisatrice et deux fils pliés bl et b2 sont en partie enfoncés dans le dit isolateur. Ces deux fils sont soudés à d'autres fils flexibles de liaison 63 et 64, dont l'un, le fil
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63, est soudé à l'extrémité libre de l'électrode collectrice 53.
La figure 7 montre encore une autre forme de réalisation de l'inven- tion. Dans ce cas l'électrode ionisatrice est formée par deux tiges droites et parallèles 65 supportées par la partie 23 de la colonne rentrante au moyen de tiges pliées 66. Une de celles-ci est électriquement connectée à une broche 22. Une barre de liaison 67 est soudée aux tiges 65 à l'une de leurs extrémités. Une pièce isolante 68 est fixée aux tiges 65 et supporte un fil plié 69 qui est à une de ses extrémités enfoncé dans la pièce 68 tandis que son autre extrémité soutient un des bouts de la cathode équipo- tentielle 70. Une électrode collectrice 71, supportée par la partie 23 de la colonne inférieure, comprend une partie parallèle à la cathode et à l'élec- trode d'ionisation, laquelle partie est adjacente à l'électrode d'ionisation et est également espacée des tiges 65.
Un disque 72 en matière isolante comme par exemple en mica, est supporté par les tiges 66 ainsi que par une tige support 73 en partie enfoncée dans le support 23. Ce disque empêche que la décharge ne s'exerce jusqu'au support 23, ni entre les conducteurs d'amenée aux électrodes.
Il est évidemment possible de modifier les dispositifs représentés aux figures 6 et 7 afin d'introduire dans l'assemblage deux électrodes collec- trices et deux électrodes ionisatrices pour permettre la rectification d'une onde entière. Un écran cathodique peut aussi être incorporé dans ces formes de réalisation de l'invention.
Dans le fonctionnement d'un dispositif à décharge électronique tel qu'un de ceux décrits ci-dessus, l'électrode d'ionisation est maintenue fortement positive par rapport à la cathode, et un courant d'ionisation con- tinu est donc produit entre la cathode et l'électrode ionisatrice. Le voltage des ondes de signalisation est appliqué entre l'électrode collectrice et la cathode, et une charge, telle qu'un moyen convenable indicateur d'appels, est associé soit en shunt ou en série avec le circuit cathode-collecteur ou dans le circuit électrode ionisatrice-collecteur. On a trouvé que dans un disposi- tif fait conformément à l'invention; si le courant d'ionisation est maintenu à une amplitude convenable, la forme d'ionisation sera pratiquement constante pour une grande rangée de courants collecteurs.
En choisissant convenablement
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la position et les dimensions de l'électrode collectrice, ainsi que la pression du gaz et la polarisation du collecteur, un dispositif à ionisation continue peut être ontenue qui opèrera d'une Manière satisfaisante comme détecteur ou rectificateur caractéristique linéaire pour une grande rangée de voltages et de courants au collecteur.
Le.mode de fonctionnement desdispositifs conformes à l'invention est plus facilement compris par la description suivante, ba,sée sur la fig.9, qui envisage son application un circuit. Sur cette figure le dispositif est désigne en 74 et il comprend une cathode équipotentielle 75, un écran cathodique 76, une électrode collectrice 77, et une électrode ionisatrice 78.
Le voltage d'arrivée est appliqué aux bornes 79, dont l'une est connectée à la cathode 75 et l'autre est connectée à l'électrode collectrice 77. Une source de potentiel, telle qu'une batterie 80, est connectée en série avec une résistance 81 entre l'électrode d'ionisation 78 et la cathode 75 afin d'établir un courant d'ionisation d'une amplitude voulue entre cette cathode et cette électrode d'ionisation, ntre l'électrode collectrice 77 et la cathode 75 se trouve un circuit série renfermant une source de potentiel,. telle qu'une batterie C2, une charge 83 et un circuit accordé constitué par une inductance 84 et une capacité shunt 85. La charge peut .consister natu- rellement soit en une résistance pure soit en une réactance ou soit en un ensemble combiné de résistance ure et de réactance.
Par exemple le circuit d'arrivée peut être formé par l'antenne dans le cas d'un transmetteur de radiodiff usion, et la charge peut 'consister en un dispositif de gain pour effectuer des mesures de déformation.
Les courbes caractéristiques pour un dispositif à décharge électro- nique conforme à l'invention sont montrées sur la fig.ll. Sur ce diagramme, la courbe A représente la variation du courant collecteur en fonction des voltages cathode-collecteur, tandis que la courbe B représente la résistance du dispositif en fonction des mêmes voltages. Il est évident que la courbe caractéristique voltage-courant pour le collecteur comprend deux parties rectilignes convergeant sous un angle plus grand que 90 et qu'une rectifi- cation pratiquement linéaire d'ordre élevé peut être obtenue entre les voltages au collecteur .correspondant aux points C. D. de la courbe.
La pola-
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risation du collecteur peut évidemment être choisie de manière à ce que le dispositif de décharge soit pratiquement non conducteur pour la moitié du voltage du courant reçu et très conductif pour l'autre moitié du cycle.
Cela peut clairement être vu de la figure 10 qui montre schématiquement les variations du courant au collecteur pour un voltage sinusoïdal d'un volt d'amplitude, référence étant faite à la courbe caractéristique de la fig.ll.
. La composante du courant constant due à une polarisation du collecteur par exemple de 16 1/2 volts est environ de 1,2 milliampère. Pour un voltage de
17,5 volts, le courant au collecteur est d'environ 9 milliampères, et pour un voltage de 15,5 volts le courant est seulement de 0,5 milliampères.
L'amplitude de la composante à courant continu constant, due à la pola- risation du collecteur, est importante et en concordance avec les faits de l'invention, le dispositif à décharge peut être construit de manière qu'une valeur maximum pour cette composante puisse être obtenue suivant l'applica- tion à laquelle le dispositif est destiné.
Les facteurs agissant sur l'amplitude de la composante à courant continu du courant au collecteur peuvent être mieux compris en se référant aux figu- res 12 et 13. Les courbes F et G de la fig.I2 montrent respectivement la ca- ractéristique volt-ampère pour des dispositifs semblables dans lesquels les distances cathodes-collecteurs diffèrent, la distance étant moindre dans le dispositif représenté par la courbe F et plus grande pour le dispositif correspondant à la courbe G. On voit de cette figure,,,que la position du col- lecteur n'a pratiquement aucun effet sur la forme de la courbe. Cependant, cette position détermine le point de saturation et accroit ou réduit le courant du collecteur d'une quantité pratiquement constante, un accroissement dans l'espace cathode-collecteur réduisant le courant et dés lors abaissant le point de saturation.
Donc il est possible, en éloignant le collecteur de la cathode, de rendre la composante de courant continu constant d'amplitude presque négligeable.
La figure 13 montre les courbes caractéristiques pour divers disposi- tifs à décharge conformes à l'invention et comprenant des collecteurs de différentes surf aces. Sur cette figure, la courbe H se rapporte à la caracté- ristique volt-ampère d'un dispositif dans lequel la surface du collecteur est
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la plus grande, tandis que les courbes J et K montrent respectivement les caractéristiques de dispositifs dans lesquels les surfaces des collecteurs sont moindres ; surface étant la plus petite dans le cas de la courbe K.
De ces courbes on peut voir que la surface du collecteur affecte le courant de saturation, ainsi que quelques peu la composante de courant continu constant du courant collecteur.
La surface que doit présenter le collecteur dépend, dans certains cas perticuliers, de la tendance qu'a le collecteur à saisir les ions positifs sur la moitié inverse du cycle du voltage de signalisation appliqué à l'élec- trode collectrice. On a trouvé que si le diamètre de l'électrode collectrice est grand comparativement a.u chemin libre moyen offert aux molécules de va- peur dans le dispositif, les ions captés pendant la moitié inverse du cycle deviennent préjudiciables.
De ce qui précède il résulte que dans certains dispostifs, il est, en concordance avec la présente invention, possible d'assurer des valeurs maxima pour la surface effective du collecteur et pour l'espacement entre la cathode et le collecteur en vue de chaque application particulière à laquelle le dispositif est destiné. L'espacement et la surface effective peuvent être déterminés largement :par le courant collecteur maximum requis dans chaque cas particulier; par l'amplitude préférée de la composante de courant continu constant du courant du collecteur; et par le point de saturation du dispositif.
Une représentation physique des conditions s'adaptant aux dispositifs à décharge électronique conformes à l'invention, est Montrée sur le. figure 14.
Celle-ci montre la répartition approximative du potentiel dans le dispositif en concordance avec la forme de réalisation montrée fig. 1. En abscisses sont portées les distances de la cathode tandis qu'en ordonnées sont portés les potentiels. Fendant le fonctionnement du dispositif, la partie lumineuse de la décharge est pratiquement confinée entre l'électrode d'ionisation et l'écran cathodique, tandis que la majeure partie de la chute de voltage a lieu entre l'écran cathodique et un point immédiatement adjacent. L'électrode collectrice est placée dans la partie lumineuse de la décharge, et'on a trouvé qu'il était désirable de placer le collecteur dans la colonne positive de la décharge. De préférence il doit être placé en un point où le gradient
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du potentiel est pratiquement nul.
Il est désirable, au point de vue de l'efficacité, que le courant d'ionisation soit faible, on a donc trouvé que plus faible est le courant d'ionisation ,moindre sera la courbure au point de convergence des deux parties linéaires de la courbe caractéristique volt-ampère du dispositif, ainsi qu'il est montré par la courbe A de la fig.ll. La forme voulue d'ioni- sation, et par suite l'amplitude du courant d'ionisation, dépend de la pres- sion du gaz ou de la vapeur à l'intérieur du dispositif, et elle peut, pour une pression de gaz donnée, être déterminée expérimentalement en couplant un appareil indicateur de signaux, comme par exemple un récepteur téléphonique, dans le circuit d'ionisation. Le courant d'ionisation voulu domine au point auquel le circuit est parfaitement silencieux, ainsi qu'il est indiqué par le récepteur téléphonique.
Il est évident que les diverses courbes caractériqtiques montrées ici, les valeurs des courants et voltages, les dimensions du collecteur et les espacements mentionnés ne le sont qu'à titre d'exemples, et que l'invention n'est pas limitée aux seuls cas envisagés.
REVENDICATIONS.
1 - Dispositif à décharge électronique comprenant un vase ou tube servant d'enveloppe et renfermant une atmosphère gazeuse dans laquelle se trouve une cathode émettrice, une électrode ionisatrice, et une ou plusieurs électrodes collectrices associées opérativement avec la dite cathode.
2 - Dispositif détecteur à courbe caractéristique rectiligne, comprenant un vase ou tube servant d'enveloppe renfermant une atmosphère gazeuse dans laquelle se trouve une cathode émettrice, une électrode ionisatrice pour maintenir une décharge continue avec la dite cathode et une ou plusieurs électrodes collectrices placées dans la colonne positive de la dite décharge.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.