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Perfectionnements aux dispositifs à décharges ioniques et à leurs circuits.
Cette invention est relative aux tubes à décharge électrique et, plus particulièrement, au genre de tube décrit dans les demandes de brevet de Samuel RUBEN N 314.980 du 17 Mai 1934 et N 315.392 du 19 Juin 1934.
La présente invention a pour objet certains perfec- tionnements aux tubes décrits dans ces demandes et elle vise notamment à procurer un tube conformé de manière que le fonctionnement soit plus uniforme et plus stable grâce à des grilles d'une nouvelle construction.
D'autres objets de l'invention ressortiront de la
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description du dessin annexé, dans lequel
Fig. 1 montre un tube suivant l'invention monté dans un circuit prêt à fonctionner,
Fig. 2 est une vue montrant la disposition des éléments, et
Fig. 3 est une vue montrant la construction de la carcasse de grille employée pour le tube.
On peut aussi employer le tube dans d'autres circuits et dans des dispositifs tels qu'un dispositif oscillateur et détecteur combiné, un amplificateur de fréquen- ces audibles et radioélectriques et un amplificateur de voltage relié à des dispositifs tels qu'une cellule photoélec- trique, etc.
Dans sa demande de brevet N 315.393 du 19 Juin 1934 le demandeur a décrit un amplificateur à décharge ionique, de construction perfectionnée, du genre dont il est question dans les demandes de brevet mentionnées de Samuel RUBEN relatives à des amplificateurs ioniques commandés par une grille. La présente demande est relative à d'autres perfec- tionnements aux tubes RUBEN mentionnés ci-dessus.
Pour faciliter la description de la présente invention on rappellera d'abord brièvement la description des tubes RUBEN et à cette fin on citera ci-après les passages suivants de la deuxième demande de brevet RUBEN:- Au point de vue physique, le tube comporte une cathode émettrice d'électrons, une anode, un milieu ionisable, une grille de commande entourant la cathode, un écran ou gril- le de charge spaciale entourant la grille de commande, une troisième grille entourant la grille-écran et, aux extrémités des surfaces émettrices d'électrons, des pièces qui localisent @
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la décharge dans l'espace entre la cathode et l'anode, à travers les grilles.
Les écartements entre les éléments du tube ont une importance capitale; ils déterminent des facteurs comme la pression de vapeur et la longueur du trajet libre moyen des électrons, ainsi que le fonctionnement et l'efficaci- té du tube.
Généralement, le dispositif fonctionne avec une commande électrostatique directe de la décharge électronique et avec un dispositif pour protéger l'électrode de commande contre une décharge ionique résultant de l'impact entre la décharge d'électrons commandée et l'atmosphère de vapeur.
Pour les tubes à décharge thermoionique employés jusqu'ici, comportant une cathode thermoionique placée dans une atmosphère réductrice de charge spaciale, tel que le mercure, on n'a pu obtenir jusqu'à présent qu'une commande à déclenchement ou mise en action brusque. Une fois le courant établi, la grille a peu d'influence sur la décharge, le changement du voltage de la grille ayant uniquement pour effet de varier l'épaisseur de l'enveloppe ou gaine d'ions positifs entourant la grille. Lorsque les variations de potentiel de la grille sont de grandeur courante, il faut rupter le poten- tiel de plaque pour éteindre la décharge. Le potentiel de déclenchement est déterminé par le coefficient d'amplification initial du tube.
Cette caractéristique de "déclenchement" a empêché d'employer ce genre de tubes dans des circuits tels que représenté sur le dessin annexé ou dans d'autres circuits amplificateurs de T.S.F. qui requièrent une amplification graduelle ou non déformée d'un potentiel de commande appliqué à l'élément de commande de la grille.
En outre, dans des tubes commandés par la grille,
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on n'applique à la plaque qu'un potentiel très bas, ne dépas- sant pas quinze volts, par exemple, tandis que dans le tube suivant l'invention on peut appliquer à la plaque des voltages sensiblement supérieurs, de l'ordre de deux cents volts ou davantage.
Dans le tube suivant l'invention on obtient une commande totale graduelle et sensitive qui équivaut à celle qu'on obtient au moyen d'une décharge purement électronique.
Dans ce tube, la décharge électronique entourant la cathode est commandée directement par une grille située tout près de la cathode, de préférence dans "l'espace de chute cathodi- que", à une distance inférieure à la longueur du trajet libre moyen des électrons dans le milieu ionisable. La grille de commande est entourée d'une grille chargée positivement qui remplit un double but : tend à réduire l'impédance ou la charge spaciale et réduit la migration d'ions positifs vers la grille de commande.
D'une façon générale, on peut dire que jusqu'ici le tube suivant l'invention est, dans une certaine mesure, semblable à celui décrit dans la demande antérieure mention- née N 315.393 du 19 Juin 1934.
Cependant, le tube suivant l'invention diffère des tubes précédemment décrits en ce qu'au lieu de présenter une limite nettement déterminée pour la distance entre la grille de commande et la cathode et constituée par l'espace de chute cathodique décrit dans la demande antérieure, elle permet d'étendre la région de décharge électronique suscepti- ble d'être commandée, voisine de la cathode. Ceci permet de réaliser une construction plus pratique et a pour effet de réduire le crachement des éléments.
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Cette extension de la région de décharge .électroni- que susceptible d'être commandée électrostatiquement est obtenue par l'emploi. d'une substance dont la pression de vapeur est sensiblement inférieure à celle du mercure utilisé dans les tubes antérieurs, ainsi que par l'emploi de deux grilles entourant la grille de commande et polarisées positi- vement par rapport à celle-ci. L'effet de la troisième grille est de réduire encore l'impédance du tube. Un autre facteur important est que la troisième grille tend à réduire .également le courant ionique vers la grille de commande. Un tel courant ionique tendrait à rendre la grille de commande inopérante en tant que moyen de commande électrostatique.
On a constaté qu'on peut prolonger notablement la durée d'un tube de ce genre en employant pour les grilles un enroulement- dont le fil a un diamètre beaucoup plus faible que celui des enroulements employés jusqu'ici pour les tubes de ce genre. Le faible diamètre du fil assure un impact moins violent et une diminution notable du crachement de métal de grille, dirigé sur le revêtement de la cathode, qui est dû au bombardement des grilles par les ions. Le fil de grille employé antérieurement pour les tubes RUBEN avait de 0,1 à 0,125 mm. de diamètre, parce qu'avec cette dimension la grille se supporte elle-même et parce qu'on peut enrouler le fil sous forme de grille et le souder aisément.
Toutefois on a trouvé que lorsque le diamètre du fil est de 0,075 mm. ou moins, de préférence d'environ 0,025 mm., on diminue notablement le crachement. Ce fil plus fin ne se supporte pas lui-même et ne se soude pas aisément, mais en disposant un enroulement de grille supporté par deux larges anneaux ou colliers d'extrémités on obtient une construction pratique
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qui se supporte elle-même.
Une autre caractéristique de l'invention est constituée par un mode d'enroulement perfectionné des grilles.
Dans les tubes antérieure toutes les grilles étaient enrou- lées de la même manière et les spires respectives étaient parallèles les unes aux autres. On a trouvé qu'en enroulant les grilles en sens inverses les unes des autres on améliore le fonctionnement, le croisement des grilles tendant à stabiliser le fonctionnement du tube du fait que la décharge se divise en un grand nombre de décharges partielles de plus petite section transversale.
Pour un élément ou grille de commande qui est un exemple d'exécution typique de l'invention, on emploie une grille ayant treize spires par centimètre et enroulée à gauche; pour la grille qui entoure la grille de commande on emploie 9,45 spires par centimètre enroulées à droite; et pour la grille extérieure on emploie de nouveau un en- roulement à gauche. Cette combinaison assure une plus grande uniformité et empêche pratiquement toute décharge non com- mandée. Quand on emploie un tube à deux grilles, par exemple celui décrit dans la demande de brevet N 315.593 mentionnée ci-dessus, les grilles sont aussi enroulées en sens inverses.
Bien que la deuxième et la troisième grille soient chargées positivement, le courant s'écoulant vers elles, notamment vers la troisième grille, est dirigé en sens inverse des courants électroniques normaux, ce qui indique que dans certaines conditions le potentiel pris par la grille dans le champ électrique du tube est plus élevé que le potentiel positif appliqué.
Pour faire une description détaillée d'une forme
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d'exécution de l'invention on se référera ci-après au dessin annexé dans lequel les mêmes chiffres de référence indiquent des parties semblables.
Sur la Fig. 1 le tube 1 renferme une cathode 2 revêtue d'oxydes de strontium et de baryum 3 en vue de provoquer une émission d'électrons. La cathode est chauffée au moyen d'un fil chauffant 4 en tungstène dont elle est isolée par un isolateur 5 en oxyde. Autour de la cathode est disposée une grille de commande 6 chargée négativement qui est entourée de grilles 7 et 8 chargées positivement. La grille 7 est enroulée en sens inverse des grilles 6 et 8. En 8a et 8b sont représentés les anneaux métalliques dont la largeur est d'environ 1,6 mm et qui supportent le fil de grille de 0,025 mm. Ces anneaux sont prévus aux extrémités de chaque grille, mais sur la Fig. 1 on n'a représenté que ceux de la grille 8. Les grilles 6, 7 et 8 sont enroulées respecti- vement autour des tiges de support 26 et 36, 27 et 37, et 28 et 38.
L'anode tubulaire 9 en nickel carbonisé, entourant les montures des grilles, est fermée à ses extrémités par des disques, de mica 10 et 11 localisant la décharge qui, de ce fait est obligée de se produire directement à travers les différente-s spires des grilles vers l'anode cylindrique. Le récipient 12 contient un petit morceau de magnésium, qui fait office d'agent de balayage et cinquante milligrammes d'amal- game ou alliage à 75 % de cadmium et 25 % de mercure qui fournit l'atmosphère ionisante. Le dispositif de chauffage de la cathode reçoit de l'énergie d'un transformateur 13 qui est connecté à une source d'énergie appropriée 14. La grille 6 est polarisée négativement par rapport à la cathode et est connectée à un système récepteur R F accordé sur une
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fréquence radioélectrique.
Les potentiels pour les grilles 7 et 8 et pour la plaque 8 sont fournis par le système d'ali- mentation de plaque usuel 15.
La cathode 2 reçoit de l'énergie à travers la partie négativement polarisée de la résistance R qui shunte la source de potentiel de plaque 15 de manière qu'un potentiel positif soit appliqué aux grilles 7 et 8. C est le condensa- teur de sortie pour la source de potentiel anodique et S est un dispositif diffuseur tel qu'un haut-parleur qui re- çoit de l'énergie d'un transformateur 16.
Fig..2 est une vue de dessus des grilles représen- tées avec les anneaux métalliques 6a, 7a et 8a.
Sur la Fig. 3, qui montre à une plus grande échelle les carcasses des grilles sans enroulements de gril- les, les anneaux métalliques extrêmes 6a et 6b, 7a et-711,,et 8a et 8b, ainsi que les tiges de support 26, 27, 28, 36, 37 et 38 sont représentés plus clairement.
En fonctionnement la grille de commande est maintenue à un potentiel négatif de vingt volts et le courant d'ions vers la grille est négligeable. Pour des voltages de fréquence radioélectrique excédant ceotentiel on peut déceler un courant redressé. La deuxième grille est connectée, sur la résistance distributrice, à un potentiel d'environ quarante- neuf volts; la troisième grille est raccordée à un potentiel plus élevé, d'environ soixante-dix volts. Le potentiel de plaque est de .250 volts, mais cette forme d'exécution n'est donnée qu'à titre d'exemple.
On règle le potentiel de polarisation négatif de manière que le courant de plaque soit très peu intense,
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de l'ordre d'un milliampère. Ce courant de plaque augmente ou diminue avec le potentiel de polarisation négatif de la grille de commande ainsi qu'avec la grandeur du potentiel appliqué à la deuxième et à la troisième grille. Les grandeurs indiquées correspondent à peu près aux conditions de fonc- tionnement moyennes du tube de la construction décrite.
Lorsqu'on applique le potentiel de fréquence radioélectrique, le courant de plaque croit avec l'augmentation du potentiel de fréquence radioélectrique, de sorte que pour trente milliam- pères on fournit au transformateur du haut-parleur une puis- sance de trois à cinq watts. La puissance débitée augmente uniformément et sans à-coups, de manière continue, avec l'ac- croissement de la puissance admise de fréquence radioélectri- que.
Bien qu'on ait représenté une cathode chauffée indirectement, le tube peut.aussi comporter une cathode chauffée directement telle qu'un ruban revêtu d'oxyde.
Pour redresser une onde complète et pour débiter une puissance maximum, on peut employer deux tubes connectés en push-pull.
Le fait qu'il existe une variation graduelle et uniforme du courant de plaque en même temps que des variations du potentiel de la grille de commande indique que la grille de commande agit sur les .électrons et les commandes. En d'autres termes, l'atmosphère entourant la grille de commande est électronique et sensiblement exempte d'ions.
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