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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS à DECHARGE DANS LES GAZ ET LES TAPEURS '-
La présente invention concerne les dispositifs à décharge élec- tronique et, en particulier, les tubes à remplissage de vapeur à cathode chaude commandes par grille.
Un tube de ce genre est facilement réalisé au moyen d'une am- poule complètement vidée contenant une petite quantité de mercure, une cathode chaude et une anode séparées par une grille* Dans un tel tube, la grille peut déterminer l'amorçage du courant mais ne peut pas l'arrêter* Elle ne peut re- prendre son action de contrôle que si le courant est poupe, par exemple lorsque la tension de l'anode devient nulle ou négative.
Pour une tension anodique
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donnée, il existe une tension critique définie de grille pour laquelle le cou- rént s'amorce dans le tube- Les tubes commerciaux sont habituellement construits de manière que la tension critique de grille soit de quelques volts positive-
Des tubes de ce genre,tels qu'ils sont construits dans des buts commerciaux, fonctionnent de la façon la plus satisfaisante et aven leur rende- ment maximum à des températures voisines de 60 C. Les températures de fonction- nement les plus appropriés oscillent entre 55 et 70 .
Dans cette zone, ces tubes présentent une caractéristique particulière consistant en une double tensien tension caractéristique de grille et l'amorçage de l'arc peut se produire pour dans tensions de grille de quelques volte tantôt positifs, tantôt négatifs- Le passage entre ces différentes tensions caractéristiques de grille est irrégulier et ne peut 'être contrtlé- Il est gouverné par différents facteurs obscurs et constitue un sérieux désavantage dans la plupart des applications commerciales de ces tubes-
Les tubes dont il est parlé plus haut, sont utilisés dans dif- férents circuits- Dans une des applications consistant en un convertisseur s'amorçant automatiquement pour transformer du courant continu en courant alter- natif,
les tubes commerciaux construits de la manière habituelle et présentant une double tension caractéristique de grille, peuvent laisser passer du courant avant que la cathode ait atteint sa pleine émission électronique de sorte que, non seulement le tube ne fonctionne pas dans les conditions optimum,
mais sa cathode peut 'être rapidement détruite* Un autre désavantage de ce type de tube est que le courant de grille à l'amorçage est relativement élevé et augmente avec la vie du tube- Cette propriété rend difficile l'établissement d'un circuit efficace pouvant fonctionner avec ce tube et l'augmentation du courant de grille au cours de la vie du tube exige un réglage continuel des constantes du circuit de manière à obtenir un fonctionnement convenable-
L'invention vise un dispositif à décharge électronique contrôla par grille du type décrit dans lequel la tension d'amorçage de grille est prati- quement constante pour toutes les températures de fonctionnement et dans lequel le courant de grille, au moment de l'amorçage,
est faible et reste pratiquement constant pendant toute la vie du tube-
L'invention a également pour objet un dispositif à décharge électronique présentant une tension critique de grille définie et positive dans une large gamme de tensions anodiques.
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Dans ces buts et conformément à l'invention, la grille de con- trôle unique .précédemment utilisée, est remplacée par deux feuilles de métal perforé équipotentielles en forme de grille, placées dans des plans parallèles, les dimensions des perforations dans la grille et la distance entre les feuilles de métal étant bien définies-
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nou- velles de l'invention en se référant à la description suivante ainsi qu'aux dessins annexés, donnés simplement à titre d'exemple,
et dans lesquels
La Fig.l est une coupe longitudinale en perspective d'un dispo- sitif à décharge électronique conforme à l'invention-
La Fig.2 représente schématiquement unedisposition de circuit utilisant des dispositifs à décharge électronique du type représenté à la Fig.l.
La Fig.3 est un diagramme montrant la loi liant la tension d'amorçage de grille et les températures du mercure condensé pour un dispositif à décharge électronique à grille unique et pour un dispositif à décharge con- form'à l'invention-
La Fig. 4 est un diagramme représentant l'effet d'écran de la grille de contrôle en fonction de la distance entre les feuilles métalliques constituant la grille pour un tube à décharge électronique conforme à l'inven- tion.
Le tube est constitué par une enveloppe en forme de dame,vidée 10 comportant le support habituel intérieur 11, et le socket 12. L'enveloppe contient une petite quantité de mercure 13 dont la vapeur donne au tube sa caractéristique particulière de grille- Le sommet de l'enveloppe porta l'anode en forqme de disque 14 reliée à la prise anodique extérieure 15.
La cathode 16 est, de préférence, du type connu multi-cellulaire à couche d'oxyde* Elle est calorifugée, excepté par le bout ouvert d'où s'échappent les électrons, et elle comporte un corps de chauffe 17 alimenté par les conducteurs 18 traversant la support de verre 11' La cathode est fixée au support 11 par des tiges 19'
La grille de contrôle comprend deux disques de métal perforés 20 et 21 connectés électriquement et supportés mécaniquement par un collier métallique perforé 22 destiné à rayonner la chaleur, et disposés suivant des plans parallèles convenablement espacés et perpendiculaires à l'axe longitudinal du tube.
Ce collier dépasse d'un coté la cathode 16 et de l'autre côté l'anode
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14- Tour donner au tube une caractéristique unique de tension d'a- morçage, la distance entre les grilles 20 et 21 doit âtre approximativement éga- le au diamètre des perforations dans ces grilles- Pour des raisons pratiques, cette distance est généralement faite légèrement plus grande que les perfora- tions dans les grilles- Les perforations dans les grilles sont placées en re- gard l'une de l'autre de manière à permettre l'écoulement du courant de la ca- thode vers l'anode'
On constaté que, pour une tension de fonctionnement de 110 V., un dispositif du caractère décrit fonctionne de la manière la plus satisfaisante si les grilles sont distantes d'environ 2,
5 m/m- et si elles comportent chacune environ 140 perforations circulaires uniformément espacées par décimètre carré, chaque perforation ayant environ 2,25 m/m- de diamètre* L'anode est distante d'environ 5m/m- de la grille supérieure et l'extrémité supérieure de la cathode est distante d'environ 12 m/m- de la grille inférieure* Lorsque les perforations diminuent de diamètre, la tension de grille nécessaire pour amorcer l'arc dans le tube augmente très rapidement, ce qui n'est pas à désirer car une augmen- tation de la tension d'amorçage correspond à une augmentation de courant de grille et à une diminution du rendement des circuits associés au tube* De plus,
l'augmentation du courant de grille rend difficile la mise au point des cir- cuits utilisés- Lorsque les perforations sont plus grandes, le tube perd sa caractéristique d'amorçage positive et s'amorce pour des tensions négatives de grille, ce qui n'est pas désirable pour les usages commerciaux*
La disposition en double-grille faradise l'anode plus effica- cement que la simple grille habituelle et élimine la caractéristique de tension d'amorçage double présentée par le tube à grille unique* La grille est suppor- tée par des tiges latérales 23 fixées à un collier 24 serré sur le support 11.
L'extrémité supérieure de la cathode est fixée à la grille par des perles en verre 25 placées entre la cathode et les tiges latérales 23.
A la Fig'2 est représentée une application des dispositifs à décharge conformes à l'invention consistant en un circuit convertisseur à dé- marrage automatique* Le transformateur 26 comporte un primaire 27 et un secon- daire 28 raccordé à.la charge 29. Le primaire 27 du transformateur est connec- té à une ligne d'alimentation encourant continu à travers une paire de dispo- sitifs à décharge électronique 10 et 10' conformes à la Fig.1.
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Les anodes 14 des tubes 10 et 10' sont connectées aux extrémi- tés opposées du primaire 27 du transformateur, et sont reliées entre elles par le condensateur de commutation 30 qui shunte ,par conséquent, le primaire 27 du transformateur 26. Les cathodes 16 des deux tubes sont connectées par les conducteurs 31 au pôle négatif de la source d'alimentation* Les filaments de chauffage 17 sont alimentés par la source de courant continu. Le point médian du primaire 27 est connecté à la borne positive de la source d'alimentation par l'intermédiaire d'un interrupteur 32 et d'une bobine de self 33 qui évite le passage du courant alternatif dans la source d'alimentation.
Le dispositif est mis en route en fermant l'interrupteur 32, ce qui a pour effet d'alimenter les cathodes 16 et d'appliquer la tension de fonctionnement sur les anodes 14 des deux tubes par l'intermédiaire de la self 33 et du primaire 27. Si la griller du tube 10 est portée à un potentiel suf- fisamment positif, lorsque la cathode 16 a atteint sa pleine température le tube peut s'amorcer, ce qui entraîne l'établissement d'une décharge entre la cathode et l'anode et ferme le circuit comprenant :
la pôle positif de la source d'ali- mentation, la self 33, la partie gauche du primaire 27 du transformateur 26, le conducteur 31 et la borne négative de la source d'alimentation- L'afflux de courant traversant le primaire 27 induit une tension dans le secondaire 28 et crée une différence de potentiel entre les extrémités de l'enroulement primai- re 27, ce qui a pour effet de charger le condensateur 30 à une tension appro- ximativement double de la tension d'alimentation moins la chute dans la self 33 et dans le tube 10.
Si, à ce moment, la grille du tube 10' est portée à la tension d'amorçage, le tube 10' s'amorcera- ce qui aura pour effet de connecter l'arma- ture positive du condensateur 30 à la borne négative de la source d'alimenta- tion par l'intermédiaire du conducteur 31 du tube 10'. La tension de l'armature de droite du condensateur tombe ainsi de la valeur positive à laquelle il était chargé à un'8 valeur pratiquement égale à la faible chute de tension dans le tu- be 10'.
En raison de la haute impédance de l'enroulement du transformateur par rapport à celle du condelsateur, la tension de la borne de gauche de ce dernier est B0UQî68 à la même variation de tension- Elle est donc portée à un potentiel très négatif par rapport à la cathode -ce qui a pour effet d'éteindre l'aro traversant le tube 10.
L'amorçage de a décharge dans le tube 10' entraîne un
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afflux de courant dans la moitié droite du primaire 27- ce qui entraîna la charge du condensateur 30 et porte l'armature de gauche à un potentiel très positif* Le tube 10 redevient de nouveau conducteur dès qu'on applique à sa grille une tension supérieure à la tension d'amorçage- ce qui entraîna l'extinc- tion du courant dans le tube 10'. Si les grilles sont soumises alternative- ment aux tensions d'amorçage, le courant s'écoule alternativement dans des di- rections opposées à travers le primaire du transformateur 26, ce qui induit une tension alternative dans le secondaire 28.
Pour appliquer des tensions d'amorçage alternativement sur les grilles des deux tubes, on peut faire usage du circuit de contrôle de grille représenté à la Fig. 2. Ce circuit comprend un condenseteur 31', et une résis- tance 32 connectée en série avec le primaire 33 d'un transformateur 34 aux bor- nes d'une moitié' du primaire 27 du transformateur 26- Le secondaire 35 du trans- formateur 34 est connecté par ses extrémités aux grilles 22 des deux tubes par l'intermédiaire des résistances 36' Normalement, vue tension positike suffisante pour engendrer l'amorçage est appliquée sur les grilles 22 des deux tubes au moyen d'un potentiomètre 37 connecté'aux bornes de la source d'alimentation*
Dans un tube conforme à l'invention, lorsque la température augmente,
la tension de grille nécessaire pour produire l'amorçage décroît lé- gèrement jusqu'à une certaine température déterminée puis reste à une valeur constante- Le potentiomètre doit être par suite, ajusté de manière que la ten- sion appliquée à la grille pour produire son amorçage soit aussi faible que pas- sible' Elle est telle que, pour des conditions de fonctionnement particulières, au moment de l'amorçage du convertisseur,
la cathode puisse atteindre sa pleine température de fonctionnement avant que le mercure n'ait atteint la température pour laquelle la tension de grille permet l'amorçage du tube- De.cette façon il n'est pas nécessaire de prévoir un dispositif à temps pour appliquer la ten- sion anodique après le chauffage des cathodes-
Lorsque l'interrupteur 32 est tanné, en raison des légères différences entre les caractéristiques des tubes, l'un de ceux-ci s'amorcera. avant l'autre- Supposons que le tube 10 s'amorce, le courant traversera la moi- tié de gauche du primaire 27 comme il a été expliqué plus haut.
Comme le circuit de grille est connecté aux bornes d'une moitié du primaire 27, la tension induite dans cette moitié, lorsque le courant qui la
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traverse s'établit, est appliquée au circuit de grille. Le secondaire 35 du transformateur 34 est, par conséquent, le siège d'une force électromotrice in- duite telle que l'électrode de contrôle 22 du tube 10' est portée à un potentiel négatif- ce qui empêche à ce mamemt l'amorçage de ce tube* Lorsque la courant traversant le tube 10 approche de sa valeur maximum, la tension induite dans le primaire 27 diminue- La tension induite dans le secondaire 35 diminue égale- ment, ce qui permet à l'électrode 22 de devenir positive et d'atteindre la ten- sion d'amorçage* Lorsque le tube 10' s'amorce,
l'armature de gauche du conden- sateur 34 est portée à un potentiel très négatif cornue il est expliqué plus haut, ce qui rend momentanément l'anode 14 négative et interrompt le courant traver- sant le tube 10' Comme la tension induite dans le primaire 27 du transformateur 26 a changé de signe à ce moment, la tension appliquée au primaire 33 du trans- fonnateur 34 est inversée et l'électrode de contrôle 22 du tube 10 est porté à un potentiel négatif empêchant à cet instant l'amorçage de ce tube, Lorsque la tension induite dans le secondaire 27 diminue, l'électrode 22 du tube 10 rede- vient de nouveau positive et permet de nouveau l'amorqage du tube* Le circuit comprenant le condensateur 31',
la résistance 32 et le transformateur 34 est établi de manière à donner à la tension de grille la phase qui convient par rap- port à la tension d'anode pour permettre le fonctionnement du circuit dans les meilleurs conditions*
A la Fig. 3, les courbes et b représentent les tensions d'amor- gage en fonction de la teanpérature du mercure pour un dispositif à décharge électronique à grille unique du type décrit, Ces courbes sont approximatives et varient d'un tuba à l'autre et avec l'âge du tube- Les courbes a et b se rapprochent lorsque le tube vieillit et peuvent même'se croiser dans certaines conditions- La courbe c représente la tension d'amorçage de grille bien défi- nie et pratiquement constante pour un dispositif à décharge électronique con- forme à l'invention- Dans un tube à grille de contrôle unique dans la région occupée par la courbe a,
le tension nécessaire pour amorcer l'arc est très fai- bla ou nulle- Ainsi avec un tube à simpledgrille utilisé dans le circuit con- vertisseur et pour une température de fonctionnement normale proche de 60 C., le potentiomètre qui dépend de la tension d'amorçage de grille serait incapable d'éviter l'amorçage du tube jusqu'au moment où la cathode aurait atteint la plei- -ne température de fonctionnement.
Naturellement,; cela signifie que si la %eu-
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pérature du mercure carra.pend à la région de la caractéristique pour laquelle se produit le phénomène de double tension d'amorçage, le tube pourra s'amorcer progressivement pendant que la cathode s'échauffe et le courant traversant le tube augmentera progressivement jusqu'à un maximum qui correspondra à la pleine température de la cathode- Le courant augmentant lentement dans le tube, n'in- duira par conséquent pas les tensions qui sont nécessaires au bon fonctionnement du circuit de grille.
Le courant ne pourra, par conséquent, pas être transféra d'un'tube à l'autre- ce qui entraînera un court-circuit de la source à travers le tube qui se sera amorcé le premier et il en résultera la destruction instan- tanée de la cathode- Dans les tubes présentant une caractéristique de tension grille unique tels que les tubes conformes à l'invention, le potentiomètre peut être correctement réglé de manière que les tubes ne puissent pas s'amorcer tant que leurs cathodes n'auront pas atteint leur pleine température de fonctionnement Ainsi,
un tube conforme à l'invention permet un retard automatique de l'amorçage nécessaire dans les convertisseurs à démarrage automatique-
Dans les tubes présentant une caractéristique de grille positive le tube ne s'amorce que quand un certain courant a traversé la grille- Le tube conforme à l'invention exige un courant de grille d'amorçage plus faible que les tubes à simple grille de construction habituelle et ce courant reste pra- tiquement constant pendant la vie du tube,
ce qui n'est pas le cas pour les tu- bes à simple grille- La diminution du courant de grille entraine une augmenta- tion du rendement des circuits utilisés avec ces tubes puisque la puissance absorbée par les grilles est diminuée- La constance du courant de grille prendant la vie du tube rend possible le réglage des constantes pour un circuit partiou- lier et il n'est pas nécessaire, par conséquent, de prévoir leur changement au cours de la vie du tube- Il est également possible de substituer l'un à l'autre des tubes conformes à l'invention dans un même circuit sans devoir refaire les réglages pour le nouveau tube-
L'effet d'écran de la double grille en fonction de la distance entre les grilles est représenté à la Fig.4.
La distance d; est équivalente au diamètre des perforations dans les grilles-' La courbe indique que, lorsque la distance entre les grilles augmente, la faradisation de l'anode devient plus ef- ficace et la probabilité de la double tension d'amorçage diminue* Cette caracté- ristique de double tension d'amorçage est pratiquement éliminée lorsque la dis- tance entre les grilles est égale au diamètre des perforations dans ces grilles*