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PERFECTIONNEMENTS AUX CELLULES PHOTO-ELECTRIQUES.-
La présente invention concerne'les dispositifs à décharge sen- sibles à la lumière et, plus particulièrement, les dispositifs dans lesquels les courants photoélectriques contrôlent l'intensité d'une décharge thermionique.
Les tubes photoélectriques tels qu'ils sont construits pour la plupart de leurs applications pratiques sont utilisés en combinaison avec des tubes amplificateurs à vide- Il est nécessaire d'introduire une très grande ré- sistance dans le circuit extérieur de la cellule photoélectrique utilisée de ma- nière que les petites variations du courant de celle-ci engendrant des chutes de @ tension suffisantes pour commander la grille de l'amplificateur* En raison de l'impédance élevée du tube photoélectrique, il est difficile de réaliser un cou- @
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-plage efficace entre l'amplificateur et la cellule-
Pour simplifier le problème de l'amplification de courant photo- électrique,
on a fait usage d'un tube combiné comprenant une cellule photoélectrique et un tube amplificateur à vide montés dans la même ampoule, la cathode photoélectrique étant connectée à la grille de contrôle de l'amplificateur et l'anode de la cellule étant connectée à l'anode de'l'amplificateur* Cette combinaison n'a pas eu d'utilité commerciale pratique. La disposition est aompli- quée, il est nécessaire de prévoir entre la cellule photoélectrique et l'amplificateur des écrans de différentes natures.
De plus, les tubes réalisés de cette faqon sont du type à vide, l'amplificateur thermionique étant nécessairement à vide-
La présente invention a pour objet une méthode de contrôle photo électrique du circuit de sortie d'une cathode thermionique d'une manière nou- velle, conformément à laquelle il est possible d'obtenir des courants de sortie plus élevés sous des tensions plus basses que ce qui a pu 'être obtenu jusqu'à présent*
L'invention a également pour objet un tube photoélectrique pouvant être à remplissage gazeux dans lequel les courants émis par une cathode thermionique sont contrôlés par une cathode photoélectrique d'une manière simple et directe,sans l'aide d'une grille de contrôle ou d'une résistance extérieure élevée.
Conformément à l'invention, l'amplification des courants photo- électriques est obtenue au moyen d'une cathode thermionique telle qu'un filament droit, une cathode photoélectrique sensible à la lunière adjacente à la cathode thermionique et une électrode en forme de grille entourant le filament interposée entre les deux cathodes et agissant comme anode commune pour les deux cathodes- Ces trois électrodes sont montées dans un tube contenant de l'argon ou un gaz analogue sous une pression de 100 à 125 microns, telle qu'on l'utilise généralement dans les tubes photoélectriques à remplissage gazeux-
En fonctionnement,
les trois électrodes sont maintenues à diffé- rents potentiels choisis de manière que la différence de potentiel entre la grille-anode et la cathode thermionique soit inférieure au potentiel d'ionisation du gaz, mais que la différence de potentiel entre l'anode et la cathode photoélectrique soit supérieureà cette valeur- Dans ces conditions, une fai-
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-ble modification de l'émission de la cathode photoélectrique entraîne une grande modification de courant thermionique s'écoulant vers l'anode.
Tant que la photo-cathode n'est pas éclairée, le courant de la cathode thermionique vers l'anode, pratiquement libre d'ionisation,n'est limitée que par la charge d'espace* Lorsque la lumière tombe sur le tube, le courant photoélectrique s'écoulant de la photocathode à l'anode ionise le gaz à un degré dépendant de l'intensité du courant photoélectrique. La plupart des ions apparaissent aux abords de l'anode où la vitesse des photoélectrons est la plus élevée, Les autres se trouvent dans le voisinage de la cathode thermionique. Les ions positifs neutralisant partiellement la charge d'espace adjacente à la cathode thermionique, ce qui a :pour effet d'accroître le courant thermioniue.
Il en résulte une grande amplification du courant photoélectrique-
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante ainsi qu'aux dessins annexés, donnés simplement à titre d'exemple , dans lesquels ;
La Fig.l est une représentation en perspective d'une forme de tube conforme à l'invention, l'enveloppe et certains organes étant brisés pour représenter la structure intérieure-,
La Fig.2 est une vue'en perspective représentant une modification du tube;
Les Fig.3 et 4 sont des schémas d'application pratique du tube conforme à l'invention*
La Fig. 5 est une courbe représentent la relation entre le courant photoélectrique et le courant thermionique-
Le tube particulier représenté à la Fig.l comporte un ensemble d'électrodes cylindriques comprenant une cathode thermionique 1, un filament de préférence en V, recouvert d'oxyde tel que l'oxyde de baryum ou strontium* L'émission de la cathode n'a pas beaucoup d'importance,
mais il doit âtre suffisant pour que le courant soit limité par la charge d'espace* L'électrode tubulaire 2 entourant coaxialement la cathode thermionique fonctionne comme une anode et elle est construite comme une grille ordinaire consistant en une hélice bobinée sur deux tiges latérales de manière à pouvoir être traversée par le flux d'électrons* Cette électrode 2 peut être plate ou cylindrique.
Le dia- n
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-mètre du fil qui la constitue et le nombre de spires par millimètre sur les tiges latérales peuvent 'être choisis pour donner au tube les caractéristiques électriques que l'on désire- L'anode en tonne de grille 2 est entourée par une cathode photoélectrique tubulaire 3,
coaxiale avec l'anode 2 et pouvant âtre également plate ou cylindrique- La cathode photoélectrique 3 peut titre sensibilisée à la lumière par les moyens connus- Des résultats satisfaisants ont été obtenus par les procédés généralement utilisés pour recouvrir la photocathode d'une mince couche d'oxyde de césium- Il est préférable de constituer la cathode d'une feuille de métal argentée et de permettre le fonctionnement du tube quelle que soit la direction de la lumière incidente- La photocathode peut être perforée de plusieurs ouvertures 4. Ces ouvertures doivent 'être suf- fisamment larges pour que le champ électrostatique dans les ouvertures n'empêche pas les électrons émis par la surface extérieure par la cathode photo- électrique, de passer à travers les ouvertures de l'anode 2.
La cathode thermionique 1 est portée par les conducteurs 5 et 6, l'anode 2 par les conducteurs 7 et 8 et la cathode photoélectrique 3 par les conducteurs 9 et 10. Tous ces conducteurs d'électrodes sont portés par le support 11 scellé dans le col de l'ampoule cylindrique 12. Les tubes doivent contenir une quantité suffisante de gaz pour qu'une ionisation appréciable puisse se produire à des tensions de fonctionnement raisoimables telles que 90 à 100 volte- On a obtenu de bons résultats avec des tubes construits suivant la Fig. 1 et contenant de l'argon aux pressions habituelles dans les tubes photoélectriques telles que 100 à 125 microns..
Le tube de la Fig. 1 convient pour les applications-pratiques , mais pour des mesures exigeant une précision exceptionnelle, le tube peut être modifié %comme il est montré à la Fig. 2 où on a pris des précautions évitant l'action de la lumière du filament sur la cathode photoélectrique' Le tube représenté à la Fig. 2 comporte un filament 13 constitué par un fil fin en nickel par exemple, recouvert d'oxydes de baryon ou de strontium' L'extrémité supérieure du filament 13 est connectée au fil 14- Le filament 13 et le fil 14 sont supportés par les fils conducteurs 15 et 16.
Une grille cylindrique joumt le rtle d'anode 17 et portant des colliers d'extrémités 18 et 19, entoura co- axialanent la eathode 13 et est supportée par un fil conducteur 20 soude à l'extrémité inférieure du collier 19- Une cathode photoélectrique 21, consti-
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-tuée d'une fouille rigide en métal dont la surface est sensible à la lumière, est placée dans la même plané que le filament 13. La seule partie de la photo cathode exposée à la lumière du filament est le bord 22. On peut cacher ce bord 22 au moyen d'une bande mince en métal 23 fixée aux colliers métalliques 18 et 19 et placée parallèlement au filament 13 entre ce dernier et la photo cathode* Cette bande de métal porte ombre sur la photocathode.
Dans un tube ainsi construit, la cathode photoélectrique 21 n'est affectée que par la lu- mière projetée intentionnellement sur sa surface pour actionner le tube- La cathode photoélectrique 21 est portée par un fil conducteur 24 et les fils conducteurs de toutes les électrodes sont supportés par le support en verre 25 scellé dans le col de l'ampoule en verre 26 qui renferme l'ensemble des élec- trodes, Ce tube fonctionne essentiellement de la même manière que le tube de la Fig. 1.
Des tubes construits comme représenté aux Fig. 1 et 2, fournis- sent une énergie suffisante pour actionner un relais lorsqu'ils sont connectés conformément aux Fig. 3 et 4. A la Fig. 3, la cathode thermionique 27 est chauf- fée par une batterie 28 de 1,5 volt, l'anode perforée 29 est maintenue à un potentiel positif d'environ 6 volts par rapport à la cathode 27 au moyen d'une batterie de plaque 30 et la cathode photoélectrique 31 est maintenue à un po- tentiel négatif par rapport aux deux électrodes précédentes au moyen d'une bat- terie 32 de 45 volts, dont la borne positive est connectée au filament 27 et à la borne négative de la batterie 30' Lorsqu'aucune lumière ne frappe la photooathode 31,
le tube n'est traversé par aucun courant photoélectrique et la décharge thermionique s'écoulant entre la cathode 27 et l'anode 29 est in- suffisante pour actionner le relais 33. Lorsque la chute de tension d'envi... ron 6 volts entre la cathode 27 et l'anode 29, est inférieure au potentiel @ d'ionisation du gaz du tube, la décharge est limitée par la charge d'espace-
Lorsque la lumière tombe sur la cathode sensible 31, les photo- électrons qui sont émis par cette dernière, se dirigent vers l'anode 29 et la cathode thermionique 27 qui sont toutes deux positives par rapport à la photo- cathode-, La chute de tension entre la photocathode et l'anode 29 due aux bat- teries 30 et 32, est supérieure au potentiel d'ionisation du gaz contenu dans le tube et,
par conséquent, les photoélectrons ionisent le gaz en créant des
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ions positifs* Le nombre d'ions positifs ainsi engendrés dépend du nombre de photoélectrons émis par la photocathode, et ces ions positifs neutralisent proportionnellement à leur nombre, la charge d'espace électronique entre le filament 27 et l'anode 29. Un courant de photoélectrons relativement faible émis par la -photocathode 31 produira suffisamment d'ions pour avoir un effet marqué sur la charge d'espace et produira un courant relativement grand entre le filament 27 et l'anode 29 -ce qui aura pour effet d'actionner le relais 33 qui fermera le circuit de travail 34.
La Fig-4 représente une application à la transmission des images à la télévision ou à tout autre circuit comportant un tube photoélectrique utilisé suivant l'invention* Le circuit de la Fig.4 diffère de celui de la Fig*3 en ce que la batterie 35 de 15 volts est d'un potentiel supérieur a: la batterie 30 de la Fig. 3 et en ce que le relais 33 introduit dans la circuit d'anode est remplacé par un transformateur de couplage dont le primaire se trouve dans le circuit d'anode et dont le secondaire est connecté au premier tube d'un amplificateur thermionique.
L'impédance de sortie du tube conforme à l'invention est relativement faible, de sorte que l'impédance du transformateur est faible et ne devra pas être supérieur à 2*000 ohms. Une telle impédance est moins encombrante et mins susceptible de perturbations électriques provenant de la présence de lignes de transport d'énergie que les transformateurs de haute impédance nécessairement utilisés avec les tubes photoélectri- ques habituels-
La Fig.
5 représente une courbe 38 obtenue au moyen d'un tube conforme à l'invention et représentant les modifications de courant thermionique entre la cathode thermionique et l'anode en fonctions dfttaodifications correspondantes du courant photoélectrique résultant des variations dans l'in- tensité de la lumière tombant sur la cathode photoélectriques Dans ce tube, un courant photoélectrique de un micro-ampère correspond à un courant thermionique d'environ 3 milliampères comme le représente la ligne pointillée 39' Un accroissement de courant photoélectrique de trois microampères entraine un accroissement correspondant de 4,2 milliampères du courant thermi@nique,
l comme le montre la ligne pointillée 40 L'amplification du courant photoélectrique est tellement élevée que, dans la plupart des cas, le tube conforme à l'invention remplacera la combinaison habituell d'un tube photoélectrique
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et d'un tube à décharge dans les gaz, ou d'un tube photoélectrique et d'un amplificateur extérieur, et produira les mêmes résultats de façon moins coûteuse et plus simple-