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Tube mutateur à cathode de mercure comportant une cathode à incandescence auxiliaire et une ou plusieurs électrodes auxiliaires.
La présente invention concerne un tube mutateur à cathode de mercure comportant une cathode à incandescence au- xiliaire et une ou plusieurs électrodes auxiliaires qui font au moins partiellement office d'anode et servent à faire débuter, soit une seule fois soit périodiquement, la décharge principale.
Par "tube mutateur" il faut comprendre des tubes à décharges dont l'atmosphère est constituée par un ou plu- sieurs gaz ou vapeurs ou par un mélange des deux, ces tubes
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étant destinés à redresser du courant alternatif, à convertir du courant alternatif en courant alternatif d'une autre fré- quence, ou à convertir du courant continu en courant alternatif.
On a déjà proposé de nombreux dispositifs d'amor- çage du genre précite dans lesquels l'amorçage s'effectue à partir de la surface émettrice d'une cathode à incandescence auxiliaire.
On a proposé, par exemple dans le brevet américain 1.980.459 de lancer des électrons, à partir d'une triode com- muniquant avec l'espace de décharge principal, dans l'espace de décharge par une ouverture ménagée dans l'anode de cette triode.
Une autre proposition déjà connue consiste à dis- poser une cathode à incandescence, blindée ou non par rapport à l'espace de décharge, au voisinage immédiat de la surface du mercure, à laquelle cathode à incandescence on produit, en coopération avec une anode auxiliaire, une décharge auxi- liaire qui, par suite du voisinage immédiat de la cathode de mercure et éventuellement par-l'application de potentiels convenables, passe à cette dernière électrode.
La première solution présente l'inconvénient d'une assez faible sécurité de fonctionnement, ce qui est peut-être dû' au fait que l'énergie inhérente aux électrons est insuf- fisante, par suite de leur faible masse et leur assez faible vitesse, pour produire un effet considérable dans l'espace de décharge. En outre, conformément au brevet américain, le faisceau d'électrons n'est pas dirigé sur la cathode de mer- cure, mais vers l'espace de décharge, de sorte que les condi- tions pour'la production de la tache cathodique sont défavora- bles.
La production d'ions ne peut avoir lieu que sous l'in- fluence de l'anode principale et ainsi influencer indirectement la cathode, parce qu'il n'y a pas de champ accélérant entre
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la décharge auxiliaire et la cathode et la décharge auxiliaire ne fournit que des électrons dont le signe correspond natu- rellement à celui de la cathode.
Par contre, l'inconvénient principal de la deu- xième méthode consiste en ce que la production de la tache cathodique sur le mercure par suite du passage de la dé- charge à partir d'une cathode à incandescence auxiliaire n'offre pas la sécurité de fonctionnement nécessaire si L'on n'utilise pas de très fortes polarisations et des distances cathodiques très réduites.
La présente invention a pour objet un dispositif d'amorçage pour tubes mutateurs à cathode de mercure qui, tout en évitant les inconvénients précités, permet de faire débuter, soit une seule fois soit périodiquement, la décharge principale sensiblement sans inertie et avec peu d'énergie.
A cet effet, conformément à la présente invention, les électrodes auxiliaires sont disposées de telle façon que la cathode à incandescence auxiliaire ne soit pas reliée électriquement, ou seulement à travers une forte résistance, à la cathode de mercure et que des ions positifs soient lancés sur cette cathode de mercure à partir du trajet de décharge entre la cathode à incandescence auxiliaire et une anode auxiliaire, et ce sous l'action d'un champ électro- statique appliqué entre cette cathode de mercure et le trajet de décharge précité.
Vis-à-vis des dispositifs connus cette disposition offre l'avantage que les ions positifs sont lancés directement et, sous Inaction d'un champ de tension engendréspécialement à cet effet à une grande vitesse sur la cathode, ce qui pro- cure une bien plus grande sécurité d'amorçage notamment eu égard au fait que les ions,grâ'ce à leur masse supérieure, peuvent absorber plus d'énergie que des électrons.
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Il est recommandé de réunir en un faisceau les ions positifs dans leur trajet vers la cathode de mercure au moyen d'un dispositif de concentration connu en soi, par exemple une électrode cylindrique. Le début de l'amorçage peut se faire au moyen d'un des dispositifs de commande connus en soi, par exemple, des contacts mécaniques ou un tube-relais; toutefois, il est très avantageux de commander le faisceau d'ions à l'aide d'une grille placée dans son trajet, ce qui permet un réglage à volonté du moment d'amorçage de la dé- charge principale.
Il s'est révélé que le dispositif d'amorçage fonc- tionne le mieux si la surface du mercure de la cathode est interrompue par des discontinuités constituées par des corps disposés dans le mercure soit de manière stationnaire, soit flottant sur sa surface. Une surface cathodique de ce genre semble présenter des variations de potentiel brusques aux points de transition du mercure et des corps précités, va- riations qui favorisent la production de la tache cathodique, environ à la manière des dispositifs d'amorçage connus à électrode semi-conductrice.
Ces corps peuvent être établis soit en matière isolante soit en métal. Dans ce dernier cas il est recommandé de prévoir pour la tache cathodique un corps de fixation qui fait partiellement saillie du mercure. De la sorte on assure que la tache cathodique soit immédiatement localisée lors de sa production.
Poar le fonctionnement rapide du dispositif d'amorçage il est recommandé de produire par choc de conden- sateur la décharge auxiliaire qui fournit les ions positifs et jaillit entre la cathode à incandescence auxiliaire et une anode auxiliaire. De préférence, le champ de tension entre la décharge auxiliaire et la cathode de mercure peut également
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être emprunté à un condensateur chargé d'avance. Pour faire débuter ces décharges du condensateur on peut utiliser les dispositifs de couplage usuels tels que des contacts méca- niques manoeuvrés à la main ou rotatifs, ou bien des tubes à décharges. Pour le réglage du moment d'amorçage on peut utiliser aussi des circuits horaires se composant de résis- tances et de capacités ou bien de selfs et de capacités.
Ces moyens permettent d'effectuer au moment voulu la mise en circuit du tube mutateur de courant, ou bien de régler la valeur moyenne du courant redressé de la manière connue en soi par déphasage du moment d'amorçage du tube.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple non li- mitatif, deux modes d'exécution.
Les figs. 1 et 2 représentent schématiquement des montages redresseurs comportant un tube mutateur à cathode de mercure conforme à l'invention.
Le tube mutateur montré sur la fig. 1 comporte un récipient de décharge 1 muni d'une partie 2 dont l'extrémité inférieure est en métal et est munie d'une chemise 3 pour refroidissement par un liquide. A l'intérieur de cette partie métallique est disposée une cathode de mercure 4, tandis que l'anode principale 5 se trouve dans la partie supérieure en verre du récipient de décharge 1. Ces électrodes et le trajet de décharge intermédiaire, conjointement avec la source de courant alternatif 6 et le circuit de charge 7 représenté par une résistance ohmique, constituent un redresseur monophasé.
Un corps de fixation annulaire 8 est disposé coaxialement par rapport au récipient de dé- charge 1 dans le mercure cathodique 4, tandis que des corps 9 en oxyde de baryum ou en verre flottent librement à la sur- face du mercure.
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¯ De plus, le récipient de décharge contient une anode auxiliaire 10 et une cathode à incandescence auxiliaire 11 qui sont entourées par une électrode cylindrique 12. La cathode à incandescence auxiliaire 11 est alimentée par un transformateur de chauffage 14 et est reliée à un conden- sateur 15 d'environ 1 microfarad et à une résistance 16 d'environ 10.000 ohms qui est mise en dérivation avec ce condensateur, dont les pôles opposés sont reliés à la cathode de mercure 4. Une résistance 17 de quelques ohms y est in- tercalée pour éviter une augmentation infinie du courant de charge du condensateur 15 et, partant, des charges momentanées inadmissibles de la cathode à incandescence auxiliaire 11, qui compromettraient sa durée.
Enfin, il est prévu encore une deuxième disposi- tion constituée par le condensateur 18 d'environ 4 microfarad, la source de courant continu 19, la résistance limitatrice 20 et l'organe de couplage 21, laquelle disposition est reliée d'une part à la cathode de mercure 4 et d'autre part à l'anode auxiliaire 10. L'électrode cylindrique 12 est re- liée à la cathode 4 par l'intermédiaire d'une résistance 22 d'environ 0,1 microhm.
Le fonctionnement du dispositif d'amorçage est le suivant:
Si l'on manoeuvre l'organe de couplage 21 le condensateur 18, qui est chargé avec la totalité de la tension de la source de courant 19, se décharge à travers le trajet de décharge entre les électrodes 10 et Il et le montage parallèle du condensateur 15 et de la résistance 16 qui lui est connecté en série. Par suite de la mise en charge brusque du condensateur 15 ce courant de décharge atteint une valeur momentanée très élevée et il se produit entre les électrodes 10 et 11 un nuage d'ions à forte densité.
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En même temps le potentiel de la cathode à incandescence auxiliaire 11 qui correspondait à celui de la cathode prin- cipale 4, est devenu égal à celui du pôle positif du con- densateur 18, abstraction faite de la faible chute de tension dans le.trajet de décharge 10, Il. Par conséquent, le conden- sateur 15 se décharge par l'intermédiaire de la cathode à incandescence auxiliaire 11 dans la direction de la cathode de mercure 4, alors qu'au même moment le champ de tension de l'anode auxiliaire 10 accélère le nuage d'ions précité dans la. direction de la cathode 4. Par coopération de ces décharges la cathode 4 est alors chauffée localement pour former la tache cathodique nécessaire à faire débuter une décharge en forme d'arc entre elle et l'anode principale 5.
Le montage représenté sur la fig. 2 comporte un tube qui diffère seulement du tube représenté sur la fig.l en ce qu'une grille de commande 13 est disposée entre l'anode auxiliaire 10 et la cathode à incandescence au- xiliaire 11, laquelle grille de commande, conjointement avec le circuit de grille 25 représenté schématiquement, permet d'éviter une décharge par l'anode auxiliaire 10, de sorte qu'on peut se passer de l'organe de couplage 21 représenté sur la fig.l.
Pour éviter que des décharges indésirables se produisent à l'anode auxiliaire 10, qui est reliée alors de façon continue à une source de courant, cette anode auxiliaire est blindée complètement vers le haut par rapport à la partie supérieure de l'électrode cylindrique 12 de telle façon que ce blindage se raccorde au blindage de son amenée de courant.
Les autres éléments du montage portent les mêmes chiffres de référence que ceux montrés sur la fig.l.
Cette construction permet d'effectuer l'alimentation du condensateur 18 au moyen d'un redresseur auxiliaire avec un transformateur d'alimentation 24 et un tube redresseur 25.
Cela offre l'avantage de pouvoir déphaser la tension secondaire'
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du transformateur de 180 par rapport à celle de la. source de courant 6, de sorte que le tube 25 bloque pendant le moment d'amorçage du tube principal, d'où il résulte qu'une charge subséquente du condensateur 18 ne peut avoir lieu et que la décharge s'éteint à l'anode auxiliaire 10. De cette manière la mise en charge du condensateur 18 pendant l'interruption des amorçages successifs peut s'effectuer à nouveau sans encombre.
Il importe que la résistance intérieure du tube re- dresseur 25 soit faible, sinon une mise en charge suffisante du condensateur 18 en une demi-période du courant alternatif n'est pas possible. Pour cette raison il est recommandé d'utiliser à cet effet un tube redresseur rempli de gaz ou de vapeur.
Le fonctionnement du montage est le suivant:
Aussitôt que, sous l'action du circuit de grille 23, la tension de la grille de commande a été suffisamment dépha- sée dans le sens positif une décharge jaillit entre les électrodes 10 et 11 et le condensateur 15 est chargé, environ de la manière décrite avec référence à la fig.l, approximati- vement jusqu'au potentiel du condensateur 18 qui occupe, en l'espèce, la .ce de la source de tension continue représen- tée sur la fig.l.
Le processus ultérieur correspond com- plètement à celui déjà décrit plus haut, sauf que la remise en charge du condensateur 18 aura lieu à chaque instant dans la phase d'arrêt du tube principal, et le processus d'amorçage se répète, en synchronisme avec la tension al- ternative à redresser,'à chaque instant au même moment de la période de courant alternatif.
Un réglage de la valeur moyenne du courant à .redresser peut s'effectuer sans intervention d'autres moyens suivant une des méthodes connues en soi par déphasage dans le circuit de grille 23.