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Il Perfectionnements aux dispositifs à décharge électronique."
La présente invention est relative à des dispo- sitifs à décharge électronique et plus spécialement aux dispositifs de ce type destinés à être enfermés hermétique- ment, pratiquement en permanence, dans un câble sous-marin.
Un dispositif à décharge électronique, particu- lièrement du type à electrodes multiples, comme une pen- thbode, employé en radioélectricité,et dans les systèmes de communications en général, représente un assemblage em- brouillé d'électrodes fragiles, combinées en une petite structure et enfermées dans une enveloppe à vide ponséé ayant des faces scellées hermétiquement pour les conducteurs , d'entrée des électrodes.
Un dispositif de ce genre est soumis à de nom-
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breux effets mécaniques et électriques, provoqués par la détérioration chimique, par des changements de tem- pérature,par la vibration, par la distorsion et les fuites de courant qui peuvent changer les caractéris- tiques électriques stables du dispositif ou réduire considérablement la durée de fonctionnement utile du dispositif en sorte qu'il est rendu inefficace longtemps avant la fin de sa période prévue de fonctionnement utile.
Ces difficultés physiques, qui sont facilement vaincues quand le dispositif est placé dans un endroit d'accès facile, sont pratiquement fatales quand le dis- positif est enfermé dans un câble submergé, comme par exemple dans un système de transmission sous-marin, où la levée du câble est une opération extrêmement coûteuse.
Un objet de 1 invention est de réaliser lias- semblage des électrodes de telle manière que les défauts du dispositif, dus aux défauts mécaniques et électriques, soient pratiquement éliminés pendant une période d'années relativement longue.
Un autre objet de l'invention consiste à amé- liorer l'efficience de fonctionnement du dispositif, en maintenant les caractéristiques électriques uniformes pendant toute la durée de fonctionnement du dispositif.
Suivant l'invention, un dispositif à décharge électronique comprend une enveloppe fermée contenant une seule structure d'électrodes comportant une cathode et une pluralité d'électrodes coopérantes maintenues espa- cées l'une de l'autre par des éléments d'espacement isolants prévus aux extrémités opposées de la dite struc- ture d'électrodes, un écran irradiant la chaleur disposé au delà de chacun des éléments isolants et intimement connecté à la même électrode, et un second écran entourant chacun des premiers écrans et connecté à une autre des
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dites électrodes.
Les écrans mentionnés en premier lieu sont, de préférence, montés sur les extrémités des fils suppor- tant la grille de contrôle et y sont attachés, ces extrémités faisant saillie à travers les éléments d'es- pacement isolants, tandis que les seconds écrans sont fixés aux extrémités saillantes de fils de support pour une autre électrode à grille. Dans le cas d'un dispositif du type penthode, les seconds écrans sont montés sur les fils de support de la grille d'arrêt et y fixés, et l'un des dits écrans est connecté directement à la cathode.
Une caractéristique de la présente invention, se rapporte à la construction détaillée de l'élément cathodique, destinée à éviter les difficultés attribua- bles à l'action chimique ou à la distorsion mécanique.
Ceci est réalisé en montant un manchon isolant sur un conducteur central, en vissant un élément chauffant hélicoïdal enrobé et à sections multiples à travers les alésages du manchon et en pressant une matière isolante dans les alésages jusqu'à ce que ceux-ci soiient remplis, de manière à fixer rigidement les serpentins de chauf- fage dans l'isolateur. La matière isolante étanchéise également les extrémités du manchon isolant,en sorte que les connexions du dispositif de chauffage sont complète- ment noyées et que le manchon et le conducteur forment un seul ensemble.
Une autre caractéristique de cette construc- tion cathodique est l'extension de quelques tours des sections terminales du dispositif de chauffage voisines
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de la matière isolante d'étalichéisation prévue sur une extrémité de la cathode pour ménager des parties dilatables entre la matière solide et les bornes du dispositif de chauffage.
Une autre caractéristique consiste à entourer
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les sections terminales du dispositif de chauffage, de ganchans métalliques de renforcement pour former des bornes rigides de plus grande masse et d'une matièreplus résistante que les serpentins du dispositif de chauffage en fin fil métallique.
Une autre caractéristique concerne la liaison du manchon cathodique avec l'assemblage du dispositif de chauffage exécutée de telle manièreque lu cathode puisse se dilater et se contracter sans être soumise à un effort de la part de l'isolant y enfermé. Cette con- struction iaplique le placement du cylindre cathodique autour de l'assemblage isolé du dispositif de chauffage la torsion d'une extrémité de la cathode pour qu'elle entre on contact avec la tige centrale et la formation de canne- lures longitudinales régulièrement espacées l'une de l'autre dans l'autre extrémité de la cathode pour venir' en contact avec des por-tions de la matière isolante.
Dans cette disposition, la cathode n'est pas en contact avec la majeure partie de l'assemblage du dispositif de chauffage isolé et peut, par conséquent, se dilater et se contracter librement sans que l'on doive craindreque la n' grande masse d'isolantn' exerce un effort dans le cylindre de la cathode.
Une autre caractéristique de l'assemblage concerne la fabrication des éléments espaceurs terminaux pour former des assemblages rigidement fixés, facilement montés par rapport aux extrémités des électrodes pour obtenir une structure unitaire compacte. Dans cette dis- position, un disque espaceur isolant et un disque de pro- tection métallique, dans lesquels sont ménagées des ouvertures alignées l'une sur l'autre pour le passage des électrodes, sont fixés ensemble par des goupilles espa- cées qui font saillie au-delà du disque espaceur et supportant un écran rectangulaire électrostatique qui
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est finalement connecté à l'une des électrodes de grille du dispositif.
Suivant une autre particularité de l'invention la connexion de la cathode à l'écran et à la grille se fait par une bande enveloppante qui vient en prise avec la tige centrale supportant l'assemblage cathodique.
Une autre particularité de l'invention concerne la dissipation de chaleur de la grille voisine de la cathode et de l'anode afin de réduire une émission secon- daire, qui pourrait modifier la commande électronique du dispositif. Dans cette disposition, la grille de contrôle et la grille d'arrêt voisines respectivement de la cathode et de l'anode sont pourvues d'écrans irradiant la chaleur à leurs extrémités opposées de façon à maintenir ces grilles à l'état froid, en sorte qu'une émission secon- daire est ainsi évitée.
Une autre caractéristique de l'invention concerne le support de la structure unitaire des électrodes conte- nues dans l'enveloppe. Cette caractéristique concerne une structure dans laquelle les électrodes de l'élément sont mécaniquement et électriquement fixées, à une des extrémités du dispositif,à des conducteurs qui sont enfermés dans une tige formant cuvette soudée à une des extrémités de l'en- veloppe, l'autre extrémité de l'élément étant supportée par le contact de l'espaceur isolant avec la partie inté- rieure de la paroi de l'enveloppe. La paroi est rétrécie à l'avance sur la limite cylindrique du disque espaceur de manière à assurer que le diamètre intérieur soit le même que celui du disque espaceur.
Une autre caractéristique de la présente inven- tion se rapporte au couplage des électrodes à des appa- reils extérieurs associés et à la facilité de montage du dispositif dans un carter approprié. Cette disposition implique l'application à chaque extrémité du récipient
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d'une base isolante moulée qui enferme une partie ter- minale de l'enveloppe voisine des fils d'entrée des électrodes. La base comporte une partie en forme de cuvette qui est cimentée au récipient et pourvue d'une saillie centrale creuse qui protège les pointes de scellement de l'enveloppe.
Une autre caractéristique de cette construction est la couplage des fils d'entrée de l'électrode à des bornes portées par la base et réparties autour de la saillie centrale, et la connexion de conducteurs flexibles aux bornes, chaque connexion étant assurée mécaniquement et électriquement, les conducteurs flexibles étant exempts de tension et ne se rompant pratiquement pas dans le cas d'un mouvement de friction entre la base et l'appa- reil associé.
Les particularités définies ci-dessus ainsi que d'autres particularités, avantages et conséquences, peuvent être obtenus suivant la présente invention et seront énumérés plus particulièrement dans la descrip- tion détaillée suivante qui, conjointement avec les dessins ci-joints, décrit la construction d'un dispo- sitif à décharge perfectionné et de longue durée.
La figure 1 est une vue en perspective du dispositif complet montrant la configuration du dit dispositif et les bases à bornes à ses extrémités apposées.
La figure 2 est une vue en coupe transver- sale du dispositif de la figure 1, illustrant la struc- ture détaillée de l'assemblage intérieur et le couplage des électrodes aux bornes des bases respectives du dis- positif.
Les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe transversale de l'élément d'électrodes respectivement suivant les lignes 3-3, 4-4 et 5-5, de la figure 2.
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La figure 6 est, à plus grande échelle, une vue détaillée en coupe transversale de parties de l'en- veloppe et du disque espaceur de l'élément à électrodes, dans laquelle est clairement illustrée la zone rétrécie ou rétractée à l'avance du récipient et la relation entre l'espaceur et cette zone.
La figure 7 est, à plus grande échelle, une vue latérale, partiellement en coupe et partiellement brisée, de l'assemblage cathodique, dans laquelle sont illustrés les détails de construction que comporte cet assemblage.
La figure 8 est une vue en bout de la cathode, suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une vue agrandie de l'extrémité inférieure de l'assemblage cathodique de la figure 7, dans laquelle sont montrés les détails des extrémités du dispositif de chauffage voisines de la matière iso- lante exposée?
La figure 10 est une vue fragmentaire en coupe transversale et à échelle agrandie des détails de l'agen- cement de l'espaceur, suivant la ligne 10-10 de la figure 4.
La figure 11 illustre en perspective l'élément à électrodes unitaire de la figure 2, dans lequel on a omis des parties à ses extrémités opposées pour rendre l'exposition de la structure de l'élément plus claire.
La figure 12 est une vue en coupe transver- sale de la base isolante de chaque extrémité du dispositif et montrant en détail la construction des bornes et des parties associées y attachées.
Si l'on considère la figure 2 on eonstate que le dispositif à décharge électronique suivant l'invention comprend une enveloppe hermétiquement scellée ayant un corps cylindrique 20 et une tige en forme de cuvette 21
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disposée/ /à l'une des extrémités de celui-ci et ayant une tubu- lure centrale de vidange 22, la tige comportant une pluralité de fils d'entrée 23 scellés dans une paroi circulaire autour de la tubulure 22. Le récipient est également pourvu,à son extrémité opposée, d'une partie en forme de dôme 24, qui se termine par une pointe de scellement 25 pour un conducteur d'entrée 26. Le réci- pient comprend un assemblage à électrodes du type penthode comprenant une cathode centrale 27, une grille de con- trôle 28, une grille-écran 29, une grille d'arrêt 30 et une anode cylindrique 31.
Ces électrodes sont espa- cées coaxialement par des disques-espaceurs terminaux
32 et 33 en matière isolante, telle que du mica. La grille 28 est supportée par une paire de tiges parallèles
34 et 35 qui s'étendent à une distance considérable au delà des espaceurs terminaux en mica 32 et 33. La grille- écran 29 est supportée par des tiges de support 36 et 37, la tige 36 étant plus longue que le support y associé et s'étendant au delà du disque espaceur en mica 33. La grille d'arrêt 30 est portée par une paire de tiges de support 38 et 39 qui s'étendent au delà des extré- mités opposées des espaceurs en mica 32 et 33, et l'anode est fixée à des tiges de support lourdes 40 et
41, fixées rigidement dans des oeillets métalliques portés par les disques espaceurs terminaux 32 et 33.
L'anode 31 est constituée par des sections semi-cylin- driques ayant des ondulations espacées 42 réparties autour des sections de manière à en augmenter la solidité et les deux sections sont fixées aux tiges de support ± 40 et 41 par des brides d'espacement 45 et 44 (figure 11) le long de la longueur de celles-ci, qui sont montées alternativement sur les supports comme dans les charnières du type à pivot. Cette construction est prévue pour assurer une bonne liaison mécanique entre les tiges
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de support de l'anode et les sections de celle-ci.
Les brides d'espacement sont soudées àux tiges pour former un joint -' présentant une sécurité mécanique aussi bien qu'électrique. Comme montré à la figure 11, les supports pour les grilles sont disposés le long d'un seul diamètre de l'espaceur 32, tandis que les supports de l'anode 31 sont dans un plan perpendiculaire à l'es- paceur.
Pour augmenter le contrôle électrostatique du trajet de décharge de la cathode à l'anode dans l'élément, une paire de disques-écrans électrostati- ques 45 et 46 est montée entre les électrodes et les espaceurs 32 et 33, respectivement. Ces disques ont des parties découpées au centre, comme on le voit dans les figures 3 et 4, pour dégager les tiges de support, des différentes électrodes s'étendant à travers les espaceurs et sont également pourvus de parties latérales découpées, comme on le voit dans les figures 3 et 4, pour dégager les tiges de support de l'anode. Ces écrans sont pourvus d'une bride ou rebord cylindrique 47 qui s'étend au delà de la limite de l'anode 31 pour former une surface pro- tectrice au voisinage des bords de l'anode.
Ces écrans sont fixés rigidement au disque espaceur en mica,par des goupilles espacées 48, comme on le voit dans les figures 4 et 10, qui font saillie à travers le disque espaceur et en sont séparées par une rondelle 49, tandis qu'une seconde rondelle 50 est en contact avec le côté opposé du disque 32, les goupilles ou rivets 48 s'étendant au delà du disque 32 de manière à supporter un écran rectangulaire 51 qui est fixé et soudé mécaniquement aux rivets 48.
La même construction est réalisée avec l'espaceur 33 et le disque écran 46 à l'extrémité infé- rieure de l'assemblage, dans lequel un écran rectangulaire 52 est rigidement fixé aux goupilles 48 s'étendant à
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à travers le disque et l'espaceur en mica. Les écrans rectangulaires 51 et 52 sont pourvus de parties formant boucle sur leurs côtés opposés pour recevoir les tiges de support 38 et 39 de la grille d'arrêt sur des extré- mités opposées de l'élément de manière à protéger élec- triquement la grille de contrôle contre l'anode et à faciliter le refroidissement de la grille par le rayon- nement de la chaleur engendrée dans la grille par suite de sa proximité de l'anode 31.
De même la grille voisine de la cathode est pourvue à ses extrémités opposées d'écrans irradiant la chaleur dans lesquels les longues tiges de support 34 et 35 supportent un écran cylin- drique de chaleur 53, tandis qu'aux extrémités opposées de ces tiges est fixé un écran de chaleur 54 ayant la forme d'un U. Ces écrans de chaleur sont pourvus d'un revêtement de couleur noire pour dissiper efficacement l'énergie calorifique absorbée par les supports de grille, de sorte que les grilles soient relativement froides pendant le fonctionnement et par conséquent ne soient pas soumises à une distorsion ni capables d'émettre des électrons secondaires.
Il doit être noté que le couplage d'éléments apparentés à l'une des tiges de support des électrodes est aussi bien mécanique qu'électrique, et est par exemple, réalisé par anudure de manière à assurer un joint parfait ne pouvant être brisé pendant la manipulation ou en service, et en cas où. un joint soudé est séparé, le joint mécanique reste intact et assure une connexion sûre entre les parties associées des éléments.
L'assemblage à électrodes est supporté rigide- ment à une extrémité du récipient voisine de la tige 21 par des fils d'entrée 23, dont une paire est rigide- ment fixée au disque espaceur 33 par des oeillets 55, tandis qu'une autre paire est fixée mécaniquement aux
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tiges de support 40 et 41 par des attaches métalliques 56 (figure 5), qui les entourent, de manière à établir une liaison mécanique, les attaches étant soudées aux tiges pour établir une connexion électrique.
La paire de conducteurs ancrés dans les oeillets 55 est fixée aux supports de la grille-écran par des agrafes-métalliques 57 qui sont serrées autour des tiges et du fil métalli- que respectivement et y sont soudées La longue tige de support 36 de la grille-écran porte une agrafe de ser- rage 58 qui y est soudée et est également soudée à un autre conducteur d'entrée 23 dans la tige 21. Le conduc- teur 26, à l'autre extrémité du récipient, s'étend vers le bas jusqu'à l'écran cylindrique 53 de la grille de contrôle et est mécaniquement fixé à celle-ci et soudé en place.
L'extrémité de l'élément qui est éloignée de la tige en forme de cuvette 21 est rigidement supportée par le contact du disque espaceur 32 avec la paroi du récipient de la partie de corps 20. Toutefois, comme le diamètre intérieur de la paroi du récipient est variable par suite des conditions de fabrication, il est extrême- ment difficile d'adapter le diamètre du disque 32 à la paroi intérieure de l'enveloppe. Cette difficulté est vaincue suivant la présente invention par le rétrécisse- ment préalable d'une partie cylindrique 59 du récipient, comme on le voit dans la figure 6, de manière que le diamètre intérieur s'adapte exactement au diamètre du disque 32, pour fournir un joint hermétique, tout en permettant la dilatation de l'élément par suite de chan- gements de température.
Un support 60 pour produit à vaporiser est fixé à l'anode par une agrafe 61 fixée à l'une des tiges de support de l'anode, le produit à vapo- /se présentant sous forme de/ riser /boulettes étant vaporisé sur le support mise sous vide pendant la période finale du dispositif.
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Les électrodes et les différents éléments qui constituent une partie de la structure unitaire sont entièrement dégagées par traitement à température élevée pendant le procédé de pompage pour enlever les impuretés chimiques qui pourraient affaiblir les électrodes ou former des trajets de fuite le long des supports isolants des électrodes, augmentant par ce moyen l'efficacité du dispositif pendant le fonctionnement. Cette action chi- mique est plus apte à se produire dans l'assemblage du dispositif de chauffage de la cathode et dans la couche active à la surface de la cathode.
Ces difficultés sont vaincues suivant la pré- sente invention par une construction cathodique telle que celle représentée aux figures 7 à 9 inclusivement, dans laquelle la cathode est supportée par une lise centrale ou noyau 62 qui est entouréd'un manchon iso- lant 65, placé sur la tige centrale par rétrécissement préalable par chauffage avant la fabrication de l'as- semblage cathodique. Le manchon 65, formé d'une matière isolante réfractaire, par exemple de l'oxyde d'alumi- nium, est pourvu d'une pluralité d'alésages longitudinaux 64 répartis autour de la tige centrale 68.
Un dispositif de chauffage 65 ayant une pluralité de sections chauffantes en serpentins, recouvertes par arrosage au moyen d'une matière isolante, telle quede l'oxyde d'aluminium, est inséré dans les alésages du manchon à la manière d'un serpentin de fanon que ses extrémités terminales 66 fassent saillie sur la partie inférieure du manchon 65.
Les dernières sections sont renforcées par des manchons en nickel 67 pour fournir des connexions rigides qui mont engagées dans la tige 21 en forme de cuvette par des parties d'extrémité, plates 56 d'une paire deconducteurs d'entrée 35. Les spires fermées des sections chauffantes du fil métallique 65, diffusent normalement, par suite
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de la température qui existe à l'intérieur du manchon 63, une substance métallique qui se dépose sur la sur- face intérieure des alésages, sous forme d'un film métal- lique, et peut mettre des parties du dispositif de chauf- fage en court-circuit.
Ceci est évité suivant la présente invention en forçant un mélange plastique d'oxyde d'alunii- nium à entrer dans les alésages du manchon 65 de manière à remplir complètement les espaces et seeller herméti- quement les extrémités du manchon à la tige centrale par une masse de matière isolante 69. L'élément de chauffage est par conséquent solidement enfermé dans le manchon par la masse d'isolant qui l'entoure complètement de manière à éviter toute formation d'un film.
Les sections chauffantes 66 sont légèrement étendues entre les manchons de renforcement 67 et la masse 69 de manière à former des sections de dilatation entre l'assemblage cathodique et les conducteurs d'entrée rigidement fixés. Le manchon 63 est entouré d'un cylin- dre de cathode 70 qui est pourvu d'une couche d'oxyde alcalin ordinaire de manière à former la surface d'émis- sion active, et le manchon de cathode est supporté par rapport à l'isolat.un de manière à éviter que des efforts de distorsion ne soient imposés au cylindre de la ca- thode par la dilatation de la matière constitutive du manchon.Ceci est réalisé en effilant une extrémité du cylindre de cathode 71 pour l'amener en contact avec la tige centrale 62, ce qui fournit une connexion méca- nique et électrique par la tige centrale.
L'extrémité opposée du manchon de la cathode est pourvue de courtes cannelures longitudinales 72, réparties uniformément autour de la base du manchon de la cathode de manière à venir en prise avec le manchon isolant 63 à des points déterminés, tout en maintenant la plus grande partie du manchon de la cathode non en prise avec le dispositif de chauffage isolé. Le dispositif de chauffage à sections
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multiples opère à 30 volts avec un passage de courant faible de 0,25 ampère, et a ainsi une dissipation d'é- nergie d'environ 5 watts, pour chauffer uniformément le manchon de cathode 70 par conduction jusqu'à une température d'environ X 670 C de manière à four- nir une température d'émission uniforme pour la couche active de la surface de la cathode.
La cathode, comme on le voit dans la figure 2, est montée dans l'axe de l'élément, avec la tige centrale 62 s'étendant au delà des extrémités des es- paceurs en mica 3et 33 au centre du plan des fils de grille s'étendant à travers les espaceurs. Les saillies renforcées 67 du dispositif de chauffage traversent de petites ouvertures ménagées dans l'espaceur inférieur 33 en position légèrement déportée, comme on le voit à la figure 5. Comme le cylindre cathodique 70 est con- necté mécaniquement et électriquement à la tige centrale 62 à la partie supérieure de l'assemblage, il est pos- sible d'utiliser la tige centrale comme connexion con- ductrice à 1a cathode.
Ceci est réalisé par le fait qu'on relie l'extrémité inférieure de la tige centrale à l'écran rectangulaire 52 de façon que la cathode soit connectée à la grille d'arrêt 30, pendant l'utilisation du dispo- sitif dans le système d'amplificateur par câble. pour connecter la cathode mécaniquement et électriquement avec la grille d'arrêt, une bande pliée en forme de T 73 (figure 5) a une jambe du T formée en une boucle qui entoure la tige centrale 62 et y est fixée et soudée.
Les bras transversaux de la bande en forme de T sont situés parallèlement à un côté de l'écran rectangulaire 52, les extrémités de deux-ci étant connectées mutuel- lement à l'écran par des parties de bandes 74 qui s'é- tendent à travers la paroi latérale de l'écran et y sont fixées mécaniquement. Ges attaches sont également soudées
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pour assurer un joint électrique parfait. Cette disposi- tion permet de maintenir la cathode à une température uniforme, puisque la dissipation thermique est éliminée par le fait que la bande 73 est connectée à la tige centrale de la cathode dont la température est supé- rieure à celle de la cathode.
Les écrans rectangulaires 51 et 52 disposés aux extrémités opposées de la grille d'arrêt sont pourvus diextensions d'ailettes saillantes 75 qui sont courbées à un certain angle par rapport @ la paroi rectangulaire de l'écran de manière à constituer des écrans électrostatiques aussi bien que des écrans anticalorifiques entre les structures de grille inté- rieures et les conducteurs d'anode:. A la partie supé- rieure de l'élément, les ailettes 75 sont courbées vers l'extérieur, comme on le voit dans la figure 4, pour former une barrière entre les grilles et les supports de l'anode 40 et 41, tandis que les ailettes 75 montées sur l'écran inférieur 52 sont courbées vers l'intérieur, comme on le voit dans la figure 5, pour éviter le contact avec les supports d'anode 40 et 41.
Le dispositif à décharge de la présente in- vention est destiné principalement à être monté dans une enveloppe de câbles de forme allongée en sorte qu'il est préférable de fixer des bases de montage aux extré- mités opposées du dispositif. Ces bases sont constituées par des matières isolantes chimiquement inertes comme par exemple, une composition d'oxyde d'aluminium, de silice et d'oxyde de magnésium, pour constituer une céra- mique à propriétés diélectriques élevées et facile à mouler ou à couler en n'importe quelle forme voulue.
On donne à la base la forme d'une coupe 76 ayant une extension tubulaire centrale 77, une partie du corps de la coupe étant de section décroissante entre la paroi -cylindrique et la surface plate entourant l'exten-
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sion centrale de manière à fournir un corps aérodynamique destiné à s'adapter dans un montage dans un coussin monté dans l'nnveloppe, l'extérieur de la base étant glacé. La partie plate de la base est pourvue d'unµ grand nombre de paires de petites et de grandes ouver- tures 78 et 79 respectivement ménagées autour de la saillie centrale 77, et un oemllet métallique 80, est fixé à une ouverture plus grande pour former une borne pour les conducteurs d'entrée 23 du dispositif.
La borne 80 forme également un dispositif de fixation pour un long conducteur flexible au fil métallique 81 en alliage de béryllium, cuivre et cobalt, qui s'étend vers l'exté- rieur à partir de la base, comme on le voit dans la figure 1, de manière à faciliter la connexion du dispo- sitif à l'appareil associé dans la structure de câble.
Ces fils métalliques flexibles, qui sont tressés, sont protégés contre l'oxydation par un placage en or et sont fixés à la borne 80 d'une manière particulière pour as- surer un joint;mécanique et électrique et pour empêcher en même temps la rupture du fil par suite de contact par friction ou par effort de courbure.
Comme on le voit dans la figure 12, le fil flexible 81 est fixé à la borne 80 en plaçant le fil sur l'extérieur de l'oeillet et en enfermant un tour du fil sous le rebord de l'oeillet sur la surface intérieure de la base de manière à obtenir une bonne connexion mé- canique. Le fil est ensuite introduit à travers l'oeillet de l'extérieur et finalement introduit par l'ouverture plus petite 78 pour s'étendre à l'extérieur à partir de la base. Quand le conducteur d'entrée 23 est introduit dans l'oeillet ou dans la borne 80, un bouchon de sou- dure 82 connecte simultanément le conducteur d'entrée, le fil de borne 81 et l'oeillet 80 électriquement en- semble et ocelle l'ouverture de l'oeillet.
C'est
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pourquoi seule:; la partie du conducteur 81 se trouvant dans l'oeillet, est recouverte de matière de soudure, et comme cette partie n'est pas soumise à flexion ou à friction, il n'y a pas de danger que le conducteur flexible soit raidi par la couche de soudure au delà de l'oeillet. La saillie 77 forme recouvrement protecteur pour les pointes de fermeture; en verre aux extrémités opposées du dispositif et fournit également une sortie centrale pour certaines électrodes du dispositif, tels que la grille de contrôle, comme on le voit dans la fi- gure 2.
Dans cette construction du conducteur flexible 81, le fil est fixé mécaniquement à l'oeillet, puis introduit par l'oeillet pour faire saillie dans la base de manière qu'on puisse le conduire au dehors par la saillie centrale 77, le donducteur et le fil d'entrée 26 de la grille étant simultanément fixés à la borne par le bouchon de soudure 82. La connexion de l'anode peut être réalisée par la saillie centrale opposée 77 d'une manière similaire.
Bien que l'invention ait été décrite suivant une forme d'exécution spécifique des différentes carac- téristiques de l'invention, il est évident que plusieurs modifications peuvent être apportées à l'assemblage dé- taillé des parties et à leur rapport dans le dispositif sans s'éloigner de la portée de l'invention telle qu'elle est définie dans les revendications suivantes.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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It Improvements to Electronic Discharge Devices. "
The present invention relates to electronic discharge devices and more especially to devices of this type intended to be hermetically sealed, practically permanently, in a submarine cable.
An electronic discharge device, particularly of the multi-electrode type, such as a pentthbode, employed in radioelectricity, and in communications systems in general, represents a tangled assembly of fragile electrodes, combined into a small structure. and enclosed in a weighted vacuum envelope having hermetically sealed faces for the conductors, entry of the electrodes.
A device of this kind is subject to many
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many mechanical and electrical effects, caused by chemical deterioration, changes in temperature, vibration, distortion and current leakage which can change the stable electrical characteristics of the device or considerably reduce the operating time usefulness of the device such that it is rendered ineffective long before the end of its intended period of useful operation.
These physical difficulties, which are easily overcome when the device is placed in an easily accessible location, are virtually fatal when the device is enclosed in a submerged cable, such as in an underwater transmission system, where the lifting the cable is an extremely expensive operation.
It is an object of the invention to achieve the assembly of the electrodes in such a way that device defects, due to mechanical and electrical defects, are practically eliminated over a relatively long period of years.
Another object of the invention is to improve the operating efficiency of the device, by maintaining the electrical characteristics uniform throughout the operating time of the device.
According to the invention, an electronic discharge device comprises a closed casing containing a single electrode structure comprising a cathode and a plurality of cooperating electrodes kept spaced from each other by insulating spacers provided. at opposite ends of said electrode structure, a heat radiating screen disposed beyond each of the insulating elements and intimately connected to the same electrode, and a second screen surrounding each of the first screens and connected to another of the
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say electrodes.
The first-mentioned screens are preferably mounted on and attached to the ends of the wires supporting the control grid, these ends projecting through the insulating spacers, while the second screens are attached to the protruding ends of support wires for another grid electrode. In the case of a device of the penthode type, the second screens are mounted on the support wires of the stop grid and fixed thereto, and one of said screens is connected directly to the cathode.
A feature of the present invention relates to the detailed construction of the cathode element, intended to avoid difficulties attributable to chemical action or mechanical distortion.
This is accomplished by mounting an insulating sleeve on a center conductor, threading a multi-section, coated helical heater element through the bores of the sleeve, and pressing an insulating material into the bores until they are filled, so as to rigidly fix the heating coils in the insulator. The insulating material also seals the ends of the insulating sleeve, so that the connections of the heater are completely embedded and the sleeve and conductor form a single unit.
Another feature of this cathodic construction is the extension of a few turns of the terminal sections of the neighboring heater.
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insulating flattening material provided on one end of the cathode to provide expandable portions between the solid material and the terminals of the heater.
Another feature is to surround
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the end sections of the heater, reinforcing metal ganchans to form rigid terminals of greater mass and of a stronger material than the coils of the thin wire heater.
Another characteristic relates to the connection of the cathode sleeve with the assembly of the heating device carried out in such a way that the cathode can expand and contract without being subjected to a force from the insulator enclosed therein. This construction involves placing the cathode cylinder around the insulated heater assembly, twisting one end of the cathode to contact the central rod and forming evenly spaced longitudinal grooves. one from the other in the other end of the cathode to come into contact with por-tions of the insulating material.
In this arrangement, the cathode is not in contact with the major part of the insulated heater assembly and therefore can expand and contract freely without fear of the large mass of 'insulatorn' exerts a force in the cylinder of the cathode.
Another characteristic of the assembly relates to the manufacture of the terminal spacer elements to form rigidly fixed assemblies, easily mounted relative to the ends of the electrodes to obtain a compact unitary structure. In this arrangement, an insulating spacer disc and a metal protection disc, in which openings aligned with one another for the passage of the electrodes are formed, are fixed together by spaced pins which form protruding beyond the spacer disc and supporting an electrostatic rectangular screen which
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is finally connected to one of the gate electrodes of the device.
According to another feature of the invention, the connection of the cathode to the screen and to the grid is effected by an enveloping strip which engages with the central rod supporting the cathode assembly.
Another feature of the invention relates to the dissipation of heat from the grid adjacent to the cathode and the anode in order to reduce a secondary emission, which could modify the electronic control of the device. In this arrangement, the control grid and the stop grid respectively adjacent to the cathode and the anode are provided with screens radiating heat at their opposite ends so as to keep these grids in the cold state, so that a secondary emission is thus avoided.
Another characteristic of the invention relates to the support of the unitary structure of the electrodes contained in the casing. This characteristic relates to a structure in which the electrodes of the element are mechanically and electrically fixed, at one end of the device, to conductors which are enclosed in a rod forming a cup welded to one end of the casing. the other end of the element being supported by the contact of the insulating spacer with the interior part of the wall of the casing. The wall is narrowed in advance over the cylindrical limit of the spacer disc so as to ensure that the inner diameter is the same as that of the spacer disc.
Another feature of the present invention relates to the coupling of the electrodes to associated external devices and the ease of mounting the device in a suitable housing. This arrangement involves the application to each end of the container
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a molded insulating base which encloses a terminal portion of the casing adjacent to the electrode input leads. The base has a cup-shaped portion which is cemented to the container and provided with a hollow central protrusion which protects the sealing tips of the casing.
Another feature of this construction is the coupling of the input wires of the electrode to terminals carried by the base and distributed around the central projection, and the connection of flexible conductors to the terminals, each connection being made mechanically and electrically, the flexible conductors being free of tension and practically not breaking in the event of a frictional movement between the base and the associated apparatus.
The features defined above as well as other features, advantages and consequences, can be obtained according to the present invention and will be listed more particularly in the following detailed description which, together with the accompanying drawings, describes the construction of the invention. 'an improved and long-lasting discharge device.
FIG. 1 is a perspective view of the complete device showing the configuration of said device and the terminal bases at its affixed ends.
Figure 2 is a cross-sectional view of the device of Figure 1, illustrating the detailed construction of the interior assembly and the coupling of the electrodes across the respective bases of the device.
Figures 3, 4 and 5 are cross-sectional views of the electrode element taken along lines 3-3, 4-4 and 5-5, respectively, of Figure 2.
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Figure 6 is, on a larger scale, a detailed cross-sectional view of parts of the shell and spacer disc of the electrode member, clearly showing the area narrowed or retracted in advance of the electrode. container and the relationship between the spacer and that area.
FIG. 7 is, on a larger scale, a side view, partially in section and partially broken away, of the cathode assembly, showing the construction details included in this assembly.
Figure 8 is an end view of the cathode, taken along line 8-8 of Figure 7.
Figure 9 is an enlarged view of the lower end of the cathode assembly of Figure 7, showing details of the ends of the heater adjacent to the exposed insulating material.
Figure 10 is a fragmentary cross-sectional view on an enlarged scale of the details of the arrangement of the spacer, taken along line 10-10 of Figure 4.
Fig. 11 illustrates in perspective the unitary electrode element of Fig. 2, in which parts at its opposite ends have been omitted to make the exposure of the structure of the element clearer.
Figure 12 is a cross-sectional view of the insulating base of each end of the device and showing in detail the construction of the terminals and associated parts attached thereto.
If we consider Figure 2 we can see that the electronic discharge device according to the invention comprises a hermetically sealed envelope having a cylindrical body 20 and a cup-shaped rod 21
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disposed / / at one end thereof and having a central drain tube 22, the rod comprising a plurality of inlet wires 23 sealed in a circular wall around the tube 22. The container is also provided at its opposite end with a dome-shaped portion 24, which terminates in a sealing tip 25 for an input conductor 26. The vessel comprises a penthode-type electrode assembly comprising a central cathode 27, a control grid 28, a screen grid 29, a stop grid 30 and a cylindrical anode 31.
These electrodes are spaced coaxially by terminal disc-spacers.
32 and 33 of insulating material, such as mica. The grid 28 is supported by a pair of parallel rods
34 and 35 which extend a considerable distance beyond the terminal mica spacers 32 and 33. The screen grid 29 is supported by support rods 36 and 37, the rod 36 being longer than the associated support and extending beyond the mica spacer disc 33. The stopper grid 30 is carried by a pair of support rods 38 and 39 which extend beyond the opposite ends of the mica spacers 32 and 33, and the anode is attached to heavy support rods 40 and
41, rigidly fixed in metal eyelets carried by the terminal spacer discs 32 and 33.
The anode 31 is made up of semi-cylindrical sections having spaced corrugations 42 distributed around the sections so as to increase their strength and the two sections are fixed to the support rods ± 40 and 41 by spacing flanges. 45 and 44 (Figure 11) along the length of these, which are mounted alternately on the brackets as in the pivot type hinges. This construction is designed to ensure a good mechanical connection between the rods.
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support of the anode and the sections thereof.
The spacer flanges are welded to the rods to form a joint - providing mechanical as well as electrical security. As shown in Figure 11, the supports for the screens are disposed along a single diameter of the spacer 32, while the supports for the anode 31 are in a plane perpendicular to the spacer.
To increase the electrostatic control of the discharge path from the cathode to the anode in the cell, a pair of electrostatic shielding discs 45 and 46 are mounted between the electrodes and spacers 32 and 33, respectively. These discs have parts cut out in the center, as seen in Figures 3 and 4, to disengage the support rods, from the various electrodes extending through the spacers and are also provided with side parts cut out, as seen in Figures 3 and 4, to release the anode support rods. These screens are provided with a cylindrical flange or rim 47 which extends beyond the limit of the anode 31 to form a protective surface in the vicinity of the edges of the anode.
These screens are rigidly attached to the mica spacer disc, by spaced pins 48, as seen in Figures 4 and 10, which protrude through the spacer disc and are separated from it by a washer 49, while a second washer 50 contacts the opposite side of disc 32, pins or rivets 48 extending beyond disc 32 so as to support a rectangular screen 51 which is fixed and mechanically welded to rivets 48.
The same construction is made with the spacer 33 and the screen disc 46 at the lower end of the assembly, in which a rectangular screen 52 is rigidly attached to the pins 48 extending to.
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through the disc and the mica spacer. The rectangular screens 51 and 52 are provided with loop portions on their opposite sides to receive the support rods 38 and 39 of the stopper grid on opposite ends of the element so as to electrically protect the grid. control against the anode and to facilitate the cooling of the grid by the radiation of the heat generated in the grid as a result of its proximity to the anode 31.
Likewise, the grid adjacent to the cathode is provided at its opposite ends with heat radiating screens in which the long support rods 34 and 35 support a cylindrical heat screen 53, while at the opposite ends of these rods is. attached a heat shield 54 having the shape of a U. These heat shields are provided with a black color coating to effectively dissipate the heat energy absorbed by the grate supports, so that the grates are relatively cool during operation and therefore not subjected to distortion or capable of emitting secondary electrons.
It should be noted that the coupling of related elements to one of the electrode support rods is both mechanical and electrical, and is for example, achieved by anudure so as to ensure a perfect seal that cannot be broken during the handling or in service, and in case. a welded joint is separated, the mechanical joint remains intact and ensures a secure connection between the associated parts of the elements.
The electrode assembly is rigidly supported at one end of the receptacle adjacent to the rod 21 by lead wires 23, one pair of which is rigidly secured to the spacer disc 33 by eyelets 55, while another pair is mechanically attached to the
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support rods 40 and 41 by metal fasteners 56 (Figure 5), which surround them, so as to establish a mechanical connection, the fasteners being welded to the rods to establish an electrical connection.
The pair of conductors anchored in the eyelets 55 are fixed to the supports of the screen grid by metal clips 57 which are clamped around the rods and the wire respectively and are welded to them The long support rod 36 of the grid The screen carries a clamp 58 which is welded thereto and is also welded to another input conductor 23 in the rod 21. The conductor 26, at the other end of the container, extends towards the bottom. down to the cylindrical screen 53 of the control grid and is mechanically attached to it and welded in place.
The end of the member which is remote from the cup-shaped rod 21 is rigidly supported by the contact of the spacer disc 32 with the wall of the container of the body part 20. However, like the inside diameter of the wall of the body part 20. The container is variable due to the manufacturing conditions, it is extremely difficult to match the diameter of the disc 32 to the inner wall of the casing. This difficulty is overcome in accordance with the present invention by the prior narrowing of a cylindrical portion 59 of the container, as seen in Figure 6, so that the inside diameter exactly matches the diameter of the disc 32, to provide a hermetic seal, while allowing expansion of the element due to changes in temperature.
A support 60 for vaporizing product is fixed to the anode by a clip 61 attached to one of the anode support rods, the vaporizing product / in the form of / riser / pellets being vaporized on the support evacuated during the final period of the device.
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The electrodes and the various elements that make up a part of the unitary structure are completely cleared by high temperature treatment during the pumping process to remove chemical impurities which could weaken the electrodes or form leakage paths along the insulating supports of the electrodes. , thereby increasing the efficiency of the device during operation. This chemical action is more apt to occur in the assembly of the cathode heater and in the active layer on the surface of the cathode.
These difficulties are overcome according to the present invention by a cathodic construction such as that shown in Figures 7 to 9 inclusive, in which the cathode is supported by a central strip or core 62 which is surrounded by an insulating sleeve 65, placed. on the central rod by prior shrinkage by heating before manufacture of the cathode assembly. The sleeve 65, formed of a refractory insulating material, for example aluminum oxide, is provided with a plurality of longitudinal bores 64 distributed around the central rod 68.
A heater 65 having a plurality of coil heating sections, covered by spraying with an insulating material, such as aluminum oxide, is inserted into the bores of the sleeve in the manner of a dewlap coil. that its terminal ends 66 protrude from the lower part of the sleeve 65.
The latter sections are reinforced with nickel sleeves 67 to provide rigid connections which mount engaged in cup-shaped rod 21 by flat, end portions 56 of a pair of input conductors 35. The closed turns of the heating sections of the wire 65, diffuse normally, therefore
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of the temperature which exists inside the sleeve 63, a metallic substance which deposits on the inner surface of the bores in the form of a metallic film and can put parts of the heater in short circuit.
This is avoided in accordance with the present invention by forcing a plastic mixture of aluminum oxide into the bores of the sleeve 65 so as to completely fill the spaces and seal the ends of the sleeve to the central rod by a seal. mass of insulating material 69. The heating element is therefore firmly enclosed in the sleeve by the mass of insulation which completely surrounds it so as to avoid any formation of a film.
The heating sections 66 are extended slightly between the reinforcing sleeves 67 and the mass 69 so as to form expansion sections between the cathode assembly and the rigidly attached input conductors. The sleeve 63 is surrounded by a cathode cylinder 70 which is provided with an ordinary alkali oxide layer so as to form the active emitting surface, and the cathode sleeve is supported relative to the sleeve. 'isolate so as to avoid distorting forces being imposed on the cylinder of the cathode by the expansion of the material constituting the sleeve. This is achieved by tapering one end of the cathode cylinder 71 to bring it into contact with the central rod 62, which provides a mechanical and electrical connection through the central rod.
The opposite end of the cathode sleeve is provided with short longitudinal grooves 72, distributed evenly around the base of the cathode sleeve so as to engage the insulating sleeve 63 at determined points, while maintaining the largest part of the cathode sleeve not in engagement with the insulated heater. The section heater
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multiple operates at 30 volts with a low current flow of 0.25 amps, and thus has an energy dissipation of about 5 watts, to uniformly heat the cathode sleeve 70 by conduction to a temperature of. about X 670 ° C so as to provide a uniform emission temperature for the active layer of the cathode surface.
The cathode, as seen in Figure 2, is mounted in the axis of the element, with the central rod 62 extending beyond the ends of the mica spacers 3 and 33 at the center of the plane of the wires. grid extending through the spacers. The reinforced protrusions 67 of the heater pass through small openings in the lower spacer 33 in a slightly offset position, as seen in Figure 5. As the cathode cylinder 70 is mechanically and electrically connected to the central rod 62 at the top of the assembly it is possible to use the central rod as a conductive connection to the cathode.
This is achieved by connecting the lower end of the central rod to the rectangular screen 52 so that the cathode is connected to the stopper grid 30, during use of the device in the system. amplifier cable. to connect the cathode mechanically and electrically with the stopper grid, a folded T-shaped strip 73 (Figure 5) has a leg of the T formed into a loop which surrounds the central rod 62 and is attached and welded to it.
The transverse arms of the T-shaped strip are located parallel to one side of the rectangular screen 52, the ends of both being mutually connected to the screen by portions of strips 74 which extend out. through the side wall of the screen and mechanically attached to it. These fasteners are also welded
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to ensure a perfect electrical seal. This arrangement allows the cathode to be maintained at a uniform temperature, since heat dissipation is eliminated by the fact that the strip 73 is connected to the central rod of the cathode whose temperature is higher than that of the cathode.
The rectangular screens 51 and 52 disposed at opposite ends of the stopper grid are provided with projecting fin extensions 75 which are curved at an angle to the rectangular wall of the screen so as to constitute electrostatic screens as well. as heat shields between the internal grid structures and the anode conductors :. At the top of the element, the fins 75 are bent outwardly, as seen in Figure 4, to form a barrier between the grids and the anode supports 40 and 41, while the fins 75 mounted on the lower screen 52 are curved inwardly, as seen in figure 5, to avoid contact with the anode supports 40 and 41.
The discharge device of the present invention is primarily intended for mounting in an elongated cable wrap so that it is preferable to attach mounting bases to opposite ends of the device. These bases consist of chemically inert insulating materials such as, for example, a composition of aluminum oxide, silica and magnesium oxide, to constitute a ceramic with high dielectric properties and easy to mold or to cast in. any shape you want.
The base is formed as a cup 76 having a central tubular extension 77, a portion of the body of the cup being of decreasing section between the cylindrical wall and the flat surface surrounding the extension.
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centrally mounted so as to provide an aerodynamic body for fitting into a cushion mount mounted in the envelope, the exterior of the base being glazed. The flat part of the base is provided with a large number of pairs of small and large openings 78 and 79 respectively provided around the central projection 77, and a metal eyelet 80, is attached to a larger opening to form a terminal for the input conductors 23 of the device.
Terminal 80 also forms a fastening device for a long flexible conductor to metal wire 81 of beryllium, copper and cobalt alloy, which extends outward from the base, as seen in the figure. 1, so as to facilitate the connection of the device to the associated apparatus in the cable structure.
These flexible metal wires, which are braided, are protected against oxidation by a gold plating and are attached to terminal 80 in a special way to ensure a mechanical and electrical seal and at the same time to prevent breakage. of the wire as a result of contact by friction or by bending force.
As seen in Figure 12, flexible wire 81 is secured to terminal 80 by placing the wire on the outside of the eyelet and enclosing one turn of the wire under the rim of the eyelet on the inner surface of the eyelet. the base so as to obtain a good mechanical connection. The yarn is then introduced through the eyelet from the outside and finally introduced through the smaller opening 78 to extend outward from the base. When the input conductor 23 is inserted through the eyelet or terminal 80, a solder plug 82 simultaneously connects the input conductor, terminal wire 81 and eyelet 80 electrically together. the opening of the eyelet.
This is
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why alone :; the part of the conductor 81 located in the eyelet is covered with solder material, and as this part is not subjected to bending or friction, there is no danger that the flexible conductor will be stiffened by the solder layer beyond the eyelet. The projection 77 forms a protective covering for the closing tips; glass at opposite ends of the device and also provides a central outlet for some device electrodes, such as the control grid, as seen in Figure 2.
In this construction of the flexible conductor 81, the wire is mechanically fixed to the eyelet, then introduced through the eyelet to protrude into the base so that it can be led out through the central protrusion 77, the conductor and the input wire 26 of the grid being simultaneously secured to the terminal by the solder plug 82. The anode connection can be made by the opposing central projection 77 in a similar manner.
Although the invention has been described according to a specific embodiment of the various features of the invention, it is obvious that several modifications can be made to the detailed assembly of the parts and to their relation in the device. without departing from the scope of the invention as defined in the following claims.
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