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GENERATEURS D'IMPULSIONS ELECTRIQUES
La présente invention est relative à des générateurs d'impulsions électriques et, en particulier, à un dispositif de montage distributeur ou modulateur d'impulsions électriques utilisant un tube à décharge électronique à atmosphère gazeuse et à cathode froide.
Un dispositif distributeur d'impulsions électriques conforme à l'invention comporte un tube à décharge électro- nique à atmosphère gazeuse et à cathode froide présentant une série d'intervalles de décharge, des organes permettant d'appli- quer, à chacun desdits intervalles, un potentiel de grandeur suffisante pour maintenir une décharge entre ses bords mais insuffisante en elle-même pour déclencher une telle décharge, des organes appliquant une impulsion pour l'allumage du premier intervalle de la série, les dispositifs étant tels que les autres intervalles sont conditionnés par la migration des ions,
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de telle manière qu'ils s'allument spontanément et successive- ment un par un, et des organes permettant d'obtenir des impul- sions de sortie à partir desdits intervalles.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de ladite invention.
La figure 1 représente un diagramme d'un train d'impulsions qui peut être obtenu avec le dispositif de montage conforme à certaines caractéristiques de l'invention.
La figure 2 représente schématiquement ledit mon- tage.
Les figures 3 et 4 montrent des modifications de détail des dispositifs de la figure 2.
Le dispositif de montage de la figure 2 est sus- ceptible de produire un train d'impulsions modulées en ce qui concerne la période des impulsions pour système de communication électrique. Ce type de train d'impulsions est représenté à titre d'exemple sur la figure 1. D'après cette figure, on peut voir que la durée de signalisation est subdivisée en un certain nombre de périodes de signalisation égales par un train d'im- pulsions 0 à récurrence régulière présentant une certaine carac- téristique qui peut être distinguée des impulsions de voie telle que par exemple une amplitude plus large, comme indiqué sur la figure 1. Ces impulsions seront désignées ci-après par simpli- fication par l'expression "impulsions codées" et lesdites im- pulsions ne portent aucun signal. Trois impulsions codées successives 0 sont représentées sur la figure 1.
Les impulsions de voie sont produites à l'origine sous la forme de trains d'im- pulsions dont la fréquence de récurrence est égale à celle des impulsions codées et qui sont entremêlées de telle manière qu'au cours de chacune des périodes de signalisation mentionnées
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ci-dessus, chaque impulsion appartienne à une voie différente.
Quatre impulsions de voie désignées par 1, 2,3et 4 sont repré- sentées dans chacune des deux périodes de signalisation indiquées sur la figure 1. Les positions dans le temps des impulsions de voie sont modifiées par les signaux modulateurs correspondants, de telle manière que l'espacement dans le temps entre l'impulsion 1 de la voie 1 et l'impulsion codée 0 précédente ne dépendent que de la tension instantanée du signal porté par la voie 1 et de telle manière que dans le cas d'une impulsion d'une autre voie telle que 2, l'espacement dans le temps entre ladite im- pulsion 2 et l'impulsion précédente 1 ne dépende que de la ten- sion instantanée du signal porté par la voie 2, et ainsi de suite. On comprendra qu'il peut y avoir un nombre quelconque d'impulsions de voie dans chaque période de signalisation.
Sur la figure 1, les positions de non-modulation des impulsions de voie sont représentées par les lignes en trait interrompu et, de préférence, lesdites positions doivent être également espacées entre deux impulsions codées successives.
Les impulsions de voie 1, 2,3 et 4 sont représentées décalées de façons diverses dans les périodes de signalisation suivant les tensions de signal correspondantes.
Le dispositif de la figure 2 utilise un tube à dé- charge électronique à atmosphère gazeuse et à cathode froide comportant des intervalles multiples. Ledit tube comporte une anode 113 qui consiste en une longue plaque de métal rectiligne et, en face de cette anode, sont disposées un certain nombre de cathodes métalliques identiques consistant en des cylindres courts et formant avec ladite anode une série d'intervalles de décharge. Lesdites cathodes sont également espacées sur une même ligne droite et la première d'entre elles 114 est la cathode de démarrage, les autres étant les cathodes de voie qui sont utilisées pour produire les impulsions de voie 1,2, 3,
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etc... Seules les deux premières et la dernière desdites im- pulsions de voie ont été représentées ; sont désignées par 114A, 114B et 114N.
On comprendra qu'il existe une cathode de voie de ce type pour chacune des voies du système. Les cathodes de voie sont toutes également espacées de l'anode 113 mais la cathode de démarrage 114 est, de préférence, disposée un peu plus près de l'anode.
La cathode de démarrage est reliée à la terre par l'intermédiaire d'une résistance variable 115 et les cathodes de voie sont mises à la terre par l'intermédiaire des enroule- ments secondaires des transformateurs correspondants 116A, 116B, etc 116 N. Les résistances 112A, 112B, 112N sont montées en série avec lesdits enroulements secondaires, comme représenté. Les enroulements primaires desdits trans- formateurs sont reliés aux bornes d'entrée correspondantes 117A, 117B, ..... 117N auxquelles les signaux modulateurs correspon- dants sont appliqués.
L'anode 113 est reliée par l'intermédiaire de l'en- roulement primaire d'un transformateur de sortie 118 à la borne positive 119 de la source à haute tension, la borne négative correspondante 120 étant mise à la terre. L'enroulement secon- daire dudit transformateur est relié par l'intermédiaire d'un circuit formé d'un redresseur en série 121 et de deux résistances shunt 122 et 123 à deux bornes de sortie 124 qui sont elles- mêmes reliées à la ligne ou autre milieu au moyen duquel les impulsions doivent être transmises.
Un générateur d'impulsions principal 125 produit deux trains d'impulsions négatives brèves ayant la même fré- quence de récurrence, par exemple de 10.DOO impulsions par se- conde. Le premier de ces trains comporte des impulsions néga- tives de grande amplitude (qui seront désignées par l'expression "impulsions d'extinction") et est appliqué par l'intermédiaire
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du condensateur d'arrêt 126 à l'anode 113. Le second train comporte des impulsions négatives d'amplitude moyenne (désignées par l'expression "impulsions de démarrage") chacune de ces dernières impulsions se produisant un très court instant après l'impulsion correspondante du premier train. Le second train est appliqué par l'intermédiaire du condensateur d'arrêt 127 à la cathode de démarrage 114.
Le générateur d'impulsions principal 125 peut être d'un type connu convenable quelconque et il n'est pas nécessaire de le décrire ici de façon détaillée.
Le potentiel de la source d'excitation à haute tension, appliqué aux bornes 119 et 120, doit être .insuffisant pour provoquer une décharge entre l'une quelconque des cathodes et l'anode, mais il doit être susceptible d'entretenir une dé- charge lorsqu'elle a été déclenchée. Le circuit fonctionne alors de la manière suivante:
On supposera qu'une impulsion d'extinction néga- tive vient d'être appliquée à l'anode 113 et qu'elle est d'ampli- tude suffisante pour éteindre toutes les décharges qui peuvent exister entre des cathodes quelconques et l'anode. L'impulsion de démarrage négative qui suit immédiatement doit être d'ampli- tude suffisante pour provoquer une décharge entre la cathode 114 et l'anode 113.
Dans les conditions convenables de pression de gaz, d'espacement des électrodes et autres facteurs, la présence de la décharge provenant de la cathode 114 diminue progressivement par migration des ions, le potentiel d'éclatement minimum de tous les autres intervalles d'une quantité et à une vitesse qui dépendent entre autres facteurs de la distance entre les deux intervalles. Ainsi, par exemple, la tension d'éclatement de l'intervalle correspondant à la cathode 114A peut être abaissée de 80 volts de plus que celle qui correspond à la cathode suivante 114B.
Il en résulte qu'un court instant après l'éclatement de la décharge de la cathode 114, une décharge se
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produit à partir de la cathode 114A mais non pas à partir d'une autre cathode quelconque, étant donné que la tension d'éclatement n'a pas été abaissée suffisamment du fait que lesdites cathodes sont plus éloignées. En conséquence, la décharge provenant de la cathode 114A agit exactement de la même manière sur la ten- sion d'éclatement correspondant à la cathode suivante 114B et une décharge se produit à partir de ladite cathode. Il est clair que le même processus se poursuit, chacun des intervalles étant allumé un court instant après l'intervalle précédent jusqu'à ce que la dernière cathode 114N soit atteinte.
En conséquence, étant donné que les différentes cathodes sont également espacées, les intervalles de décharge sont allumés successivement à des intervalles de temps sensible- ment également espacés dès que la décharge provenant de la cathode 114 a été déclenchée par l'impulsion de démarrage.
Chaque fois qu'un intervalle est allumé, le courant d'anode qui traverse l'enroulement primaire du transformateur 118 augmente brusquement d'une quantité constante et étant donné que le transformateur agit comme un dispositif différentiateur, un train d'impulsions brèves d'une polarité déterminée sont produites dans l'enroulement secondaire du transformateur dont les p8les doivent être disposés de telle façon que lesdites im- pulsions de sortie traversent le redresseur 121 et puissent être recueillies sur les bornes 114.
L'allumage des intervalles doit être réglé dans le temps de telle façon que le dernier intervalle soit allumé avant l'arrivée de l'impulsion d'extinction suivante qui éteint tous les intervalles, le tube étant alors prêt pour une nouvelle série d'opérations qui commence avec l'impulsion de démarrage immédiatement suivante. Etant donné que ladite impulsion d'ex- tinction coupe le courant traversant l'enroulement primaire du transformateur, une impulsion brève de grande amplitude mais de
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polarité opposée à celle des impulsions de sortie est produite et cette impulsion est bloquée par le redresseur 121. Toutefois, il peut être utile de transmettre cette impulsion de grande amplitude à des fins de synchronisation, par exemple, et dans ce cas, le redresseur 121 et les résistances 122 et 123 peuvent être supprimées.
Il est évident que les impulsions de sortie indiquées ci-dessus comprennent les impulsions codées 0 de la figure 1 tirées de la cathode de démarrage 114 et les impulsions de voie 1, 2,3, etc.... obtenues successivement à partir des cathodes 114A, 114b, etc.... et 114N.
La tension d'éclatement minimum d'une cathode par- ticulière telle que 114B diminue de façon sensiblement uniforme en fonction du temps lorsque l'intervalle précédent a été allumé.
En conséquence, l'intervalle correspondant est allumé lorsque la tension d'éclatement est tombée au potentiel de la source à haute tension. Toutefois, si un signal modulateur est appliqué aux bornes 117b, une tension est produite dans l'enroulement secondaire du transformateur 116B, ce qui augmente ou diminue la tension d'excitation effective appliquée à l'intervalle corres- pondant. En conséquence, la décharge se produit plus t8t ou plus tard que d'habitude dans une mesure dépendant de la grandeur et de la polarité de la tension de signal: En d'autres termes, l'intervalle de temps entre l'éclatement des décharges à partir des cathodes 114B et 114A est modulé suivant le signal et il en est de même de l'intervalle de temps entre les impulsions de voie correspondantes 2 et 1 (figure 1).
Il est clair que tous les autres intervalles de temps sont modulés de manière analogue par les signaux appliqués aux bornes correspondantes 117.
Il y a lieu de mentionner qu'on suppose que le retard dans l'éclatement des décharges à partir des cathodes est dû principalement aux conditions suivantes :
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a) Un temps court mais fini est nécessaire pour l'établisse- ment de la luminescence de la cathode qui commence à sa base pour s'étendre progressivement sur toute sa longueur. Il en ré- sulte que la diminution de la tension d'éclatement de l'inter- valle adjacent qui dépend de l'augmentation du nombre d'ions et d'électrons produits nécessite un certains temps d'établisse- ment. b) Les ions et les électrons formés dans le premier inter- valle ont besoin d'un temps court mais fini pour atteindre une région voisine du second intervalle, de sorte que leur effet sur ledit intervalle est retardé.
Le couplage par ionisation qui résulte de ces deux effets ne présente donc pas,.pour ainsi dire, un flanc avant infiniment abrupt mais il croit progressivement à partir de zéro, de sorte que la diminution résultante de la tension d'écla- tement du second intervalle augmente en fonction du temps d'une manière finie et continue.
C'est pour cette raison qu'il est possible de mo- duler le temps d'éclatement du second intervalle entre certaines limites par application d'une tension de signal de la manière exposée.
Les conditions initiales de l'éclatement de la décharge à partir de la première cathode 114 peuvent être aisé- ment modifiées en faisant varier la résistance 115, ce qui modifie la vitesse d'accroissement et la valeur finale du courant correspondant.
Le mélange de gaz, la pression, les intervalles d'éclatement et les espacements des cathodes doivent être, bien entendu, déterminés suivant les espacements des impulsions et les modulations en temps désiréd. Un exemple de détail d'éta- blissement d'un tube susceptible de produire un train d'impul- sions conforme à certaines caractéristiques de la présente
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invention est donné ci-dessous. La fréquence de récurrence des impulsions codées est supposée être de 10. 000 impulsions par seconde et l'intervalle de temps entre deux impulsions adja- centes quelconques (figure 1) est supposé compris entre trois et cinq microsecondes.
Les détails du tube et son fonctionnement sont indiqués ci-dessous :
Atmosphère gazeuse
Néon 92 ) ( Pression totale 100 mm
Argon 1%) ( de mercure
Hydrogène 7% )
Matière des électrodes nickel
Longueur de la cathode 2 mm
Espacement entre chaque paire de cathodes adjacentes 2 mm
Intervalle d'éclatement en- tre la cathode 114 et l'anode 2 mm
Intervalle d'éclatement entre chacune des autres ca- thodes et l'anode 2 mm
Tension de la source d'excitation 180 volts
Valeur maximum du courant de chaque cathode 2 milliampères
Durée de l'impulsion d'extinction 20 microsecondes
Amplitude de l'impulsion d'extinction 150 volts
Durée de l'impulsion de démarrage 1 microseconde
Amplitude de l'impulsion de démarrage 20 volts
Aved ce tube, la durée d'extinction de tous les intervalles est d'environ 100 microsecondes,
de sorte que la durée de l'impulsion d'extinction est choisie de telle manière qu'elle soit approximativement double pour qu'on puisse dis- poser d'une marge de sécurité suffisante.
Bien que le tube représenté sur la figure 2 comporte
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une plaque d'anode plate et rectiligne, et que ses cathodes soient disposées suivant une ligne droite, l'anode pourrait être incurvée et prendre d'autres formes que celle d'une plaque et les cathodes pourraient être disposées d'autres manières.
Une commande améliorée peut également être obtenue par l'utilisation d'une cathode supplémentaire assurant un intervalle d'amorçage additionnel à travers lequel une décharge est entretenue en permanence. Un tel intervalle d'amorçage doit être, de préférence, équidistant des autres cathodes qui en conséquence doivent être disposées suivant une circonférence, la cathode supplémentaire étant au centre, comme représenté schématiquement par exemple sur la figure 3 qui représente un plan d'une variante du dispositif de la figure 2. Les éléments non représentés sur la figure 3 peuvent être disposés exactement comme sur la figure 2.
Dans ce cas, l'anode 113 consiste en un disque de métal circulaire et le nombre nécessaire de cathodes 114 sont disposés concentriquement audit disque et avec un espacement convenable, comme déjà exposé. La cathode supplémentaire 128 est représentée au centre et elle est connectée par l'inter- médiaire d'une résistance variable 129 et d'une source de ten- sion additionnelle 130 à la borne 120. Les cathodes 114 sont supposées connectées, comme représenté sur la figure 2.
' La cathode supplémentaire est espacée de l'anode 113 de telle façon qu'une décharge ait lieu en permanence à partir de ladite cathode. La source additionnelle est connectée pour augmenter la tension d'excitation de ladite cathode et sa tension doit être telle que la décharge ne soit pas éteinte par l'im- pulsion d'extinction appliquée par l'intermédiaire du condensa- teur 126 à l'anode 113.
En réglant le courant traversant la cathode 128 au moyen de la résistance 129, on peut faire varier le niveau général
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d'ionisation de toutes les autres cathodes. Une élévation dudit niveau général d'ionisation a quatre effets principaux sur les autres intervalles.
1) Réduction de la tension d'éclatement minimum;
2) Réduction de la différence entre la tension d'é- clatement et la tension d'entretien;
3) Réduction du temps d'extinction minimum ;
4) Augmentation de la vitesse d'étalement de la luminescence le long de chaque cathode lorsque la décharge est déclenchée.
L'effet numéro 3 est très utile étant donné qu'il est désirable de réduire la durée d'extinction pour obtenir un espace maximum pour les voies et l'effet numéro 4 est un facteur qui détermine le rapport entre la tension de signal et la modulation dans le temps résultante et peut être utilisé pour faire varier ce rapport.
La figure 4 représente une légère modification du dispositif de la figure 3. La cathode supplémentaire 128 est munie d'une anode supplémentaire correspondante 131 qui est reliée séparément à la borne positive 119 de la source à haute tension. La source supplémentaire 130 représentée sur la figure 3 est alors inutile, étant donné que les impulsions d'extinction n'affectent pas l'anode supplémentaire. Sur la figure 4, l'anode 113 a été représentée sous la forme d'un disque annulaire et l'anode supplémentaire 131 est un disque circulaire placé au centre du premier et isolé de l'anode 113. Comme dans le cas de la figure 3, le niveau d'ionisation peut être ajuste au moyen de la résistance 129.
Sur les figures 3 et 4, la dernière cathode de voie 114N doit être nettement séparée de la cathode de démarrage 114, comme indiqué, pour empêcher qu'elle ne soit affectée de façon notable par l'ionisation provenant de l'intervalle de démarrage,
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ce qui permet d'éviter un allumage prématuré du dernier inter- valle.
Par une légère modification, le dispositif repré- senté sur la figure 2 peut être rendu susceptible de fonctionner comme distributeur d'impulsions pour un système de communications par impulsions à voies multiples à modulation de phase, par exemple. Dans ce cas, le transformateur 118 peut être supprimé, l'anode 113 étant reliée directement à la borne 119. Après l'application de l'impulsion de démarrage à la cathode 114, les autres intervalles sont allumés successivement à intervalles réguliers et, en conséquence, chacun d'eux produit une impulsion brève qui peut être recueillie à la sortie du transformateur correspondant 117A, 117B, ..... 117N.
En conséquence, lesdits transformateurs peuvent être reliés à des modulateurs en phase des-impulsions corres- pondants (non représentés) de modèle classique au lieu d'être reliés aux sources de signaux et des trains d'impulsions modu- lées correspondants peuvent être recueillis à la sortie desdits modulateurs, lesdites impulsions étant réglées convenablement dans le temps en vue de leur entremêlement de la manière habi- tuelle. S'il y a lieu, la cathode 114 peut être munie d'un transformateur correspondant (non représenté), de telle manière qu'on bbtienne les impulsions codées qui définissent les pé- riodes'de signalisation.
Il est clair également qu'un distributeur de ce type peut être utilisé pour la génération des impulsions de commande de porte électronique d'un récepteur d'un système de modulation de phase à voies multiples.
Il est évident, d'autre part, que les impulsions produites par le tube représenté sur la figure 2 peuvent être disposées, s'il y a lieu, à différents intervalles inégaux par espacement des cathodes 114 d'une façon inégale correspon-
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dante.
Bien entendu, l'invention est susceptible de nom- breuses variantes et modifications suivant les applications envisagées et accessibles à l'homme de l'art, sans s'écarter du domaine de ladite invention.