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DISPOSITIFS A DECHARGE ELECTRONIQUE A CATHODE FROIDE.
La présente invention est relative à des dispositifs à décharge électronique à cathode froide dans lesquels le déclenche- ment d'une décharge entre deux électrodes est conditionné par un couplage par ionisation à partir d'une décharge précédemment déclen- ohée dans un intervalle de décharge adjacent.
Il est caractéristique des tubes à décharge à atmosphère gazeuse et à cathode froide, que la tension nécessaire pour déclen- cher une décharge entre deux électrodes dépend de la nature et de la pression du gaz et de son état d'ionisation, de la forme et de la matière des électrodes de décharge et de la distance qui les sépare (ou distance explosive). Four des tensions interélectrodes faibles, un courant négligeable traverse le gaz s'il est désionisé à l'origine.
Lorsque la tension augmente, les molécules du gaz s'ionisent jusqu'à ce que finalement une décharge s'établit avec un rapide accroissement du courant qui peut, par exemple, passer de
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quelques micreampères à plusieurs milliampères à une tension ori- tique qui est la tension d'éclatement ou d'allumage de l'intervalle de décharge. La décharge est caractérisée par une luminescence qui apparaît tout d'abord sur la cathode et peut s'étendre jusqu'à l'anode et au-delà du voisinage immédiat de l'intervalle, suivant le degré d'ionisation et qui est associée à la migration des ions et des électrons. Lorsqu'une décharge a été établie, la tension interélectrode tend à diminuer et à devenir indépendante dans une large mesure du courant de décharge.
Cette tension, approximative- ment constante, est désignée par l'expression "tension d'entretien".
Ainsi, dans les tubes au néon bien connus, utilisés comme régula- teurs de tension ou analogues, le potentiel d'éclatement peut être de l'ordre de 100 volts ou davantage mais la tension d'entretien tend à être constante aux environs de 80 volts.
Comme indiqué ci-dessus, les ions et les électrons ten- dent à subir une migration qui les éloigne du voisinage immédiat de la décharge. Ce phénomène a été largement utilisé pour abaisser le potentnel d'éclatement d'ua autre intervalle de décharge dans la même enveloppe du tube. Dans un dispositif connu, il est prévu un intervalle de décharge principal entre une anode principale et une cathode et un intervalle de déclenchement entre une anode auxiliaire et ladite cathode. L'anode auxiliaire est beaucoup plus près de la que l'anode cathode / principale, de sorte que la tension d'éclatement initiale de l'intervalle de déclenchement est considérablement inférieure à celle de l'intervalle principal.
L'intervalle de déclenchement est utilisé pour abaisser la tension d'éclatement ou pour "amorcer" 1' intervalle prinoipal par couplage par ionisation.
Il est également bien connu que, tandis que la tension d' éclatement est appliquée à un intervalle, l'ionisation a lieu en un temps très court mesuré en microsecondes. Si la tension entre les bords d'un intervalle de décharge est supprimée, la désionisation n'est pas complète jusqu'à ce qu'une période de temps appréciable soit écoulée, ladite période pouvant atteindre parfois plusieurs
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millisecondes.
Le phénomène du couplage par ionisation a été utilisé pour l'obtention d'ua tube à décharge à cathode froide comportant une série d'intervalles dans laquelle l'intervalle de démarrage est susceptible de présenter une tension d'éclatement plus faible que les autres, de sorte qu'une tension récurrente appliquée à chaque intervalle successivement ou à tous les intervalles simultanément allume tout d'abord l'intervalle de démarrage puis les autres suc- cessivement. En raison du fait que le temps de désionisation est fini, il n'est pas nécessaire qu'un intervalle déamorçage soit sou- mis à une décharge simultanément à l'application de la tension ré- ourrente à un intervalle voisin.
De cette manière, un tel "tube à décharge séquentielle", suivant l'expression par laquelle on peut le désigner, peut être actionné par un train d'impulsions appliquées entre une anode commune ayant la forme d'une plaque ou d'un fil et un ensemble de cathode, chacune desdites cathodes étant montée indé- pendamment ou formant les saillies d'une plaque ondulée disposée en face de l'anode ou encore ayant la forme de tiges montées sur une plaque ou un fil commun à la manière des dents d'un peigne, la distance explosive d'un intervalle donné, en général le premier, étant plus courte que les autres. Le premier intervalle ou inter- valle de démarrage peut alors être allumé par la première impulsion tandis que la seconde allume à nouveau l'intervalle de démarrage et l'intervalle immédiatement adjacent simultanément.
La troisième impulsion allume les trois premiers intervalles et ainsi de suite.
D'autre part, si une batterie d'entretien est montée aux bornes des intervalles, lorsqu'il est allumé, chaque intervalle entretient sa décharge indéfiniment. Un tel tube à décharge séquentielle a été utilisé avec différents montages pour extraire les renseignements et reproduire les conditions initiales relatives à l'ionisation, de manière à former un dispositif d'enregistrement ou de comptage des- dits renseignements.
L'une des difficultés soulevées par l'utilisation des
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tubes à décharge séquentielle fonctionnant avec une batterie d'en- tretien réside en ce que si le couplage par ionisation entre les intervalles devient serré et dépend de l'espacement entre les inter- valles et du courant qui les traverse, il y a tendance pour l'un des intervalles à s'allumer automatiquement avant l'arrivée de l'impul- sien qui doit y déclencher une décharge. On a constaté qu'il est possible pour l'ionisation de réduire la tension d'éclatement même au-dessous de la tension d'entretien.
Il est évident que l'ionisa- tion s'étale d'un intervalle de décharge à l'autre à une vitesse finie et l'en a constaté que ladite vitesse est suffisamment con- stante et susceptible d'Être déterminée pour permettre l'espacement des intervalles de décharge successifs suivant des distances telles que les décharges puissent se succéder d'un intervalle à l'autre à des intervalles de temps déterminés sans application d'une impulsion distincte pour chaque intervalle. La présente invention est parti- culièrement relative à des dispositifs utilisant cet aspect du phé- nomène de décharge.
En conséquence, l'invention prévoit un tube à décharge électronique à atmosphère gazeuse et à cathode froide comportant une succession d'intervalles de décharge disposés de telle manière que l'ionisation provenant d'un intervalle de décharge quelconque abaisse le potentiel d'éclatement d'un intervalle adjacent et de telle ma- nière que si tous les intervalles sont connectés à une source de potentiel de polarisation, les intervalles s'allument automatiquement et successivement après l'allumage d'un premier intervalle.
L'invention prévoit également un dispositif de montage électrique comportant un tube à décharge électronique à atmosphère gazeuse et à cathode froide présentant une succession d'intervalles de décharge, des organes permettant d'appliquer au bord de chacun desdits intervalles un potentiel de polarisation de grandeur insuffi- sante en elle-même pour allumer un autre intervalle quelconque mais suffisante pour maintenir la décharge d'un intervalle allumé d'une autre manière et des organes permettant d'allumer .'un des interval-
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les, le dispositif étant tel que les autres intervalles s'allument automatiquement successivement et un par un après l'allumage dudit intervalle.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la deseràp. tion détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de ladite invention.
La figure unique du dessin joint représente sous la réfé- rence générale 1 un dispositif à décharge électronique conforme à certaines caractéristiques de l'invention et comportant une anode 2 formée d'une plaque plate ou d'un fil disposé en face d'une rangée de tiges de cathode 3, é en saillie à partir d'une plaque ou fil commun 5. La tige 3 forme avec l'anode 2 un intervalle plus court que les autres tiges 4 et sert d'intervalle de démarrage. Le fil de cathode 5 est relié à la terre par l'intermédiaire d'un transfor- mateur d'impulsions 6. L'anode 2 est reliée par l'intermédiaire de la résistance 7 à la borne positive de la batterie de polarisation 8. L'anode est également reliée à une borne 9 par l'intermédiaire d'un condensateur d'arrêt 11.
La tension appliquée par la batterie 8 est choisie de telle manière qu'elle soit suffisante pour entrete- nir une décharge mais inférieure à la valeur de la tension d'éclate- ment normale des différents intervalles.
Si, dans ces conditions, une impulsion positive est appli- quée entre la borne 9 et la terre, de telle manière que le potentiel maximum de l'impulsion, augmenté de la tension de batterie appliquée, atteigne une valeur supérieure à la tension d'éclatement du premier intervalle mais Inférieure à la tension d'éclatement des autres in- tervalles désionisés, ladite impulsion déclenche une décharge dans l'intervalle de démarrage. Après l'effacement de l'impulsion, 1' intervalle de démarrage reste allumé et l'ionisation s'étale comme il convient jusqu'à l'intervalle formé par la cathode adjacente 4 et l'anode 2. Une décharge s'établit dans ledit second intervalle et la tension d'éclatement est réduite jusqu'à ce qu'elle devienne égale à la tension stable de la batterie.
L'intervalle de temps
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qui s'éeoule entre l'allumage du premier intervalle et l'allumage du second dépend entre autres de la distance explosive de l'espace- ment entre intervalles et de la valeur de la tension de la batterie.
La décharge s'étend alors au troisième intervalle et ainsi de suite à tous les autres successivement.
Au cours de la série de décharge qui vient d'être décrite, le courant de décharge total traversant le dispositif augmente par gradins, chaque gradin étant séparé du précédent par un intervalle de temps déterminé. En conséquence, étant donné que le transforma- teur 6 se comporte comme un dispositif différentiateur, un train d' impulsions à des intervalles de temps distincts apparaît aux bornes 12 et 13.
Après la succession d'opérations décrites ci-dessus, la luminescence de la cathode s'étend à toutes les tiges de cathode. pour ramener le tube à ses conditions initiales, on peut appliquer à la borne 11 une impulsion négative de grandeur suffisante pour étouffer toutes les décharges et de durée suffisante pour que la désionisation ramène les potentiels d'éclatement des intervalles à une valeur supérieure à la tension de la batterie 8.
Il y a lieu de signaler qu'on suppose que le retard dans l'éclatement des décharges à partir des cathodes est dû principale- ment aux conditions suivantes : a) Un temps court mais fini est nécessaire pour la lumi- nescenoe de la cathode qui commence à sa base pour s'étendre progres- sivement sur toute sa longueur. Il en résulte que la diminution de la tension d'éclatement de l'intervalle adjacent qui dépend de 1' augmentation du nombre d'ions et d'électrons produits nécessite un certain temps d'établissement. b) Les ions formés dans le premier intervalle 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
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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'éclatement du second inter- valle augmente en fonction du temps d'une manière finie et continue.
C'est pourquoi il est possible de moduler le temps d'écla- tement du second intervalle entre certaines limites par une tension de signal appliquée si cela est désirable. Ainsi, entre autres usages, un dispositif conforme à certaines caractéristiques de 1' invention produit un train d'impulsions séparées par des intervalles de temps distincts intervalles qui peuvent être, le cas échéant, modulés suivant un certain signal. Il est évident que de nombreuses applications du dispositif sont possibles et que les trains d'impul- sions non modulées qui ont été décrits peuvent être, soit tels que les intervalles de temps entre les impulsions successives sont égaux, soit variés suivant une loi déterminée dépendant de la dis- position des intervalles.
Les données indiquées dans la table ci- dessous ont donné satisfaction pour l'établissement du tube et 1' obtention d'un train d'impulsions avec un intervalle de 3 + 1 micro- seconde entre les impulsions. L'atmosphère gazeuse, dans le tube considéré, est choisie telle que le temps de désionisation soit réduit.
EMI7.1
<tb>
Atmosphère <SEP> gazeuse
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Néon <SEP> 92%)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Argon <SEP> 1% <SEP> # <SEP> pression <SEP> totale <SEP> de <SEP> 100 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ( <SEP> de <SEP> mercure.
<tb>
<tb>
Hydrogène <SEP> 7% <SEP> )
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Matière <SEP> de <SEP> l'électrode <SEP> nickel
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> cathode <SEP> 5 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Espacement <SEP> entre <SEP> chaque
<tb>
<tb> paire <SEP> de <SEP> cathodes <SEP> adjacentes <SEP> 5 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Intervalle <SEP> entre <SEP> la <SEP> première
<tb>
<tb> cathode <SEP> et <SEP> l'anode <SEP> 1,
5 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Intervalle <SEP> entre <SEP> chacune
<tb>
<tb>
<tb> des <SEP> autres <SEP> cathodes <SEP> et
<tb>
<tb> l'anode <SEP> 2 <SEP> mm
<tb>
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EMI8.1
<tb> Tension <SEP> de <SEP> la <SEP> source
<tb> d'excitation <SEP> 180 <SEP> volts
<tb>
<tb> Valeur <SEP> maximum <SEP> du <SEP> courant
<tb> d'anode <SEP> 'total <SEP> 1 <SEP> milliampère
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'impulsion
<tb> d'extinction <SEP> 20 <SEP> microsecondes
<tb>
<tb> Amplitude <SEP> de <SEP> l'impulsion
<tb> d'extinction <SEP> 150 <SEP> volts
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'impulsion
<tb> de <SEP> démarrage <SEP> 1 <SEP> microseconde
<tb>
<tb> Amplitude <SEP> de <SEP> l'impulsion
<tb> de <SEP> démarrage <SEP> 20 <SEP> volts
<tb>
Le cas échéant,
un intervalle de décharge distinct peut être prévu de telle manière qu'une décharge d'amorçage continue soit maintenue entre ses bords. En ajustant le courant traversant l'in- tervalle de décharge d'amorçage, 1 niveau général d'ionisation de tous les autres intervallespeut être élevé ou abaissé à volonté.
Une élévation du niveau général d'ionisation a les effets principaux suivants sur les décharges des autres intervalles :
1) Réduction de la tension d'éclatement minimum.
2) Réduction de la différence entre la tension d'éclatement et la tension d'entretien.
5) Réduction du temps d'extinction minimum.
4) Augmentation de la vitesse d'étalement de la lumines- cence de cathode le long de chaque cathode lorsque la décharge est déclenchée.
Si le dispositif est utilisé dans un système à modulation en temps d'impulsions, l'effet numéro 3 est très utile, étant donné qu'il est désirable de réduire la durée d'extinction de manière à permettre l'utilisation d'un nombre maximum de voies dans un temps donné. De même, l'effet numéro 4 peut être utilisé pour régler la profondeur de modulation si la modulation en temps est produite comme exposé précédemment par une légère variation de la tension appliquée à l'une des cathodes. Stil y a lieu, l'amorçage addition- nel peut consister en une cathode distincte avec une décharge qui se produit entre ladite cathode et l'anode commune du dispositif ; peut encore prévoir une cathode et une anode distinctes pour la dé-
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charge d'amorçage.
Toutefois, dans les deux cas, il est désirable que l'ionisation provenant de la décharge d'amorçage affecte toutes les autres dans une mesure égale et en conséquence, il est préfé- rable que les autres intervalles soient disposés, par exemple, sui- vant une circonférence, l'intervalle d'amorçage étant au centre de ladite circonférence.
En ce qui concerne la question des tolérances géométriques relatives aux autres intervalles de tubes à décharge conformes à certaines caractéristiques de l'invention, on peut dire de façon générale et à condition qu'une décharge d'amorçage soit utilisée et que le courant d'amorçage soit élevé (suivant une variante, la pression du gaz peut être abaissée) une augmentation uniforme de 100% des espacements entre intervalles tel qu'indiqué ci-dessus se traduit par une augmentation de l'intervalle dans le temps des im- pulsions du même ordre,
Il y a lieu de mentionner qu'avec un tube donné quelconque, il existe une limite de temps au-dessous de laquelle l'intervalle de temps compris entre l'allumage de deux intervalles adjacents ne peut être réduite, ladite limite dépendant des dimensions des élec- trodes et de l'atmosphère gazeuse.
Avec les dimensions et l'atmos- phère gazeuse indiquées ci-dessus, ladite limite est d'environ 5 microsecondes, on peut faire varier cette limite de temps par des modifications convenables des caractéristiques du tube.
Bien entendu, l'invention est succeptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter du domaine de ladite invention.