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TUBES A DECHARGE ELECTRONIQUE A CATHODE FROIDE
La présente invention est relative à des tubes à décharge électronique à cathode froide,
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 sépere (ou distance explosive), Pour des tensions interélectrodes faibles, un courant négligeable traverse le gaz s'il désionisê à l'origine.
Lorsque la tension augmente, les molécules du gaz st ionisent jusqu'à ce que, finalement, une décharge s'établit avec un rapide accroissement du courant qui peut, par exemple, passer de quelques mieroampères à plusieurs milliampères à une tension critique qui est la tension d'éclatement ou d'allumage¯de l'intervalle de @
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décharge. La décharge est caractérisée par une luminescence qui apparaît tout d'abord sur la cathode et peut s'étendre jusqu'à 1' 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 inter- électrode tend à diminuer et à devenir indépendante dans une large mesure du courant de décharge.
Cette tension, approximativement 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 8tre 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 tendent à subir une migration qui les éloigne du voisinage immédiat de la décharge. Ce phénomène a été largement utilisé pour abaisser le potentiel d'éclatement d'un 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 cathode que l'anode principale, de sorte que la tension d'éclatement initiale de l'intervalle de déclenchement est considérablement infé- rieure à celle de l'intervalle principal.
L'intervalle de déclen- chement est utilisé pour abaisser la tension d'éclatement ou pour "amorcer" l'intervalle principal 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 milli- secondes.
Le phénomène du couplage par ionisation a été utilisé pour
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l'obtention d'un tube à décharge à cathode froide comportant une série d'intervalles dans laquelle l'intervalle de démarrage est sus- ceptible de présenter une tension d'éclatement plus faible que les autres, de sorte qu'une tension récurrente appliquée à chaque inter- valle successivement ou à tous les intervalles simultanément allume tout d'abord l'intervalle de démarrage, puis les autres successive- ment. En raison du fait que le temps de désionisation est fini, il n'est pas nécessaire qu'un intervalle de déclenchement soit soumis à une décharge simultanément à l'application de la tension récurrente 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 oommune ayant la forme d'une plaque ou d'un fil et un ensemble de cathode, chacune desdites cathodes étant montée indépendamment 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 du premier, étant plus coutte que les autres. La premier intervalle ou intervalle 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 batte- rie d'entretien est montée aux bornes des Intervalles, lorsqu'il est allumé, chaque intervalle entretien sa décharge indéfiniment. Un tel tube à décharge séquentielle a été utilisé avec différents mon- tages pour extraire les renseignements et reproduire les conditions initiales relatives à l'ionisation de manière à former un dispositif d'enregistrement ou de comptage desdits renseignements.
L'aspect de la migration des ions qui dépend du temps fini nécessaire à l'ionisation pour s'étaler d'un intervalle à l'autre a été décrit d'autre part et l'on a utilisé ce phénomène pour assurer un allumage automatique d'intervalle en intervalle suivant une sé-
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quence déterminée à des intervalles de temps espacés d'une manière déterminée après l'allumage d'un intervalle de démarrage, La pré- sente invention est relative plus particulièrement au phénomène associé avec l'étalage de la luminescence de cathode le long d'une surface inclinée par rapport à l'anode associée.
Dans les dispositifs à décharge électronique à cathode froide, en général on observe couramment un phénomène résidant en ce que suivant les conditions de la tension d'excitation, la lumi- nescence de cathode peut ne pas recouvrir toute l'électrode et l'on observe parfois un déplacement de point en point de cette lumines- oence, On a remarqué que lors de l'application d'une tension suffi- sante pour déclencher une décharge, la luminescence s'étale le long de la surface de la cathode à une vitesse parfaitement déterminée et dépendant entre autres de la valeur de la tension appliquée au tube, de l'espacement des électrodes, ainsi que de l'inclinaison de la cathode par rapport à l'anode, Lorsque la tension appliquée est éliminée, on observe une disparition de la décharge à une vitesse également définie, ladite décharge étant, en général,
déclenchée et éteinte en dernier lieu dans l'intervalle entre les deux points de la cathode et de l'anode qui sont les moins espacés. Suivant l'un des aspects de la présente invention, il est prévu un dispositif à décharge électronique à atmosphère gazeuse et à cathode froide com- portant deux électrodes formant un intervalle de décharge, lesdites électrodes étant inclinées l'unepar rapport à l'autre suivant un angle prédéterminé et ledit angle étant tel que l'étalement et la disparition de la décharge luminescence le long de ladite électrode se produisent à une vitesse prédéterminée pour des combinaisons don- nées des autres paramètres appliqués à la tension qui commande la- dite vitesse d'étalement ou de disparition.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs plusieurs modes de réalisation de ladite invention.
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La figure 1 est un dispositif de montage schématique utili- sé pour l'explication du dispositifconforme à certaines caractéri- stiques de la présente invention.
La figure 2 est un montage analogue comportant une forme de dispositif modifiée également conforme à certaines caractéristi- ques de l'invention.
Les figures 3 et 4 montrent d'autres variantes d'un tel dispositif.
Sur la figure 1, le dispositif 1 comporte deux électrodes dont l'une peut être de préférence une plaque plate 2. l'autre étant une petite tige 3 inclinée suivant un angle par rapport à la plaque.
Une batterie 4 et une résistance de limitation 5 peuvent être montées en série entre lesdites électrodes, la tension de la batterie étant telle qu'elle applique aux bornes du tube un potentiel correspondant à la tension d'entretien. Si la tension appliquée entre lesdites électrodes est augmentée de façon continue, une décharge se produit tout d'abord dans l'intervalle 6 qui correspond à la distance la plus courte entre la cathode et l'anode. Si la tension appliquée reste supérieure à la tension d'entretien du tube, la luminescence s'étale le long de la cathode 3. En outre, elle s'égale à une vitesse déterminée dépendant, bien entendu, de la tension totale appliquée au tube.
On a constaté que lors du retrait de la partie de la tension appliquée qui est en excès sur la tension d'entretien, la décharge tend à disparattre plus lentement le long de la cathode jusqu'à ce qu'elle soit entretenue seulement dans l'intervalle 6.
Si la tension de la batterie ne permet que l'entretien d'une décharge et si une impulsion rectangulaire d'une amplitude donnée est super- posée à l'impulsion arrivante, dès que la tension s'élève au-dessus de la tension d'éclatement nécessaire pour l'intervalle ayant la plus courte distance explosive, la luminosité de la cathode commence à s'étaler en s'élevant sur l'électrode inclinée. Cet étalement dépend de la durée et de l'amplitude de l'impulsion. Après le pas- sage de l'impulsion, la décharge s'affaiblit jusqu'à ce que la chute
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de tension dans la résistance de limitation ait réduit la tension entre électrodes à la valeur d'entretien.
L'augmentation de l'anglen bien qu'elle soit légèrement compensée par le fait que lorsque la luminescence s'étale, le nombre total d'ions et d'électrons qui frappent le reste de la surface de la cathode augmente, tend égale- ment à réduire la vitesse d'étalement à mesure que la luminescence s'élève sur l'électrode inclinée, ce qui produit un effet de limi- tation progressif avec une courbe de courant en fonction du temps non lineaire mais moins abrupte vers la fin de la durée de l'impul- sion.
Dans certains cas, cet effet de limitation est un avantage mais si une forme linéaire ou une attre forme particulière de courbe est désirable, on'peut l'obtenir en incurvant l'une des électrodes ou les deux électrodes à la fois, de telle manière que l'inclinaison entre les électrodes augmente ou diminue suivant une loi désirable quelconque, un autre effet de l'augmentation de l'angle.est de rendre plus grande l'augmentation de la vitesse de disparition de la luminescence pour un courant de cathode important que pour un courant faible, étant donné qu'avec un courant important, la distance entre cathode et anode au point d'effacement initial est plus grande. ce qui précède tend également à établir un effet de limitation pro- gressif.
Si un tel effet de limitation est indésirable, on peut choisir une valeur faible d' [alpha]. En pratique, il est à conseiller d'utiliser une décharge d'amorçage dans un autre intervalle du tube à décharge, comme représenté en 7 sur la figure 2. Sur cette figure, une résistance variable 8 et une batterie 9 sont montées en série avec la cathode auxiliaire 10 et l'anode 2, l'intervalle étant main- tenu à l'état de décharge constante et le courant traversant ledit intervalle réglant et stabilisant l'ionisation totale dans le tube.
De cette manière, une augmentation du courant de décharge dudit intervalle d'amorçage augmente de façon considérable la vitesse d' étalement de la luminescence. tube
Les données d'un@ type conforme à certaines caractéristiques de l'invention sont indiquées ci-dessous :
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Atmosphère gazeuse
EMI7.1
<tb> Néon <SEP> 92% <SEP> une <SEP> pression <SEP> 100
<tb>
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<tb> Néon <SEP> 92%) <SEP> à <SEP> une <SEP> pression <SEP> de <SEP> 100 <SEP> mm
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<tb> Argon <SEP> 1%
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<tb> ( <SEP> de <SEP> mercure
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<tb> Hydrogène <SEP> 7%)
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<tb> Longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> cathode <SEP> 3 <SEP> 10 <SEP> mm
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<tb> Angle <SEP> [alpha]45
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<tb> Matière <SEP> de <SEP> ltélectrode <SEP> nickel <SEP> pur
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<tb> Espacement <SEP> minimum,
<tb>
<tb>
<tb> intervalle <SEP> 6 <SEP> 5 <SEP> mm
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<tb>
<tb>
<tb> Courant <SEP> d'amorçace,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> intervalle <SEP> 7 <SEP> 2 <SEP> milliampères
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Distance <SEP> de <SEP> la <SEP> cathode
<tb>
<tb>
<tb> d'amorçage <SEP> 10 <SEP> à <SEP> partir <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> l'intervalle <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> Courant <SEP> de <SEP> cathode <SEP> maximum
<tb>
<tb>
<tb> (cathode <SEP> 3) <SEP> 4 <SEP> milliampères
<tb>
Avec ce tube, la durée d'effacement de la décharge a été constatée plusieurs fois multiple de la durée d'étalement.
Si la cathode principale 3 a une surface normalement lisse, la vitesse de disparition de la décharge ne peut, en pratique, être inférieure à une valeur donnée, par exemple 80 à 100 microsecondes pour l'effacement total, Une vitesse d'effacement stable beaucoup plus faible peut toutefois être obtenue si la surface de la cathode principale est rendue artificiellement rugueuse en face de l'anode.
La luminescence tend alors à s'accrocher successivement sur chacune des petites rugosités de la surface ; de même, toutes choses égales d'ailleurs, la vitesse d'établissement est réduite. Ceci peut être compensé si on le désire par un ajustement d'une ou plusieurs des autres constantes du tube sans augmentation de la vitesse d'effacement Une vitesse d'effacement encore plus faible y compris une vitesse nulle peut être obtenue par introduction d'ondulations ou de dente- lures régulières et déterminée sur la surface de la cathode, comme représenté en 3' sur la figure 3.
Sous un autre aspect de l'invention, il est prévu, en con- séquence, un dispositif à décharge électronique à cathode froide du
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type à décharge séquentielle comportant une tige ou plaque d'anode et plusieurs cathodes reliées entre elles de manière à fermer avec ladite anode un ensemble d'intervalles de décharge de distance ex- plosive non uniforme, de telle manière que lors de l'application d'une tension déterminée entre l'anode commune et les cathodes, la luminescence de cathode puisse être étalée le long dudit ensemble à une vitesse prédéterminée.
Lorsque la tension appliquée est réduite, la luminescence de cathode tend à s'accrocher sur les sommets des ondulations de la surface de cathode, de sorte que si une batterie d'entretien est utilisée, la luminescence peut demeurer indéfiniment sur une ou plusieurs des saillies ainsi formées,
Les dispositifs conformes à certaines caractéristiques de l'invention peuvent être utilisées pour la production d'impulsions ayant une teneur en énergie relativement grande et variant suivant la modulation de signal d'impulsions d'entrée correspondante ayant une faible teneur en énergie.
Ces dispositifs peuvent être égale- ment utilisés comme appareils d'intégration électriques et d'enre- gistrement de renseignements. pour certaines utilisations, une cathode inclinée compor- tant un grand nombre d'ondulations ou de dentelures peut être néces- saire par exemple lorsqu'il s'agit de la démodulation d'impulsions à fréquence vocale dans un système à modulations dtimpulsions. Une construction pratique commode consiste à utiliser comme cathode une hélice, de fil métallique du type généralement utilisé pour la con- struction des grilles des tubes à vide courants, comme représenté en 3" sur la figure 4.
Chaque spire de l'hélice joue le rôle d'une dent d'une surface dentelée, on peut empêcher la luminescence de s'étaler circulairement autour de chaque spire et la limiter à une petite zone disposée en face de la plaque d'anode par revêtement de l'hélice sur toute sa surface sauf sur une ligne opposée à l'anode, d'une matière ayant la propriété d'isoler ou d'améliorer les carac- téristiques fonctionnelles. Un exemple d'une telle matière est 1'
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alumine qui a ces deux propriétés et dont l'application est commode.