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TUBES A DECHARGE ELECTRONIQUE A CATHODE FROIDE.
La présente invention est relative à des tubes à décharge Electronique à cathode froide du type dans lequel l'étalement de l'ionisation à partir d'un intervalle qui est le siège d'une déchar- ge est susceptible d'abaisser le potentiel d'éclatement d'une dé- charge dans un intervalle voisin.
En général, dans les tubes de ce type, un certain nombre d'in- tervalles sont disposés de telle façon qu'une succession d'impulsions appliquées allume tout d'abord un premier puis un second intervalle puis les autres intervalles de la série. Selon une variante, lors- qu'une première impulsion a été appliquée, le niveau d'ionisation général peut être tel que les autres intervalles s'allument suc- cessivement automatiquement en raison du temps fini nécessaire pour la propagation de l'ionisation d'un intervalle à l'autre, de sorte que les potentiels d'éclatement de la série d'intervalles sont ra- menés successivement à la valeur de la tension d'une batterie ap- pliquée.
Dans de tels dispositifs, le courant de décharge total fourni par la batterie augmente pendant la succession des décharges
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et, dans l'application du tube, certaines difficultés peuvent sur- gir en raison de la nécessité de prévoir un système d'alimentation de la tension, à régulation très précise.
Indépendamment de la question de la régulation de la tension, il peut y avoir d'autres raisons pour lesquelles il est désirable qu'une décharge provenant d'un certain intervalle soit éteinte après un certain temps et non que toute une série d'intervalles, sièges de décharges, soient éteints simultanément. Il n'est pas nécessaire toutefois, qu'une série d'intervalles de décharge soit prévue ; contraire, dans certains types de tubes à décharges, il peut être désirable d'éteindre uniquement un intervalle particulier qui peut être le seul du tube.
En conséquence, la présente invention envisage particulière- ment le problème de l'extinction d'une décharge d'un intervalle, in- dépendamment de l'étouffement d'autres décharges éventuellement pré- sentes.
Suivant l'invention, un dispositif à décharge électronique à cathode froide comporte, dans une atmosphère gazeuse, une paire d'intervalles de décharge conçus de telle manière que l'ionisation d'une décharge du premier intervalle de la paire, dont le potentiel plus d'allumage est le/faible, abaisse le potentiel d'allumage de l'autre intervalle, lesdits intervalles étant disposés de telle façon que leurs cathodes présentent des surfaces de décharge effectives dif- férentes de sorte que la décharge du second desdits intervalles lais- se passer un courant de décharge plus grand que le premier pour la même tension appliquée. De cette manière, les décharges des deux intervalles s'éteignent en raison de l'action d'un réseau résistance- capacité commun au circuit des deux intervalles.
Dans son application à des tubes à décharge séquentielle com- portant une série d'intervalles de décharge allumés successivement, la présente invention envisage un dispositif à décharge électronique à cathode froide comportant, dans une atmosphère gazeuse, une série
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d'intervalles de décharge ordonnés, disposés de telle façon que l'ionisation de la décharge d'un premier intervalle abaisse le po- tentiel d'allumage d'un intervalle voisin de ladite série, les cath- odes étant disposées par paires et présentant des surfaces de dé- charge de superficies effectives différentes, de sorte que la cathode de la surface la plus large forme un intervalle présentant un poten- tiel d'allumage plus élevé mais laisse passer un courant de décharge plus grand que l'autre cathode pour la même tension appliquée.
D'au- tre part, ledit courant de décharge plus important peut éteindre la décharge provenant de ladite cathode et celui d'une autre cathode de plus petite superficie en raison de l'action d'un réseau résis- tance - capacité commun aux deux intervalles associés avec les deux dernières cathodes indiquées.
Avant de procéder à la description de réalisations de l'in- vention, il peut être bon de récapituler le principe du phénomène de décharge utilisé dans les dispositifs conformes à la présente in- vention*
On considérera donc une paire d'électrodes contenues dans une enveloppe à atmosphère gazeuse, ladite atmosphère étant normale- ment mais non essentiellement à une pression considérablement infé- rieure à la pression atmosphérique. Si, dans ces conditions, une faible tension est appliquée aux électrodes un très faible courant passe. En augmentant la tension, le courant reste tout d'abord de très faible grandeur (par exemple de l'ordre de quelques micro-am- pères) jusqu'à ce qu'on atteigne un potentiel critique qui dépend de la distance des intervalles et de la nature et de la pression du gaz.
Ces facteurs qui ne constituent pas un critérium exclusif, sont les facteurs principaux déterminant la tension critique qu'on peut désigner par l'expression tension d'éclatement ou tension d'al- lumage et qui est suffisante pour déclencher une décharge à travers l'intervalle entre les électrodes.
Lorsque la décharge a été déclenchée, la tension extérieure appliquée peut être réduite dans une mesure très considérable jusqu'à
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une valeur limité inférieure qu'on désigne par l'expression tension d'entretien. Cette tension est fonction principalement de la nature et de la pression du gaz. Suivent le courant de décharge qu'on peut laisser passer et, par conséquent, suivant le nombre d'ions formés dans le gaz, la cathode est plus ou moins recouverte d'une lumines- cence qui tend à être davantage prononcée sur toute protubérance ou autres irrégularités de la surface. Dans le cas d'une surface de cathode sans irrégularités prononcées, tant que toute la surface n'est pas recouverte par la luminescence de cathode, la tension in- ter-électrodes tend à rester constante.
Ce phénomène est utilisé dans les stabilisateurs de tension classiques tels que les tubes au néon ou analogues. Lorsque toute la cathode est recouverte par la luminescence, la tension inter-électrodes s'élève avec la tension appliquée et, en général, dans les dispositifs qui intéressent l'in- vention, les courants de décharge sont maintenus dans cette région.
Si la tension appliquée extérieurement était réduite au dessous de la tension d'entretien, la décharge cesserait et le gaz se désioni- serait à une vitesse finie, en général inférieure à la vitesse né- cessaire à l'établissement de l'ionisation initiale.
La tension d'allumage d'un intervalle de décharge est affectée, de façon considérable, par l'ionisation. Il est bien connu qu'une telle ionisation peut être provoquée par des radiations du tube de rayons ultra-violet rayons cosmiques, etc. Toutefois, dans les ap- plications considérées ici, l'ionisation due aux décharges précéden- tes ou aux décharges déjà présentés à un autre intervalle du tube, présente une importance beaucoup plus grande.
Dans un tube compor- tant plusieurs intervalles, si une décharge a été allumée dans le premier intervalle, l'ionisation s'étale à partir dudit intervalle en abaissant la tension d'allumage d'un autre intervalle et à une vitesse déterminée qui dépend, entre autres, de la grandeur du cou- rant de décharge qui passe entre les bords du premier intervalle et de la nature et de la pression du gaz.
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L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui repré- sentent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réali- sation de ladite invention.
La figure 1 est un schéma d'un dispositif conforme à la pré- sente invention monté dans un circuit simple pour mettre en évidence son comportement.
La figure 2 est une représentation schématique d'une partie du dispositif de la figure 1.
La figure 3 est une représentation schématique d'un disposi- tif et d'un montage utilisant des intervalles de décharge conformes à certaines caractéristiques de l'invention.
La figure 4 représente une variante de la figure 3.
Sur la figure 1, le dispositif 1 comporte une anode sous la forme d'une plaque plate et une paire de cathodes 3. La paire de cathodes 3 comporte une tige 4 perpendiculaire à la plaque constituant l'anode et une plaque plate 5 sensiblement parallèle à ladite plaque d'anode. La disposition de la cathode 3 et de la plaque d'anode est représentée sous un angle différent sur la figure 2. La tension d'al- lumage de l'intervalle associé à la tige 4 est inférieure à celle de l'intervalle associé à la plaque 5.
Le tube comporte, en outre, deux électrodes 6 formant un in- tervalle de décharge auxiliaire aligné avec les électrodes 4 et 5 mais plus près de 4 Que de 5. Les électrodes 4 et 5 sont reliées entre elles au moyen d'un fil 7 qui, incurvé, s'écarte de la plaque d'anode et est, de préférence, revêtu d'alumine ou d'une matière i- solante quelconque, de manière à limiter 1'étalement de la lumines- cence de cathode le long du fil, à la région comprise entre les deux électrodes.
Le fil 7 est relié par l'intermédiaire d'un circuit résis- tance-capacité 8 à la borne négative de la batterie 9. La plaque d'anode 2 est connectée par l'intermédiaire de la résistance 10, à
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la borne positive de ladite batterie et, d'autre part, par l'inter- médiaire du condensateur d'arrêt II, à la borne 12. Le circuit résistance-capacité 8 est shunté par l'enroulement primaire d'un transformateur d'impulsions 13 en série avec un redresseur 14 et une batterie de polarisation 15. Une autre batterie 16 est montée en série avec une résistance variable 17 aux bornes des électrodes 6.
Constituant l'intervalle auxiliaire. Le but des électrodes 6 constituant l'intervalle auxiliaire et de leur circuit d'alimen- tation est d'assurer la régulation du niveau général d'ionisation dans le dispositif 1. La tension de la batterie 9 et le courant de décharge traversant l'intervalle d'amorçage formé par les élec- trodes 6, sont réglés de telle manière que la tension anode - cath- ode des intervalles 18 et 19, formée entre la plaque d'anode 2 et les électrodes respectives 4 et 5 est insuffisante pour déclencher une décha.rge dans l'un ou l'autre desdits intervalles mais une dé- charge établie dans l'intervalle 18 est entretenue par la batterie 9.
De cette manière, si une impulsion est appliquée à la borne 12, impulsion de grandeur suffisante pour provoquer l'allumage de l'in- tervalle 18 mais non celui de l'intervalle 19, l'intervalle 18 con- tinue à être le siège d'une décharge. Après un certain temps qui dépend du niveau général d'ionisation du tube et de la distance qui sépare les intervalles 18 et 19, les ions provenant de l'intervalle 18 ont réduit le potentiel d'allumage de l'intervalle 19 à une va- leur égale à celle de la tension anode-cathode appliquée. Lorsque ces conditions sont réalisées, l'intervalle 19 s'allume. En rai- son du fait que la. surface effective de la plaque 5 est considéra- blement plus grande que celle de la tige 4, le courant de décharge traversant l'intervalle 19 tend à être beaucoup plus important que celui qui traverse l'intervalle 18.
En conséquence, la chute de potentiel aux bornes de la résistance 20 du réseau résistance - ca- nacité 8 charge le condensateur 21 jusqu'à une valeur supérieure
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à la différence entre la tension de la batterie 9 et la tension d'entretien du tube 10 et les décharges des deux intervalles 18 et 19 sont éteintes. La brusque et considérable augmentation de ten- sion aux bornes du réseau 8 peut être utilisée en l'appliquant à l'enroulement primaire du transformateur 13. En raison de la com- binaison redresseur-batterie, 14-15, le transformateur 13 n'est sen- sible qu'aux brusques impulsions de grande amplitude qui se produi- sent lorsque l'intervalle 19 s'allume. Une impulsion brève est donc disponible à ce moment aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur 13.
Si un train d'impulsions est appliqué à la borne 12, on peut s'arranger pour que le montage constitue effectivement un réseau de retard d'impulsions dont on peut faire varier la con- stante de temps en modifiant la polarisation appliquée à la décharge primaire de l'électrode auxiliaire 6. Suivant un mode de fonction- nement de variante dans lequel l'électrode de décharge d'amorçage n'est pas nécessaire, on peut s'arranger pour que l'intervalle 19 s'allume lors de l'application d'une seconde impulsion à la borne 12.
Cette dernière disposition exige ou bien que le niveau general d'io- nisation soit inférieur à sa valeur précédente ou bien que les im- pulsions soient appliquées à des intervalles de temps plus rappro- ches.
Il est évident que différentes modifications peuvent être apportées au dispositif de la figure 1 sans s'écarter du domaine de la présente invention. Il n'est pas nécessaire qu'une plaque d'anode 2, soit commune aux cathodes 4 et 5. S'il y a lieu, on peut munir lesdites cathodes d'anodes destinctes. De même, les connexions de ces deux électrodes pourraient sortir séparément du tube et, si on adoptait une telle disposition, il pourrait être plus commode de placer un circuit résistance - capacité 8 dans un circuit d'anode commun que de le placer dans un circuit de cathode commun.
Un exemple d'utilisation de cathodes montées par paires, de manière à constituer une série d'intervalles de décharge, est re- présenté sur la figure 3 où le dispositif 22 comporte une plaque d'a-
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node plate 23 et plusieurs paires de cathodes 3. La cathode au:ci- liaire 24 forme avec la plaque d'anode 23 un intervalle de décharge d'amorçage analogue à celui formé par les électrodes 6 de la figure 1 et elle est connectée par l'intermédiaire de la résistance varia- ble 17, à la borne négative de la batterie 16. Les paires de catho- des 3 sont connectées individuellement à des circuits résistance- capacité 8 à l'extérieur de l'enveloppe du tube et, de là, à la bor- ne négative de la batterie 9. La borne positive de la batterie 16 est multipliée à la borne négative de la batterie 9.
Au lieu du transformateur 13 et du circuit associé de la figure 1, il a été re- présenté des bornes 25. Par simplification, sur les figures, les deux premières et la dernière paires de cathodes 3 sont représentées, les autres paires étant connectées d'une manière .identique. Pour le reste, les dispositifs de montage sont basés sur le principe de fonctionnement du dispositif 22 et sont identiques à ceux décrits ci-dessus à propos de la figure 1 pour l'un ou l'autre des modes de fonctionnement du dispositif 1. Ainsi, par exemple, dans un premier mode de fonctionnement, le niveau général d'ionisation, la tension de la batterie 9 et l'amplitude des impulsions appliquées à la borne 12 sont choisis de telle façon que, pour une première impulsion, le seul intervalle allumé soit l'intervalle entre la tige de cathode de la paire de cathodes 3 de gauche.
Avec la disposition de la catho- de d'amorçage 24 représentée, l'intervalle 18 de la paire de cathodes correspondante est davantage ionisé que les autres intervalles et, par conséquent, ledit intervalle 18 est le premier à s'allumer. La disposition peut être telle que la seconde impulsion d'un train al- lume la plaque de cathode 5 de la première paire de cathodes 3 simul- tanément à la tige 4 de la seconde paire de cathodes 3. Pour abré- ger la description, l'intervalle 18 sera désigné par ltexpression "intervalle étroit" et l'intervalle 19 par l'expression "intervalle large".
Ainsi, lors de la seconde impulsion, l'intervalle large de la première paire de cathodes s'allume simultanément à l'intervalle
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étroit de la seconde paire. Les deux décharges de la première paire sont ainsi éteintes cependant que le second intervalle étroit con- tinue à être le siège d'une décharge jusqu'à l'arrivée de la troi- sième impulsion, moment où la décharge de la seconde paire est à son tour éteinte, en même temps que le second intervalle large est allumé et cependant que, simultanément, l'intervalle étroit de la 3me cathode commence à être le siège d'une décharge.
De cette ma- nière, les paires de cathodes s'allument de façon consécutive pour l'ensemble du système et les impulsions correspondant aux décharges de l'une ou l'autre des électrodes de chaque paire peuvent être u- tilisées en les appliquant à d'autres circuits par l'intermédiaire de la borne appropriée 25.
Il est à souligner qu'en ce qui concerne le mode de fonc- tionnement qui vient d'être décrit, les constantes de temps des cir- cuits résistance - capacité 8 doivent être considérablement supé- rieures au temps total occupé par un seul train d'impulsions, de manière à empêcher la paire de cathodes 3 de gauche de s'allumer avant l'allumage de la dernière paire.
A titre de mode de fonctionnement de variante, comme décrit à propos de la figure 1, on peut s'arranger pour que chaque inter- valle large s'allume automatiquement après un intervalle de temps déterminé suivant l'établissement d'une décharge dans l'intervalle étroit de la paire correspondante. Ledit intervalle de temps peut être modifié, s'il y a lieu, par application de tensions appropriées aux bornes 25 et, sous cet aspect, un dispositif conforme à cer- taines caractéristiques de l'invention, a été proposé pour un des modulateurs de voix dans un système de modulation d'impulsions à voix multiples.
Un tube convenable pour un tel mode de fonctionnement com- porte une atmosphère gazeuse contenant 92% de néon, 1% d'argon et 7% d'hydrogène à une pression totale de 100 mm. de mercure. Les électrodes peuvent être en nickel pur et les espacements peuvent
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être les suivants :
EMI10.1
<tb> - <SEP> distance <SEP> entre <SEP> les <SEP> paires <SEP> de <SEP> cathodes <SEP> 2 <SEP> m,m.
<tb>
<tb>
- <SEP> distance <SEP> entre <SEP> les <SEP> tiges <SEP> de <SEP> cathodes <SEP> et
<tb> les <SEP> anodes. <SEP> 2 <SEP> m,m.
<tb>
<tb>
- <SEP> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> de <SEP> cathode. <SEP> 1,5 <SEP> m,m.
<tb>
Les dimensions exactes de la plaque de cathode sont sans grande importance à condition que sa superficie soit suffisante et donne, par exemple, une impulsion de relaxation maximum d'une valeur 5 à 10 fois plus grande que celle du courant que laisse passer la tige de cathode.
Comme dans le cas du dispositif de la figure 1, des disposi- tifs de variante sont possibles en ce qui concerne le dispositif 22.
Par exemple, les cathodes 4 et 5 pourraient être réunies à l'exté- rieur du tube, le cas'échéant et des anodes distinctes pourraient être prévues.
Une autre variante qui peut trouver certaines applications lorsqu'il est désirable d'entretenir une décharge de cathode de pré- férence un peu plus longue qu'un intervalle entre impulsions, est représentée sur la figure 4 où le dispositif 26 comporte une plaque d'anode 2 comme précédemment et un certain nombre de paires de catho- des 28 disposées suivant un système ordonné. Les paires 28 diffè- rent des paires 3 des exemples précédents en ce que la tige de catho- de de l'une des paires, au lieu d'être réunie à la plaque adjacente, est réunie à la plaque de cathode de la paire suivante de la série.
En conséquence, une tige isolée a été représentée sur la gauche du dispositif. Ladite tige est connectée à la plaque de la première paire tandis qu'à l'autre extrémité du système, une plaque isolée est connectée à la tige de la dernière paire. Dans ce dispositif, la tige de gauche, après son allumage, n'est éteinte que lorsque la plaque de la première paire de cathodes a été à son tour allumée, la tige correspondante étant allumée de façon intermédiaire. Ce re-
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tard peut correspondre à deux intervalles d'impulsions. De même, dans l'ensemble du système, la tige de chaque paire continue à être le siège d'une décharge pendant deux périodes d'impulsions.
Etant donné que la plaque isolée de l'extrémité du système ne reçoit au- cune ionisation provenant d'une tige associée, elle peut être placée plus près de la dernière paire du système. D'une manière analogue, la tige de l'avant du système peut être disposée à une distance de la première paire 28 inférieure à la distance séparant deux paires adjacentes.
Bien entendu, l'invention est susceptible de nombreuses va- riantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications en- visagées et sans s'écarter du domaine de ladite invention.