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PERFECTIONNEMENTS AUX TUBES A DECHARGES ELECTRONIQUES
La présate invention se rapporte à des tubes à décharge électronique à remplissage gazeux et à cathode froide du genre dans lequel la tension d'allumage d'un espace ou intervalle de décharge est réduite par la présence d'une décharge en un espace voisin de la même enveloppe.
Suivant un des aspects de l'invention, on a prévu un tube de ce genre comprenant au moins une paire d'espaces ou intervalles de décharge, et dans lequel, sous l'influence de tensions convena- bles d'allumage, des produits d'ionisation peuvent se déplacer du premier espace vers le second plus facilement que du second espace vers le premier, de manière que la tension d'allumage du deuxième espace peut !âtre réduite par la décharge du premier espace, tandis que la, tension d'allumage de ce premier espace est pratiquement in- dépendante de la tension de décharge ou de la tension d'anodedu second espace.
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Suivant un autre aspect, l'invention prévoit un tube du genre indiqué renfermant au moins une paire d'espaces de décharge, dans lequel la décharge au premier espace de la dite paire peut ré- duire la tension d'allumage du deuxième espacede la paire d'une valeur plus grande qu'une décharge de même amplitude au deuxième espace réduit la tension d'allumage au premier espace.
Par ce moyen, les décharges au deuxième espace peuvent être conditionnées par la présence ou l'absence de déchargesau premier espace,ces der- nières restant pratiquement indépendantes des décharges au deuxième espace .,
Bien que différentes applications possibles des tubes du genre envisagé peuvent avoir lieu, ceux-ci conviennent particu- lièrement dans le cas de deux ou plusieurs ensembles de décharges en série ou séquentielles pouvant être utilisés dans une seule en- velopp e', tout en présentant entre-eux un accouplement pratiquement unidirectionnel.
Des tubes à décharge séquentielle sont décrits dans notre brevet belge 478.032, et peuvent être définis pour les buts présents comme des tubes à cathode froide ayant un ensemble ou système d'espaces disposés de manière que quand un de ces es- paces est allumé, des produits d'ionisation se déplacent vers l'es- pace voisin et rédisentsa tension d'allumage. De cette manière, des impulsions successives appliquées en commun aux électrodes de l'en- semble peuvent provoquer l'allumage en série ou en séquence des es- paces à partir d'un espace de démarrage donné. Ces tubes peuvent servir par exemple dans les compteurs électriques des machines cal- culatrices ou dans les enregistreurs de messages dans les circuits téléphoniques automatiques.
Si on le désire, un potentiel de po- larisation stable peut être appliqué entre les anodes et les catho- des des espaces de décharge des ensembles séquentiels, de manière qu'un espace, une fois allumé, puisse/rester indéfiniment dans une condition de décharge.. Pour éteindre ces décharges, le potentiel de polarisation peut être supprimé ou réduit en dessous d'une valeur critique de la tension d'entretien, et cela pendant un temps suffi- sant pour que la déonisation soit effective. Ainsi si une grande
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vitesse de comptage est désirée, il peut être nécessaire d'utiliser alternativement une paire de tubes, l'un des tubes comptant tandis que l'autre est déionisé.
Dans notre brevet belge 483.045, deux ou plusieurs ensembles de décharges séquentielles peuvent être montés dans une même enveloppe, et arrangés de manière que le couplage par ionisation entre les ensembles puisse permettre qu'un deuxième en- semble compteur puisse succéder à un premier ensemble, tandis que les décharges au premier ensemble sont éteintes.
Appliquée à un tube à décharge séquentielle, l'invention prévoit un tube à cathode froide comprenant au moins deux ensembles d'espaces de décharge, chacun des dits ensembles renfermant une sé- rie de cathodes et une ou plusieurs anodes coopérantes, ce tube étant caractérisé en ce qu'une série de décharges peuvent fonction- ner le long d'un des dits ensembles (A) indépendamment des décharges dans l'autre ensemble (B), tandis que les séries de décharges dans l'ensemble (B) commencent en un de ses espaces déterminés par l'é- tat des déoharges de l'ensemble (A). Dans un tel tube, les ensem- bles de décharges sont établis pour qu'une proportion donnée quel- conque du nombre total d'espaces dans l'ensemble (A) puissent être amenés et maintenus en condition de décharge pour un temps indéfini,
pendant lequel la décharge séquentielle puisse avoir lieu le long de l'ensemble (B) pour prévoir une information quant au nombre d' espaces de l'ensemble (A) qui ont été allumés.
Dans les applications précédentes, aucune distinction n' était faite si l'accouplement entre les espaces de décharge était ionique ou électronique, tous les produits d'ionisation étant dé- signés sous le vooable "ions". Certaines caractéristiques de la présente invention se rapportent au traitement distinctif du dé- placement des ions positifs et des électrons entre les espaces de décharge. Ainsi dans une forme de réalisation de l'invention,par l'application ae potentiels de polarisation convenables, des ions d'un espace A sont déplacés vers un espace B, tandis que les ions de B ne peuvent se déplacer vers un espace A. Dans d'autres formes de réalisation, un accouplement électronique est utilisé ou: un accouplement ionique est négligeable.
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Plusieurs formes de réalisation de l'invention sont dé- crites ci-après en se basant sur les dessins ci-joints ; surceux-ci:
La figure 1 montre schéma tiquement un emploi particulier d'un tube conforme à l'invention.
La figure 2 montre schématiquement une vue d'extrémité du tube de la figure 1.
La figure 3 montre un arrangement d'une paire d'espaces ou d'intervalles de décharge ayant entre-eux un accouplement uni- direotionnel.
La figure 4 montre un autre arrangement des électrodes d'une paire d'espaces à décharge couplés unidirectionnellement.
La figure 5 montre une forme de réalisation pratique d' un tube à décharge conforme à l'invention.
Les figures 6 et 7 montrent un autre arrangement d'élec- trodes conforme à l'invention.
La figure 8 est un schéma explicatif d'autres formes de réa -lisation.
Les figures 9 et 10 montrent encore d'autres arrangements d'électrodes suivant l'invention.
Les figures 11 et 12 sont des circuits pour expliquer le fonctionnement de certaines formes de réalisation de l'invention.
Suivant la figure 1, le tube 1, à remplissage gazeux, com- prend deux ensembles d'espaces ou intervalles à décharge 2 et 3, lesquels sont montrés chacun comme ayant une anode commune, respec- tivement 4 et 4' , et quatre cathodes individuelles 5, 5', 6, 6', 7, 7', 8, 8', les chiffres pourvus d*un indice se rapportant à 1' ensemble 3, et les autres à l'ensemble 2. En plus, une cathode sé- parée 9 constitue une cathode d'amorçage et forme un intervalle de décharge avec l'anode 4', de manière que les cathodes 5, 5' peuvent être'les premiers espaces à s'allumer dans les ensembles respectifs.
L'anode 4' est connectée à une source 10 à voltage constant qui est montré sohématiquement comme se composant d'une batterie en série avec une résistance de déoouplage. L'anode 4' est aussi reliée à une borne 11 du circuit d'arrivée de signalisation. Les cathodes
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5', 6' et 7' sont représentées connectées à la terre, à travers des résistances individuelles 12 limitant le courant, tandis que la cathode 8' alimente un transformateur d'impulsions 13. Les ca- thodes 5, 6, 7, 8 sont connectées à travers des résistances indi- viduelles 14 à la borne négative d'une source stabilisée 15, dont le pôle positif est connecté à travers l'enroulement secondaire d'un transformateur d'impulsions 16 vers l'anode 4.
Une connexion à la terre est réalisée à travers un contact mobile 15 de la source pour polariser les cathodes 5, 6, 7, 8 positivement, si nécessaire par rapport aux cathodes 5', 6', 7', 8'. La cathode 9 est reliée à la terre à travers une résistance variable 17 et une batterie polarisante 18.. Toutes les aathodes peuvent être faites au moyen de tiges en nickel recouvertes d'aluminium ou autres substances à décharge, excepté à l'extrémité faisant face à l'anode coopérante.
En pratique, les deux ensembles de cathodes sont disposées parallè- lement l'une à l'autre sous les anodes, ainsi qu'il est montré très schématiquement dans la vue d'extrémité de la figure 2. La tension fournie par la source 10 est réglée de manière qu'elle n'est pas suffisante pour provoquer une décharge quelconque aux espaces de l'un ou l'autre ensemble, mais maintiendra une décharge une fois qu'elle est établie. La cathode 9 est arrangée pour une décharge continuelle.
Le circuit fonctionne comme suit : Un train d'impulsions positives, que l'on considérera comme étant des impulsions de mar- quage, est appliqué à la borne d'amorçage du transformateur 16. Ces impulsions doivent 'être limitées en amplitude et en durée de manière que lors de la première impulsion, une décharge se produit entre la cathode 5 et l'anode 4, l'espace de décharge étant en partie excité par la décharge d'amorçage de la cathode 9. Aucun autre espace à décharge ne doit s'allumer lors de cette première impulsion, par suite du voltage de la source 15, cette décharge peut maintenant être maintenue indéfiniment. Une deuxième jnrpulsion provoque l'al- lumage de l'intervalle correspondant à la cathode 6.
Une troisième impulsion provoque la décharge à la cathode 7, tandis qu'une
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quatrième impulsion provoque la décharge à la cathode 8. A la borne 11 sont appliqués des trains répétés d'impulsions de forme d'onde générale, ainsi qu'il est montré en 19. Cette forme d'onde comprend une série d'impulsions positives suivies d'une impulsion négative. Les impulsions positives créent des décharges aux espa- oes de l'ensemble 3, qui sera désigné sous le nom d'ensemble comp- teur, tandis que l'impulsion négative maintient l'anode 4' sous la tension d'entretien pour un temps suffisant pour amener l'extinc- tion de toutes les décharges de cet ensemble. Les impulsions po- sitives peuvent être chacune modulées en durée ou en largeur, et peuvent avoir une largeur moyenne d'un microseconde.
La vitesse de répétition pour les impulsions positives à la borne 11 peut être de l'ordre de 100 Kc/s, tandis que les impulsions de marquage peuvent être appliquées au transformateur 16 à la vitesse de 1 2 cy -clés par seconde. On suppose que chacune des impulsions positives appliquées à l'ensemble compteur est associée avec un chemin défini d'ondes vocales. On suppose maintenant que deux impulsions so,nt appliquées au transformateur 16. Ces impulsions doivent amener l'allumage des cathodes 5 et 6, et rester allumées. Maintenant quand le première impulsion du train 19 est appliquée à la borne 11, les deux espaces associés avec les cathodes 5' et 6' s'allument, si l'arrangement est tel que l'ionisation des espaces de marquage amorce les espaces de comptage immédiatement adjacents.
La deuxième impulsionprovoquera ainsi une décharge à la cathode 7', et la troi- sième impulsion allumera la cathode 8'. De la décharge en 8' appa- raîtra une impulsion correspondante aux bornes secondaires du trans- formateur,13. La quatrième impulsion et la dernière impulsion n'ont aucun effet, puisque toutes les cathodes de l'ensemble de comptage sont déjà allumées. L'impulsion négative éteint alors les décharges et la séquence est répétée. Ainsi dans chaque train successif d' impulsions, la troisième impulsion apparaît aux bornes de sortie du transformateur 13. De la même manière, quatre impulsions de marqua -ge sont par exemple appliquées à l'enroulement primaire du trans- formateur 16. La première impulsion du train 19 apparaîtra à la
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cathode de sortie 8' .
En général, si le tube a m espaces à décharge dans les ensembles compteur et de marquage, et si n impulsions de marquage sont appliquées, (n - m + 1) impulsions apparaîtront à la cathode de sortie. De plus, et cela est un des principaux objets du circuit décrit, si à travers une interférence, ou pour quelque autre cause, la séquence compteur est inversée sur un train quelconque, cela sera corrigé pour le train suivant à cause que les moyens sélecteurs (les impulsions de marquage) créent une condition de sélection permanente.
On doit comprendre que le circuit montré figure 1 a été seulement envisagé pour une explication générale, mais en principe d'autres arrangements de circuits peuvent être réalisés. Semblable- ment diverses modifications à l'arrangement des électrodes du tube 1 sont possibles, comme par exemple de prévoir une connexion inté- rieure commune pour les cathodes 5, 6, 7 et 8. ,
On peut considérer maintenant les difficultés pratiques que l'on peut rencontrer avec le tube à décharge avant qu'un circuit,tel que celui qui a été décrit, puisse fonctionner.
En premier lieu, il y a une grande différence entre les vitesses de fonctionnement requises pour les deux ensembles d'espaces à décharge dont un doit fonctionner à une vitesse de marquage (12 cycles par seconde) et l'autre à une vitesse de répétition d'impulsions de 100 Kc/sec.
Ainsi que cela a été expliqué dans notre brevet belge 478.032, les dimensions d'espaces et d'intervalles dans les tubes à décharge séquentielle sont largement déterminées par la vitesse de comptage requise. D'autre part, afin de prévoir l'accouplement entre les espaces de décharge dans les deux ensembles, l'espace de décharge doit être le même pour chacun. Afin d'éviter que l'allumage sé- quentiel , dû à l'étalage d'ionisation sans le potentiel addition- nel fourni à l'espace de décharge par les impulsions de signalisa -tion, et appelé allumage automatique, ne se produise, les espa- cements entre les cathodes dans l'ensemble de marquage doivent être ,rendus aussi grands que possible, et les courants de cathode aussi faibles que possible pour un mélange de gaz et un voltage d'impulsi -ons donnés.
Avant d'envisager les dimensions convenables à donner
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aux espaces de décharge, il convient de considérer les autres difficultés rencontrées.
Un suppose que l'on doive satisfaire au problème de pré- @ voir une paire d'ensembles de décharges ayant des espacements sem- blables entre cathodes, mais capables aussi de satisfaire un fonc- tionnement individuel à des vitesses de comptage largement diffé- rentes. On doit maintenant envisager la question des effets d' interréaction entre les deux ensembs à décharges quand ils fonc- tionnent simultanément. Le premier problème est celui de l'amor- cage des espaces de décharge de l'ensemble compteur par les décharge maintenues à l'ensemble de marquage, sans décharge à l'ensemble de comptage amorçant l'ensemble de marquage* et ainsi accroissant la tendance d'allumage automatique, ou une condition d'enregistre- -ment instable dans l'ensemble de marquage.
Ainsi on considère le cas quand une action de 2 a été créée dans l'ensemble de mar- quage. L'allumage doit être maintenu sur les cathodes 5 et 6 de l'ensemble 2. Comme pendant le train d'impulsions de comptage appliqué à l'ensemble 3, les cathodes 7' et 6'sont allumées, il y a danger que ces décharges puissent amorcer l'un ou l'autre ou les deux derniers intervalles de l'ensemble 2, de sorte que des décharges à cet ensemble tendent à se créer avec la séquence de décharge à l'ensemble 3. Un remède dans ce cas peut être obtenu en polarisant les cathodes de l'ensemble 2 de manière qu'elles sont toujours positives par rapport à celles de l'ensemble 3.
De cette manière des ions positifs auront une tendance à être attirés vers la cathode de potentiel plus faible, tandis que les électrons auront tendance à se maintenir vers le chemin de déchar- ge direct de la cathode à l'anode. Cependant, cela tend à aggra- ver une autre difficulté, celle d'un couplage transversal. Dès lors on doit empêcher que des décharges aient lieu entre par exem- ple la cathode 7 et l'anode 4', ou entre la cathode 7' et l'anode 4, autrement un allumage automatique peut se produire sur l'ensem- ble de comptage. Une considération soignée doit donc être faite à ces problèmes, et la présente invention permet de la solutionner en grande partie.
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On considère maintenant la figure 2 qui donne une vue d'extrémité du tube décrit en connexion avec la figure 1, et en particulier le système d'espace double. Dans ce but, les anodes 4, 4' et les cathodes 5, 5' peuvent représenter les électrodes d'une paire quelconque d'espaces à décharge ayant des propriétés d'accouplement unidirectionnel suivant la présente invention, mais leurs positions relatives, telles que. montrées, ne sont pas nécessairement celles observées dans un tube réel. Les systèmes montrés figure 2 présentent quatre chemins de décharge principaux, à savoir : leschemins directs 5-4, et 5'-4' , et les chemins trans -versaux 5-4' et 5'4. Représentons par V4 5 ,V4'5' et V4 5', V415 les tensions d'entretien pour'ces chemins.
D'une manière approximative on peut établir que la tension d'entretien Vm pour des espaces de décharge de différentes longueurs varie en concor- dance avec une équation de la forme
Vm=Vo+kd ou K et Vo sont des constantes et d est la longueur de l'espace de décharge. Puisqu'ilfaut que les espaces 4-5 et 4'-5 restent allumés une fois qu'une décharge s'est établie, des voltages de batterie extérieurs peuvent être prévus pour assurer les poten- tiels de polarisation de V4 5 et V4'5' à travers les intervalles 4-5 et 4'5'. Afin d'assurer qu'aucune décharge ne peut être nain- tenue dans l'entrefer 4'-5', on doit avoir
V4 5' > V4'5'+ P4 et V4'5 < V4 5 ou P4 est le voltage d'impulsion appliqué à l'anode 4. Une expres- sion semblable se rapporte à l'intervalle 4-5'.
Ainsi pour une va- leur donnée de P4, la distance minimum d4'5 est déterminée, ainsi que la valeur maximum de d4 5'.
Considérant le fait que l'on veut polariser la cathode de marquage positivement par rapport à la cathode de comptage afin de rendre l'accouplement d'ionisation de l'intervalle marquage-comptage plus grand qu'en direction inverse, les considérations précédentes conduisent en général à des longueurs d'intervalles différentes pour le comptage et le marquage. Une autre méthode pour obtenir
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les relations voulues entre les électrodes est de décaler les con- ducteurs d'anode de manière que les intervalles 4-4 et 4'-5' ne soient pas plus longtemps en parallèle l'un avec l'autre.
Dans la détermination de l'accouplement unidirectionnel, on se sert du fait que pendant la décharge une grande part de la chute de tension entre l'anode et la cathode a lieu dans l'espace sombre de la cathode qui s'étend, dans les tubes considérés, sur une très faible distance. Dans et autour de l'étincelle de la ca- thode, il y a une charge d'espace ionique, tandis que le courant de la cathode à cette région est largement électronique. Ainsi si la cathode de l'intervalle de comptage ne peut être atteinte par l'anode de l'intervalle de marquage, il y aura un minimum d'ac- couplement électronique dans la direction intervalle de comptage -intervalle de marquage, tandis qu'en faisant la cathode de mar- quage positive par rapport à la cathode de comptage, des ions ten- dent à se déplacer de l'intervalle de marquage à celui de comptage.
Un arrangement préféré pour les intervalles de comptage et de marquage est montré sur la figure 3 où les dimensions sont largement exagérées afin de mieux faire ressortir les caractéris- tiques principales. Toutes les électrodes sont en nickel, les ano -des étant formées de fils ronds s'étendant sur la longueur de chaque ensemble, et les cathodes étant formées de tiges d'un mm. de diamètre recouvertes d'aluminate, excepté pour les surfaces de décharge réelles 20,20'. La surface 20' de la cathode 5' est in- clinée de manière à tre protégés, parie bord supérieur, de l'ano- de 4. L'anode 4' est disposée pour être perpendiculaire à la surface 20', tandis que les deux intervalles sont décalés en position verti- cale l'un par rapport à l'autre.
Pour un mélange de gaz de 92% de néon, 7% d'hydrogène et 1% d'argon à une pression de 100 mm. de mercure, et pour des vitesses de marquage et de comptage de 12 cycles/seconde et 100 Kc/s respectivement, les cathodes sont placées aveo leurs centres à 2 mm, tandis que les intervalles 4-5 et 4'5' ont chacun 1 mm. de long. La séparation entre cathodes le long des deux ensembles peut être de 1 mm.
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Un autre arrangement est montré sur la figure 4, dans le -quel la cathode 5 protège effectivement l'anode 4 de la cathode 5', et par suite empêche l'accouplement électronique de l'intervalle 4'-5' de l'intervalle 4-5.
Une construction pratique pour un tube à décharge conforme à l'invention, est indiquée sur la figure 5. Dans cet arrangement, il y a deux ensembles de cathodes 21 et 22 comprenant chacun quatre tiges 23 en nickel d'un diamètre de 1 mm, soudées à des supports 24 dans une enveloppe 25 en verre. Les tiges-cathodes sont espacées et constituent des moyens de support pour une paire de disques 26 et 27 en mica. Ceux-ci supportent à leur tour des tiges 28 aux- quelles deux disques en mica 29 et 30 sont fixés. Les disques en mica supérieurs maintiennent les deux anodes 31 et 32 qui sont faites de tiges en nickel pliées suivant les trois côtés d'un rectangle, et logées dans les disques 29 et 30. Des conducteurs pour les deux anodes partent des chapeaux supérieurs 33 et 34.
L'arrangement général des électrodes est semblable à celui indi- qué sur la figure 4. Les tiges 23, dans chaque ensemble de cathodes, sont espacées de 3 mm de centrer centre, tandis que la longueur d'intervalle entre l'anode 31 et les cathodes de l'ensemble 21 est de 1 mm. La longueur d'intervalle pour l'ensemble 22 est de 1. 5 mm.
L'ensemble 21 est espacé de 4 mm. de l'ensemble 22. L'anode 32 est verticalement au-dessus de l'ensemble 22, tandis que l'anode 31 est légèrement déplacée. Les surfaces de décharge des tiges 23 sont plates et polies électrolytiquement, tandis que toutes les autres surfaces, et les conducteurs intérieurs, excepté les anodes 31 et 32 et leurs fils de connexion, sont recouverts d'aluminate afin d'em- pêcher des décharges indésirables. Après que le vide a été fait à travers la tubulure 35, le tube est rempli du mélange de néon, d'hydrogène et d'argon précédemment mentionné.
Dans cetube particulier, aucune anode d'amorçage séparée n'est prévue, puisque le tube est construit pour un fonctionnement sur trois chemins, et une cathode d'extrémité de l'ensemble 21 ou de l'ensemble 22 peut 'être utilisée dans ce but.
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Dans les arrangements jusqu'ici décrits, l'invention a été réalisée par des moyens de formes géométriques convenables pour les intervalles ou espaces de décharge. On doit observer que cela ne permet que des tolérances plutôt restreintes à la fois dans la construction du tube et dans les conditions de fonctionnement des circuits. Dans les arrangements maintenant décrits, des éléments nouveaux de construction sont envisagés, et il en résulte une sim- plification dans la construction et une tolérance plus grande.
Comme cela a été mentionné précédemment, une difficulté principale avec l'accouplement unidirectionnel entre les interval- les de décharge est le fait d'un allumage transversal entre une anode d'un intervalle et la cathode de l'autre. Cette difficulté d'allumage transversal peut être annulée comme dans les arrangements précédemment décrits par l'une ou l'autre des deux cathodes agissant comme écran. On a trouvé qu'une méthode plus directe consiste à in- terposer un écran isolant entre les deux intervalles, laissant un chemin direct entre les deux cathodes, de sorte que l'accouplement d'ionisation peut avoir lieu, cet accouplement étant rendu unidi- rectionnel en polarisant une cathoae par rapport à l'autre.
Un tel arrangement, qui donne satisfaction dans un tubetel. que celui mon- tré figure 1, est représenté sur la figure 6.dans laquelle les intervalles 36 et 37 sont de longuets égales, tandis qu'une feuil- le de mica 39 est interposée entre les anodes 40 et 41. Le mica ne doit pas s'étendre jusqu'au niveau des sammets des cathodes 42 et 43. Dans un tube satisfaisant, semblable à celui montré figure 5, la feuille de mica se prolonge de 2 mm en dessous du niveau des anodes et à 0.5 mm du niveau des surfaces de décharge des cathodes, les deux intervalles de décharge étant espacés de 2 mm centre à cen -tre, tandis que les tiges des cathodes des ensembles individuels de décharge sont monté'esà 3 mm centre à centre.
On a tm uvé que des résultats encore meilleurs sont obtenus avec de faibles effets sur l'accouplement d'ionisation, si la feuille du mica est prolon- gée entre les cathodes et si une ouverture est laissée justement suffisante pour une décharge entre cathodes. Cet arrangement est
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montré sur la figure 7 dans laquelle les électrodes sont indiquées par les mêmes chiffres de référence que dans la figure 6, tandis qu'une feuille de mica a un trou circulaire 45 en ligne aveo les sommets des cathodes 42 et 43 et de même diamètre que les surfaces de décharge.
On petit obtenir une amélioration considérable dans l'ao- oouplement unidirectionnel en utilisant un accouplement électro- nique comme opposé à un accouplement ionique. Pour faciliter la compréhension de ce phénomène, on doit considérer l'effet du champ électrique dans la région d'une décharge incandescente, si une pla -que conductrice est placée parallèlement à l'intervalle de décharge et maintenue à un certain potentiel compris entre celui de l'anode et de la cathode de l'intervalle . La figure 8 montre approximati- vement la manière suivant laquelle les surfaces équipotentielles sont réparties sous des conditions de décharge statique.
L'anode 40 et la cathode 42 sont pol ari sée s de manière à maintenir une dé- charge entre elles, une plaque conductrice 46 étant parallèle à l'intervalle 40-42.et étant maintenue à un potentiel inférieur à celui nécessaire pour maintenir une décharge de la cathode 42.
Comme cela a été précédemment expliqué, plus la chute de potentiel anode-cathode est localisée,¯ plus une distance très courte de la surface cathode est nécessaire. Des courbes équipotentielles 47 sont montrées sur la figure 8, beaucoup plus éloignées de la sur- face de cathode qu'elles ne seraient en pratique, mais le diagram- me doit montrer comment elles sont déformées par le voisinage de la plaque 46. En particulier il y a un gradient de potentiel escarpé près de' la cathode sur la plaque adjacente latérale 46.
En conséquence le chemin de décharge lui-marne est considérable- ment déformé, ainsi qu'il est montré par les lignes pointillées 48. Quelques électrons de la surface de la décharge de la cathode tendent de se diriger vers la plaque 46. En particulier, si une ouverture 49 est percée à travers la plaque en opposition au gra- dient de potenti el le plus escarpé, et si un champ accélérateur
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est créé sur l'autre côté de la plaque, des électrons tenteront à passer à travers les trous et en direction du gradient du ohamp accélérateur.
Pour une épaisseur donnée de la plaque 46, et pour une distribution donnée du potentiel à gauche de la plaque, il y a une valeur critique du champ d'accélération, ou plutôt du gra- dient de ce champ, vers la droite de la plaque sous laquelle le nombre des électrons qui pénètrent par l'ouverture 49 est négli- geable, et au-dessus duquel un flux projeté est obtenu.
En appliquant ce phénomène au problème de l'accouplement unidirectionnel, on a trouvé qu'un haut degré d'accouplement est obtenu en utilisant un arrangement d'électrodes, tel que montré figure 9, dans lequel des anodes 40 et 41, correspondant aux anodes 42 et 43, forment une paire d'intervalles de décharge, comme dans les exemples précédents, mais la plaque 46 placée plus près de l'intervalle 40-42 que de l'intervalle 41-43 modifient ces inter- valles excepté pour l'accouplement à travers l'ouverture 49.
L'ar- rangement peut être tel que la décharge dans l'intervalle 40-42 est virtuellement indépendante des conditions de l'intervalle 41-43, mais que quand une tension d'impulsion suffisamment haute est ap- pliquée à l'anode 41, les électrons se déplaçant dans le chemin 50, ionisent l'intervalle 41-43.. D'autre part, l'arrangement peut aussi être fait de manière que des décharges aient lieu à l'intervalle de comptage 41-43 sans amorcer l'intervalle de marquage 40-42.
Un tube à décharge séquentielle, utilisant un arrangement d'électrodes tel que décrit en référence avec la figure 9, a été utilisé aveo succès, mais une description plus complète d'un arran- gement préféré sera donné plutôt qu'une discussion détaillée de 1' arrangement de la figure 9. Sur cette figure, la plaque 46 sert seulement comme électrode auxiliaire aux intervalles 4C-42 et 41-43. un a cependant trouvé qu'il est possible d'omettre l'anode 40 et de faire fonctionner la plaque 48 comme une anode de marquage. L'ar- rangement préféré est montré sur la figure 10, et un schéma des circuits est indiqué sur la figure 11. Sur la figure 10, une anode de comptage 41 est indiquée avec les cathodes de comptage 43 comme
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précédemment décrit.
Les cathodes 42 constituent les cathodes de l'ensemble de marquage, etont montées perpendiculairement à la plaque 46, tandis que les cathodes 43 sont parallèles à celle-ci.
Les cathodes individuelles correspondantes 42 et 43 sont montées de manière qu'un plan perpendiculaire au plan du dessin passe à travers une cathode 42, une ouverture 49, et la cathode corres- pondante 43 légèrement en dessous de la surface supérieure de cette dernière. Sur la face latérale des cathodes de marquage,-une pla- que 46 est placée derrière une feuille de mica 51 présentant des ouvertures 52 ayant approximativement deux fois le diamètre des ouvertures 49 et exposant une surface annulaire de la plaque 46 opposée à chaque cathode de marquage. Le but de la feuille de mica 51 sera expliqué plu& loin, son emploi n'étant pas essentiel à l'invention, mais elle est préférable quand des fréquences de répétition d'impulsions de marquage basses sont employées.
Dans le circuit de la figure 11, les électrodes sont dési- gnées par les mêmes chiffres de référence que dans la figure 10 Chaque cathode de comptage 43 est reliée à la terre à travers une résistance 53, la cathode de sortie comprenant aussi un transfor- mateur d'impulsions non montré, ou un autre dispositif convenable pour faire passer l'impulsion de décharge vers un autre circuit.
L'anode de comptage 41, qui dessert tous les intervalles à déclarge de comptage et de marquage, est reliée directement à la cathode d'un dispositif 54 dont l'anode est reliée à une source convenable 55 de polarisation. La grille du dispositif 54 est alimentée par un voltage à impulsions de forme d'onde semblable à celle montrée en 56, qui cependant représentela forme d'onde de l'anode 41. La plaque d'anode 46 de marquage est maintenue à une tension positive stable V2 par rapport à la terre, au moyen de la batterie 57. La cathode 42 est reliée via une résistance 58 au conducteur 59 qui se connecte aux résistances de cathodes de marquage restantes. Du conducteur 59 une connexion a lieu à travers une source stabilisée 60 de courant continu, vers l'enroulement secondaire d'un trans- formateur 61 et l'anode 46.
La source 60 sert de batterie d'entretien
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pour * ensemble de marquage et prévoit une tension moyenne cons- tante V3 entre l'anode 46 et le conducteur 59. Des impulsions de marquage sont fournies à travers l'enroulement primaire du trans- formateur 61vers la borne 62. L'anode 41 est maintenue par le courant de cathode de 54 à un potentiel V1 à courant continu par rapport à la terre qui est accru à Vl + P pendant les impulsions de oomptage. Le train d'impulsions de comptage 56 contient une impulsion négative 63 d'extinction dans le but d'éteindre les décharges à l'ensemble de comptage après chaque cycle d'opérations.
Suivant un mode de fonctionnement, des intervalles de décharge d'amorçage individuels (non montrés), tels que ceux dé- crits en connexion avec la figure 1, sont prévus à la fois pour les ensembles de comptage et de marquage. L'amplitude P est alors a- justée de manière que l'ensemble de comptage fonctionne normalement sans que des décharges aient lieu à l'ensemble de marquage. Les po- tentiels Vl et V2 sont choisis de manière qu'en l'absence d'impul- sions de comptage, aucun courant ne passe des cathodes de marquage quand les intervalles correspondants sont déchargés. En d'autres termes, le gradient de potentiel entre 46 et 41 est insuffisant pour faire passer des électrons à travers les ouvertures 49.
Cela est aidé en ayant les cathodes 43 environ un millimètre au-dessus du niveau des ouvertures respectives 49, de manière qu'elles ten- dent à créer un ohamp retardateur. Cependant, pendant les impul- sions de comptage, le potentiel accru de l'anode 41 est disposé pour être suffisant pour amener du courant à travers quelques ou- vertures 49 opposées à une décharge de la cathode de marquage.
Le potentiel V1 + P- V2 doit alors être plus grand que la chute de tension de l'anode pour un intervalle de longueur d, et ayant l'arrangement géométrique montré figure 10, ou d est la distance entre 41 et l'ouverture correspondante 49. Un flux d'électrons passe alors entre la cathode 42 et l'anode 41, ionisant l'inter- valle 41-43, de sorte qu'une décharge a lieu, si l'intervalle est ionisé ou non, par suite de la décharge dans un intervalle de comptage voisin (ou en un intervalle d'amorçage). Ainsi à la...
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première impulsion du train 56, ces intervalles de comptage oppo- sés aux intervalles de marquage s'allumeront, les intervalles de comptage restants, s'il y en a, s'allumant en série normale aux impulsions successives du train de comptage.
A première vue les intervalles de marquage non influencés, peuvent être allumés par les potentiels d'impulsions appliqués à l'anode 1. Cela peut arriver si une tension stable V1 + P est ap- pliquée à l'anode 41. Cependant on doit se rappeler que pour une décharge dans un gaz, la différence de potatiel de l'intervalle doit être appliquée pendant une durée' définie (délais de formation) avant que l'énergie dans l'intervalle n'ait atteint une valeur suf- fisante pour provoquer la décharge. L'amplitude P est choisie de manière que le délai de formation pour l'intervalle 41-42 est plus long que la durée d'une impulsion de oomptage. Les intervalles de l'ensemble de marquage ne peuvent alors être allumés par les impul- sions de comptage.
D'autre part quand un intervalle de marquage se décharge, aucune autre énergie n'a besoin d'être fournie par le potentiel de l'anode 41, autre que celle requise pour faire passer suffisamment d'électrons à travers l'ouverture 49 afin d'ioniser l'intervalle 41-43. Il n'y a alors virtuellement aucun délai de formation compris dans le prolongement de la décharge de la plaque 46 à l'anode 41.
Par suite de la haute fréquence de répétition des impulsion de comptage, et du fait que les distances d'intervalles sont choisie- pour s'adapter à la vitesse de marquage plus lente, aucune difficulté n'a lieu dans l'ensemble de comptage due à l'allumage automatique.
Cette difficulté tend cependant à avoir lieu dans les ensembles de marquage pour les causes suivantes :
1 - Le courant passant vers l'anode 41 à travers l'ouver- ture 49 tend à accroître l'accouplement d'ionisation le long du côté de marquage du tube .
2 - En l'absence de feuille de mica 51 un accouplement d'ionisation a lieu entre les intervalles de l'ensemble de marquage, dès le fonctionnement de l'ensemble de comptage. Cela provoque, en
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une forme légèrement différente, un retour au problème original mentionné dans le cas des figures 1 à 5. Le fait que l'anode est une plaque au lieu d'être un fil complique le problème, car il y a un champ moins concentré à travers l'intervalle anode-cathode de l'ensemble, et dès lors une diffusion plus large des produits d'ionisati on.
L'effet produit par (l) est moins sérieux que celui pro- duit par (2), et peut être grandement éliminé par la forme géomé- trique des intervalles et par le champ électrique utilisé. Ce but est matériellement atteint par les dispositions prises en consi- dération des inconvénients mentionnés en (2),. L'accouplement d'i -onisation à long terme se manifeste comme une tendance à l'insta -bilité du nombre marqué enregistré après qu'un tube a été en fonc- tionnement deux ou trois minutes. La prévision de la feuille de mica 51, qui localise la décharge à une région définie de l'anode, constitue une amélioration satisfaisante.
La feuille 51 acquiert un changement statique considérable, particulièrement aux extrémi- tés de l'ouverture 52 entourant l'ouverture 49, et ce changement réduit l'accouplement d'ionisation entre la cathode de marquage, limitant ainsi l'effet mentionné ci-dessus.
Pour éliminer l'effet (l), on peut prévoir par exemple un arrangement de manière que la totalité du courant à l'intervalle de marquage soit transféré de l'anode de marquage à l'anode de comp- tage. Ainsi, avec un champ convenable sur l'autre face de la pla- que, tous les électrons passent à travers l'ouverture 49 plutôt que d'être recueillis par la plaque 46. Cela est indiqué dans le ta- bleau ci-après où les tensions d'électrodes et les courants sont compares.
Dans ce tableau :
IDC désigne le courant de cathode de marquage (électrode
42 figures 10-' et 11)' IDA désigne le courant de l'anode de marquage (électrode
46 figures 10 et 11
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ICA désigne le courant de l'anode de comptage (électrode
41 des figures 10 et 11) VCA désigne la tension de l'anode de comptage par rapport à la terre VDA désigne la tension de l'anode de marquage par rapport à la terre
EMI19.1
<tb>
<tb> IDC <SEP> DA <SEP> ICA <SEP> vCA <SEP> VDA
<tb>
<tb> t
<tb> 400 <SEP> <SEP> anp.' <SEP> 400 <SEP> <SEP> amp <SEP> .
<SEP> - <SEP> 160 <SEP> volts <SEP> 100 <SEP> volts
<tb>
<tb> 450 <SEP> " <SEP> " <SEP> - <SEP> 450/ <SEP> amp <SEP> , <SEP> 193 <SEP> " <SEP> 100 <SEP> "
<tb>
<tb>
EMI19.2
550 rt rr ¯6 ,cL " 610 / Il t 260 rt t 100 rr
On peut voir qu'il y a seulement un accroissement de 150 amp. dans le courant de la cathode de marquage pour une impulsion de 100 volts sur l'anode de comptage. Puisque les espacements d' intervalles, qui sont semblables à ceux donnés en connexion avec la figure 5, sont tels qu'il y a seulement une petite variation dans l'accouplement d'ionisation entre les intervalles avec un courant pour les décharges de l'ordre de 400 amp., la tendance d'un al- lumage automatique est largement éliminée.
Il a été mentionné précédemment que dans un mode de fonc- tionnement, les ensembles de marquage et de comptage peuvent être pourvus d'intervalles de décharge d'amorçage pour contrôler le ni- veau d'ionisation général dans les deux ensembles et assurer ainsi que les décharges séquentielles commencent au premier intervalle dans chaque ensemble. Les voltages du train d'impulsions 56 (fig.
Il) sont arrangés de manière que l'ensemble de comptage marche nor- malement en l'absence de décharges sur l'ensemble de marquage. Un tel mode de fonctionnement est satisfaisant quand seulement un pe- tit nombre d'intervalles, par exemple quatre, sont compris dais chaque ensemble. Avec des ensembles ayant un plus grand nombre d'intervalles de marquage et de comptage, on a rencontré certaines difficultés dans l'ensemble compteur par suite du fait que le
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niveau général d'ionisation diminue exponentiellement avec la distance de l'intervalle d'amorçage déchargeant d'une manière per- manente à l'extrémité de l'ensemble.
Par conséquent, par suite du phénomène de retard quand plusieurs intervalles de marquage fonc- tionnent, les intervalles compteurs correspondants ne s'allument pas tous exactement au même instant lors de la première impulsion du train 56. On a trouvé qu'il y a une tendance pour eux d'encore s'allumer en séquence, avec comme conséquence de modifier le temps exact auquel l'intervalle de comptage de sortie décharge par suite de la variation du retard.
Si cet effet est important, il est pré- férable d'utiliser un intervalle d'amorçage associé à l'ensemble de comptage. Il s'ensuit alors que le comptage a lieu seulement quand les décharges ont lieu sur l'ensemble de marquage, l'accouple- ment de l'intervalle de marquage à l'intervalle de comptage étant suffisant pour provoquer le procédé de comptage, et en même temps tous les intervalles de comptage opposés aux intervalles de marquage s'allument simultanément.
Quoique les tubes à décharge décrits en référence aux fi- gures 9, 10, 11 sont établis en vue de satisfaire aux conditions d'un tube à décharge séquentielle comme exposé en se basant sur la figure 1, le phénomène compris dans l'accouplement électronique entre les intervalles à travers l'ouverture 49 peut être utilisé avec avantage dans un tube autre qu'un tube à décharge séquentielle. Ainsi les figures 9 et 10 peuvent être prises pour représenter des arrangements d'électrodes pour des tubes ayant de simples paires d'intervalles disposés pour utiliser le phénomène d'accouplement électronique.
Par exemple l'arrangement peut être tel que si l'anode 41 est maintenue à un potentiel constant à courant continu, et si le potentiel de la plaque 46 s'accroît, le courant passant=vers l'anode 41 peut être réduit malgré le courant supplémentaire passant de la cathode 42 à l'électrode 46. Semblablement, si 1 électrode 46 est maintenue à un potentiel stable, et que celui de l'électrode 41 s'accroît, le.courant vers l'électrode 40 diminue. Il s'ensuit que le tube peut être établi pour agir comme une résistance négative.
Dans
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plusieurs cas, la cathode 43 peut être supprimée et le tube peut alors être considéré comme une triode ayant une conductance mutuelle négative, l'électrode 41 fonctionnant comme anode et l'électrode 46 comme grille de contrôle, ou vice-versa. Un tel arrangement ne dif- fère pas de celui précédemment décrit en connexion avec les tubes utilisant ce qui est appelé une cathode "Plasma", et dans lesquels un écran perforé restreint la section transversale de la décharge et permet @ aux ions positifs d'avoir lieu dans l'espace anodique, avec comme conséquence des propriétés de résistance négative entre la cathode "Plasma" et l'anode.
Cependant le fonctionnement de oes tubes est très différent de ceux envisagés, et utilise des courants de l'ordre de 50 amp. ou plus comparés avec les microampères et les milliampères qui peuvent être utilisés dans la présente invention.
Dans ce cas, suivant l'invention, on a prévu un tube à dé- charge électrique rempli de gaz, comprenant un intervalle à décharge à cathode froide entre des surfaces d'électrodes solides,et un écran métallique pourvu d'une ouverture et séparant la cathode du dit in- tervalle d'une autre anode ou électrode de contrôle, les électrodes étant arrangées de manière que les électrons de décharge de la dite cathode peuvent être amenés à travers la dite ouverture vers l'autre électrode sous l'influence du champ de polarisation existant entre le dit écran et la dite électrode.
Il est évident qu'un tel tube peut remplir plusieurs fonctions obtenues jusqu'ici avec les valves thermoioniques, et que d'autres électrodes additionnelles peuvent être insérées pour égaler les divers tubes à grilles multiples connus,
Un circuit utilisant un tube conforme à cet aspect de l'in- vention est représenté sur la figure 12. Dans ce circuit, une anode 41 est connectée à travers l'enroulement secondaire d'un transfor- mateur 63 à la borne positive d'une batterie 64, tandis qu'une plaque perforée 46.est connectée via l'enroulement primaire de 63 au pôle négatif de la batterie 64 et au pôle positif d'une batterie 65 dont le pôle négatif envoie du courant vers la cathode 42 à travers la
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résistance 58. Une connexion à la terre peut être faite au point indiqué, ou en quelqu'autres points convenablement choisis.
Le fonctionnement de l'arrangement de la figure 12 est le suivant :
Les potentiels des batteries 64 et 65 sont réglés pour main- tenir une décharge entre la cathode 42 et la plaque 46 avec une ex- tension de la décharge vers l'anode 41. Si momentanément le poten- tiel de l'anode 41 s'accroît, le courant de la plaque 46 passant à travers l'enroulement primaire du transformateur 63 décroît. L'ar- rangement est tel que les enroulements de 63 sont polarisés de/ianière que la diminution du courant primaire amène un accroissement dans ke voltage de l'anode 41.
Le potentiel à travers l'enroulement secon- daire accordé s'établit à une valeur limite déterminée par les constantes du circuit et la non-linéarité des caractéristiques cou- rant-voltage du tube, après quoi il diminue et inverse la direction de l'action régénérative entre les électrodes 41 et 46. Des oscil- lations sont ainsi créées à travers le circuit secondaire accordé du transformateur 63, et peuvent être obtenues par exemple d'un en- roulement aocordé 66 couplé aux enroulements primaire et secondaire.
Le transformateur 63 peut être remplacé par un type quelconque con- venable de réseau ou filtre à quatre bornes présentant les propriétés déterminatrices de fréquence nécessaires. On doit observer que pour le fonctionnement du circuit décrit en référence de la figure 12, un courant cathodique considérablement plus élevé est désirable au lieu des 400- 500 ampères mentionnés sur le tableau précédent.
Du courant accru, plusieurs fois plus grand, peut facilement être obtenu en aocroissant la surface effective de la cathode 42 sans produire un accroissement pratiquement correspondant dans les vol- tages VCA et VDA mentionnés au tableau. En vue de transfert com- plet du oouiant entre les électrodes 46 et 41 pour un changement comparativement faible du voltage entre les électrodes, on peut voir que plusieurs autres applications de dispositifs conformes à l'in- vention sont possibles, particulièrement comme limiteurs ou oscil- lateurs de relaxation.
Bien que les principes de l'invention aient étédécrits en connexion avec des exemples bien déterminés, il est évident que cette
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description n'est donnée qu'à titre d'exemple et ne limite nulle- ment la portée de l'invention.
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IMPROVEMENTS TO ELECTRONIC DISCHARGE TUBES
The present invention relates to gas-filled, cold cathode electronic discharge tubes of the kind in which the ignition voltage of a discharge space or interval is reduced by the presence of a discharge in a space adjacent to the discharge. same envelope.
According to one of the aspects of the invention, there is provided a tube of this kind comprising at least a pair of discharge spaces or intervals, and in which, under the influence of suitable ignition voltages, products of The ionization can move from the first space to the second more easily than from the second space to the first, so that the ignition voltage of the second space can be reduced by the discharge of the first space, while the ignition voltage of the second space can be reduced. ignition of this first space is practically independent of the discharge voltage or of the anode voltage of the second space.
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In another aspect, the invention provides a tube of the type indicated enclosing at least one pair of discharge spaces, in which the discharge at the first space of said pair can reduce the ignition voltage of the second space of the pair. greater than a discharge of the same magnitude at the second space reduces the ignition voltage at the first space.
By this means, the discharges in the second space can be conditioned by the presence or absence of discharges in the first space, the latter remaining practically independent of the discharges in the second space.
Although different possible applications of tubes of the kind contemplated may take place, they are particularly suitable in the case of two or more sets of serial or sequential discharges which can be used in a single casing, while still having between them a practically unidirectional coupling.
Sequential discharge tubes are described in our Belgian patent 478,032, and can be defined for the present purposes as cold cathode tubes having a set or system of spaces arranged so that when one of these spaces is ignited, ionization products move to the neighboring space and reduce its ignition voltage. In this way, successive pulses applied in common to the electrodes of the assembly can cause the ignition in series or in sequence of the spaces from a given starting space. These tubes can be used, for example, in electrical meters in calculating machines or in message recorders in automatic telephone circuits.
If desired, a stable polarization potential can be applied between the anodes and the cathodes of the discharge spaces of the sequential assemblies, so that a space, once ignited, can / remain indefinitely in a condition of. discharge .. To extinguish these discharges, the bias potential can be removed or reduced below a critical value of the float voltage, and this for a time sufficient for deonization to be effective. So if a large
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counting speed is desired, it may be necessary to alternately use a pair of tubes, one of the tubes counting while the other is deionized.
In our Belgian patent 483,045, two or more sets of sequential discharges can be mounted in the same envelope, and arranged so that the coupling by ionization between the sets can allow a second counter set to succeed a first set, while the discharges to the first set are extinguished.
Applied to a sequential discharge tube, the invention provides a cold cathode tube comprising at least two sets of discharge spaces, each of said sets containing a series of cathodes and one or more cooperating anodes, this tube being characterized in that a series of discharges can operate along one of said sets (A) independently of discharges in the other set (B), while the series of discharges in the set (B) begin in one of its spaces determined by the state of discharge of the set (A). In such a tube, the discharge assemblies are set up so that any given proportion of the total number of spaces in the assembly (A) can be brought into and maintained in the discharge condition for an indefinite time,
during which the sequential discharge can take place along the set (B) to provide information as to the number of spaces in the set (A) which have been ignited.
In the previous applications, no distinction was made whether the coupling between the discharge spaces was ionic or electronic, all ionization products being referred to as "ions". Certain features of the present invention relate to the distinctive treatment of the movement of positive ions and electrons between discharge spaces. Thus in one embodiment of the invention, by the application of the proper polarization potentials, ions from space A are moved to space B, while ions from B cannot move to space A. In other embodiments, electronic coupling is used or: ionic coupling is negligible.
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Several embodiments of the invention are hereinafter described on the basis of the accompanying drawings; over these:
FIG. 1 schematically shows a particular use of a tube according to the invention.
Figure 2 schematically shows an end view of the tube of Figure 1.
Figure 3 shows an arrangement of a pair of discharge spaces or gaps having one-way coupling between them.
Figure 4 shows another arrangement of the electrodes of a pair of unidirectionally coupled discharge spaces.
Figure 5 shows a practical embodiment of a discharge tube according to the invention.
Figures 6 and 7 show another arrangement of electrodes according to the invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of other forms of realization.
Figures 9 and 10 show still other arrangements of electrodes according to the invention.
Figures 11 and 12 are circuits for explaining the operation of certain embodiments of the invention.
According to Figure 1, the gas-filled tube 1 comprises two sets of discharge spaces or gaps 2 and 3, which are each shown to have a common anode, respectively 4 and 4 ', and four cathodes. individual 5, 5 ', 6, 6', 7, 7 ', 8, 8', the indexed digits relating to set 3, and the others to set 2. In addition, a cathode The separate 9 constitutes an ignition cathode and forms a discharge gap with the anode 4 ', so that the cathodes 5, 5' may be the first spaces to ignite in the respective sets.
The anode 4 'is connected to a constant voltage source 10 which is shown schematically to consist of a battery in series with a decoupling resistor. The anode 4 'is also connected to a terminal 11 of the incoming signaling circuit. Cathodes
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5 ', 6' and 7 'are shown connected to earth, through individual resistors 12 limiting the current, while the cathode 8' feeds a pulse transformer 13. The cathodes 5, 6, 7, 8 are connected through individual resistors 14 to the negative terminal of a stabilized source 15, the positive pole of which is connected through the secondary winding of a pulse transformer 16 to the anode 4.
A connection to earth is made through a moving contact 15 of the source to bias the cathodes 5, 6, 7, 8 positively, if necessary with respect to the cathodes 5 ', 6', 7 ', 8'. Cathode 9 is connected to earth through a variable resistor 17 and a polarizing battery 18. All aathodes can be made by means of nickel rods coated with aluminum or other discharge substances, except at the facing end. to the cooperating anode.
In practice, the two sets of cathodes are arranged parallel to one another under the anodes, as is shown very schematically in the end view of FIG. 2. The voltage supplied by the source 10 is set so that it is not sufficient to cause any discharge to the spaces in either set, but will maintain discharge once established. Cathode 9 is arranged for continual discharge.
The circuit operates as follows: A train of positive pulses, which will be considered to be marker pulses, is applied to the firing terminal of transformer 16. These pulses should be limited in amplitude and duration. so that during the first pulse a discharge occurs between cathode 5 and anode 4, the discharge space being partly excited by the initiation discharge of cathode 9. No further discharge space should light up during this first pulse, as a result of the voltage of the source 15, this discharge can now be maintained indefinitely. A second pulse causes ignition of the gap corresponding to cathode 6.
A third pulse causes discharge at cathode 7, while a
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fourth pulse causes discharge at cathode 8. At terminal 11 are applied repeated trains of general waveform pulses, as shown in 19. This waveform comprises a series of positive pulses followed by a negative impulse. The positive pulses create discharges at the spaces of assembly 3, which will be referred to as the counter assembly, while the negative pulse maintains the anode 4 'under the float voltage for a time. sufficient to bring about the extinction of all the discharges of this set. The positive pulses can each be modulated in duration or in width, and can have an average width of one microsecond.
The repetition rate for the positive pulses at terminal 11 can be of the order of 100 Kc / s, while the marker pulses can be applied to transformer 16 at the rate of 1 2 cycles per second. It is assumed that each of the positive pulses applied to the counter assembly is associated with a defined path of voice waves. It is now assumed that two pulses are applied to transformer 16. These pulses must cause the ignition of cathodes 5 and 6, and remain on. Now when the first pulse of train 19 is applied to terminal 11, the two spaces associated with cathodes 5 'and 6' light up, if the arrangement is such that ionization of the marking spaces initiates the counting spaces. immediately adjacent.
The second pulse will thus cause a discharge at cathode 7 ', and the third pulse will ignite cathode 8'. From the discharge at 8 'will appear a corresponding pulse at the secondary terminals of the transformer, 13. The fourth pulse and the last pulse have no effect, since all cathodes in the count assembly are already on. The negative pulse then extinguishes the discharges and the sequence is repeated. Thus in each successive train of pulses, the third pulse appears at the output terminals of transformer 13. In the same way, four marking pulses are for example applied to the primary winding of transformer 16. The first pulse train 19 will appear at the
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8 'output cathode.
In general, if the tube has m discharge spaces in the counter and marker assemblies, and if n marker pulses are applied, (n - m + 1) pulses will appear at the output cathode. Furthermore, and this is one of the main objects of the circuit described, if through interference, or for some other cause, the counter sequence is reversed on any train, this will be corrected for the next train because the selector means ( marking pulses) create a permanent selection condition.
It should be understood that the circuit shown in Fig. 1 has only been considered for general explanation, but in principle other circuit arrangements can be made. Similarly, various modifications to the arrangement of the electrodes of the tube 1 are possible, such as for example providing a common internal connection for the cathodes 5, 6, 7 and 8.,
Consider now the practical difficulties which may be encountered with the discharge tube before a circuit, such as that which has been described, can operate.
First, there is a large difference between the operating speeds required for the two sets of discharge spaces, one of which is to operate at a marking rate (12 cycles per second) and the other at a repeat rate of d. 'pulses of 100 Kc / sec.
As explained in our Belgian patent 478,032, the dimensions of spaces and gaps in sequential discharge tubes are largely determined by the counting speed required. On the other hand, in order to provide for the coupling between the discharge spaces in the two sets, the discharge space must be the same for each. In order to prevent the sequential ignition, due to the ionization spread without the additional potential supplied to the discharge space by the signaling pulses, and called automatic ignition, from occurring, the spacings between the cathodes in the labeling assembly should be made as large as possible, and the cathode currents as low as possible for a given gas mixture and pulse voltage.
Before considering the suitable dimensions to give
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at discharge spaces, other difficulties encountered should be considered.
One assumes that one must satisfy the problem of providing a pair of discharge assemblies having similar cathode spacings, but also capable of satisfying individual operation at widely different count rates. . We must now consider the question of the interaction effects between the two discharge assemblies when they operate simultaneously. The first problem is that of the priming of the discharge spaces of the counter assembly by the discharges maintained at the marking assembly, without discharge to the counting assembly initiating the marking assembly * and thus increasing the automatic ignition tendency, or an unstable recording condition in the marking assembly.
Thus we consider the case when an action of 2 has been created in the marking set. Ignition must be maintained on cathodes 5 and 6 of set 2. As during the train of counting pulses applied to set 3, cathodes 7 'and 6' are on, there is a danger that these discharges can initiate either or the last two intervals of set 2, so that discharges at that set tend to occur with the sequence of discharges at set 3. A remedy in this case may be be obtained by polarizing the cathodes of assembly 2 so that they are always positive with respect to those of assembly 3.
In this way positive ions will have a tendency to be attracted to the lower potential cathode, while electrons will tend to stay in the direct discharge path from the cathode to the anode. However, this tends to worsen another difficulty, that of transverse coupling. It is therefore necessary to prevent discharges from taking place between, for example, the cathode 7 and the anode 4 ', or between the cathode 7' and the anode 4, otherwise an automatic ignition can occur on the assembly. count. Careful consideration must therefore be given to these problems, and the present invention largely solves them.
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Consider now Figure 2 which gives an end view of the tube described in connection with Figure 1, and in particular the double space system. For this purpose, anodes 4, 4 'and cathodes 5, 5' can represent the electrodes of any pair of discharge spaces having unidirectional mating properties according to the present invention, but their relative positions, such as . shown, are not necessarily those seen in a real tube. The systems shown in figure 2 have four main discharge paths, namely: direct paths 5-4, and 5'-4 ', and cross-paths 5-4' and 5'4. Let us represent by V4 5, V4'5 'and V4 5', V415 the maintenance voltages for 'these paths.
Approximately one can establish that the sustaining voltage Vm for discharge spaces of different lengths varies in accordance with an equation of the form
Vm = Vo + kd where K and Vo are constants and d is the length of the discharge space. Since spaces 4-5 and 4'-5 must remain lit once a discharge has established, external battery voltages can be provided to ensure the polarization potentials of V4 5 and V4'5. 'through intervals 4-5 and 4'5'. To ensure that no discharge can be dwarfed in the air gap 4'-5 ', we must have
V4 5 '> V4'5' + P4 and V4'5 <V4 5 or P4 is the pulse voltage applied to anode 4. A similar expression refers to the interval 4-5 '.
Thus for a given value of P4, the minimum distance d4'5 is determined, as well as the maximum value of d4 5 '.
Considering the fact that one wants to polarize the marking cathode positively with respect to the counting cathode in order to make the ionization coupling of the marking-counting interval greater than in the reverse direction, the preceding considerations lead in generally at different interval lengths for counting and marking. Another method to get
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the desired relationship between the electrodes is to shift the anode leads so that the gaps 4-4 and 4'-5 'are no longer in parallel with each other.
In determining the unidirectional coupling, one makes use of the fact that during the discharge a large part of the voltage drop between the anode and the cathode takes place in the dark space of the extending cathode, in the tubes considered, over a very short distance. In and around the cathode spark there is an ion space charge, while the current from the cathode to this region is largely electronic. Thus if the count interval cathode cannot be reached by the labeling interval anode, there will be a minimum of electronic coupling in the counting interval-labeling interval direction, while there will be a minimum of electronic coupling. by making the labeling cathode positive with respect to the counting cathode, ions tend to move from the labeling interval to the counting interval.
A preferred arrangement for the counting and marking intervals is shown in Figure 3 where the dimensions are greatly exaggerated in order to better emphasize the main features. All the electrodes are made of nickel, the anodes being formed of round wires extending the length of each assembly, and the cathodes being formed of one mm rods. of diameter coated with aluminate, except for actual discharge surfaces 20.20 '. The surface 20 ′ of the cathode 5 ′ is inclined so as to be protected, by the upper edge, from the anode 4. The anode 4 ′ is arranged to be perpendicular to the surface 20 ′, while the two intervals are vertically offset from each other.
For a gas mixture of 92% neon, 7% hydrogen and 1% argon at a pressure of 100 mm. of mercury, and for marking and counting speeds of 12 cycles / second and 100 Kc / s respectively, the cathodes are placed with their centers at 2 mm, while the intervals 4-5 and 4'5 'each have 1 mm. long. The separation between cathodes along the two sets can be 1 mm.
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Another arrangement is shown in Figure 4, in which cathode 5 effectively protects anode 4 from cathode 5 ', and hence prevents electronic coupling of the gap 4'-5' of the gap. 4-5.
A practical construction for a discharge tube according to the invention is shown in figure 5. In this arrangement there are two sets of cathodes 21 and 22 each comprising four nickel rods 23 with a diameter of 1 mm, welded to supports 24 in a glass envelope 25. The cathode rods are spaced apart and provide support means for a pair of mica discs 26 and 27. These in turn support rods 28 to which two mica discs 29 and 30 are attached. The upper mica discs hold the two anodes 31 and 32 which are made of nickel rods bent along three sides of a rectangle, and housed in the discs 29 and 30. Conductors for the two anodes leave from the upper caps 33 and 34.
The general arrangement of the electrodes is similar to that shown in Figure 4. The rods 23, in each cathode set, are spaced 3mm from center-center, while the gap length between anode 31 and the cathodes of the assembly 21 is 1 mm. The gap length for assembly 22 is 1.5mm.
The assembly 21 is spaced 4 mm apart. of assembly 22. The anode 32 is vertically above the assembly 22, while the anode 31 is slightly displaced. The discharge surfaces of the rods 23 are flat and electrolytically polished, while all other surfaces, and the inner conductors, except the anodes 31 and 32 and their lead wires, are coated with aluminate to prevent discharges. unwanted. After a vacuum has been made through tubing 35, the tube is filled with the aforementioned mixture of neon, hydrogen and argon.
In this particular tube, no separate firing anode is provided, since the tube is constructed for three-path operation, and an end cathode of either assembly 21 or assembly 22 may be used in this. goal.
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In the arrangements heretofore described, the invention has been carried out by means of geometric shapes suitable for the gaps or discharge spaces. It should be observed that this allows only rather tight tolerances both in the construction of the tube and in the operating conditions of the circuits. In the arrangements now described, new elements of construction are envisaged, resulting in simplification in construction and greater tolerance.
As mentioned previously, a main difficulty with one-way coupling between discharge intervals is that of transverse ignition between an anode of one gap and the cathode of the other. This transverse ignition difficulty can be eliminated as in the arrangements previously described by one or the other of the two cathodes acting as a screen. It has been found that a more direct method is to interpose an insulating screen between the two gaps, leaving a direct path between the two cathodes, so that ionization coupling can take place, this coupling being made unidirectional. rectional by polarizing one cathode in relation to the other.
Such an arrangement, which gives satisfaction in a tubetel. that shown in Figure 1, is shown in Figure 6, in which the intervals 36 and 37 are of equal length, while a sheet of mica 39 is interposed between the anodes 40 and 41. The mica should not not extend to the level of the sammets of the cathodes 42 and 43. In a satisfactory tube, similar to that shown in figure 5, the mica sheet extends 2 mm below the level of the anodes and 0.5 mm from the level of the anodes. discharge surfaces of the cathodes, the two discharge intervals being spaced 2 mm center to center, while the cathode rods of the individual discharge assemblies are mounted at 3 mm center to center.
It has been suggested that even better results are obtained with low effects on ionization coupling, if the mica sheet is extended between the cathodes and if an opening is left just sufficient for inter-cathode discharge. This arrangement is
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shown in figure 7 in which the electrodes are indicated by the same reference numerals as in figure 6, while a sheet of mica has a circular hole 45 in line with the tops of cathodes 42 and 43 and of the same diameter as discharge surfaces.
Considerable improvement in one-way co-coupling can be achieved by using an electronic coupling as opposed to an ionic coupling. To facilitate the understanding of this phenomenon, one must consider the effect of the electric field in the region of an incandescent discharge, if a conductive plate is placed parallel to the discharge interval and maintained at a certain potential between that of the anode and cathode of the gap. Figure 8 shows approximately the manner in which the equipotential surfaces are distributed under static discharge conditions.
The anode 40 and the cathode 42 are polished so as to maintain a discharge between them, a conductive plate 46 being parallel to the gap 40-42. And being maintained at a potential lower than that necessary to maintain. a discharge of the cathode 42.
As previously explained, the more localized the anode-cathode potential drop, the more a very short distance from the cathode surface is required. Equipotential curves 47 are shown in Figure 8, much further from the cathode surface than they would be in practice, but the diagram should show how they are deformed by the vicinity of the plate 46. In particular there is a steep potential gradient near the cathode on the adjacent side plate 46.
As a result, the discharge path itself is considerably distorted, as shown by the dotted lines 48. Some electrons from the surface of the cathode discharge tend to head towards plate 46. In particular, if an opening 49 is drilled through the plate in opposition to the steepest potential gradient, and if an accelerating field
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is created on the other side of the plate, electrons will attempt to pass through the holes and towards the gradient of the accelerator field.
For a given thickness of the plate 46, and for a given distribution of the potential to the left of the plate, there is a critical value of the acceleration field, or rather of the gradient of this field, to the right of the plate. under which the number of electrons which enter through opening 49 is negligible, and above which a projected flux is obtained.
Applying this phenomenon to the problem of unidirectional coupling, it has been found that a high degree of coupling is achieved by using an arrangement of electrodes, as shown in figure 9, in which anodes 40 and 41, corresponding to the anodes 42 and 43, form a pair of discharge intervals, as in the previous examples, but plate 46 placed closer to gap 40-42 than to gap 41-43 changes these intervals except for the coupling through opening 49.
The arrangement can be such that the discharge in interval 40-42 is virtually independent of the conditions of interval 41-43, but when a sufficiently high pulse voltage is applied to anode 41 , the electrons moving in the path 50, ionize the interval 41-43. On the other hand, the arrangement can also be made so that discharges take place at the count interval 41-43 without starting the 40-42 labeling interval.
A sequential discharge tube, using an electrode arrangement as described with reference to Figure 9, has been used with success, but a more complete description of a preferred arrangement will be given rather than a detailed discussion of 1. Arrangement of Figure 9. In this figure, plate 46 serves only as an auxiliary electrode at intervals 4C-42 and 41-43. One, however, has found that it is possible to omit the anode 40 and operate the plate 48 as a marking anode. The preferred arrangement is shown in Figure 10, and a circuit diagram is shown in Figure 11. In Figure 10, a count anode 41 is shown with the count cathodes 43 as
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previously described.
The cathodes 42 constitute the cathodes of the marking assembly, and are mounted perpendicular to the plate 46, while the cathodes 43 are parallel to the latter.
The corresponding individual cathodes 42 and 43 are mounted so that a plane perpendicular to the plane of the drawing passes through a cathode 42, an opening 49, and the corresponding cathode 43 slightly below the upper surface thereof. On the side face of the marking cathodes, a plate 46 is placed behind a sheet of mica 51 having apertures 52 having approximately twice the diameter of the apertures 49 and exposing an annular surface of the plate 46 opposite each cathode of the marking cathode. marking. The purpose of the mica sheet 51 will be explained further, its use not being essential to the invention, but it is preferable when low marking pulse repetition frequencies are employed.
In the circuit of figure 11, the electrodes are designated by the same reference numerals as in figure 10 Each counting cathode 43 is connected to earth through a resistor 53, the output cathode also comprising a transformer. pulse generator not shown, or other suitable device for passing the discharge pulse to another circuit.
The counting anode 41, which serves all the counting and marking declaration intervals, is connected directly to the cathode of a device 54, the anode of which is connected to a suitable source 55 of bias. The gate of device 54 is supplied with a pulse voltage of a waveform similar to that shown at 56, which however represents the waveform of anode 41. Marking anode plate 46 is maintained at a voltage. stable positive V2 with respect to earth, by means of the battery 57. The cathode 42 is connected via a resistor 58 to the conductor 59 which connects to the resistors of the remaining marking cathodes. From conductor 59 a connection takes place through a stabilized source 60 of direct current, to the secondary winding of a transformer 61 and the anode 46.
Source 60 serves as a maintenance battery
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for * marking assembly and provides a constant average voltage V3 between anode 46 and conductor 59. Marking pulses are supplied through the primary winding of transformer 61 to terminal 62. Anode 41 is maintained by the cathode current of 54 at a DC potential V1 with respect to ground which is increased to V1 + P during the counting pulses. The count pulse train 56 contains a negative extinguishing pulse 63 for the purpose of extinguishing the discharges to the count assembly after each cycle of operations.
In one mode of operation, individual priming discharge intervals (not shown), such as those described in connection with Figure 1, are provided for both the counting and marking assemblies. The amplitude P is then adjusted so that the counting assembly operates normally without discharges taking place at the marking assembly. The potentials V1 and V2 are chosen such that in the absence of count pulses, no current passes from the marking cathodes when the corresponding intervals are discharged. In other words, the potential gradient between 46 and 41 is insufficient to pass electrons through the openings 49.
This is aided by having the cathodes 43 about one millimeter above the level of the respective openings 49, so that they tend to create a retarding field. However, during the count pulses the increased potential of the anode 41 is arranged to be sufficient to supply current through a few openings 49 opposite to a discharge of the marking cathode.
The potential V1 + P- V2 must then be greater than the voltage drop of the anode for an interval of length d, and having the geometric arrangement shown in figure 10, where d is the distance between 41 and the corresponding opening 49. An electron flow then passes between cathode 42 and anode 41, ionizing the interval 41-43, so that a discharge takes place, whether the interval is ionized or not, as a result of the discharge in a neighboring counting interval (or in a firing interval). So at the ...
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first pulse of train 56, these counting intervals opposite to the marking intervals will light up, the remaining counting intervals, if any, light up in series normal to the successive pulses of the counting train.
At first glance the uninfluenced marking intervals can be ignited by the pulse potentials applied to the anode 1. This can happen if a stable voltage V1 + P is applied to the anode 41. However, one must be careful. remember that for a discharge in a gas, the difference in potatiel of the interval must be applied for a defined period of time (formation delays) before the energy in the interval has reached a sufficient value to cause discharge. The amplitude P is chosen such that the formation delay for the interval 41-42 is longer than the duration of a counting pulse. The intervals of the marking set cannot then be switched on by counting pulses.
On the other hand when a tag gap is discharging, no other energy needs to be supplied by the potential of the anode 41, other than that required to pass enough electrons through the opening 49 in order to to ionize the interval 41-43. There is then virtually no formation delay included in the prolongation of the discharge from the plate 46 to the anode 41.
Due to the high repetition frequency of the count pulses, and the fact that the interval distances are chosen to accommodate the slower marking speed, no difficulty arises in the counting set due on automatic ignition.
This difficulty, however, tends to occur in marking sets for the following reasons:
1 - Current flowing to anode 41 through opening 49 tends to increase ionization coupling along the marking side of the tube.
2 - In the absence of a mica sheet 51, ionization coupling takes place between the intervals of the marking assembly, as soon as the counting assembly is in operation. This causes, in
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a slightly different shape, a return to the original problem mentioned in the case of Figures 1 to 5. The fact that the anode is a plate instead of being a wire complicates the problem, as there is a less concentrated field across. the anode-cathode interval of the assembly, and therefore a wider diffusion of ionization products.
The effect produced by (1) is less serious than that produced by (2), and can be largely eliminated by the geometric shape of the intervals and by the electric field used. This object is materially achieved by the measures taken in consideration of the drawbacks mentioned in (2) ,. Long-term ionization mating manifests itself as a tendency for the marked number to be instable after a tube has been in operation for two or three minutes. The provision of the mica sheet 51, which locates the discharge at a defined region of the anode, is a satisfactory improvement.
The sheet 51 acquires a considerable static change, particularly at the ends of the opening 52 surrounding the opening 49, and this change reduces the ionization coupling between the labeling cathode, thus limiting the effect mentioned above. .
To eliminate the effect (1), for example, an arrangement can be made so that all of the current at the marking interval is transferred from the marking anode to the counting anode. Thus, with a suitable field on the other side of the plate, all electrons pass through aperture 49 rather than being collected by plate 46. This is indicated in the table below where electrode voltages and currents are compared.
In this table :
IDC denotes the marking cathode current (electrode
42 figures 10- 'and 11)' IDA denotes the current of the marking anode (electrode
46 figures 10 and 11
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ICA denotes the current of the counting anode (electrode
41 of figures 10 and 11) VCA denotes the voltage of the counting anode with respect to the earth VDA denotes the voltage of the marking anode with respect to the earth
EMI19.1
<tb>
<tb> IDC <SEP> DA <SEP> ICA <SEP> vCA <SEP> VDA
<tb>
<tb> t
<tb> 400 <SEP> <SEP> anp. ' <SEP> 400 <SEP> <SEP> amp <SEP>.
<SEP> - <SEP> 160 <SEP> volts <SEP> 100 <SEP> volts
<tb>
<tb> 450 <SEP> "<SEP>" <SEP> - <SEP> 450 / <SEP> amp <SEP>, <SEP> 193 <SEP> "<SEP> 100 <SEP>"
<tb>
<tb>
EMI19.2
550 rt rr ¯6, cL "610 / Il t 260 rt t 100 rr
You can see that there is only a 150 amp boost. in the current of the marking cathode for a pulse of 100 volts on the counting anode. Since the interval spacings, which are similar to those given in connection with Figure 5, are such that there is only a small variation in the ionization coupling between the intervals with a current for the discharges of the order of 400 amps, the tendency for automatic ignition is largely eliminated.
It was previously mentioned that in one mode of operation the marking and counting assemblies may be provided with priming discharge intervals to monitor the general ionization level in both assemblies and thereby ensure that sequential discharges start at the first interval in each set. The voltages of the pulse train 56 (fig.
They are arranged so that the counting assembly works normally in the absence of discharges on the marking assembly. Such a mode of operation is satisfactory when only a small number of intervals, for example four, are included in each set. With sets having a greater number of marking and counting intervals, some difficulties have been encountered in the counter set due to the fact that the
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the general level of ionization decreases exponentially with the distance of the firing interval continuously discharging at the end of the assembly.
Therefore, owing to the delay phenomenon when several marking intervals are operating, the corresponding counter intervals do not all light up at exactly the same time during the first pulse of train 56. It has been found that there is a tendency for them to still light up in sequence, with the consequence of modifying the exact time at which the output count interval discharges as a result of the variation in delay.
If this effect is important, it is preferable to use a priming interval associated with the counting assembly. It follows then that the counting takes place only when the discharges take place on the marking assembly, the coupling of the marking interval to the counting interval being sufficient to initiate the counting process, and at the same time all counting intervals opposite the marking intervals light up simultaneously.
Although the discharge tubes described with reference to Figures 9, 10, 11 are designed to satisfy the conditions of a sequential discharge tube as set forth based on Figure 1, the phenomenon included in the electronic coupling between the gaps through opening 49 can be used with advantage in a tube other than a sequential discharge tube. Thus Figures 9 and 10 can be taken to show electrode arrangements for tubes having single pairs of gaps arranged to use the phenomenon of electronic coupling.
For example the arrangement can be such that if the anode 41 is kept at a constant DC potential, and if the potential of the plate 46 increases, the current flowing = to the anode 41 can be reduced despite the additional current flowing from cathode 42 to electrode 46. Similarly, if electrode 46 is maintained at a stable potential, and that of electrode 41 increases, the current to electrode 40 decreases. It follows that the tube can be made to act as a negative resistance.
In
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In several cases, the cathode 43 can be omitted and the tube can then be considered as a triode having negative mutual conductance, the electrode 41 functioning as an anode and the electrode 46 as the control grid, or vice versa. Such an arrangement does not differ from that previously described in connection with tubes using what is called a "Plasma" cathode, and in which a perforated screen restricts the cross section of the discharge and allows positive ions to have. takes place in the anode space, resulting in negative resistance properties between the "Plasma" cathode and the anode.
However, the operation of these tubes is very different from those envisaged, and uses currents of the order of 50 amps. or more compared with the microamps and milliamps that can be used in the present invention.
In this case, according to the invention, there is provided an electric discharge tube filled with gas, comprising a cold cathode discharge gap between solid electrode surfaces, and a metal screen provided with an opening and separating the cathode of said interval of another anode or control electrode, the electrodes being arranged so that the discharge electrons from said cathode can be brought through said opening to the other electrode under the influence of polarization field existing between said screen and said electrode.
It is obvious that such a tube can perform several functions obtained so far with thermionic valves, and that other additional electrodes can be inserted to match the various known multi-grid tubes,
A circuit using a tube according to this aspect of the invention is shown in Figure 12. In this circuit, an anode 41 is connected through the secondary winding of a transformer 63 to the positive terminal of. a battery 64, while a perforated plate 46. is connected via the primary winding of 63 to the negative pole of the battery 64 and to the positive pole of a battery 65 whose negative pole sends current to the cathode 42 through the
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resistance 58. A connection to earth may be made at the point indicated, or at any other conveniently chosen point.
The operation of the arrangement of Figure 12 is as follows:
The potentials of batteries 64 and 65 are adjusted to maintain a discharge between cathode 42 and plate 46 with an extension of the discharge to anode 41. If momentarily, the potential of anode 41 s' increases, the current of the plate 46 passing through the primary winding of the transformer 63 decreases. The arrangement is such that the windings of 63 are biased so that the decrease in the primary current causes an increase in the voltage of the anode 41.
The potential across the tuned sec- ondary winding becomes established at a limit value determined by the constants of the circuit and the non-linearity of the current-voltage characteristics of the tube, after which it decreases and reverses the direction of the tube. regenerative action between electrodes 41 and 46. Oscillations are thus created through the tuned secondary circuit of transformer 63, and may be obtained, for example, from a coiled winding 66 coupled to the primary and secondary windings.
The transformer 63 can be replaced by any suitable type of network or four terminal filter having the necessary frequency determining properties. It should be observed that for the operation of the circuit described with reference to Fig. 12, a considerably higher cathode current is desirable instead of the 400-500 amps mentioned in the previous table.
Increased current, several times greater, can easily be obtained by increasing the effective area of cathode 42 without producing a substantially corresponding increase in the voltages VCA and VDA mentioned in the table. With a view to complete transfer of the oouiant between electrodes 46 and 41 for a comparatively small change in voltage between the electrodes, it can be seen that several other applications of devices according to the invention are possible, particularly as limiters or oscillators. - relaxation lators.
Although the principles of the invention have been described in connection with well-defined examples, it is obvious that this
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The description is given only by way of example and in no way limits the scope of the invention.