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Système de contact ponctuel pour diodes à cristal.
La réalisation des diodes à cristal et leur réglage se heurtent à de grosses difficultés du fait que des accessoi- res constitutifs, d'une ténuité extrême, doivent assurer, sous une pression soigneusement déterminée, un contact ponc-
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tuel. C'est, avant tout, l'aiguille, assurant le contact avec le cristal et sa liaison avec 1' électrode extérieure qui pose les problèmes les plus ardus.
Les formes d'aiguilles, connues jusqu'à présent, sont représentées par les figures 1, 2, 3 et 4 du dessin annexé au présent mémoire. Sur la figure 5 on a représenté le circuit équivalent ou réseau schématique substitutif cor- respondant à une diode à cristal selon la figure 1. Dans toutes ces réalisations antérieures, on utilise un effet de ressort (voir par exemple figure 1) pour obtenir la pression nécessaire de la pointe de l'aiguille sur le cristal afin de déterminer un contact permanent, même en cas de secousses mécaniques. La masse matérielle du ressort doit donc être la plus petite possible pour réduire les forces tendant à pro- duire un déplacement du contact sur la surface du cristal ou une rupture de ce contact par soulèvement.
Afin de garantir une certaine fixité du contact sur le point central de la surface du cristal, on a parfois disposé le ressort autour d'un doigt ou ergot de guidage comme le montre la figure 2.
Pour éviter une déformation de l'aiguille sous la pression, le matériau constitutif de celle-ci doit être très résistant avec un coefficient de limite élastique 6) élevé.
C'est pour cette raison qu'on réalise souvent les aiguilles en platine ou en des alliages tels que Platiné-Béryllium, Platiné-Iridium, Platine-Or.
Tandis que l'enveloppe extérieure des diodes (tube en Stéatite) et les électrodes d'amenée de courant peuvent être réalisées en grande série d'une manière simple, on ren- contre des difficultés, pour des raisons bien compréhensibles,
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dans la fabrication des aiguilles. Il faut se rendre compte que l'on est obligé de réaliser à la main de petits ressorts présentant 3 ou 4 torsions sur un diamètre de 0,085 cm pour des épaisseurs ou diamètres de fil 0,01 cm.
Au point de vue électrique, on a constaté que, pour des longueurs d'ondes voisines des hyperfréquences, l'inductance de l'aiguille correspondant aux formes repré- sentées sur les figures 1 et 2 était très gênante. C'est pour cette raison que l'on a raccourci le fil de l'aiguille et que les ressorts destinés à des détecteurs employés dans la gamme des ondes centimètriques présentent les formes esquissées aux figures 3 et 4. Les avantages électriques sont donc acquis au détriment de l'élasticité.
La présente invention due aux travaux de Messieurs Herbert François MATARE et André POILLEAUX a pour objet un dispositif élastique à contact ponctuel qui, s'écartant des techniques jusqu'ici en usage, permet des réalisations en grande série assurant en même temps une constance remarqua- ble des caractéristiques mécaniques tout en réduisant les pertes électriques par inductance qui rendaient prohibitif, dans la zone des hyperfréquences, l'emploi de certaines diodes établies suivant les dispositions antérieures.
Selon l'invention, l'organe assurant le contact ponctuel est essentiellement constitué par une coupelle à gradins, dont l'enveloppe idéale de révolution est un cône à pointe très effilée. Cette capsule ou coupelle peut, bien entendu, présenter dans les gradins successifs des solutions de continuité de la matière intéressant un nom- bre plus ou moins grand de gradins, suivant que l'élastici- té ou la souplesse recherchées doivent être plus ou moins
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Sur les figures 6 à 10 du dessin annexé, on a représenté, à titre d'exemple, nullement limitatif, un mode de réalisation de l'invention.
La figure 6 représente en élévation, avec coupe de l'enveloppe, une diode équipée selon la présente invention.
La figure 7 représente, à plus grande échelle, une coupe suivant un plan vertical passant par l'axe de la capsule à gradins, avec au-dessous la projection en plan.
La figure 8 montre la capsule à gradins dans une de ses positions de déformation.
La figure 9 est une vue en plan d'un flan découpé pouvant servir à réaliser, par emboutissage, la capsule ou coupelle de contact.
La figure 10 représente le circuit équivalent ou réseau schématique substitutifcorrespondant à une diode à cristal équipée d'une coupelle de contact ponctuel élastique selon la présente invention.
Le principe de la construction de la coupelle objet de la présente invention apparait clairement sur la figure 7. On réalise par poinçonnage et estampage une petite coupelle cylindrique à échelon 1 ou gradins 2 qui est ensuite soudée électriquement sur l'extrémité d'une électrode d'amenée de courant 3. Il suffit, par exemple après fixation de la coupellelsur l'électrode 3 de rendre solidaire, par un procédé approprié, une poin- te très fine 4, au centre du dernier échelon.
On peut réaliser cette pointe 4 soit à part, en la soudant au centre du dernier échelon, soit en constituant au centre du dernier échelon un apport de métal approprié
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que l'on forme ensuite en cône très effilé. On réalise ainsi un organe de contact ponctuel présentant les avanta- ges suivants :
On a la possibilité de réaliser de tels organes par des procédés industriels applicables à la production en grande série.
On obtient ainsi un centrage automatique et sta- ble par rapport au cristal.
L'appareil présente une grande insensibilité aux chocs mécaniques.
L'inductance est minimum grâce à quoi la fréquence propre du détecteur est nettement augmentée.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on va considérer, maintenant, la question d'élasticité pour un tel organe de contact ponctuel et la comparer à l'élasticité des organes employés jusqu'ici pour réaliser le contact ponctuel recherché.
Dans le cas où l'on réalise le contact au moyen d'un ressort cylindrique classique (figure 1) la valeur de la déformation se calcule d'après la formule :
EMI5.1
dp = valeur de la déformation en cm. n = nombres de spires r = rayon d = épaisseur ou diamètre du fil en cm.
P = pression totale exercée en Kg.
G= module de torsion en Kg/cm2.
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Si l'on fait le calcul pour un ressort, en platine, ayant les caractéristiques suivantes : n = 3 r = 0,034 cm. d = 0,01 cm.
P= 1.10-3 Kg.
G . 7.105 Kg/cm2 on trouve dp =1, 1.10-3 cm. (2)
Dans le cas où l'organe constitutif est une coupelle à gradins, la valeur de la déformation peut se calculer d'après - une formule approchée déduite de la formule connue permettant de calculer la déformation d'une plaque cylindrique fixée par son bord. On a adapté cette formule au problème envisagé ici, en supposant que la valeur de la déformation totale est obte- nue par addition des valeurs des déformations des plaques uni- taires, constituant, respectivement les gradins successifs.
EMI6.1
soit en considérant trois gradins :
EMI6.2
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où dp = valeur de la déformation en cm.
P = pression totale exercée en Kg. r1= rayon du gradin le plus grand
EMI7.1
ri rayons des gradins intermédiaires successifs rn-1 rn= rayon de gradin le plus petit h = épaisseur de la plaque utilisée
E =, coefficient d'élasticité en Kg/cm2.
A titre d'exemple nullement limitatif de l'invention, le calcul, à l'aide de la formule précédente, donne pour la déformation dp, dans le cas d'une coupelle à trois gradins, le matériau constitutif des plaques étant le nickel et la coupelle étant établie d'après les données suivantes :
P= 1. 10-3 Kg r1= 0,2 cm. r2= 0, 13 cm. r3 =0,06 cm. h . 2.10-3 cm.
E . 2.106 Kg/cm2 une valeur égale à : dp= 0,47 . 10-3 (5)
Cette valeur devient encore plus grande, si l'on prend pour module d'élasticité, E, celui du platine ou celui d'autres métaux.
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Dans la formule précédente (3) oh n'a pas tenu compte du fait que dp représente la déformation maxima au centre des plaques. Mais cette petite erreur est largement compensée par le fait que les plaques ne sont pas pleines et que leur association constitue, en réalité, une sorte d'en- tonnoir, formé d'une succession de cylindres creux, dont la déformation sera supérieure à celle calculée d'après la for- mule mentionnée (3).
En outre, il faut considérer que les parois verti- cales se déplacent aussi sous l'effet de la pression comme on l'a montré sur la figure 8. L'angle Ó que fait, après déformation, la paroi du gradin intermédiaire avec l'axe général du système constitue une variable supplémentaire augmentant la valeur initialement calculée pour dp. La formule (4), obtenue en se basant sur une pression homogène au centre des plaques, ne peut pas être étendue au cas où. r2#r1 ou r3#r2, ce qui revient à dire que les relations
2 1 3 2 r \ r et r2>r3 doivent toujours être respectées. Ceci cor- 1 2 2 3 respond d'ailleurs aux nécessités mécaniques de réalisation.
Si l'on considère toutes les possibilités de dépla- cement des enveloppes cylindriques successives on pourrait également adopter la formule suivante :
EMI8.1
Cette formule étant valable pour la déformation d'une plaque circulaire prenant librement appui par sa cir- conférence sur un support et soumise à une pression unifor- mément répartie de l'intérieur d'une circonférence de diamè- tre moyen 2r2.
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En prenant pour les différentes grandeurs les mêmes valeurs que celles adoptées pour le calcul à l'aide de la for- mule (4), on obtient pour dp une valeur de : dp = 0.92. 10-3 (7)
Cette valeur est supérieure à celle obtenue en prenant la formule (4). En réalité le résultat sera compris entre ces deux valeurs tout en étant plus rapproché de la dernière.
On voit, en tout cas, que la valeur de la déforma- tion n'est pas très différente de celle obtenue pour un res- sort cylindrique. Il suffit de comparer les résultats (2), (5) et (7).
On doit mentionner toutefois que la limite élasti- que du matériau adopté sera toujours plus vite atteinte dans le cas de la réalisation en coupelle où la tension 6¯ se cal-
EMI9.1
cule d'après la formule : 2/2 O,6 P ) + 0,25 ( ) 0 1/ b =-1f 82 2g/cm2 * (9)
Ce qui est inférieur aux valeurs normales pour le nickel-
Il faut noter que les valeurs de E peuvent être avantageusement améliorées par l'emploi d'alliages, ce qui peut permettre d'envisager la diminution de la pression, élevée, de 1 gr. qu'on a prise, dans les calculs ci-dessus, par analogie avec le cas des ressorts cylindriques du genre de la figure 1 et qui est la valeur généralement adoptée dans le cas desdits ressorts, tout en conservant une valeur de dp sensiblement la même.
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Un déplacement latéral, du à des secousses méca- niques, dont les plus néfastes seraient celles présentant une composante normale à l'axe vertical de la coupelle est, avec le dispositif de la présente invention, beaucoup moins à craindre* Il n'y a donc pas d'inconvénients à réduire cette pression. Une réduction de la pression diminue en même temps la capacité électrique de contact entre pointe et cristal.
Dans le but d'améliorer encore l'effet d'élasti- cité de la coupelle-ressort, celle-ci peut être constituée avec des gradins segmentés conformément au schéma de la figure 9.
Si l'on compare les réseaux schématisés substitu- tifs représentés sur les figures 5 et 10 et correspondant res- pectivement au système à ressort (figure 1) utilisé antérieu- rement et au système à coupelle élastique (figure 7) confor- me à l'invention, il y a lieu de signaler que :
EMI10.1
tout en posant :
EMI10.2
on voit donc qu'une diode équipée avec l'organe de contact conforme à l'invention présente des propriétés électriques @ telles que l'énergie des hyperfréquences se concentrera mieux à la couche limite ou d'arrêt D.