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DISPOSITIFS A DECHARGE ELECTRIQUE
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La présente invention est relative à des dispositifs à décharge électrique et plus particulièrement à des appareils de ce genre, du type à cathode froide.
Des objets spécifiques de cette invention sont d'aug- menter la capacité conductrice de tels appareils, d'obtenir des courants intenses avec simultanément des tensions de départ relativement faibles, de réaliser de grandes diffé- rences entre les tension d'amorçage et de régime, d'augmen- ter la vie de l'appareil et d'en simplifier le projet et la construction.
Dans une forme de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple, un appareil à décharge gazeuse comprend une cathode froide et une anode principale ou de travail et une anode auxiliaire ou de commande coopérant avec la cathode.
La cathode est construite en ou formée d'une paire ou de plusieurs paires de parties de métal réfractaire, tel que le molybdène ou le tantale , disposées de manière à définir un chenal ou un groupe de chenaux et écartées de telle ma- nière que lors du fonctionnement du dispositif, les régions de lueur négative se recouvrent,pour la ou les paires de parties. Les deux parties de cathode sont des plaques en relation telle qu'elles définissent un chenal en forme de V de faible largeur comparativement à sa profondeur. L'anode auxiliaire ou de contrôle peut être un fil ou une tige au faisant face/ou se trouvant au voisinage du côté ouvert du chenal et l'anode principale ou de travail peut également être un fil ou une tige disposée relativement loin de la cathode .
L'invention et ses particularités relevées ci-dessus et d'autres seront comprises plus clairement et plus com- plètement d'après la description détaillée subséquente en se
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référant au dessin ci-annexé, où : - la figure 1 est pour partie une vue en perspective d'un dispositif à décharge électrique illustrant une forme de réalisation de l'invention, et pour partie un schéma de câblage montrant une manière dont le dispositif peut être employé; - la figure 2 est une vue partielle à grande échelle de la cathode et de l'anode auxiliaire de l'appareil illustré par la figure 1, montrant la forme et la situa- tion relative de ces électrodes; - la figure 3 est un graphique illustrant les caractéristiques typiques du fonctionnement d'un appareil de la construction montrée à la figure 1;
- les figures 4 et 5 sont des vues en élévation et de dessus, respectivement, l'enveloppe le contenant ayant été brisée, d'un dispositif à décharge électrique illus- trant une autre forme de réalisation de l'appareil de cette invention et comprenant des électrodes définissant un intervalle de démarrage; -la figure 6 est pour partie une vue en élévation de l'appareil montré aux'figures 4 et 5 et pour partie un schéma de câblage indiquant un mode d'usage du disposi- tif;
- las figures 7 et 8 sont des vues en élévation et de dessus, respectivement, d'un dispositif à décharge électrique illustrant encore une autre forme de réalisa- tion de l'invention, l'enveloppe la contenant ayant été brisée, et - les figures 9 et 10 sont des vues en élévation et de dessus, respectivement, d'un dispositif à décharge électrique dont l'enveloppe est brisée, illustrant une autre forme de réalisation de l'invention et conve- nant particulièrement à l'emploi au cas où l'on désire des courants très intenses.
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En se référant maintenant au dessin,le dispositif illustré aux figures 1 et 2 comprend une enceinte vitreuse 20 jouant le rôle d'enveloppe ayant une base ou culot 21 et contenant un remplissage gazeux. Ce dernier peut être par exemple de l'argon à.:une pression de l'ordre de 15 mm. de mercure ou un mélange de gaz tel que 99 pour cent de néon et 1 pour cent d'argon à une pression de l'or- dre de 65 millimètres de mercure. A l'intérieur de l'en- ceinte sont montées une cathode 22, une anode principale ou de travail 23 et une anode auxiliaire ou de commande 24.
La cathode 22 comprend (': deux feuilles ou plaques 25 d'un métal réfractaire , par exemple de molybdène ou de tantale qui sont reliées,par exemple par soudure, par une de leurs extrémités et portées par un fil ou tige rigide 26 scellé dans le culot 21. Les feuilles ou plaques de ca- thode 25 ont des parties qui s'écartent l'une de l'autre en définissant un chenal 27 en forme de V. L'anode princi- pale ou de travail 23 est une courte tige métallique ,par exemple de nickel,scellée dans la base ou culot 31.
L'anode auxiliaire ou de commande 24 est un fil droit ou une tige par exemple en molybdène, se trouvant en face du côté ouvert du chenal 27 parallèlement et à égale distance des extrémités des plaques de cathode 25 qui. en sont voisines . Elle est portée par un fil rigide en une tige 28 scellée dans le culot ou base 21.
La cathode est dimensionnée de telle manière qu'en conrs de fonctionnement de l'appareil les régions de lueur négative . des surfaces de cathode limitant le chenal 27 se recouvrent Dans un appareil spécifique destiné à fonctionner avec des potentiels d'un ordre de grandeur indiqué ci-après, les feuilles ou plaques 25 peuvent avoir une largeur de 1,27 cm et le chenal 27 peut avoir une pro- fondeur de 9,5 mm. et une largeur de 1,6 mm à son côté
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ouvert. L'anode principale peut avoir 6,35 mm de longeur et 1,3 mm de diamètre et l'anode auxiliaire ou de commande peut avoir 1,5 mm de diamètre et être écartée de 1,6 mm du côté ouvert. La nature et la pression des gaz peuvent être celles indiquées plus haut. La distance entre l'anode principale et le côté ouvert du chenal 27 peut être d'envi- ron 1,91 cm.
Un circuit typique de redresseur comportant ce dis- positif est montré à la fig. 1. La source d'alimentation en courant alternatif 29, en série avec la charge à courant continu 30, représentée comme une résistance, est montée entre la cathode 22 et l'anode principale 23. L'anode auxiliaire 24 est reliée à l'anode principale 23 par une forte résistance 31, par exemple de l'ordre de 50.000 ohms, et est employée comme électrode de démarrage.
En cours de fonctionnement, l'anode auxiliaire 24 commence à rendre l'appareil conducteur pendant le demi- cycle où l'anode principale 23 est positive par rapport à la cathode , le courant vers l'anode 24 étant limité à une faible valeur par la résistance 31. Dès que la décharge est établie entre la cathode 22 et l'anode 24, l'intervalle entre la cathode et l'anode principale 23 devient conduc- teur et le décharge est transférée à l'anode principale .
La résistance de charge 30 est avantageusement petite, de sor te qu'un courant intense peut s'écouler dans le circuit principal. La décharge d'intervalle principal prend naissan- ce aux surfaces intérieures de cathode- limitant le chenal 27.
Pendant le demi-cycle inverse, c'est-à-dire lorsque la cathode est positive par rapport aux anodes, une décharge peut se produire entre l'anode 24 et la cathode, avec la première agissant comme la cathode. Si la tension appliquée par la source 29 est petite, le transfert de la
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décharge au circuit de travail anode-cathode peut ne pas se produire,de telle sorte que le courant en sens inverse est faible, particulièrement en raison de l'action limita- trice de la résistance 31. Si cette tension est assez élevée, pendant le cycle inverse, l'anode principale peut fonctionner comme une cathode et un courant en sens in- verse s'écoulera à travers la charge. Toutefois, en raison des caractéristiques de l'appareil, ainsi qu'il sera discu- té à présent, le courant de retour est petit même dans ce cas.
Par conséquent on obtient un grand rapport de redressement.
Des caractéristiques de fonctionnement pour un appa- reil de la construction montrée aux figures 1 et 2 et dé- crite ci-dessus sont illustrées à la figure 3 où on a porté en abscisse les courants d'anode principale et en ordonnées les tensions d'anode principale comme indiqué (F.A. intensi té en ampères du courant direct, RA intensité du courant de retour, F.V. tension du courant direct, RV. tension du courant de retour). On remarquera spécialement la grandeur considérable du courant direct et la faible' grandeur du courant inverse même pour des tensions plu- sieurs fois supérieures à celles pour lesquelles on obtient le courant direct; important. On remarquera aussi particulièrement la tension relativement basse pour la- quelle on obtient l'important courant direct.
Spéciale- ment , en ce qui concerne le courant, on remarquera que pour un courant direct de 1,5 ampères et une cathode des dimensions données ci-dessus, le courant est d'environ 0,7 ampères par centimètre carré de surface de cathode. On a même obtenu des valeurs plus grandes . En ce qui concerne la tension, on remarquera que le courant intense est obtenu pour une tension de l'ordre de 130 volts. Ceci peut être comparé avec un dispositif similaire ayant une cathode
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plane du même matériau et de même surface , pour lequel on a trouvé qu'une tension supérieure à 130 volts était néces- saire pour obtenir un courant de 0,1 ampère.
Outre le courant intense, et le courant intense qu'il est possible d'obtenir pour une faible tension, la cathode en métal réfractaire en forme de V a d'autres avantages très désirable . L'un de ceux-ci est une longue vie.Ceci peut être attribué en partie au fait que l'activité de la surface de cathode n'est pas rapidement affectée par l'émis- sion d'étincelles ou l'enlèvement de la matière enùsurface et en partie au fait qu'en raison de la proximité de surfaces de cathode actives, la matière arrachée à l'une se dépose sur l'autre . Un autre avantage est que les courants intenses peuvent être obtenus avec des gaz et des pressions variables en sorte que l'on peut contrôler les impédances et les temps de désionisation .
En outre , l'emploi de pressions gazeuses relativement élevées est rendu possible, grâce à quoi on peut réaliser une grande différence entre les tensions d'amorçage et de régime pour l'intervalle principal ou de travail. De même, en raison des fortes densités de courant qui peuvent être employées, la dimension et le prix des appareils pour avoir un degré de transport de courant donné, peuvent être ré- duits, Inversément, des courants intenses peuvent être obtenus avec de petits appareils.
Un appareil de dimensions relativement faibles et de de- gré de courant intense, et particulièrement convenable pour des applications à des dispositifs de commande ou de commu- tation est illustré aux figures 4,5 et 6. La cathode 22 est de la construction décrite ci-avant. L'appareil comprend deux anodes principales 230, qui peuvent être employées sépa- rément ou ensemble chacune ayant la forme d'une tige ou d'un fil scellé dans le culot 21 et enchâssé sur la majeure partie de sa longueur dans un manchon ou étui isolant 32, par
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exemple en céramique .
En face du côté ouvert du chenal de cathode 27 se trouvent des anodes auxiliaires sensible- ment identiques 240 ayant chacun la forme d'un court fil ou tige supporté par un fil ou tige rigide 280 qui est scellé dans le culot 21 et enfermé sur la majeure partie de sa longueur dans un manchon isolant 33. Bans l'aligne- ment de chacune des anodes auxiliaires 240 se trouve une cathode auxiliaire ou de démarrage 34, avantageusement en un métal réfractaire tel que le Molybdène, et de dia- mètre inférieur à celui des anodes 240. Dans un appareil type,les anodes auxiliaires peuvent être des fils de nickel d'un diamètre de 1,3 mm et les cathodes de démarrage avoir un diamètre de 0,3 mm et être écartées chacune de bout en bout de 0,25 mm de l'anode respective 240 .
Les cathodes auxiliaires ou de démarrage 34 sont portées par des tiges ou fils rigides 35 scellés dans le culot 21 et enchâssés dans des manchons isolants 36..
Le gaz de remplissage de l'enceinte 20 peut être de l'argon à une pression de l'ordre de 15 mm de mercure,bien que des pressions supérieures, par exemple de l'ordre de 30 mm de mercure,puissent être employées si l'on peut tolérer de plus hautes tensions d'allumage et des courants plus intenses aux éléments de démarrage pour transférer la décharge aux anodes principales. D'autres gaz tels que le néon ou des mélanges de néon et d'argon peuvent être employés.
Une façon dont l'appareil peut être employé est illus- tré par la figure 6. Pour simplifier l'illustration, on n'a représenté que les connexions à un jeu d'électrodes doubles, à savoir à celles des anodes principales, anodes auxiliaires et cathodes de démarrage, étant entendu que des électrodes correspondantes peuvent être montées en parallèle ou que les anodes auxiliaires ou cathodes peuvent être actionnées
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indépendamment . Une tension de courant continu, infé- rieure à la tension d'allumage,de l'intervalle principal, c'est-à-dire de l'intervalle anode principale-cathode prin- cipale, est appliquée ..entre l'anode 230 et la cathode 22, à partir d'une source 36, une charge telle qu'un re- lais 37 étant comprise dans le circuit comme indiqué.
La cathode de démarrage 34 est reliée au côté négatif de la source au travers d'une résistance 38, qui peut être de l'ordre de 10. 000 ohms. Des impulsions pour amorcer une décharge dans l'appareil sont appliquées)à l'anode auxiliai- re 240 à partir d'une source convenable 39 à travers une résistance élevée 40 qui peut être de l'ordre de 50.000 ohms.
Après application d'une impulsion d'amplitude convena- ble à l'anode auxiliaire 240, l'intervalle entre cette anode et la cathode de démarrage 34 s'allume, le courant étant limité par la résistance 40. Dès que cet allumage se produit, la décharge se transfère à l'intervalle entre l'anode principale et la cathode auxiliaire. Le courant de cette décharge n'est pas limité par la résistance 40 de sorte qu'une chute de tension sensible se produit aux bornes de la résistance 3$. Par suite, la décharge se trans- fère à l'intervalle anode principale-cathode principale, et le circuit de charge est excité, par exemple, le relais 37 est actionné.
La forme de réalisation de l'invention illustrée aux figures 7 et $ est semblable à celle que montrent les figures 4, 5 et 6 et décrites ci-avant, et est particulièrement avantageuse du point de vue de faibles dimensions vis-à-vis de la capacité de transport de courant. La cathode 220 est pourvue d'une flasque 41 fixée, par soudure par exemple, à la tige ou fil de support 260 et est montée avec le chenal de cathode 270 sensiblement parallèle à l'axe longitudinal
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de l'enceinte 20 qui l'entoure . L'anode principale 230A et l'anode auxiliaire 240A sont des fils ou tiges en forme dé L scellés dans le culot 21 et ayant leur majeure partie entourée de tubes isolants 320 et 330, par exemple en quartz, comme montré, auxquelles ils sont scellés par un ciment isolant 42.
La cathode de démarrage 340 est un fil ou tige qui s'étend à partir du culot à travers le manchon de quartz 43 et se termine à proximité de l'extrémité intérieure de l'anode auxiliaire 240A. Le dis- positif des figures 7 et $ peut être utilisé de la manière illustrée à la figure 6 comme décrit ci-avant.
La forme de réalisation de l'invention illustrée aux figures 9 et 10 est particulièrement avantageuse dans des cas où on désire des courants très intenses .La cathode, qui peut être usinée dans un bloc de métal réfractaire tel que du molybdène ou du tantale, ou construite en pla- ques d'un tel métal, présente à une de ses extrémités plusieurs parties telles que des plaques parallèles 250 limitant plusieurs chenaux 270 qui sont de faible largeur telle que pendant le fonctionnement de l'appareil,les régions de lueur négative des parois latérales de chaque chenal se recouvrent. Elle est supportée de manière rigi- de, à partir du culot 210 de l'enceinte à remplissage gazeux 20, par des supports en fil rigide 260.
L'anode principale ou de travail 23A est une plaque de métal, par exemple de molybdène , faisant face à l'extrémité en chenal ou fendue de la cathode, parallèle à celle-ci et soutenue à partir du culot 210 par un fil ou tige rigide 45. L'anode auxiliaire ou de commande 24A qui est aussi supportée à partir du culot 210, est un fil en forme d'L, par exemple en molybdène et se termine à proximité de l'extrémité fen- due ou en chenal de la cathode . Le remplissage gazeux peut être de la nature et aux pressions indiquées préala- blement ici.
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La construction de la cathode prévoit, en fait, plu- sieurs surfaces de cathode en chenaux reliées électrique- ment en parallèle, grâce à quoi on obtient des courants très intenses. Dans un appareil donné à titre illustratif, une cathode dans laquelle les dimensions de l'extrémité en chenal étaient de 19,1 mm sur 8,2 mm et dans laquelle les chenaux 270 étaient de 6,3 mm de profondeur et de 0,7 mm de largeur, on a obtenu des courants de 100 ampères pour une tension dé régime inférieure à 135 volts, avec un gazeux remplissage/de 99 pour cent de néon , 1 pour cent d'argon à une pression de 70 millimètres de mercure.
Le dispositif à- décharge montré aux figures 9 et 10 peut être employé comme redresseur dans un circuit tel que celui qui est illustré à la figure 1 ou pour produire des impulsions de courant intense dans un circuit analogue à celui qu'illustre la figure 6.
Bien que diverses formes de réalisation spécifiques de l'invention aient été montrées et décrites, on compren- dra qu'elles ne sont qu'illustratives et que diverses modifications peuvent y être faites sans s'écarter du ca- dre et de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Appareil à décharge dans un gaz ayant une cathode, une anode de commande et une anode principale, caractérisé en ce que la cathode comporte des surfaces étroitement voisines en métal réfractaire limitant un chenal , l'anode de commande étant à proximité du côté ouvert du chenal et l'anode principale étant relativement écartée du côté ouvert du chenal.
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ELECTRICAL DISCHARGE DEVICES
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The present invention relates to electric discharge devices and more particularly to devices of this type, of the cold cathode type.
Specific objects of this invention are to increase the conductive capacitance of such apparatus, to obtain strong currents with simultaneously relatively low starting voltages, to achieve large differences between the starting and running voltages. , increase the life of the device and simplify the design and construction.
In an exemplary embodiment of the invention, a gas discharge apparatus comprises a cold cathode and a main or working anode and an auxiliary or control anode cooperating with the cathode.
The cathode is constructed of or formed from a pair or more pairs of refractory metal parts, such as molybdenum or tantalum, arranged to define a channel or group of channels and spaced apart in such a manner as when During operation of the device, the regions of negative glow overlap for the pair (s) of parts. The two cathode parts are plates in relation such as to define a V-shaped channel of small width compared to its depth. The auxiliary or control anode may be a wire or rod facing / or adjacent to the open side of the channel and the main or working anode may also be a wire or rod disposed relatively far from the cathode. .
The invention and its peculiarities noted above and others will be understood more clearly and fully from the following detailed description in accordance with
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referring to the accompanying drawing, where: - Figure 1 is partly a perspective view of an electric discharge device illustrating an embodiment of the invention, and partly a wiring diagram showing a way in which the device can be used; FIG. 2 is a partial view on a large scale of the cathode and of the auxiliary anode of the apparatus illustrated by FIG. 1, showing the shape and the relative position of these electrodes; FIG. 3 is a graph illustrating typical characteristics of the operation of an apparatus of the construction shown in FIG. 1;
FIGS. 4 and 5 are elevational and top views, respectively, with the casing thereof broken, of an electric discharge device illustrating another embodiment of the apparatus of this invention and comprising electrodes defining a start interval; FIG. 6 is partly an elevational view of the apparatus shown in Figures 4 and 5 and partly a wiring diagram indicating a mode of use of the device;
FIGS. 7 and 8 are elevational and top views, respectively, of an electric discharge device illustrating yet another embodiment of the invention, the casing containing it having been broken, and - Figures 9 and 10 are elevational and top views, respectively, of an electric discharge device with the casing broken, illustrating another embodiment of the invention and particularly suitable for use in the case of FIGS. where we want very intense currents.
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Referring now to the drawing, the device illustrated in Figures 1 and 2 comprises a glass enclosure 20 acting as an envelope having a base or base 21 and containing a gas filling. The latter may, for example, be argon at a pressure of the order of 15 mm. mercury or a mixture of gases such as 99 percent neon and 1 percent argon at a pressure of around 65 millimeters of mercury. Inside the enclosure are mounted a cathode 22, a main or working anode 23 and an auxiliary or control anode 24.
The cathode 22 comprises (': two sheets or plates 25 of a refractory metal, for example of molybdenum or of tantalum which are connected, for example by soldering, by one of their ends and carried by a rigid wire or rod 26 sealed in base 21. The cathode sheets or plates 25 have portions which separate from each other to define a V-shaped channel 27. The main or working anode 23 is a short one. metal rod, for example of nickel, sealed in the base or socket 31.
The auxiliary or control anode 24 is a straight wire or a rod, for example made of molybdenum, located opposite the open side of the channel 27 parallel and at an equal distance from the ends of the cathode plates 25 which. are neighbors. It is carried by a rigid wire in a rod 28 sealed in the base or base 21.
The cathode is sized such that in operation of the apparatus the regions of negative glow. cathode surfaces limiting the channel 27 overlap In a specific apparatus intended to operate with potentials of the order of magnitude indicated below, the sheets or plates 25 may have a width of 1.27 cm and the channel 27 may have a depth of 9.5 mm. and a width of 1.6 mm at its side
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open. The main anode may be 6.35mm in length and 1.3mm in diameter and the auxiliary or control anode may be 1.5mm in diameter and be 1.6mm apart on the open side. The nature and the pressure of the gases can be those indicated above. The distance between the main anode and the open side of the channel 27 may be about 1.91 cm.
A typical rectifier circuit comprising this device is shown in fig. 1. The AC power source 29, in series with the DC load 30, shown as a resistor, is mounted between the cathode 22 and the main anode 23. The auxiliary anode 24 is connected to the. main anode 23 by a strong resistance 31, for example of the order of 50,000 ohms, and is used as a starting electrode.
In operation, the auxiliary anode 24 begins to make the device conductive during the half cycle where the main anode 23 is positive with respect to the cathode, the current to the anode 24 being limited to a low value by resistor 31. As soon as the discharge is established between the cathode 22 and the anode 24, the gap between the cathode and the main anode 23 becomes conductive and the discharge is transferred to the main anode.
The load resistor 30 is preferably small, so that a large current can flow in the main circuit. The main gap discharge originates at the interior cathode surfaces limiting the channel 27.
During the reverse half cycle, that is, when the cathode is positive with respect to the anodes, a discharge may occur between anode 24 and the cathode, with the former acting as the cathode. If the voltage applied by the source 29 is small, the transfer of the
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discharge to the anode-cathode working circuit may not occur, so that the reverse current is low, particularly due to the limiting action of resistor 31. If this voltage is high enough, during reverse cycle, the main anode can function as a cathode and a reverse current will flow through the load. However, due to the characteristics of the apparatus, as will be discussed now, the return current is small even in this case.
Consequently, a large rectification ratio is obtained.
Operating characteristics for an apparatus of the construction shown in Figures 1 and 2 and described above are illustrated in Figure 3 where the main anode currents have been plotted on the abscissa and the voltages on the ordinate. main anode as shown (FA intensity in amps of forward current, RA feedback current strength, FV forward current voltage, RV. feedback voltage). We will especially notice the considerable magnitude of the direct current and the small magnitude of the reverse current even for voltages several times higher than those for which the direct current is obtained; important. We will also particularly notice the relatively low voltage for which the large forward current is obtained.
Specifically, with respect to current, it will be noted that for a forward current of 1.5 amps and a cathode of the dimensions given above, the current is about 0.7 amps per square centimeter of cathode area. . We even obtained higher values. As regards the voltage, it will be noted that the intense current is obtained for a voltage of the order of 130 volts. This can be compared with a similar device having a cathode
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plane of the same material and same area, for which it has been found that a voltage greater than 130 volts is necessary to obtain a current of 0.1 amperes.
Besides the high current, and the high current achievable for a low voltage, the V-shaped refractory metal cathode has other very desirable advantages. One of these is long life. This can be attributed in part to the fact that the activity of the cathode surface is not rapidly affected by the emission of sparks or the removal of the material on the surface and in part because due to the proximity of active cathode surfaces, material torn from one settles on the other. Another advantage is that high currents can be obtained with varying gases and pressures so that the impedances and the deionization times can be controlled.
Further, the employment of relatively high gas pressures is made possible, whereby a large difference can be made between the starting and running voltages for the main or working interval. Likewise, owing to the high current densities which can be employed, the size and the price of the devices to have a given degree of current transport, can be reduced. Conversely, intense currents can be obtained with small devices. .
An apparatus of relatively small dimensions and high current rating, and particularly suitable for control or switching device applications is illustrated in Figures 4, 5 and 6. Cathode 22 is of the construction described herein. -before. The apparatus comprises two main anodes 230, which may be employed separately or together each having the form of a rod or wire sealed in the base 21 and encased for the major part of its length in a sleeve or case. insulator 32, by
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ceramic example.
Opposite the open side of the cathode channel 27 are substantially identical auxiliary anodes 240 each in the form of a short wire or rod supported by a rigid wire or rod 280 which is sealed in the base 21 and encased on the base. most of its length in an insulating sleeve 33. In the alignment of each of the auxiliary anodes 240 is an auxiliary or starting cathode 34, advantageously of a refractory metal such as molybdenum, and of diameter less than that of the anodes 240. In a typical apparatus, the auxiliary anodes may be nickel wires with a diameter of 1.3 mm and the starting cathodes have a diameter of 0.3 mm and each be spaced end to end. 0.25 mm from the respective anode 240.
The auxiliary or starting cathodes 34 are carried by rigid rods or wires 35 sealed in the base 21 and embedded in insulating sleeves 36 ..
The filling gas of the enclosure 20 can be argon at a pressure of the order of 15 mm of mercury, although higher pressures, for example of the order of 30 mm of mercury, may be employed if higher ignition voltages and more intense currents can be tolerated at the starting elements to transfer the discharge to the main anodes. Other gases such as neon or mixtures of neon and argon can be used.
One way in which the apparatus may be employed is shown in figure 6. To simplify the illustration, only the connections to a set of double electrodes, namely to those of the main anodes, auxiliary anodes have been shown. and starting cathodes, it being understood that corresponding electrodes can be connected in parallel or that the auxiliary anodes or cathodes can be actuated
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independently. A DC voltage, less than the ignition voltage, of the main gap, i.e. the main anode-main cathode gap, is applied between the anode 230 and cathode 22, from a source 36, a load such as a relay 37 being included in the circuit as indicated.
The starting cathode 34 is connected to the negative side of the source through a resistor 38, which may be of the order of 10,000 ohms. Pulses to initiate a discharge in the apparatus are applied to the auxiliary anode 240 from a suitable source 39 through a high resistance 40 which may be on the order of 50,000 ohms.
After application of a pulse of suitable amplitude to the auxiliary anode 240, the interval between this anode and the starting cathode 34 ignites, the current being limited by the resistor 40. As soon as this ignition occurs. , the discharge transfers to the gap between the main anode and the auxiliary cathode. The current of this discharge is not limited by resistor 40 so that a substantial voltage drop occurs across resistor $ 3. As a result, the discharge transfers to the main anode-main cathode gap, and the load circuit is energized, eg, relay 37 is actuated.
The embodiment of the invention illustrated in Figures 7 and $ is similar to that shown in Figures 4, 5 and 6 and described above, and is particularly advantageous from the point of view of small dimensions vis-à-vis current carrying capacity. The cathode 220 is provided with a flange 41 fixed, by welding for example, to the support rod or wire 260 and is mounted with the cathode channel 270 substantially parallel to the longitudinal axis.
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of the enclosure 20 which surrounds it. The main anode 230A and the auxiliary anode 240A are L-shaped wires or rods sealed in the base 21 and having their major part surrounded by insulating tubes 320 and 330, for example of quartz, as shown, to which they are sealed. by insulating cement 42.
Starter cathode 340 is a wire or rod which extends from the base through quartz sleeve 43 and terminates near the inner end of auxiliary anode 240A. The device of Figures 7 and $ can be used as illustrated in Figure 6 as described above.
The embodiment of the invention illustrated in Figures 9 and 10 is particularly advantageous in cases where very high currents are desired. The cathode, which can be machined from a block of refractory metal such as molybdenum or tantalum, or constructed in plates of such a metal, has at one of its ends several parts such as parallel plates 250 limiting several channels 270 which are of small width such that during the operation of the apparatus, the regions of negative glow of the side walls of each channel overlap. It is rigidly supported, from the base 210 of the gas-filled enclosure 20, by rigid wire supports 260.
The main or working anode 23A is a plate of metal, for example molybdenum, facing the channel or split end of the cathode, parallel to it and supported from the base 210 by a wire or rod rigid 45. The auxiliary or control anode 24A, which is also supported from base 210, is an L-shaped wire, for example of molybdenum and terminates near the split or channel end. the cathode. The gas filling may be of the nature and at the pressures indicated previously here.
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The construction of the cathode in fact provides for several cathode surfaces in channels electrically connected in parallel, whereby very high currents are obtained. In an illustrative apparatus, a cathode in which the dimensions of the channel end were 19.1 mm by 8.2 mm and in which the channels 270 were 6.3 mm deep and 0.7 mm wide, currents of 100 amperes were obtained for an operating voltage of less than 135 volts, with a gaseous filling / of 99 percent neon, 1 percent argon at a pressure of 70 millimeters of mercury.
The discharge device shown in Figures 9 and 10 can be used as a rectifier in a circuit such as that shown in Figure 1 or to produce pulses of intense current in a circuit similar to that shown in Figure 6.
Although various specific embodiments of the invention have been shown and described, it will be understood that they are illustrative only and that various modifications may be made therein without departing from the spirit and the spirit. of the invention.
CLAIMS
A gas discharge apparatus having a cathode, a control anode and a main anode, characterized in that the cathode has closely adjacent surfaces of refractory metal limiting a channel, the control anode being near the open side. of the channel and the main anode being relatively far apart on the open side of the channel.
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