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PERFECTIONNEMENT; AUX' TUBES'REDRESSEURS A GAZ UTILISANT UN CHAMP MAGNETIQUE.
La présente invention se rapporte de façon générale aux redresseurs à gaz à haute tension et, en particulier, aux redresseurs dans lesquels on applique un champ magnétique à l'intérieur du tube pour former un piège à é- lectrons.
Dans les tubes redresseurs à gaz connus on a cherché un compro- mis entre d'une part la pression régnant dans le tube et d'autre part les con- ditions de fonctionnement concernant la tension entre anode et cathode et les fréquences des courants à redresser. Dans le tube redresseur à gaz à électro- des punctiforme et ¯plane il était essentiel d'avoir une densité de gaz suffi- sante pour qu'il'y ait des molécules pour l'ionisation, ce qui signifie que le tube devait fonctionner avec une pression de gaz relativement élevée. Dé tels tubes sont limités à des fréquences de travail basses à cause du temps important de diffusion des ions.
De tels tubes ont aussi des tensions inver- ses peu élevées à cause de la petite trajectoire libre entre molécules du mi- lieu qui provoque des retours d'arc même à de faibles tensions de travail.
Un autre tube à gaz de type classique a une cathode en forme de cylindre allongé entourée d'une anode consistant en un cylindre concentrique.
La tension inverse admissible dans ce dernier type de tube est tellement bas- se que l'on a reconnu qu'il ne convient pas pour des tensions élevées. Ces tubes ne conviennent pas davantage pour le redressement de courant à haute fréquence.
On a découvert que les redresseurs à gaz de type courant ont des caractéristiques de fonctionnement limitées à cause de la disposition des é- lectrodes dans le tube. En inversant les positions relatives de la cathode et de l'anode dans le tube du type magnétique, et en remplaçant le long cylin- dre de la cathode par un cylindre court qui se rapproche d'une variante de tore., ou en remplaçant le long cylindre de l'anode par une bague ramassée voisine de la cathode et en concentrant l'espace ionisé dans le milieu du tube, un tube redresseur à gaz magnétique travaillera à basse pression de gaz avec des fréquencesélevées et redressera, avec un rendement élevé, de forts courants sous des ténsions élevées.
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Dans une forme d'exécution de l'invention, la cathode consiste en un cylindre circulaire en forme de bande muni à chaque bout de disques plats formant avec le cylindre une sorte de bobine circulaire. L'anode a la forme d'une bague placée dans l'axe du tube à mi-chemin entre les deux disques d'extrémité de la cathode. Le champ magnétique est appliqué dans l'axe du tube. Dans un tube type, tel qu'il est décrit en détail ci-après, aucun re- tour d'arc ne s'est produit pendant la moitié négative des cycles de travail, même à des tensions de 250000 volts et des fréquences de 100 kilocycles. Dans la demi-période utile, un tube de dimensions relativement petites supporte des pointes de courant de 40 ampères sous 2.000 volts.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, la cathode a la forme de la moitié intérieure d'un tore de section désirée quelconque, entou- rée en son point milieu d'une anode concentrique en forme de bague.
Dans une troisième forme d'exécution préférée de l'invention, la cathode a la forme d'un tore complet ou d'un similitore de section rectangu- laire,carrée, circulaire ou elliptique ou d'autre section entourant une ano- de en forme de bague de la section voulue, de préférence au milieu de la sec- tion du tore, celui-ci ayant une ouverture pour laisser passer une connexion de la bague anodique.
Dans toutes les formes d'exécution de l'invention qui seront dé- crites en détail ci-après, il est essentiel que l'écartement entre anode et cathode soit tel que le piège à ions ne diminue pas la tension inverse élevée admissible et que l'écartement entre et la forme des électrodes permettent au tube de travailler à des fréquences relativement élevées. Il est aussi intéressant que la partie de la cathode faisant face à l'anode soit concave, dans toutes ces-formes d'exécution. L'anode peut être convexe ou plane en face de la cathode et sera de préférence mais pas nécessairement placée au centre de celle-ci et concentrique.
Les buts de l'invention sont de procurer : un nouveau tube redresseur à gaz pouvant fonctionner à des fréquen- ces et des tensions élevées; un tube redresseur à gaz pour fréquence et tension élevées, avec tension inverse admissible élevée; un nouveau tube redresseur à gaz avec champ magnétique et piège à ions; un tube redresseur à gaz compact et de forme générale aplatie dans lequel la partie ionisée du milieu est concentrée dans un petit espace grâce à l'emploi d'un champ magnétique et à la disposition et la forme spéciales des électrodes.
D'autres buts de l'invention ressortiront clairement de la descrip- tion détaillée suivante de l'invention avec référence au dessin annexé dont la figure 1 est une vue schématique en coupe-d'une forme d'exécution de l'in- vention ; la figure 2 est une vue schématique en coupe d'une seconde forme d'exé- cution de l'invention; la figure 3 est une vue schématique en éoupe d'une va- riante de la première forme d'exécution de l'invention dans laquelle une par- tie de la surface cathodique est recouverte d'une matière à émission secondai- re ; la figure 4 est une'-vue en coupe d'une troisième forme d'exécution de l'in- vention ; la figure 5 est une coupe horizontale suivant la ligne V-V de la fi- gare 4 de cette troisième forme d'exécution de l'invention;
la figure 6 est un graphique montrant la relation entre le temps d'amorçage de la conduction et le rapport diamètre de cathode à diamètre d'anode; et les figures 7, 8, 9 et 10 donnent des variantes de disposition des électrodes conformes à l'inven- tion.
Dans toute la description et tous les dessins, les mêmes référen- ces désignent des éléments semblables.
Comme le montre la figure 1 du dessin, la cathode 1 consiste en un court. cylindre ou bobine, creux de préférence, et en matière non magnéti- que. Aux extrémités de la cathode 1 sont fixés des disques ou plaques d'ex-
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trémité 2, de préférence en matière magnétique conductrice, s'étendant radia- lement vers l'extérieur de la périphérie du tube.
L'anode 3 peut avoir.la forme d'une bague, dont le diamètre est approximativement égal au diamètre de la périphérie des disques ou plaques d'extrémité 2. L'anode 3 est de préférence concentrique à et au milieu de la longueur axiale de la cathode 1, et est de préférence.en une matière non magnétique à surface polie pour réduire les pertes par émission froide pendant la demi-période inverse du cycle de travail. La forme de l'anode 3 n'est pas limitée à une bague ou à une section circulaire; l'anode peut avoir la forme d'un court cylindre ou d'une bague plate. Cependant pour ne pas faire piège à électrons, la section de la bague ne sera pas de forme concave face à la cathode. Les connexions 4 et 5 de la cathode 1 et de l'anode 3, respective- ment., sortent à travers l'enveloppe 6 du tube.
Le tube est saturé d'un gaz léger* tel que le néon, le mercure ou l'hydrogène, sous une pression de 10-3 à 10-5 mm Hg. Un champ magnétique est appliqué au tube dans le sens axial, comme indiqué par la flèche H. La nature du gaz déterminera la forme et les proportions relatives des électrodes afin de permettre une diffusion suffisam- ment rapide des ions avant le début de la demi-période de tension inverse.
Une seconde forme d'exécution de l'invention, représentée à la figure 2, comprend une cathode ayant la forme de la moitié intérieure d'un tore creux, de section circulaire, elliptique ou autre, la partie milieu du tore étant entourée d'une anode annulaire 3 dont le diamètre est pratiquement égal au plus grand diamètre ou diamètre d'extrémité du demi-tore. Le champ magnétique est concentrique au tube, comme l'indique la flèche H.
La figure 3 représente une variante de la première forme d'exé- cution de l'invention décrite à la figure 1, dans laquelle la face extérieure de la cathode 1 en forme de bobine est recouverte de matière 7 à émission se- condaire d'électrons, comme l'aluminium. L'anode annulaire 3 est représentée sous la forme d'une bague de section rectangulaire, cette section pouvant aus- si bien être circulaire ou autre.
Une troisième forme d'exécution de l'invention, représentée aux figures 4 et 5 du dessin, utilise comme cathode 1 un tore rectangulaire fermé ayant un montant central 8 entouré par une anode annulaire de section prati- quement circulaire. A cause de sa construction fermée, la cathode entoure complètement la bague anodique et constitue l'enveloppe du tube. Les plaques d'extrémité 10 et 11 sont de préférence en matière magnétique pour concentrer le champ appliqué dans l'espace-piège. Un fil de connexion 5 sortant par un isolateur en verre 9 maintient la bague anodique 3 pratiquement au centre du tore fermé. Il est entendu que l'intérieur du tore fermé peut avoir une sec- tion elliptique, circulaire ou autre, au lieu de la section rectangulaire re- présentée.
Si on le désire,chacune des formes d'exécution de l'invention représentées aux figure 1 à 5 peut avoir de la matière à émission secondaire d'électrons sur tout ou partie de la face de la cathode placée devant l'anode.
Il est entendu qu'il ne faut pas nécessairement, dans toutes les formes d'exécution décrites ici, que l'anode soit concentrique et centrale par rapport à la cathode, l'anode pouvant se trouver plus près,d'une extrémi- té de la cathode que de l'autre, ou pouvant être inclinée par rapport à celle- ci.
Au point de vue fonctionnement, on a constaté que lorsque l'anode commence à devenir positive par rapport à la cathode, au début de la partie positive du cycle, il reste une ionisation résiduelle du gaz suffisante pour que les électrons libres soient attirés vers l'anode. Ces électrons sont at- tirés dans l'espace inter-électrodes sous l'influence du champ magnétique,H jusqu'à ce que leurs trajectoires s'allongent au-delà de la trajectoire libre -moyenne d'ionisation des molécules du milieu. Par collision entre ces élec- trons et les molécules du milieu, d'autres électrons sont libérés qui, sous l'effet du champ électrique, sont attirés vers l'anode et provoquent de l'io- nisation cumulative.
De même les molécules ionisées ou ions sont attirées
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vers la cathode et libèrent d'autres électrons quand elles butent contre la matière à émission secondaire.
Lors de la demi-période inverse, les électrons libres et les ions sont balayés hors de l'espace ionisé..
Le rendement du tube est affecté par le temps de démarrage néces- saire à la conduction (ts) après application de la tension positive à l'ano- de et par le temps de diffusion des ions (td) quiy s'il est trop long, provo- que des retours d'arc pendant la demi-période inverse. On a constaté-..que lorsqu'on utilise des gaz légers dans le tube, lés effets du temps de diffu- sion sont négligeables.
Le temps de démarrage de la conduction (ts) est affecté par les formes géométriques de l'anode et de la cathode. On a constaté que le temps de démarrage de la conduction est une fonction directe du rapport entre le diamètre (Dl) de la cathode 1 et le diamètre (D2) de l'anode 2. La figure 6 donne deux courbes donnant chacune la relation en question pour deux lon- gueurs de cathode différentes (La en trait plein, Lb en traits interrompus).
Sur la figure 6, on a porté en ordonnées les microsecondes et en abscisses les rapports D1/D2 de 0,0 à 1,0. On remarquera que pour les deux longueurs de cathode 1, le temps de démarrage de conduction optimum correspond à un rapport Dl/D2 se rapprochant de 0,5.
Le fonctionnement du tube est aussi influencé par la forme de la cathode et de l'anode. On croit que les conditions de suppression du piège sont déterminées par la distance la plus courte entre les deux électrodes, dans le plan équatorial.
Comme exemple d'application de l'invention au redressement de cou- rants à haute-.fréquence, un tube conforme à l'invention, tel que celui repré- senté à la figure 1, a été mis dans le circuit d'un récepteur de télévision pour le redressement du débit du transformateur de balayage horizontal en vue de l'alimentation en tension continue du kinéscope. Les impulsions de ten- sion ont une fréquence de 150700 per/sec. avec environ un dixième de cycle de rendement. Les oscillographes ont montré que le redressement était satis- faisant avec des retours d'arc négligeables dans une alimentation de récep- teur de télévision classique.
Quoique la cathode ait été décrite comme un cylindre enroulé 1, les disques 2 font effectivement partie de la "bobine cathodique" prise dans son sens de principe ou général. -
On a donc réalisé un nouveau tube redresseur en donnant à la ca- thode la forme d'un court cylindre creux muni de disques d'extrémité plats s'étendant radialement à partir de l'axe du tube, et à l'anode la forme d'un anneau ayant environ le double du diamètre de la cathode, l'anode étant placée à mi-chemin dans le sens axial de la cathode, l'anode et la cathode étant mon- tées dans un milieu gazeux et soumises à un champ magnétique appliqué dans l'axe du tube.
L'expérience a montré que les formes d'exécution de l'invention décrites avec référence aux figures 1 à 3 du dessin ont le défaut de laisser déposer plus facilement de la matière conductrice sur les isolateurs à haute tension, détériorant ainsi avec le temps les caractéristiques de tension in- verse élevée des dispositifs. La forme d'exécution décrite avec référence aux figures 4 et 5 du dessin s'est avérée aux essais ne pas avoir de défaut de vieillissement et maintenir ses caractéristiques de tension inverse élevée après de nombreuses heures de fonctionnement à tension et courant élevés.
Grâce à la disposition mécanique des électrodes, la.forme d'exécution décrite avec référence aux figures 4 et 5 permet une meilleure dissipation de chaleur et convient mieux au point de vue de la construction en série. Les construc- tions des figures 1 à 3 peuvent cependant être préférées pour certaines appli- cations.
REVENDICATIONS.
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