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DISPOSITIFS A DECHARGE GAZEUX A CATHODES MULTIPLES.
Cette invention est relative à des dispositifs à décharge électri- que et plus particulièrement à des dispositifs à décharge luminescente à catho- des multiples du type général décrit dans la demande de brevet belge n 3870016 déposée le 24 juin 1950.
Les dispositifs du type décrit dans la demande spécifiée ci-des- sus comprennent en général, et dans l'une de leurs formes d'exécution. plu- sieurs cathodes pour décharge luminescente montées en une rangée et connec- tées électriquement en deux groupes, les cathodes d'un groupe alternant avec celles de l'autre, et une anode en face des cathodes.
Les premières sont de construction ou relation asymétrique par rapport à l'anode et présentent par exemple deux parties d'effieiences différentes en tant qu'éléments de décharge luminescente, de telle manière que lorsqu'une décharge se produit entre une cathode quelconque et l'anode, la décharge se concentre au voisina- ge d'une partie extrême de la cathode, c'est-à-dire à la partie qui possède la plus grande efficience, fournissant ainsi une région de densité d'ioni- sation élevée,, En outre, les cathodes sont disposées de manière que la par- tie de chacune d'elles qui présente la plus grande efficience se trouve à cô- té de la partie qui présente l'efficience la plus petite de la cathode im- médiatement suivante dans la rangée.
Il est ainsi fourni un mécanisme de pré- férence tel que lorsque des impulsions de signalisation sont appliquées entre les deux groupes de cathodesla décharge est acheminée de cathode en cathode dans une direction prescrite le long de la rangée de cathodes. La construc- tion ou la relation asymétrique des cathodes fournit une différence marquée dans les tensions requises pour effectuer 1-'acheminement de la décharge de tou- te cathode vers la cathode immédiatement suivante ou immédiatement précédente, cette différence étant appelée la marge de comptage.
Les cathodes du type employé dans ces dispositifs sont sujettes
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à la contamination,laquelle réduit leur efficience en tant qu'éléments de dé- charge luminescente. Dans les dispositifs à cathodes multiples du type général décrit ci-dessus, on a constaté que cette contamination réduit la marge de comptage, altère les caractéristiques opératoires des diverses cathodes et peut notablement abréger la¯durée de fonctionnement des dispositifs.
La présente invention a pour objet général d'améliorer la cons- truction et le rendement en service des dispositifs à décharge luminescente à cathodes multiples. Plus particulièrement, l'invention a pour objets de simplifier la construction des dispositifs à décharge à cathodes multiples du type général décrit ci-dessus, d'augmenter la durée de fonctionnement de ceux-ci,, de maintenir les marges de comptage, et de réaliser l'uniformité des caractéristiques opératoires pour les diverses cathodes pendant de lon- gues périodes de fonctionnement.
Dans une forme d'exécution particulière et illustrative de l'in- vention, un dispositif à décharge électrique comprend plusieurs cathodes pour décharge luminescente montées en une rangée, et une anode en face des cathodes, les cathodes étant connectées électriquement les unes aux autres en deux groupes, les cathodes de l'un des groupes alternant avec celles de l'au- tre.
Suivant une particularité de l'invention, on a prévu plusieurs électrodes auxiliaires ou grilles, chaque grille étant placée entre deux ca- thodes adjacentes respectives, et connectée ou agencée pour être connectée à l'une des cathodes de la paire respective.
Lorsque le dispositif fonctionne, des impulsions de signalisa- tion sont appliquées entre les deux groupes de cathodes., de sorte que la dé- charge est acheminée de cathode en cathode le long de la rangée. Chaque gril- le fonctionne pour retirer des ions positifs du voisinage de la cathode à la- quelle la décharge se produit vers la cathode immédiatement suivante dans la rangée, ce qui facilite le transfert de la décharge vers cette dernière catho- de. La grille associée à la cathode d'où la décharge est acheminée, étant au même potentiel que cette cathode, empêche partiellement le passage d'ions po- sitifs, de la décharge vers la cathode immédiatement précédente. Ainsi, les grilles fournissent un mécanisme de préférence grâce auquel la décharge sera dirigée seulement dans la direction désirée le long de la rangée de cathodes.
Les cathodes peuvent être d'une construction symétrique et sim- ple. En outre, les grilles sont des éléments inactifs. Ainsi,le problème de la contamination des surfaces de cathodes est rendu moins important, ce qui permet d'obtenir une longue durée de fonctionnement, des caractéristiques de cathode uniformes et le maintien de la marge de comptage.
On comprendra plus aisément et plus complètement l'invention ainsi que les particularités notées ci-dessus et d'autres encore. au cours de la description détaillée suivante, en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant les éléments principaux et leur association dans un dispositif à décharge luminescente construit suivant la présente invention et illustrant également une façon dont le dis- positif peut être actionné ; - la figure 2 est une vue en élévation d'un dispositif à déchar- ge gazeux et à cathodes multiples,' illustrant une forme de réalisation de la présente invention, une partie de l'enveloppe étant brisée pour montrer plus clairement la structure interne ;
- la figure 3 est une vue en plan de l'ensemble des électrodes suivant le plan 3-3 de la figure 2, certaines cathodes étant brisées pour montrer des détails de construction;
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- la figure 4 est une vue de détail en perspective de l'une des cathodes et d'une électrode auxiliaire ou grille adjacente, et - la figure 5 est un schéma montrant une autre façon dont le dispositif illustré à la figure 2 peut être utilisé.
La figure 1 illustre les composantes principales et la relation de coopération existant entre elles dans un dispositif construit suivant l'in- vention. Pour la simplicité de l'illustration, on a représenté un dispositif à deux étages comprenant quatre cathodes coopérant l'un avec l'autre bien que, comme il apparaîtra par la suite, un beaucoup plus grand nombre d'étages puis- se être utilisé. Le dispositif comprend une enveloppe 10 dans laquelle se-trou- ve une atmosphère ionisable telle qu'un gaz rare ou un mélange de,gaz rareso Deux groupes de cathodes pour décharge luminescente A2 et A4 et B1 et B3, sont montés en une rangée à l'intérieur de l'enveloppe, les cathodes de chaque grou- pe.étant connectées électriquement l'une à l'autre par un fil de connexion 11 ou 12 comme illustré.
Une cathode pour décharge luminescente auxiliaire ou de retour à la position primitive 13, dont la fonction sera décrite ci-après, est montée au voisinage d'une extrémité de la rangée de cathodes A et Bo En face de toutes les cathodes se trouve une anode 14. Plusieurs électrodes auxiliai- res ou grilles 15 sont associées aux cathodes, chacune des électrodes auxili- aires ou grilles se trouvant entre une paire respective de cathodes et étant connectée à une cathode correspondante de la paire respective comme montré à la figure 1 La connexion entre les cathodes correspondantes et les électro- des auxiliaires ou grilles pourra, comme on le comprendra, être établie soit à l'intérieur, soit à l'extérieur de l'enveloppe 10.
Les cathodes A sont polarisées négativement par rapport aux ca- thodes B par une source appropriée 16 et l'anode est polarisée positivement par rapport à toutes les cathodes par une source 18 en série avec la résis- tance d'anode 19. Des impulsions négatives provenant d'une source 17 sont appliquées entre les deux groupes de cathodes. Une source non montrée, asso- ciée à la cathode auxiliaire ou de retour à la position primitive 13 au moy- en d'une résistance 20, sert à appliquer une impulsion négative'raide à cette cathode.
Lorsque le dispositif fonctionne, si une impulsion négative est appliquée à la cathode auxiliaire 13, une décharge est amorcée entre cette cathode et l'anode 14. Si alors une impulsion négative est appliquée aux cathodes B par la source 17, la cathode B1 et la grille qui y est couplée deviennent négatives par rapport à la cathode 13 En raison du potentiel né- gatif de la grille associée à la cathode B1, des ions positifs provenant de la décharge entre la cathode 13 et l'anode 14 sont attirés dans le voisinage de la cathode B1' de sorte que la décharge est transférée de l'intervalle entre la cathode 13 et l'anode 14 à l'intervalle entre la cathode B1 et l'anode 14.
Lorsque l'impulsion négative appliquée provenant de la source 17 cesse, la cathode A2 est plus négative par rapport à l'anode 14 que ne l'est la ca- thode B1 Par conséquent, la décharge est transférée de la cathode B1 à l'a- node A2 Une impulsion négative suivante provenant de la source 17 et appli- quée aux cathodes B achemine la décharge de la cathode A2 à la cathode B3, et lorsque cette impulsion cesse, la décharge se déplace vers la cathode A4
On comprendra donc, qu'en réponse à l'application d'impulsions provenant de la source 17 la décharge est acheminée le long de la rangée de cathodes, en avançant de deux cathodes à chaque impulsion.
Lorsqu'une impul- sion est appliquée aux cathodes B, la grille connectée à la cathode B la plus proche de la cathode A a laquelle la décharge se produite attire des ions po- sitifs provenant de la décharge, facilitant ainsi le percement de l'espace anode-cathode à la cathode B qui suit la cathode A où la décharge se produit.
Toutefois,la grille associée à la cathode A à laquelle la décharge se produit étant au même potentiel que cette cathode, arrête pratiquement le flux d'ions positifs depuis la décharge jusqu'à la cathode B immédiatement précédente.
Ainsi, les grilles fournissent un mécanisme de préférence par lequel la déchar-
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ge peut être transférée le long de la rangée de cathodes seulement dans une direction prescrite.
Des circuits de charge individuels indiqués généralement par les résistances 21 peuvent être prévus pour chacune des cathodes. Ainsi, une dé- charge peut être transférée de la cathode auxiliaire 13 à l'une quelconque des cathodes A pour actionner la charge associée à celle-ci par l'application d'un nombre correspondant d'impulsions provenant de la source 17.
Dans une forme de construction illustrative du dispositif à dé- charge luminescente illustrée à la figure 2, l'enveloppe 10 est fixé à une base appropriée 21 sur laquelle se trouvent des broches de terminaison 22.
Les diverses cathodes et les électrodes auxiliaires ou grilles sont montées en une rangée circulaire comme illustré à la figure 3, coaxialement à l'anode 14, qui peut être, par exemple, un cylindre en un matériau réfractaire en feuil- le, tel que le molybdène. Chacune des cathodes A et B comme montré claire- ment à la figure 4, comprend une section ou partie 23 en forme de rigole, en métal réfractaire, tel que le molybdène ou le tantale, s'étendant radialement par rapport à l'anode, et une tige de support 24, par exemple, en nickel. Les électrodes auxiliaires ou grilles 15, comme on le voit le plus clairement à la figure 4, peuvent être des fils en forme de L renversé par exemple en ni- ckel, le plan de chaque grille étant radial par rapport à l'anode.
Comme il- lustré à la figure 3, chaque grille peut être placée à mi-chemin entre deux cathodes adjacentes. La cathode auxiliaire 13 peut également avoir la forme d'une rigole et s'étend radialement par rapport à l'anode 14. Les tiges de support 24 pour les cathodes A sont jointes à une bague métallique 11 qui est connectée à une borne respective 22 par les conducteurs d'entrée 27. De même, les tiges des cathodes B sont fixées à une bague métallique 12 connec- tée à l'une des bornes 22. Les diverses grilles et électrodes auxiliaires 15 sont connectées en deux groupes à des bagues métalliques 25 et 26, des grilles alternantes étant connectées à la même bagueoLes bagues 25 et 26 sont égale- ment couplées aux bornes correspondantes 22.
Dans un dispositif particulier et servant d'exemple, les rigo- les dans les diverses cathodes peuvent avoir une largeur de 0,51 mm, une profondeur de 2,4 mm et une longueur de 2,4 mm., les grilles peuvent être formées d'un fil de nickel d'un diamètre de 0,38 mm, l'espace qui sépare la cathode de l'anode peut être de 1,0 mm et l'espace qui sépare la cathode de la grille de 0,8 mm. Pour un remplissage gazeux dans l'enveloppe 10, de néon à une pression de 35 à 40 millimètres de mercure, la tension de perce- ment est pratiquement de 180 volts et la tension de maintien à un courant de .
5 milliampères est d'environ 110 volts. Les cathodes B peuvent être polari- sées, par exemple par la source 16 à la figure 1 par une tension positive d' approximativement 20 volts par rapport aux cathodes A. L'acheminement de la décharge peut être effectué par des impulsionsnégatives d'une valeur de crête approximative de 60 volts.Des fréquences d'acheminement allant jusque 10500 cycles par seconde peuvent être employées.
Le dispositif montré aux figures 2 et 3 se prête particulière- ment à être employé comme compteur d'impulsions. Il sera sous-entendu, natu- rellement, que bien que dans la construction particulière illustrée, les ca- thodes et les électrodes auxiliaires soient connectées en groupes à l'inté- rieur de l'enveloppe, on peut prévoir pour les électrodes des connexions d' entrée individuelles par lesquelles, par exemple, des circuits de charge in- dividuels peuvent être associés aux cathodes A et une commutation sélective être effectuée comme indiqué ci-dessus à propos de la figure 1.
Les cathodes et les électrodes auxiliaires ou grilles peuvent ê- tre également associées électriquement de telle manière que l'acheminement de la décharge peut se faire dans l'une ou l'autre direction le long de la rangée de cathodes. Un agencement convenant à cet effet, est illustré à la figure 5.
Comme montré à cette figure, les cathodes A et b sont connectées en deux'groupes par les conducteurs 11 et 12 qui sont connectés chacun à une
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paire respective de bornes 1 et 2 du commutateur à deux pôles 28Les élec- trodes auxiliaires ou grilles 15 sont également couplées en deux groupes par les conducteurs 25 et 26 qui sont connectés chacun à la borne respec- tive 3 ou 4 du commutateur 28 Un second commutateur 29, dont la fonction apparaîtra par la suite, est prévu entre les cathodes A et B, et la borne né- gative de la source 18.
La cathode auxiliaire 13 est connectée à cette borne par l'intermédiaire d'une résistance en série 30, dont les extrémités oppo- sées conduisent aux bornes de sortie ou d'indicateur 31
Le mécanisme et les principes de l'acheminement de la décharge de cathode à cathode sont similaires à ceux qui ont été indiqués à propos de la figure 1 Toutefois, la direction de 1-'acheminement sera déterminée par les polarités relatives des deux groupes d'électrodes auxiliaires ou grilles.
On comprendra ceci en considérant un exemple en détail. On supposera que la décharge se produit à la cathode A4, que le commutateur 28 est à la position montrée et qu'une impulsion est appliquée par la source 17. Cette impulsion rend plus négatives toutes les cathodes B et toutes les électrodes auxiliai- res ou grilles 15 connectées par le conducteur 25 à la borne de gauche 1, (fi- gure 5).
On notera que, lorsqu'une impulsion est appliquée, la grille adja- cente à la cathode A4 et placée à la gauche de celle-ci est au même potentiel que cette cathode et arrêté ainsi le flux d'ions positifs provenant de la décharge en direction de la cathode B Toutefois la grille adjacente à la cathode A4 et placée à la droite de celle-ci est rendue négative par rapport à cette cathode et, ainsi, attire des ions positifs provenant de la décharge en direction de la cathode B5Dès lors, lors de l'application de l'impul- sion, la décharge est acheminée ou déplacée de la cathode A4 à la cathode immédiatement suivante B5 et à la cessation de l'impulsion, à la cathode A6
On supposera à présent que le commutateur 28 est actionné pour fermer les circuits passant par les bornes 2,
que la décharge se produit à la cathode A et qu'une impulsion est appliquée par la source 17. Gomme dans le cas discuté ci-dessus l'impulsion rend toutes les cathodes B négatives.
Toutefois, l'impulsion est à présent appliquée aux grilles qui sont connec- tées par le conducteur 26 à la borne de droite 2 du commutateur 28. Ainsi, lors de l'application de l'impulsion, la grille adjacente à la cathode A4 et placée à la droite de celle-ci est au même potentiel que cette cathode alors que la grille adjacente à cette cathode et placée à sa gauche est négative par rapport à celle-ci.
Ainsi, en réponse à l'impulsion, la décharge se dé- place de lacathode A4 à la cathode B3 et, à la cessation de l'impulsions à la cathode A2
Il sera clair alors, que des groupes d'impulsions peuvent être additionnés algébriquement, la position finale de la décharge indiquant la différence dans le nombre d'impulsions dans les deux groupeso Chaque fois que la décharge se déplace vers la cathode 13, une impulsion est produite aux bornes de la résistance 13, et selle-ci peut être utilisée par exemple, pour actionner un indicateur connecté aux bornes 31.
Des circuits de charge individuels peuvent naturellement être couplés aux cathodes B comme indiqué à propos de la figure 1
La décharge peut être renvoyée à la cathode 13 si on covre le commutateur 29, ce qui déconnecte les cathodes A et B de la source 18La décharge peut encore être ramenée à la position primitive, si on applique une forte impulsion négative à la cathode 13, par exemple de la manière décri- te lors de la description de la figure 1.
Bien que des formes de réalisation particulières de l'invention aient été représentées et décrites, il est évident qu'elles n'en constituent que des illustrations, et que diverses modifications peuvent y être appor- tées sans qu'on s'écarte de la portée et de l'esprit de l'inventiona