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DISPOSITIF.ELECTRIQUE, COMPRENANT AU MOINS-UN TUBE A decharge luminescenit DANS UNE.ATMOSPHERE-GAZEUSE.
La présente invention concerne un perfectionnement du compteur à décharge dans une atmosphère gazeuse décrit dans la demande de brevet No 104.980 déposée le 15 juillet 1949'aux Etats-Unis d'Amérique par le demandeur, elle a pour objet un dispositif électrique comprenant au moins un tube à décharge luminescente dans une atmosphère gazeuse.
Selon la demande de brevet citée ci-dessus, dans un compteur comprenant un tel tube, on transfère une décharge luminescente de l'une à l'autre de plusieurs cathodes d'enregistrement de ce tube sous l'effet d'u- ne impulsion d'entrée en déplaçant la surface de luminescence sur la sur- face de l'une de ces cathodes de manière à influencer la tension de décharge de l'une déterminée de deux cathodes adjacentes à cette cathode. Dans cette demande de brevet, on a mis l'accent sur l'utilisation à cet effet d'impul- sions ayant pour effet d'accroître la dite surface de luminescence, étendant de ce fait la région d'ionisation vers une racine de la dite cathode et abaissant ainsi la tension de décharge d'une cathode dont l'extrémité est adjacente à la racine à laquelle aboutit la décharge.
On a cependant égale- ment étudié le comportement d'un dispositif de ce genre, lorsqu'on lui ap- plique des impulsions de polarité opposée à celle qu'on vient d'indiquer, c'est-à-dire des impulsions ayant tendance à réduire la surface de lumines- cence sur une cathode déterminée et à éteindre cette décharge.
On a constaté que l'application de telles impulsions de pola- rité inverse provoque le passage de la décharge d'une cathode à l'autre dans le sens opposé au sens normal de progression de la décharge, pour lequel le tube a été construit conformément à la demande de brevet citée ci-dessus, le compteur comptant alors "en arrière". L'étude de ce phénomène a montré que ce comportement particulier de tels tubes est dû au fait que la dite impulsion de polarité opposée, en éteignant la décharge initiale considé- rée, provoque une augmentation de la différence de potentiel entre chacune.
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des cathodes et l'anode du tube. Cette augmentation est due à l'absence d'un courant de décharge dans une résistance de charge commune à toutes les cathodes.
Parmi celles-ci, la cathode la plus favorisée pour un pre- mier réallumage de la décharge est celle dont la racine est voisine de l'extrémité de la cathode à laquelle aboutissait la décharge qu'on vient d'éteindre. Ceci parce que des ions de gaz récemment formés présentent la plus grande densité dans cette région. Pour cette raison, la cathode dont la racine est voisine de l'extrémité d'extinction de la cathode à laquelle aboutissait précédemment la décharge sera celle à laquelle aboutira une nouvelle décharge et cette décharge luminescente aboutira tout d'abord à la racine de cette cathode.
Une décharge ayant été ainsi amorcée à la racine d'une nouvelle cathode et cette décharge excluant d'autres déchar- ges dans le tube du fait que le courant de décharge est limité par les constantes du circuit du tube et ne couvre qu'une partie de la surface de cette cathode, il s'en 'suit que la nouvelle décharge se déplace sur la sur- face de la cathode, à partir de sa racine jusqu'à son extrémité. Ce dépla- cement est dû à un gradient de champ électrostatique engendré dans l'espa- ce entourant la cathode équipotentielle parce que la racine de celle-ci est plus éloignée de l'anode commune que son extrémité. La décharge s'é- tant ainsi déplacée jusqu'à la nouvelle extrémité est prête pour un nouveau pas de transfert ou de progression effectué sous l'effet d'une impulsion extinctrice subséquente.
Il convient de remarquer que la disposition géo- métrique des électrodes de comptage capables de produire ce phénomène est connue. La présente invention concerne des dispositions particulières spé- cialement adéquates pour l'utilisation sure et efficace d'impulsions ex- tinctrices.
Le dispositif, objet de l'invention, est caractérisé en ce que le dit tube comprend une anode et plusieurs cathodes sensiblement équidis- tantes de cette anode et conformées de manière qu'une partie de chacune d'elles soit sensiblement équidistante de la dite anode et d'une autre des dites cathodes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple non limitatif, deux formes d'exécution du dispositif objet de l'invention.
Fig. 1 est une vue en plan, en coupe transversale selon 1-1 de la fig. 2, du tube que comprennent ces formes d'exécution.
Fig. 2 en est une élévation en coupe, selon 2-2 de la fig, 1.
Fig. 3 est le schéma électrique d'une première forme d-exécution simplifiée comprenant le tube représenté aux fig. 1 et 2 ; Fig. 4 est le schéma d'une forme d'exécution préférée compre- nant également le tube représenté aux fig. 1 et 2.
Le tube représenté aux fig. 1 et 2 comprend une enveloppe de verre 1 contenant une anode circulaire 2, en tôle métallique, portée par une connexion 3 qui fait saillie hors du tube au sommet de l'enveloppe 1.
Le tube est rempli d'un gaz adéquat, tel que du néon, de l'hydrogène ou de l'argon, à relativement basse pression, par exemple à une pression de 20 mm de mercure. Le tube comprend en outre dix cathodes 4 à 13 qui sortent du tube par des scellements verre-métal bien connus pour former une rangée circulaire de broches de connexion. Chacune des cathodes 4 à 13 se prolon- ge jusque dans un plan médian de l'anode 2, selon un rayon maximum. A par- tir de cet endroit, chaque cathode s'infléchit radialement vers l'intérieur selon un coude ou racine, à partir duquel elle se prolonge dans une direc- tion sensiblement tangentielle à un cercle . commun concentrique à l'anode 2 et de plus grand diamètre que celle-ci, jusqu'à une extrémité ou traverse 14 à 23 respectivement.
Ces traverses 14 à 23 sont de préférence disposées radialement par rapport à l'anode et s'étendent jusqu'à des distances é- gales entre elles de l'anode et de la racine de la cathode adjacente. Les traverses 14, à 23 peuvent de ce fait être considérées comme formant des ponts disposés dans l'espace séparant la racine d'une cathode de l'anode.
L'enveloppe 1 est pourvue d'un queusot de pompage 24 scellé.
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Dans le dispositif représenté à la fig. 3, les cathodes 4 à 13 du tube représenté aux figo 1 et 2 sont reliées à une connexion annulaire commune 61, chacune par l'intermédiaire d'une résistance 25 séparéeo Chacu- ne des résistances 25 est shuntée par un condensateur 26. Un interrupteur 27 est disposé de façon à pouvoir servir à amorcer une décharge sur la ca- thode 4 qui sert d'électrode de repère. Une tension continue fournie par une source 28 est appliquée entre la connexion 61 des cathodes et la con- nexion 3 de l'anode 2 par l'intermédiaire d'une résistance de charge commu- ne 32. Des condensateurs de couplage 29 et 30 sont branchés aux bornes de cette résistance pour permettre de lui appliquer des impulsions d'entrée à partir d'une source 31.
Lorsqu'on ouvre l'interrupteur 27, normalement fermé, une déchar- ge est amorcée sur la traverse 14 de la cathode 4. La tension de la source 28 et les valeurs des résistances 25 et 32 sont choisies de manière que la surface de la luminescence entourant une cathode déterminée soit limitée à la surface de la traverse de cette cathode et à la surface d'une partie de sa racine égale à environ la moitié de la surface de cette traverse. Dans ces conditions, la décharge luminescente traverse un volume de gaz se trou- vant au voisinage de la racine de la cathode adjacente, c'est-à-dire que, dans le cas d'une décharge aboutissant à la traverse 14, une région ionisée s'étend dans tout l'espace situé entre cette traverse et la racine de la cathode 5.
Du fait de la présence des résistances 25, après la fermeture de l'interrupteur 27 le potentiel de la cathode 4 est inférieur à celui des autres cathodes, parce qu'une chute de tension se produit dans la ré- sistance 25 de la cathode 4 sous l'effet du courant dû à là décharge a- boutissant à cette cathode.
Lorsqu'une impulsion de la polarité indiquée est appliquée aux bornes d'entrée 31, la décharge luminescente aboutissant à la cathode 4 est éteinte. Cependant, du fait que les condensateurs 26 ont tendance à mainte- nir les diverses cathodes à leurs potentiels respectifs, l'augmentation de la tension de toutes les cathodes par rapport à l'anode due à l'extinction de la décharge et à l'annulation de courant de décharge traversant la ré- sistance 32 est accompagnée d'un retard en ce qui concerne l'augmentation de la tension de la cathode 4 par rapport à l'anode. Par conséquent, celle des autres cathodes à laquelle un réamorçage de la décharge se produira dé- pend de la densité des ions au voisinage des différentes cathodes.
Il est évident que la décharge se réamorcera à la cathode 5 puis- que la racine de cette cathode a été entourée de ions par la décharge qui vient d'être éteinte et qui aboutissait à la traverse 14. Pour cette raison, comme les potentiels de toutes les cathodes sont égaux entre eux, celui de la cathode 4 excepté, et varient de la même quantité lors de l'extinction de la décharge, celle-ci se réamorcera sur la cathode qui a été la plus fa- vorisée, c'est-à-dire sur la racine de cathode 5.
Lorsque l'impulsion d'en- trée cesse d'être appliquée, et en même temps que la décharge s'amorce sur la cathode 5, la surface de luminescence sur cette cathode se déplace le long de celle-ci sous l'effet du gradient de champ électrique, jusqu'à ce qu'elle occupe la même surface de la traverse et de la racine de cette ca- thode que celle qu'elle occupait précédemment sur la cathode 4, dans son é- tat d'équilibre.
Ce transfert se reproduit de la même façon pour chaque po- sition subséquente de la décharge en état d'équilibre sur une cathode, jus- qu'à ce que le cycle de fonctionnement soit achevéo Etant donné que chaque cathode d'enregistrement est munie d'une résistance de charge 25 séparée, il est possible de transmettre l'information que représente à chaque instant le dispositif, ou de lire cette information à l'aide de moyens bien connus de gens du métier. Pour faire fonctionner en cascades plusieurs compteurs de décades tel que celui que constitue le dispositif qu'on vient de décrire, il est possible d'utiliser les impulsions de tension apparaissant aux bornes de la résistance 25 de la cathode de repère 4 et à des bornes 33 comme sour- ce d'impulsions de fréquence divisée, pour actionner une décade similaire suivante.
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Dans le dispositif représenté à la fig. 4, les cathodes alter- nées 4, 6, 8, 10 et 12 du tube 1 sont réunies à une connexion commune 60, chacune par l'intermédiaire d'une résistance de charge 36 séparée. Sembla- blement, les cathodes alternées restantes 5, 7, 9, 11 et 13 sont réunies à une connexion commune 59 par l'intermédiaire d'une résistance de charge séparée 35. Cette division des électrodes en deux circuits susceptibles d'être excités séparément permet d'appliquer une plus grande différence de potentiel entre deux cathodes adjacentes quecela n'est possible au moyen des.résistances de charge 25 du dispositif représenté à la fig. 3, du fait des faibles courants de décharge parcourant les différents circuits en fonc- tionnement.
Deux triodes 43 et 44, constituées par les deux moitiés d'une double triode, sont branchées de façon connue et forment un circuit du type dit "Eccles-Jordan", présentant deux états stables dans chacun desquels l'u- ne des dites triodes est conductrice. Chaque impulsion d'entrée est appli- quée aux grilles des triodes 43 et 44 par l'intermédiaire de condensateurs 42 et à partir de bornes d'entrée 41 et a pour effet de rendre conductrice la triode qui ne l'était pas et de rendre non conductrice la triode qui était conductrice.
Le circuit de ces triodes comprend des résistances de charge d'a- node 49, une source de tension anodique 47, des résistances de fuite de gril- le 57 et des résistances de couplage 53 et 54 shuntées par des condensateurs 55 et 56. Un potentiomètre comprenant des résistances 65 et 66 est agencé pour maintenir les cathodes des triodes 43 et 44 à un potentiel déterminé par rapport à la masse. Le dispositif comprend en outre deux triodes 45 et 46, constituées par les deux moitiés d'une double triode et branchées comme amplificatrices à couplage dans le circuit de cathode. Ces tubes servent à coupler le circuit "Eccles-Jordan" précédemment décrit à un tube enregis- treur 1, à décharge dans une atmosphère gazeuse.
Des résistances 50 de va- leur élevée couplent l'anode de la triode 43 à la grille de la triode 45 et l'anode de la triode 44 à la grille de la triode 46. Les grilles des triodes 45 et 46 sont reliées à la masse par l'intermédiaire de résistances 51. Lorsque la triode 43 est conductrice, la chute de tension produite dans sa résistance de charge d'anode 49 a pour effet de rendre la grille de la triode 45 moins positive. Il en résulte une diminution du courant traver- sant une résistance de charge de cathode 52 de cette triode et une augmen- tation de la tension par rapport à l'anode 2 des cathodes 4, 6, 8, 10 et 12 dont la borne commune 60 est directement reliée à la cathode de la triode 45.
En même temps que la différence de tension entre les cathodes reliées à la connexion 60 et l'anode 2 augmente, il se produit une diminution de la tension entre cette anode et les cathodes reliées à la connexion 59.
Cette diminution provient du fait que la triode 44 devient non conductrice lorsque la triode 43 devient conductrice, si bien qu'une tension positive élevée est appliquée à la grille de la triode 46. Une'forte chute de tension est ainsi produite dans la résistance de charge de cathode 52 de la triode 46, si bien que la différence de tension entre la connexion commune 59 et l'anode 2 est réduite, cette connexion étant reliée à la cathode de la trio- de 46.
Inversément, lorsque la triode 44 est conductrice, la différen- ce de tension entre les cathodes reliées à la connexion 59 et l'anode 2 est accrue et la différence de tension entre les cathodes reliées à la con- nexion 60 et la dite anode est réduite.
Des redresseurs 64 qui peuvent être constitués par des diodes thermioniques ou par des redresseurs à cristal font partie de deux circuits auxiliaires identiques destinés à faire chevaucher les variations de po- tentiel de cathodes adjacentes du tube 1. Ce chevauchement est obtenu du fait que les dits circuits comprennent chacun un condensateur 62, une résis- tance élevée 63 et un redresseur 64 et présentent par conséquent des constan- tes de temps totalement différentes selon la polarité des impulsions appa- raissant aux grilles des triodes 45 ou 40.
Ainsi, ces circuits auxiliaires s'opposent à une augmentation brusque du potentiel de la grille de l'une quel- conque des triodes 45 ou 46 du fait que les redresseurs sont conducteurs
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pour cette polarité de variations de tension, si bien que les condensateurs 62 sont entièrement efficaces et s'opposentà ces variations de tension.
Cependant, pour une brusque diminution du potentiel de l'une quelconque des grilles, le redresseur 64 correspondant n'est pas conducteur et permet ainsi une modification du potentiel de cette grille dans le sens négatif aussi rapide que le permettent les autres constantes de temps du dispositif. Grâce à la présence de ces circuits'présentant une constante de temps dans un seul sens, la diminution de la tension entre l'une quelconque des connexions 59 et 60 et l'anode 2 est retardée, sans que l'augmentation de la tension en- tre l'autre et l'anode 2 ne soit retardée, lors d'un brusque changement des états de conduction respectifsdes triodes 43 et 44 provoqué par une impul- sion d'entrée appliquée aux bornes 41.
Pour cette raison, à chaque modifi- cation des potentiels respectifs de cathodes adjacentes du tube 1, les deux cathodes adjacentes reçoivent une décharge simultanément pendant un court espace de temps, grâce au chevauchement des différences de tension élevées entre ces cathodes et l'anode 2. Ce chevauchement assure un transfert forcé de la décharge, à partir de la traverse de l'une des cathodes jusqu'à la racine de la cathode adjacente correcte. On a constaté que les capacités réparties des électrodes, conjointement avec les lois physiques d'établis- sement et d'extinction des décharges luminescentes, peuvent assurer un ef- fet de.chevauchement suffisant pour permettre de supprimer les éléments accessoires 62,63 et 64.
Pour provoquer l'amorçage de la décharge sur la cathode 4, on ouvre momentanément des interrupteurs 37, 38 et 39, normalement fermés. Ce- la a pour effet de rendre la triode 43 conductrice et de faire augmenter la différence de potentiel entre la connexion 60 et l'anode 2, si bien qu'une décharge s'amorce sur la seule cathode 4. Lorsqu'une impulsion négative parvient aux bornes d'entrée 41, les états de conduction respectifs des triodes 43 et 44 sont inversés mais, grâce à l'effet du condensateur de che- vauchement 62, la différence de potentiel entre la connexion 60 et l'anode 2 ne diminue pas immédiatement si bien que les cathodes 4 et 5 sont momen- tanément maintenues à des potentiels approximativement égaux.
Cet état de choses a pour conséquence une double décharge lumi- nescente : l'une aboutissant à la traverse de la cathode 4 et l'autre à la racine de la cathode 5. Il ne peut y avoir de doute quant à la position de la luminescence sur la cathode 5, à cet instant par ce que la surabondance de ions produits par la décharge aboutissant à la traverse 14 a inmanqua- blement pour effet d'assurer l'amorçage d'une décharge sur la racine de la cathode 5.
L'action de retard du condensateur 62 est très brève et la diffé- rence de tension entre la connexion 60 et la cathode 4 d'une part et l'anode 2 d'autre part diminue, si bien que la décharge sur cette cathode est étein- te grâce à la présence d'une résistance de charge commune 48 qui est dimen- sionnée de façon à être incapable de laisser passer normalement un courant correspondant à une décharge aboutissant à plus d'une cathode. Une décharge luminescente unique ayant été amorcée sur la racine de la cathode 5, cette décharge se déplace le long de la surface de cette cathode sous l'effet du gradient électrostatique dû à la configuration géométrique du tube et sé sta- bilise sur la traverse 15 de la cathode 5.
Ce déplacement de la décharge lu- minescente sur la surface de la cathode 5 a cependant ,pour conséquence de transporter la région de grande densité en ions loin de la cathode 4 et en contact intime avec la cathode 6. Par conséquent, l'impulsion d'entrée sui- vante produit des effets similaires à ceux qu'on vient de décrire pour trans- férer la décharge jusqu'à la traverse de la cathode 6. Ce processus se répè- te en série et assure un fonctionnement d'enregistrement cyclique du tube 1 sous l'effet d'impulsions d'entrée successives. Pour le fonctionnement en cascade, les impulsions apparaissant aux bornes de la résistance de charge 36 de l'électrode de'repère 4 sont transmises à des bornes de sortie 40.
On se rendra compte que de nombreuses formes géométriques dif- férentes peuvent être données aux cathodes du tube 1 par les gens du métier pour obtenir des transferts de décharge luminescente tel que ceux effectués dans les dispositifsdécrits. La caractéristique importante de ce dispositif
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est constituée par des cathodes dont la surface de luminescence présente deux points ou deux surfaces entre lesquels il existe une telle différence d'intensité de champ électrique que la décharge ayant été amorcée en un premier de ces points ou de ces surfaces se déplace jusqu'au second au- quel elle se fixe à l'état d'équilibre.
Il convient de remarquer que, avec la configuration géométrique décrite en référence aux fige 1 et 2, le gradient de champ électrique pro- duit le long de la racine allongée de chacune des cathodes et qui provoque le déplacement de la décharge luminescente le long de cette racine, n'est pas seulement dû au gradient d'espace géométrique séparant chaque cathode de l'anode, à partir de la traverse de cette cathode jusqu'à sa racine, mais également au fait que l'extrémité de chaque cathode ou sa traverse présente un rayon de courbure beaucoup plus petit que'sa racine également recourbée et que, par conséquent, le champ électrique est beaucoup plus concentré au voisinage de cette traverse que le long de cette racine.
L'invention n'est donc pas limitée aux dispositifs représentés et décrits, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes.
REVENDICATIONS.
1) Dispositif électrique comprenant au moins un tube à décharge luminescente 'dans une atmosphère gazeuse, caractérisé en ce que le dit tube comprend une anode et plusieurs cathodes sensiblement équidistantes de cette anode et conformées de manière qu'une partie de chacune d'elles soit sensi- blement équidistante de la dite anode et d'une autre des dites cathodes.