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DISPOSITIFS A DECHARGE GAZEUX.
La présente invention est relative aux dispositifs à décharge ga- zeux et plus particulièrement auxdits dispositifs du type à décharge lumines- cente et à cathode froide.
Les dispositifs du type auquel la présente' invention se rapporte comprennent, en général, une enveloppe dans laquelle se trouve un milieu io- nisable, tel qu'un gaz ou un mélange de gaz, ainsi qu'une anode et une catho- de'montées à l'intérieur de l'enveloppe. Certains dispositifs de construction connue révèlent une résistance négative dans certaines conditions opératoires.
Spécifiquement, la pente de la courbe courant-tension statique est négative dans une région comprise entre les tensions de rupture et de maintien en servi- 'ce du dispositif. Toutefois, dans les dispositifs connus, dans la région opé- ratoire ou s'obtient la résistance négative, le courant est très faible, à savoir de l'ordre de microampères. De plus, la caractéristique courant-tension statique est instable et ne peut être reproduite d'un dispositif à un autre.
La pente de courbe en question varie, en outre, de manière notable avec le cou- rant, à tel point que le maintien d'un point opératoire satisfaisant est ex- trêmement difficile, sinon impossible. De plus, cette pente varie avec la fré- quence et peut devenir positive, par exemple à des fréquences de quelques cen- taines de cycles et davantage.
Un des objets de la présente invention est l'amélioration des ca- . ractéristiques de rendement des dispositifs à décharge gazeux et l'amélioration de leurs possibilités de fonctionnement.
Plus spécifiquement, l'invention a encore pour objets d'obtenir des caractéristiques d'impédance stables et susceptibles d'être reproduites pour des dispositifs à décharge gazeux, une résistance négative à des courants de fonctionnement intenses et dans de larges gammes de courants et de fréquen- ces, une inductance et une résistance sensiblement constantes dans une large
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gamme de fréquences, et une pente négative sensiblement constante de la ca- ractéristique courant-tension dans une certaine gamme de fréquences. D'au- tres objets de l'invention consistent à permettre l'amplification et la trans- mission de signaux dans deux voies, dans un seul dispositif de décharge lumi- nescente et à faciliter une variation contrôlée de l'impédance de ces disposi- tifs.
Dans une forme d'exécution illustrative de la présente invention, un dispositif à décharge luminescente comprend une cathode froide et une anode montées l'une à côté de l'autre dans une enveloppe où règne une atmosphère io- nisable. La cathode est avantageusement en un métal réfractaire, tel que molyb- dène, tantale ou colombium, bien que des cathodes du type à revêtement par oxy- de, telles que celles comportant un revêtement d'oxyde de baryum sur une base de nickel:, puissent être utilisées. L'atmosphère ionisable peut être un gaz rare, tel que néon ou argon, ou un mélange de gaz,par exemple d'hélium et de néon.
Suivant une particularité importante de l'invention, la structure de la cathode,l' intervalle cathode-anode, @ cathode-anode et la pression de gaz sont en relation mutuelle telle qu'on obtient des caractéris- tiques d'impédance prescrites et susceptibles d'être reproduites, ces caracté- ristiques présentant par ailleurs une grandeur et un signe prédéterminés.
Suivant une particularité plus spécifique de l'invention, les pa- ramètres mentionnés ci-avant sont réglés l'un par rapport à l'autre, de façon qu'à une tension cathode vers anode, supérieure à la tension de maintien mini- ma, dans la gamme des tensions anormales, la composante résistive de l'impé- dance du dispositif est négative. Cette résistance négative s'obtient dans une gamme de courants de fonctionnement intenses et dans une large gamme de fré- quences des signaux appliqués au dispositif.
Les dispositifs construits selon la présente invention conviennent pour la transmission unilatérale ou bilatérale de signaux par exemple dans les circuits de commutation ou de transmission téléphonique. Grâce à la caractéris- tique de résistance négative, l'amplification des signaux est réalisable. De plus, les dispositifs suivant la présente invention peuvent être utilisés avec avantage dans les oscillateurs, modulateurs, systèmes de commutation, filtres, éléments de chargement de ligne de transmission, dispositifs à impédance va- riable, etc...
Les particularités précitées ainsi que d'autres particularités de l'invention ressortiront de la description détaillée suivante, en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif à déchar- ge luminescente illustrant une forme d'exécution de l'invention; - la figure 2 est une vue en plan montrant la configuration et la relation entre les électrodes dans le dispositif illustré à la figure 1; - la figure 3 est un schéma de circuit d'un amplificateur compor- tant un dispositif à décharge construit selon la présente invention; - les figures 4, 5 et 6 sont des graphiquesillustrant les carac- téristiques d'un dispositif à décharge luminescente du type illustré aux fi- gures 1 et 2;
- les figures 7 à 11 sont des graphiques illustrant les relations existant entre les paramètres du dispositif illustré à la figure 1 et les ca- ractéristiques de fonctionnement de ce dispositif; - les figures 12 et 13 sont respectivement une vue en élévation et une vue en plan d'un dispositif à décharge luminescente illustrant une autre forme d'exécution de l'invention, - la figure 14 est une vue en perspective d'un dispositif à déchar- ge luminescente illustrant encore une autre forme d'exécution de l'invention;
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- la figure 15 est une vue en élévation d'un autre dispositif construit selon l'invention; - les figures 16 et 17 sont respectivement une vue en élévation et une vue en plan d'une-autre forme d'exécution de l'invention;
- les figures 18 et 19 sont respectivement une vue en éléva- tion et une vue en plan d'une autre forme d'exécution de l'invention; - la figure 20 est un schéma de circuit illustrant une manière dont les dispositifs construits suivant l'invention peuvent être utilisés dans un système de transmission à communication par deux voies ; - les figures 21 et 22 sont des schémas de circuit illustrant'des oscillateurs comportant des dispositifs à décharge luminescente construits selon la présente invention; - la figure 23 est un diagramme illustrant une application des dispositifs selon l'invention au chargement d'une ligne de transmission;
- la figure 24 montre schématiquement une application des dis- positifs selon l'invention à des réseaux de filtres, et - les figures 25 et 26 sont des schémas illustrant les caractéris- tiques de rendement typiques d'un amplificateur suivant l'invention.
Le dispositif à décharge luminescente illustré aux figures 1 et 2 comprend une enveloppe 30, contenant une atmosphère gazeuse. Dans l'enve- loppe est monté un support 31. L'enveloppe 30 est fixée à une base 32 portant des bornes ou fiches 33. Dans l'enveloppe 30 est également montée une cathode en U en matière réfractaire,telle que le molybdène. La cathode peut être constituée par une feuille, par exemple, une feuille de molybdène d'une épais- seur de 0,051 cm. La cathode 34 est montée sur un fil rigide 35 connecté à une des broches ou bornes 33. En regard du côté ouvert de la cathode 34 se trouve une anode linéaire 36 avantageusement réalisée en un métal réfractai- re, tel que le molybdène, le diamètre de l'anode 36 étant, par exemple, de 0,03 cm.
L'anode 36 s'étend parallèlement au passage ménagé entre les deux branches de la cathode 36 et est supportée par un fil rigide 37 connecté à l'autre des broches ou bornes 33.
Un circuit, dans lequel le dispositif de la figure 1 peut être utilisé, est illustré à la figure 3. Comme le montre cette figure, une source appropriée de courant continu, telle qu'une batterie 38, est reliée entre 1' anode et la cathode en série avec une charge 40 affectant la forme d'une ré- sistance. Une seconde résistance 39 peut être connectée entre la source de courant et l'anode 36, comme le représente la figure 3. Un signal d'entrée variable ou alternatif provenant d'une source 41 est appliqué au dispositif en relation de superposition avec la polarisation de courant continu due à la source 38, par l'intermédiaire d'une résistance 42 et d'un condensateur 43.
L'impédance d'un dispositif affectant la structure décrite ci- dessus, déterminée par la superposition d'un faible signal de courant alter- natif, par exemple de l'ordre de 5-10 % du courant de fonctionnement continu, avec ce dernier courant,est une réactance inductive en série avec une résis- tance. En général, l'impédance et plus particulièrement les deux composantes de celle-ci, sont fonction du courant de fonctionnement continu et de la fré- quence. De plus, il a été trouvé qu'én établissant une corrélation appropriée entre les paramètres significatifs du dispositif, on peut obtenir une résis- tance négative dans une gamme de fonctionnement particulièrement utile du dis- positif.
Les principaux parmi ces paramètres significatifs sont l'intervalle cathodique C G, c'est-à-dire la distance entre les surfaces juxtaposées effi- caces de la cathode limitant le passage ménagé dans celle-ci, l'intervalle ano- dique A G, c'est-à-dire la distance qui sépare l'anode des bords de la cathode les plus proches de celle-ci, la nature du gaz et la pression de celui-ci. La relation entre ces paramètres, nécessaire pour obtenir la résistance négative,
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ne se prête pas facilement à des analyses mathématiques.
Toutefois, ainsi qu' il sera expliqué ci-dessous dans certains détails, il existe des séries de re- lations uniques, dans lesquelles interviennent la structure géométrique de la cathode, l'intervalle séparant la cathode de l'anode et la pression du gaz, ces relations permettant d'obtenir, pour le dispositif, des caractéristiques d'impédance prescrites et particulièrement utiles.
Des relations générales sont illustrées aux figures 4, 5, et 6, les graphiques de ces figures montrant les caractéristiques d'un dispositif du type illustré à la figure 1, dans lequel l'intervalle cathodique C G est de 0,058 cm, l'intervalle anodique AG est de 0,038 cm et la profondeur du passage de la cathode CO est de 0,165 cm, le remplissage gazeux de l'envelop- pe 30 étant constitué par du néon à une pression de 58 mm de mercure.
Le graphique de la figure 4, dans lequel on a indiqué en ordonnée la tension du tube en volts et en abscisse, le courant de fonctionnement con- tinu en milliampères, indique les variations de la tension régnant aux bornes des électrodes du dispositif, en fonction du courant de fonctionnement conti- nu. Comme le montre ce graphique, dans une gamme de tensions allant de la ten- sion de rupture située quelque peu au-dessus du point B jusqu'à la tension de maintien minimum indiquée au point So , la résistance du dispositif est néga- tive. Toutefois, dans cette gamme de tensions, le courant est très faible, tan- dis que la résistance est instable, varie d'un tube à l'autre et est difficile à prédéterminer avec précision.
Dans la gamme des tensions situées au-dessus de la tension de maintien minimum S0, laquelle gamme est communément désignée sous l'appellation de gamme des tensions anormales, on notera que la carac- téristique s'élève jusqu'à un point Ni, tandis que, dans la gamme de tensions située entre S0 et NI, la résistance est positive. Toutefois, immédiatement au delà du point NI., la pente de la relation tension-courant est négative, en sorte qu'une résistance négative s'obtient pour les points situés entre Ni et N2, qui correspondent, de manière générale, à des courants de fonctionnement d environ 8,5 et 16 milliampères. Au-delà du point N2, la caractéristique croit à nouveau, c'est-à-dire qu'elle a une pente positive, en sorte que la résis- tance est également positive.
Pour des conditions de courant alternatif, c'est-à-dire lorsqu'un signal de courant alternatif est superposé au courant de fonctionnement direct, les composantes de l'impédance du dispositif varient avec la fréquence et le courant de fonctionnement continu, comme illustré aux figures 5 et 6. Ainsi, comme le montre la figure 5 '(-abscisse : courant de fonctionnement continu en milliampères ; ordonnée : résistance en ohms - inductance en millihenries), l'inductance est positive et décroît, de manière générale, lorsque le courant de fonctionnement continu augmente. L'inductance pour deux fréquences du sig- nal de courant alternatif appliqué, à savoir des fréquences spécifiques de 300 cycles et de 3 kilocycles, sont représentées par les deux courbes supérieu- res de la figure 5.
Comme on le verra, la différence d'inductance pour ces deux fréquences est relativement faible. Similairement, les deux courbes infé- rieures de la figure 5 montrent la composante résistive de.l'impédance pour ces deux fréquences. Comme le montrent nettement les graphiques des figures, pour des courants de fonctionnement continus d'environ 8 milliampères et davan- tage, la résistance est négative et est maximum pour un courant de fonction- nement continu de 11,6 milliampères. Ce point de résistance maximum est désig- né dans le présent mémoire sous l'appellation de courant optimum CO.
La courbe de la figure 4 a été obtenue en permettant à la tension d'atteindre une valeur d'équilibre à chaque valeur de courant. Pour des cou- rants plus intenses, il se produit un chauffage appréciable de la cathode avec une diminution résultante de la densité du gaz au voisinage de la cathode.
Lorsqu'on ne laisse pas à ce chauffage le temps de se produire, c'est-à-dire lorsqu'on fait les lectures à des intervalles de temps de moins d'une demi- seconde environ, pendant l'accroissement de l'intensité du courant, la limite supérieure N2 de la figure 4 se produit à des courants comparables à la limite représentée a la figure 5.
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Pour un dispositif du type décrit ci-dessus et dans lequel le courant de fonctionnement est maintenu à la valeur optimum de 11,6 milliam- pères, la relation entre la résistance et l'inductance, d'une part, et la- fréquence, d'autre part, est telle qu'illustrée à la figure 6 (abscisse : fréquence en cycles par seconde ; ordonnée : résistance en ohms - inductance en millihenries). Comme le montre la figure 6, l'inductance croît graduelle- ment dans la gamme de fréquences allant de 100 à plus de 10.000 cycles. Quant à la résistance, elle est négative et sensiblement constante dans la gamme de fréquences allant de 100 à 5.000 cycles.
On doit's'attendre non seulement à ce que la résistance et l'inductance soient uniformes dans une large gamme de fréquences, ainsi qu'il ressort de la figure 6, mais également à ce que ces impédances soient stables et puissent être reproduites d'un dispositif à l'au- tre.
Comme il a été indiqué ci-dessus, la résistance négative dépend d'un certain nombre de paramètres. Les relations entre ceux-ci sont figurées aux figures 7 à 11 inclusivement. Ces dernières figures illustrent les rela- tions entre paramètres pour un dispositif du type illustré à la figure 1, mais dans lequel un paramètre significatif subit des variations de la manière indi- quée ci-dessous.
La figure 7 représente la relation entre le courant optimum en milliampères, (abscisse)- pour une résistance négative et l'intervalle catho- dique en pouces (ordonnée). Comme le montre cette figure, le courant opti- mum croit de manière sensiblement linéaire à mesure que croît l'intervalle cathodique. Bien que le courant optimum varie avec l'augmentation de l'inter- valle cathodique de la manière indiquée à la figure 7, on a constaté que ce - courant ne varie que peu en fonction des variations de la pression du gaz et de la fréquence opératoire. Ainsi, pour ce qui est de la fréquence, le courant optimum est, comme illustré à la figure 5, sensiblement le même pour des fré- quences de 300 cycles et de 3 kilocycles.
La relation générale entre la résistance négative et l'intervalle anodique, tous les autres paramètres étant maintenus constants, est illustrée à la figure 8 (abscisse : intervalle anodique en pouces; ordonnée : résistan- ce en ohms). La résistance est négative et sensiblement constante dans une lar- ge gamme de valeurs de l'intervalle anodique allant jusqu'à une valeur criti- que apparaissant pour un intervalle anodique de 0,122 cm (0,048 pouce). Au de- là de cette valeur, la résistance négative décroît rapidement et devient fi- nalement positive. La valeur de l'intervalle anodique, pour laquelle la résis- tance négative disparaît a été appelée la limite anodique AL. Cette limite dé- pend de l'intervalle cathodique et de la pression de gaz.
Des relations spé- cifiques entre ces derniers paramètres ressortiront de l'examen de la figure 9, dans laquelle sont indiquées les valeurs de la limite anodique en fonction de la pression du remplissage gazeux, pour différentes valeurs de l'intervalle cathodique. Pour l'élaboration des diverses courbes de la figure 9, le dispo- sitif a été actionné à la valeur de courant de fonctionnement continu optimum.
Ainsi, qu'il ressort de cette figure, la limite anodique croît lorsqu'augmente- l'intervalle cathodique, tandis que cette limite décroît lorsqu'augmente la pression de gaz. Comme indiqué par les points X et Y, la limite anodique est affectée par le courant opératoire, ces deux points représentant les condi- tions qui prévalent pour un courant de fonctionnement supérieur à la valeur optimum. Sur cette figure 9, on a indiqué en abscisse la pression du remplis- sage de néon du dispositif en millimètres de mercure, tandis qu'on a indiqué en ordonnée les valeurs de la limite anodique en pouces. La région hachurée est celle qui correspond à une résistance positive pour ,toutes les valeurs des intervalles cathodiques, des intervalles anodiques et des courants.
Les-points X et Y sont obtenus pour un intervalle cathodique de 0,045 et de 0,018 pouce respectivement et correspondent au courant maximum auquel la résistance négative peut être obtenue. Les courbes A, B et C sont tracées pour un intervalle cathodique de 0,045, 0,018 et 0,008 pouce respec- tivement (courant optimum).
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Pour des intervalles anodiques inférieurs à celui correspondant à la limite anodique, l'inductance du tube est essentiellement indépendante de l'intervalle anodique.
La pression de gaz constitue également un paramètre significatif, en ce sens qu'elle affecte la relation entre la résistance et la fréquence, ainsi qu'il ressort de la figure 10 (abscisse : fréquence en cycles par se- conde; ordonnée : résistance en ohms). A la figure 10, chacune des courbes se rapporte à un dispositif dans lequel règne une pression de gaz différente, dont les valeurs sont indiquées pour chaque courbe. La pression de gaz effi- cace est déterminée en réglant l'intervalle anodique sous la limite anodique, telle que déterminée à la figure 8, et en réglant le courant opératoire à la valeur optimum donnée par la figure 7. L'intervalle anodique et le courant opératoire étant ainsi déterminés, l'impédance peut être mesurée en fonction de la fréquence pour une gamme de pressions de gaz.
Les courbes de la figure 10 indiquent des caractéristiques pour un intervalle cathodique de 0,061 cm.
Comme le montre la figure 10, pour des pressions inférieures à 32 mm environ et supérieures à 71 mm environ, aucune résistance négative ne peut être obte- nue pour la valeur précisée ci-avant de l'intervalle cathodique. Pour d'au- tres pressions de gaz, le gaz étant dans chaque cas constitué par du néon, la résistance varie en fonction de la fréquence, comme l'indique la figure. Il est particulièrement à noter que la résistance est sensiblement constante, quelle que soit la fréquence, pour des pressions de gaz de l'ordre de 59 à 69 mm.
On a constaté que la limite supérieure de pression de gaz, pour laquelle une résistance négative peut être obtenue, croit lorsque l'interval- le cathodique est réduit. Pour des intervalles cathodiques excessivement fai- bles, par exemple de l'ordre de 0,013 cm, la limite supérieure pour la pres- sion de l'atmosphère de néon est d'environ 150 mm de mercure.
Il ressort de l'examen de la figure 10 que, pour la structure géométrique particulière d'électrode illustrée à la figure 1, une résistance négative peut être obtenue, si la pression de gaz se trouve comprise entre 30 et 120 mm environ, quels que soient l'intervalle cathodique, la fréquence, l'intervalle anodique et le courant opératoire.
L'inductance reste sensiblement indépendante de la pression et de la fréquence dans la gamme indiquée à la figure 10, sauf qu'à des pressions inférieures à 50 mm de mercure environ, il se manifeste une certaine réduction de l'inductance, en particulier aux valeurs les plus faibles de la fréquence.
L'inductance est comprise entre 7 et 14 millihenries, dans toute la gamme des fréquences et des pressions indiquées à la figure 10.
Une autre relation significative, à savoir celle entre la résis- tance et la fréquence, pour diverses valeurs de l'intervalle cathodique, est représentée à la figure 11 (abscisse : fréquence en cycles par seconde ; or-donnée : résistance en ohms). Les valeurs des inductances sont indiquées pour chaque courbe de la figure 11. Pour le tracé des courbes de cette figure, on a utilisé un dispositif à atmosphère de néon à une pression de 50 millimètres de mercure et on a fixé les effets de l'intervalle anodique et du courant de fonctionnement, de la manière décrite ci-dessus à propos de la figure 10.
Il est à noter que, comme le montre la figure 11, une résistance négative ne peut être obtenue pour la structure géométrique d'électrode particulière, dans laquelle les intervalles cathodiques sont fortement supérieures à 0,114 cm (0,045 pouce). La limite inférieure de l'intervalle cathodique paraît seu- lement être déterminée par des considérations mécaniques. Pour des interval- les cathodiques extrêmement faibles, on a besoin d'un intervalle anodique très faible, ce qui est difficile à maintenir. De plus, un tel intervalle anodique faible implique une tendance à une insuffisance ou carence en raison de la ma- tière cathodique débitée qui s'accumule sur l'anode.
Certains autres facteurs, qui exercent une influence sur l'impé- dance, en particulier la résistance du dispositif, peuvent être discutés briè-
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vement. Les dimensions de l'anode nont que peu d'importance. Ainsi, dans un dispositif du'type illustré à la figure 1, des diamètres d'anode compris en- tre 0;010 cm et 0,150 cm ont été utilisés et les impédances trouvées se sont révélées sensiblement les mêmes que celles obtenues dans le cas particulier décrit ci-dessus, bien que pour des anodes de plus grandes dimensions, la li- mite anodique soit quelque peu plus élevée. Des caractéristiques similaires ont été obtenues avec des anodes planes de grande surface.
Le passage ménagé dans la cathode du dispositif de la figure 1, possède la longueur indiquée à la figure l, ainsi que la profondeur et la largeur indiquées à la figure 2. Dans les dispositifs particuliers, décrits ci-dessus, la longueur dudit passage est de 0,328 cm. En général, pour obte- nir des résistances négatives stables, il est avantageux que la profondeur et la longueur du passage cathodique soient sensiblement supérieures à l'inter- valle cathodique et soient en relation telle par rapport à celui-ci que la luminescence recouvre toute la surface de limitation dudit passage.
Si la profondeur ou la longueur sont augmentées sensiblement, sans changer un autre paramètre, il se produit, bien que des résistances négatives puissent être ob- tenues, une tendance à des changements dans les caractéristiques opératoires résultant du décalage ou déplacement de la luminescence dans le passage. Il a été constaté que des caractéristiques d'impédance pour une cathode présen- tant des dimensions déterminées en longueur, profondeur et intervalle, peuvent être reproduites pour d'autres cathodes, en multipliant toutes les dimensions par un facteur constant et en divisant la pression de gaz par le même facteur.
Comme il a été indiqué ci-dessus, la cathode peut être constituée en un certain nombre de matières. Dans les dispositifs présentant les caracté- ristiques indiquées aux figures 4 à Il, les cathodes étaient constituées par des feuilles de molybdène. Les mêmes caractéristiques peuvent sensiblement être obtenues avec des cathodes en feuilles de tantale, de colombium et de nickel revêtu d'oxyde de baryum.
Des mélanges de néon et d'hélium peuvent être utilisés au lieu de néon pur. Ainsi, des dispositifs dans lesquels un certain nombre de tels mé- langes, contenant jusqu'à 10 % d'hélium, ont été utilisés. Ces dispositifs présentaient sensiblement-les mêmes caractéristiques que ceux décrits ci-des- sus.
La caractéristique de résistance négative peut également être ob- tenue avec des structures géométriques de cathode autres que celle décrite à la figure 1. Plusieurs de ces autres structures de cathode sont illustrées aux figures 12 à 19 inclusivement.
Dans le dispositif illustré aux figures 12 et 13, la cathode 341 affecte une forme générale en V et l'anode 361 se présente sous la forme d'une tige se terminant au voisinage d'une des extrémités de la cathode. Dans une forme de construction typique, l'anode est constituée par une tige de nickel d'un diamètre de 0,254 mm, tandis que la cathode est formée d'une feuille de tantale d'une épaisseur de 0,020 mm. Le passage ménagé dans la cathode a une profondeur et une longueur de 0,635 cm. L'intervalle prévu à l'extrémité de la partie droite du passage est d'environ 0,76 mm, tandis que le rayon de la courbure ménagée à la base dudit passage est d'environ 0,254 mm.
L'intervalle anodique mesure approximativement 0,254 mm et l'atmosphère gazeuse de l'enve- loppe 30 est constituée par de l'argon sous une pression de 20 mm de mercure.
Avec ce dispositif particulier, des résistances négatives de l'ordre de 1500 ohms ont été obtenues à une fréquence de 4000 cycles par seconde et à un cou- rant de fonctionnement de 6 milliampères.
Dans le dispositif illustré à la figure 214, la cathode, désignée, de manière générale, par la notation de référence 34 , est constituée par deux plaques parallèles montées rigidement sur le support cathodique 35, tandis que l'anode 362 est supportée par le conducteur d'entrée 37 parallèle à et' équidistant d'un côté des plaques cathodiques 34A et 34B.
En général on a cons- taté que l'intervalle cathodique, c'est-à-dire la distance entre les plaques
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parallèles 34A et 34B, doit être inférieure à la largeur ou longueur des pla- ques, Dans une forme d'exécution qui s'est révélée satisfaisante, les plaques cathodiques peuvent avoir une largeur et une longueur de 0,635 cm, l'inter- valle cathodique c'est-à-dire la distance séparant les plaques, peut être de 0,038 cm et 0,089 cm, le gaz néon peut être à une pression comprise entre 35 et 75 mm de mercure et l'intervalle anodique peut être de 0,102 cm.
Dans le dispositif illustré à la figure 15, la cathode;, désignée, de manière générale, par la notation 34, est constituée par des plaques ou disques 45, 46 et 47, dans lesquelles sont mélangées des ouvertures coaxiales, dans l'axe desquelles s'étend l'anode 363.
Dans une forme d'exécution typique, le gaz est constitué par du néon à une pression de 35 à 75 mm de mercure, le diamètre de l'ouverture ménagée dans les plaques 46 et 47 peut être de 0,396 cm,la largeur de la plaque 45 peut être de 0,05 cm et le diamètre de l'ou- verture ménagée dans cette dernière plaque peut être supérieur à celui des ouvertures des plaques 46 et 47 dans une mesure égale ou supérieure à la lar- geur ou épaisseur de la plaque 45. Ainsi, dans une structure spécifique, le diamètre de l'ouverture 45 est de 0,71 cm, tandis que le diamètre de l'anode peut être de 0,030 cm.
Dans une autre forme d'exécution illustrée aux figures 16 et 17 et permettant l'obtention d'une résistance négative à des courants de fonc- tionnement élevés, la cathode 344 affecte la forme d'un cylindre aplati, tandis que l'anode 364 est constituée par une tige se trouvant en face d'une extrémité de la cathode. La cathode peut être formée par 4 spires d'un fil mé- tallique d'un diamètre de 0,05 cm., les dimensions transversales de ladite ca- thode pouvant être de 0,05 cm et 0,10 cm. Le gaz peut être du néon et l'inter- valle anodique de même que les pressions de gz peuvent être compris dans les limites précisées ci-dessus à propos des dispositifs illustrés aux figures 1 et 2.
Dans une autre forme d'exécution de la présente invention, illus- trée aux figures 18 et 19, la cathode 345 peut affecter une forme en V, le pas- sage ménager dans ladite cathode pouvant avoir une profondeur de 0,16 cm et une ouverture de 0,064 cm. Le gaz peut être constitué par du néon et les pressions de gaz peuvent être comprises dans les limites spécifiées ci-dessus à propos du dispositif illustré aux figures 1 et 2. L'intervalle anodique peut être de l'ordre de 0,064 cm.
On comprendra que dans les dispositifs illustrés aux figures 12 à 19, la cathode peut être en l'une ou l'autre des matières spécifiées cidessus, tandis que des mélanges de gaz, tels que ceux indiqués lors de la description du dispositif représenté aux figues 1 et 2, peuvent être em- ployés.
Il ressort de ce qui précède que l'invention peut être mise en oeuvre sous un grand nombre de formes d'exécution, en établissant entre les paramètres significatifs une corrélation appropriée de la manière indiquée dans le présent mémoire. Non seulement, on peut obtenir une résistance néga- tive, mais cette résistance peut présenter une valeur variant dans de larges limites pour un dispositif particulier, ainsi qu'il ressort, par exemple, des figures 5, 10 et 11, notamment en opérant à un point ou dans une région prédé- terminée.
En général, il s'est révélé particulièrement avantageux que la ten- sion opératoire soit égale à ou supérieure à la tension de luminescence nor- male pour la matière constitutive de la cathode et la nature du gaz, mais cet- te tension de fonctionnement ne devra pas excéder sensiblement la tension de luminescence normale additionnée du potentiel d'ionisation pour le gaz. Ainsi, dans le cas d'un dispositif à cathode en molybdène et à remplissage au néon, la tension de luminescence normale est de 105 à 110 volts environ, tandis que le potentiel d'ionisation du néon est approximativement de 21 volts, en sorte que la gamme particulièrement avantageuse de tensions opératoires est celles allant de 106 à 130 volts environ.
Les dispositifs construits selon la présente invention conviennent particulièrement comme amplificateurs, un circuit illustratif pour cette appli-
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cation étant représenté à la figure 3. Bien que la résistance négative, dé- terminée sur la base d'un courant continu, comme illustré à la figure 4, s'é- tende sur une gamme de courants quelque peu limitée, par exemple de 8,5 à 15 milliampères environ, l'impédance de courant alternatif a une composante ré- sistive négative dans une gamme sensiblement plus large de courants.
Ainsi, dans un dispositif du type illustré à la figure 1 et possédant une caractéris- tique de courant continu telle que celle illustrée à la figure 4, la composan- te résistive de l'impédance de courant alternatif est négative pour des varia- tions de courant de + 10 milliampères à partir d'un point correspondant à un courant continu de fonctionnement de 18 milliampères. Pour une variation plus faible du courant, à savoir une variation de + 2 milliampères à partir d'une valeur de courant de 11,6 milliampères, la variation de la résistance est de # 3 %.
Ainsi qu'il a été signalé ci-dessus, en particulier lors de la descrip- tion des figures 5 et 6,,les composantes résistive et inductive de l'impédan- ce sont sensiblement constantes dans une large bande de fréquences.
Deux des facteurs de prime importance dans un amplificateur sont le gain et la largeur de bande. Il a été déterminé que, pour des dispositifs construits suivant la présente invention et utilisés dans un circuit présentant la configuration illustrée à la figure 3, le gain de tension d'insertion G réa- lisable par l'emploi du dispositif peut être exprimé par la relation
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si le condensateur 43 est suffisamment grand pour que, aux fréquences opéra- toires, sa réactance puisse être négligées et :
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si le condensateur 43 est tel qu'il neutralise l'inductance L à une fréquence fo comprise dans la gamme des fréquences opératoires.
Dans les équations (1) et (2) :
G gain de tension d'insertion;
RL = résistance de la charge 40 ;
RS = résistance de la source 42 ;
RT = résistance du dispositif à décharge 'luminescente ;
L = inductance du dispositif à décharge luminescente ;
G = capacitance du condensateur 43, et f =.fréquence.
La largeur de bande B, c'est-à-dire l'intervalle entre les fré- quences auquel le gain est inférieur de 3 décibels à celui obtenu à la fré- quence fo, est donnée par la relation ; RS + RL + @ Jij B-= RS RL + RT (3)
2 7r L
La compensation pour l'inductance du tube n'affecte pas matériel- lement la largeur de bande, mais permet un décalage de la gamme vers une par- tie désirée'du spectre de fréquences, sujet évidemment à la caractéristique résistance négative - fréquence du dispositif à décharge luminescente.
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Les caractéristiques de gain typique et de largeur de bande pour un dispositif du type illustré à,la figure 1, sont représentées aux figures 25 et 26 respectivement. A la figure 25 on a porté en abscisse la fréquence en cycles par seconde et en ordonnée le gain de tension d'insertion. A la fi- gure 26, on a porté en abscisse la largeur de bande en cycles par seconde et en ordonnée le gain de tension d'insertion.. A la figure 25, le troisième para- mètre R, indiqué pour chaque courbe, est égal à la somme de RS et RL, et les gains sont ceux pour un facteur proportionnel de RS et RL. A la figure 25, il faut remarquer en particulier le large gain qui peut être réalisé, ainsi que la large bande de fréquences à gain uniforme qui peut être obtenue, lors- qu'on opère sur le paramètre R.
Les dispositifs à décharge luminescente construits suivant la pré- sente invention peuvent être utilisés de manière particulièrement avantageuse comme amplificateurs à deux voies, notamment dans les systèmes téléphoniques.
Ainsi, comme illustré à la figure 20, le dispositif à décharge luminescente 30 est connecté en série entre deux postes d'abonné S1 et % par l'intermé- diaire de transformateurs T1 et T2. Le potentiel de courant continu nécessaire entre la cathode 34 et l'anode 36 du dispositif est obtenu à l'aide de sources de courant continu, telles que des batteries 50, connectées aux électrodes par des résistances de ballast 31. Des condensateurs 52 servent à by-passer les résistances 51, de façon que les courants de signaux de conversation ne tra- versent pas ces résistances. Les transformateurs T1 et T2 isolent le courant opératoire continu du dispositif 30 des postes d'abonnéset peuvent, en outre, être utilisés pour ajuster le niveau de l'impédance en vue d'obtenir une ampli- fication optimum.
On notera que dans la disposition illustrée à la figure 20 et dé- crite ci-dessus, des signaux de conversation émanant de l'un des postes S1 et S2 et transmis à l'autre poste seront amplifiés dans le dispositif 30. Les dis- positifs construits suivant la présente invention peuvent aussi être utilisés dans des générateurs d'oscillations, dont deux exemples sont illustrés, en ce qui concerne leur configuration de base, auxfigures 21 et 22. A la figure 21, le courant opératoire continu est fourni par la source 57 connectée à 1' anode 36 du dispositif 30 par l'intermédiaire d?une résistance réglable 56.
Aux bornes des électrodes du dispositif 30 sont connectés une inductance 54, qui est très élevée par rapport à 1'inductance du dispositif, un condensateur 53 et une résistance 55. La fréquence de résonance de l'oscillateur est déter- minée par l'inductance 54 et la capacitance 53 et peut être ajustée en faisant varier l'une ou l'autre de ces impédances. Comme l'inductance du dispositif 30 ne constitue qu'une faible portion de l'inductance de circuit totale, des changements dans le courant de fonctionnement continu du dispositif 30 ne mo- difient pas sensiblement la fréquence d'oscillation.
Dans un générateur d'oscillations typique de structure illustrée à la figure 21 et comportant un dispositif du type représenté à la figure 1, la fréquence des oscillations engendrées est de 7.100 cycles par seconde pour les paramètres suivants des éléments : source 57 = 225 volts, résistance 56 = 18.000 ohms, condensateur 53 = 0,016 microfarad, inductance 54 = 28 millihen- ries, résistance 55 = 90 ohms.
Dans le générateur d'oscillations illustré à la figure 22, le con- densateur 532 est-mis en résonance avec l'inductance du dispositif à décharge luminescente 30. La fréquence d'oscillation est donc fonction du courant tra- versant le dispositif 30 et peut être modifiée en conséquence, en changeant la résistance 56. Ainsi, ce générateur d'oscillations est du type à fréquence modulée. Dans un circuit spécifique comportant un dispositif du type illustré à la figure 1, la fréquence oscillatoire est par exemple de 1.500 cycles par seconde, lorsque la résistance 56 est telle que le courant opératoire conti- nu a une intensité de 9 milliampères, tandis que, lorsque la résistance 56 est réglée de fagon que l'intensité du courant de fonctionnement-atteigne 13 mil- liampères, la fréquence oscillatoire est de 2.000 cycles-par seconde.
Une autre application des dispositifs construits selon la présen-
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te invention est illustrée à la figure 23 et implique l'utilisation des com- posantes inductive et résistive des dispositifs. Les dispositifs 30 sont con- nectés en série dans chaque ligne d'une paire de lignes de transmission s'é- tendant entre les transformateurs T3 et T4. L'inductance des dispositifs est utilisée pour compenser les effets de shuntage de la capacitance entre les deux conducteurs- de lignée La résistance négative des dispositifs compense.les pertes-dues à la. résistance des conducteurs de ligne. Les transformateurs T3 et T isolent les extrémités de la ligne de transmission du courant de fonc- tionnement continu pour les dispositifs à décharge luminescente équipés de la source de'courant continu 50.
La figure 24 illustre un dispositif de filtrage comportant des dispositifs suivant la présente invention. L'inductance 543 est mise en réso- nance avec le condensateur 533 à une fréquence prédéterminée. Ainsi, si l'inductance a une valeur de 4,4 henries et si le condensateur 53 a une capacitance de 0,022 microfarad, la combinaison de ces deux dispositifs est en ré- sonance à une fréquence d'environ 500 cycles par seconde. Le circuit, dans le- quel le dispositif a décharge luminescente 30 aurait été omis, aurait un Q d' environ 86. Toutefois, lorsque le dispositif 30 y est inséré, ce dispositif ayant une résistance négative de 150 ohms, le Q du circuit est augmenté d'un facteur supérieur à 8 et pouvant atteindre approximativement 740.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée aux formes d'exécution décrites ci-dessus et que diverses modifications peuvent être apportées dans la constitution, la disposition et dans la forme de cer- tains éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifica- tions ne soient pas en contradiction avec l'une ou l'autre des revendications suivantes.
REVENDICATIONS
1. Dispositif à décharge luminescente, comprenant une enveloppe avec un remplissage gazeux, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une cathode dont des faces juxtaposées délimitent un intervalle cathodique, une. anode située à proximité dudit intervalle cathodique et définissant avec ce.-¯ lui-ci un intervalle anodique,, l'intervalle anodique, l'intervalle cathodique et la pression du remplissage gazeux étant en relation mutuelle telle que, dans une gamme de courants opératoires situés dans la gamme des tensions opé- ratoires anormales, la composante résistive et l'impédance cathode - anode est négative.