Dispositif à décharge électrique. Cette invention a trait aux dispositifs à décharges effectuées par des électrons, tels que les valves thermoioniques utilisées dans la télégraphie ou la téléphonie sans fils et précisément à ce qu'on appelle le "type doux" de ces dispositifs; c'est-à-dire à ceux de ces dispositifs où l'ionisation joue un grand rôle dans la détermination des caractères du dis positif.
Le but primaire de cette invention est d'augmenter l'effet de résistance négative qui se produit entre cathode et électrode de com mande dans les dispositifs dudit type, c'est-à- dire de diminuer la valeur numérique de cette résistance, tout en n'empêchant pas l'action de l'organe de commande.
Selon l'invention, la surface utile de capta tion des charges ioniques positives y est grande par rapport à la surface de l'organe de commande soumise au bombardement élec tronique direct, la pression dans l'enveloppe étant choisie d'une valeur telle que ladite résistance négative puisse atteindre des va leurs assez basses pour neutraliser les résis tances positives des circuits oscillants ordi- naires des stations de radioréception sur une échelle de valeurs de la tension de grille suffisamment étendu pour en permettre l'em ploi pratique pour la neutralisation desdites résistances positives.
Les effets de résistance négative que l'on constate dans les caractéristiques statiques sont en partie maintenues à des fréquences dépassant 10s périodes par seconde et l'appa reil une fois convenablement réglé peut faire office de rectificateur ou de détecteur des oscillations électriques qui lui sont appliquées il peut également être employé pour ampli fier des oscillations ou d'autres variations électriques. Le dispositif peut aussi être em ployé pour effectuer des fonctions combinées quelconques, dans lesquelles l'effet de résis tance négative joue un rôle.
Les dispositifs à décharge électronique renfermant des traces de gaz ou des vapeurs en quantité suffisante pour influencer de façon appréciable leur fonctionnement électrique présentent, dans des conditions de réglage convenables, une caractéristique de grille selon laquelle lorsque la grille est rendue moins négative, le courant ionique ou positif de grille augmente et vice-versa, mais la valeur nu mérique exprimée en ohms de la résistance négative qu'indique cette caractéristique est le plus souvent beaucoup trop considérable pour être d'une utilité pratique, tout au moins dans des circuits ayant des valeurs commodes de L, C et R. Pour développer une pente négative appréciable dans ces caractéristiques de grille, des voltages d'anode anormalement élevés ont parfois été employés.
Au surplus, le développement d'une pente négative dans la caractéristique statique de grille, c'est-à- dire dans la caractéristique que l'on obtient en portant point par point en coordonnées le courant de grille et la tension de grille mesurés par des instruments ordinaires n'est pas une garantie qu'un pareil dispositif aura pour effet de diminuer de faon appréciable le décrément logarithmique d'un circuit associé accordé à des radiofréquences élevées.
Pour réduire autant que possible tout effet de retard qui pourrait se manifester aux hautes fréquences, il est préférable d'employer dans l'enveloppe un gaz ayant un faible poids moléculaire, bien qu'il semble probable qu'aux plus hautes fréquences ce soient surtout les ions formés des molécules ou atomes voisins du collecteur ou même en contact avec lui qui sont utilement engagés dans le fonction nement du dispositif. Aussi, à cause de son faible poids moléculaire et de sa stabilité de pression bien connue aux potentiels modérés, il est préférable d'employer de l'hélium pour constituer le milieu à travers lequel passe la décharge d'électrons, bien que d'autres gaz ou vapeurs puissent être employés.
Des expériences ont toutefois permis de constater qu'en comparant deux dispositifs à décharge d'électrons de construction et dimen sions similaires, mais dont l'un était rempli d'un mélange renfermant environ 95 0% d'Hé- lium et 5% de néon avec peut-être des traces d'autres gaz,
tandis que l'autre était rempli d'un mélange renfermant environ 80 % de néon et 20 % d'hélium avec peut-être des traces d'impuretés et en les réglant selon des résistances négatives égales à une fréquence de 100 périodes,
la caractéristique statique du dispositif rempli de néon présentait une petite négative plus de deux fois plus abrupte que celle du dispositif rempli d'hélium. E n d'autres termes, l'efficacité du fonctionnement à 10<B>'</B> pé riodes du dispositif renfermant surtout du néon était tombé beaucoup plus par rapport à sa caractéristique statique que celui de l'autre dispositif renfermant surtout de l'hélium. Les voltages d'anode employés durant les expé riences étaient les mêmes et les résistances de radiofréquence étaient réglées cri modifiant les courants de chauffage des filaments. La pression totale régnant dans le tube rempli d'hélium était supérieure à celle qui régnait dans le tube rempli de néon.
On suppose que le rapport de la charge à la masse pour la plupart des ions prenant une part utile dans la production de la pente de résistance négative de radiofréquence est plus petit dans le cas où la valve renferme surtout du néon que dans le cas où elle renferme sur tout de l'hélium. Il y a néanmoins lieu de remarquer que des recherches ultérieures pour ront rnodifier cette théorie. Il est possible, par exemple qu'en prenant les caractéristiques statiques, l'émission à partir du filament soit influencée par des différences produites par son bombardement ionique ou moléculaire par des molécules de masse et de vitesse diffé rentes.
Divers formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exem ples, au dessin annexé, dans lequel: Fig. 1. et 2 sont respectivement une coupe transversale et une élévation schématique partielle d'un premier exemple d'exécution; Fig. 3 et 4 montrent des séries de courbes caractéristiques correspondant à un dispositif construit selon les fi* 1 et 2; Fi-. 5, 6 et î représentent des variantes de construction; Fig.8 représente un circuit de radio- réception comportant un dispositif suivant l'invention.
<B>En</B> se référant tout d'abord à la fig. 1, l'anode 1 est cylindrique et portée par le porte-anode 2. Le porte-cathode 3 maintient le filament de tungstène 4, mesurant 0,06 mm de diamètre, au centre de l'anode, tandis que la troisième électrode ou grille 5 est disposée symétriquement et supportée par le porte- grille 6. Les dimensions indiquées au dessin pour les diverses pièces sont celles que la pratique a révélées comme satisfaisantes, mais il doit être entendu qu'elles peuvent varier selon que cela est jugé nécessaire ou dési rable.
Cette construction comporte une sur face très étendue pour la troisième électrode, dont chaque ailette est, comme on le voit, substantiellement parallèle aux parties avoi sinantes du flux d'électrons émis par la ca thode.
La famille de courbes de caractéristiques statiques représentée en fig. 3 met en évi dence la variation du courant d'anode et du courant de grille avec la variation du voltage de grille pour des valeurs de voltage d'anode égales respectivement à 105, 100, 95, 90 et 85 volts. Ces courbes ont de l'intérêt en ce qu'elles fournissent des renseignements concernant le fonctionnement du dispositif pour les applica tions à basse fréquence, mais on ne doit pas supposer qu'elles seront maintenues pour des radiofréquences car là où l'on désire déterminer le fonctionnement quantitatif à ces fréquences il est essentiel d'effectuer une mesure de la résistance négative à la fréquence à laquelle on désire que le dispositif fonctionne.
A cet effet, un circuit constitué par une inductance L avec résistance R et une capacité C en pa rallèle avec ladite inductance peut être con necté entre la grille et la batterie de grille ou le potentiomètre ou entre la grille et l'extrémité du filament négatif, et le circuit accordé peut être modifié jusqu'à ce que des oscillations de la fréquence voulue y soient tout juste entretenues. La valeur de LICR peut alors être prise comme mesure de la résis tance négative du dispositif à la fréquence d'accord.
Des mesures effectuées de cette manière donnent pour le dispositif dont les caractéristiques sont représentées et sous 10s périodes une valeur d'à peu près 37,300 ohms en supposant que les conditions dans lesquelles on opère soient Ea <I>=</I> 105 volts; Ef = 4,3 volts; Eg = 0 volt et on notera ici que cette valeur diverge notablement des chiffres que fournit le calcul partant de la caractéristique statique.
Néanmoins, avec un autre réglage, des valeurs considérablement meilleures que celles indiquées ci-dessus peuvent être obtenues pour la résistance négative. C'est ainsi qu'en faisant Ea <I>=</I> 1.10 volts; Ef = <I>4,9</I> volts et .Eg = 0 volt, on obtient sous 106 périodes une résistance négative de 18,800 ohms.
Grâce à un réglage précis on est arrivé à engendrer des fréquences de l'ordre de 10' périodes par seconde avec un dispositif de ce type sans qu'il y ait de couplage en retour intentionnel, un condensateur d'un microfarad étant connecté par des connec teurs aussi courts que possible entre l'anode et l'extrémité du filament négatif de façon à éviter des effets de réaction non intention nels dus à l'inductance des conducteurs du circuit d'anode.
La fig. 4 montre une série de caractéris tiques correspondant au même dispositif et prises avec des températures de filament va riables et elle montre de quelle façon la ré sistance négative d'arrivée peut être modifiée en faisant varier le voltage du filament.
Aux cas où la résistance négative d'arrivée ne peut être rendue assez faible sans autre pour le circuit particulier avec lequel doit être employé le dispositif, une réaction peut être établie entre les circuits d'anode et de grille de l'une quelconque des manières con nues. Quand, pour réaliser une amplification ou une détection perfectionnée, on désire ré gler le dispositif électriquement jusqu'à un point pour lequel la résistance négative d'ar rivée soit si faible que des oscillations entre tenues seraient engendrées, on peut employer une réaction négative ou inversée soit pour régler l'amplitude de cette oscillation, soit pour la supprimer.
On peut s'approcher plus ou moins du seuil d'amorçage des oscillations en faisant varier la résistance positive comprise dans le circuit, notamment au moyen d'un condensateur variable monté en série avec une résistance, cet ensemble shuntant le circuit oscillatoire proprement dit, intercalé entre cathode et grille.
Dans certains cas, les téléphones ou autres organes de réception peuvent être englobés dans le circuit de grille et montés en série avec le circuit de radiofréquence; une sélec tivité accrue pour une audiofréquence parti culière peut alors être obtenue par le choix judicieux de constantes convenables pour les téléphones et, au besoin,, par l'application d'un condensateur réglable monté en parallèle avec eux, étant donné qu'en pareil cas, la résistance négative d'entrée du dispositif agira pour réduire la décroissance logarithmique tant du circuit de radiofréquence que du cir cuit des téléphones à leurs fréquences appro priées.
Selon la variante représentée en fig. 5, on tire parti du champ magnétique du courant de filament et la surface étendue de la troi sième électrode est constituée par la dispo sition d'une série de plateaux ou disques coniques 7 portés par le support 8. Le poin tillé 9 de cette figure indique la direction générale du mouvement d'un électron vers l'anode, tandis que le pointillé 10 indique la direction générale du mouvement d'un ion positif vers la surface collectrice de la troi sième électrode ou grille. Selon une variante, les disques peuvent être plans ou bombés.
Lorsqu'on a recours à des champs magné tiques pour modifier les trajets des ions po sitifs et des charges négatives, ces champs peuvent être produits par des aimants ou des conducteurs logés à l'intérieur de l'enveloppe. Pour localiser les champs magnétiques autant que possible aux régions désirées, des parties en fer peuvent être montées dans l'enveloppe et excitées par une source extérieure à l'en veloppe. Une bonne construction à donner à la troisième électrode pour qu'elle se prête au fonctionnement sur , champ magnétique axial est représenté en fig. 6 où les pales ou lames 11 sont incurvées pour se conformer aux trajets modifiés indiqués par les poin tillés 9 et 10.
Dans certains cas, une électrode distincte de la grille proprement dite est incorporée dans le dispositif à décharge d'électrons et agencée et disposée pour capter les charges d'ions positifs et les amener sur la grille. Cette électrode et la grille sont associées électriquement du fait qu'elles sont connectées directement à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enveloppe. Selon une construction représentée fig. 7, l'anode 12 est constituée par une hélice entourant la troisième électrode ou grille 13 disposée symétriquement par rapport à la cathode 4. La quatrième électrode 14 de cap tation des ions est constituée par un cylindre entourant l'anode. Dans ce cas, les électrodes 13 et 14 sont reliées l'une à l'autre à l'in térieur de l'enveloppe du dispositif à dé charge.
Selon une autre disposition, l'électrode captant les ions est en quelque sorte insérée dans l'anode, ces deux électrodes étant for mées de deux fils ou rubans enroulés côte à côte en hélices égales, comme les filets d'une vis à double filet. l'importe quel autre dis positif de couplage électrique peut servir à exercer sur la grille ou électrode de com mande proprement dite des potentiels corres pondant à la captation des charges ioniques positives par une autre partie de l'organe de commande.
Ainsi donc, selon cette variante, il y a deux électrodes formant ensemble l'organe de commande dont l'une est destinée en premier lieu à régler l'écoulement d'électrons de la cathode à l'anode et dont l'autre est destinée en premier lieu à capter les charges d'ions positifs. Ces deux électrodes associées peuvent aboutir à une borne commune ou à des bornes séparées. Dans ce dernier cas, au lieu de connecter directement les deux bornes par un conducteur électrique, une différence de po tentiel peut leur être appliquée ou encore elles peuvent être reliées respectivement dans des circuits couplés l'un à l'autre.
L'intérieur de l'enveloppe peut être garni ou revêtu d'un dépôt métallique constituant l'électrode de captation des ions ou encore, à titre de variante, cette électrode peut affecter la forme d'une paroi longeant le courant d'électrons.
Le schéma de la fig. 8 qui représente un dispositif 15 à décharges d'électrons construit selon l'invention et connecté dans un radio- circuit se comprend de lui-même.
Durant la fabrication, le dispositif peut être traité comme si un vide aussi parfait que possible devait être obtenu par les mé thodes usuelles d'élimination des gaz occlus et subséquemment le gaz purifié, au cas où il s'agit d'hélium par exemple, doit être intro duit dans l'enveloppe de manière à y obtenir la pression désirée. La pression la plus conve nable pourra d'ailleurs varier selon le but auquel le dispositif est destiné et selon la construction et les dimensions de ses parties.
Cette pression peut être déterminée expéri mentalement, à condition que des précautions suffisantes soient prises pour exclure l'oxy gène et les autres impuretés tendant à en traver l'émission, en déterminant exactement les caractéristiques dynamiques ou statiques des dispositifs alors qu'ils sont reliés au sys tème pompeur. On a pu vérifier que la pres sion d'un mélange formé de 951/o d'hélium et de 5 % de néon de l'ordre de 0,
6 mm de mercure donne des résultats satisfaisants dans des valves de réception dont les électrodes possèdent les dimensions indiquées en fig. 1 et 2. Dans certains cas, les valves doivent être amenées à un état stable, au besoin, par l'élimination de traces d'impuretés. Il semble pourtant qu'en prenant des précau tions suffisantes pour exclure des impuretés, on peut se dispenser d'employer des moyens spéciaux d'élimination tout au moins quand il s'agit de certains gaz.
Là où des gaz non- valents sont employés pour constituer les milieux à ioniser, des substances de néttoyage, du magnésium ou du calcium par exemple, peuvent être employées pour débarrasser l'ampoule de tout gaz à l'exception des non- valents.
Les caractéristiques statiques représentées en fig. 3 d'un dispositif construit selon les fig. 1 et 2 et traité comme décrit plus haut sont substantiellement les mêmes, dans les limites indiquées, de quelque faon qu'on fasse varier le voltage de grille, les courbes étant exemptes de solutions de continuité et de boucles.
Ceci, en conjonction avec la varia tion de la résistance négative d'arrivée selon les températures différentes du filament telles que les révèle la fig. 4, a un grand avantage pour le contrôle, par exemple, d'un circuit accordé destiné à la réception en téléphonie, car avec des valeurs convenables de potentiel et d'anode et de grille - et ces dernières peuvent être égales à zéro, positives ou né gatives par rapport à l'extrémité négative du filament - il est possible de donner au circuit associé n'importe quelle valeur désirée du décrément logarithmique à partir de celle déterminée par sa résistance positive jusqu'à zéro.
Dans le cas de dispositifs à décharges ayant des caractéristiques de résistance né gative présentant des boucles, on congoit que ce contrôle uniforme du décrément logarith mique n'est pas possible dans les limites englobées par les boucles, un danger existant toujours qu'une perturbation atmosphérique ou une variation dans le voltage de la bat terie occasionne une variation soudaine des propriétés de l'appareil, en correspondance à une pareille boucle, et nécessite un nouveau réglage.
En outre, lorsqu'on emploie un tel dispositif pour engendrer des oscillations, il est clair que, dans certains cas de variations, leur amplitude devra être au moins égale à l'envergure en voltage de la boucle et que ce qui peut faire décroître l'amplitude au- dessous de cette valeur se traduira par une cessation de l'oscillation. Enfin, il y a lieu de remarquer que là où il existe de pareilles boucles, un rapport spécialement grand de L à C est généralement nécessaire pour pro duire des oscillations.
Néanmoins, des boucles figurant dans la caractéristique peuvent n'être pas à redouter si la partie travaillante de cette caractéris tique en est nettement séparée et si la courbe ne comporte pas des boucles dans les limites utiles. Lorsque l'invention doit être employée pour engendrer des oscillations, le potentiel moyen de la grille ou de l'organe collecteur d'ions peut être rendu considérablement plus négatif qu-une des valeurs de voltage de grille qui donnent une perte négative à la courbe du courant de grille ou même m'im porte quel courant de grille. Dans ces con ditions, il pourra être nécessaire d'amorcer les oscillations au moyen, par exemple, d'une impulsion électrique extérieure appliquée à l'inductance du circuit oscillatoire.
Le réglage de l'appareil effectué de cette façon avec la grille négative, de manière que normalement aucun courant ne passe à travers la valve donnera, dans nombre de cas, une efficacité accrue au dispositif considéré comme généra teur d'oscillations, mais, sous cette forme, le dispositif n'est pas capable de fournir le contrôle uniforme du décrément logarithmique, à partir de celui qui est normal au circuit juqu'à zéro, alors qu'il peut le fournir quand la grille est au même potentiel ou à peu près au même potentiel que l'extrémité négative du filament.