Tube à décbarge électrique. La présente invention se rapporte à Lui tube à décharge électrique, à mercure, com prenant une enveloppe en matériau isolant, destiné notamment à des circuits électriques à grande puissance et à haute fréquence.
L'objet de la présente invention est carac térisé en ce que ladite enveloppe contient. ait moins deux électrodes en mercure à distance l'une de l'autre et susceptibles d'être raccor dées à un circuit électrique extérieur, une électrode d'amorçage étant voisine de cha cune desdites électrodes en mercure.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du tube faisant. l'objet de l'invention.
Fig. 1 est une représentation schématique d'une forme d'exécution employant des élec trodes d'amorçage du type ordinaire.
Fig. 2 est une représentation schématique d'une forme d'exécution semblable, munie d'une grille intérieure pour un meilleur ré glage.
Fig. 3 est une représentation schématique d'une autre forme d'exécution employant des électrodes d'amorçage extérieures.
Fig. 4 est une représentation schématique d'une forme d'exécution semblable munie d'une grille extérieure pour un meilleur ré glage.
Sur ces figures, les lignes a et b représen tent des conducteurs d'un circuit qui doit être fermé par le dispositif de commutation; on voit que les conducteurs sont raccordés au tube. Située entre les conducteurs a et. b se trouve une chambre fermée c dans laquelle règne un vide partiel, munie de parois iso lantes et qui peut être repliée, comme on le voit sur les figures, pour recevoir des élec trodes liquides. Les électrodes d et e consis tent en des flaques de mercure. Elles sont raccordées électriquement respectivement aux conducteurs a et b.
l'intérieur de la chambre c et s'éten dant de l'électrode d à l'électrode e se trouve un gaz raréfié capable de conduire le courant électrique lorsqu'il est ionisé, mais qui résiste fortement au passage du courant lorsqu'il est, désionisé. Dans le cas de l'électrode de mer cure, le gaz provient de l'électrode elle-même.
En se rapportant maintenant à la fig. 1, l'ionisation du gaz peut être obtenue à vo lonté, en amenant un courant. aux électrodes g <I>et h</I> qui, elles aussi, sont bien connues et doivent seulement être représentées schémati quement.
Si, par exemple,<I>a</I> est. négatif par rapport à b, et si le gaz dans la chambre c n'est pas conducteur, parce qu'il n'est pas ionisé, il n'y aura pas de passage de courant entre les conducteurs a et b faisant partie du circuit, jusqu'à. ce que l'électrode d'allumage ou d'amorçage g ait une polarité positive par rapport à a, provoquant ainsi un courant qui traverse l'électrode d'allumage et qui produit de la chaleur à la surface du mercure, de telle sorte que l'ionisation du gaz du tube débute et qu'ensuite tout le passage entre<I>d</I> et<I>e</I> devienne conducteur, et un courant peut passer par le circuit dont cc et b sont les conducteurs.
L'ionisation du gaz du tube se maintient par elle-même aussi longtemps que la diffé rence de potentiel entre les conducteurs a et b est suffisante pour qu'un courant puisse traverser le tube.
Le procédé d'amorçage de l'ionisation est d'in. usage courant dans les tubes destinés au redressement, dans lesquels une électrode (la cathode) consiste en une flaque de mercure, comme on l'a décrit plus haut, l'autre élec trode (l'anode) étant une plaque en métal ou en carbone, qui s'oppose au passage du cou rant dans la direction inverse parce que la surface du métal ou du carbone ne produit pas des ions aussi facilement que la surface du mercure.
De tels tubes peuvent être uti lisés comme dispositif de commutation dans des circuits à courant alternatif, en disposant deux de ces tubes en parallèle et en sens opposés dans le circuit, de telle sorte qu'une électrode en mercure soit toujours disponi ble pour amorcer l'ionisation, que la chute de potentiel ait lieu dans im sens ou dans l'autre.
Le tube décrit est destiné essentiellement au courant alternatif, à cause de sa symétrie; il contient deux flaques de mercure et il est toujours prêt à amorcer l'ionisation à chacune des deux électrodes. Ainsi, lorsqu'il est em ployé avec un courant alternatif, il évite la nécessité de deux enveloppes séparées, et l'emploi d'électrodes en métal ou en carbone (anode) qui peuvent provoquer des déran gements à cause de leur désintégration.
En outre, les électrodes en mercure sont capables de transporter des courants de plus grande intensité que des électrodes en métal ou en carbone sans détérioration permanente, 'de telle sorte qu'un seul des tubes décrits peut fonctionner en sécurité avec des courants alternatifs de plus grande intensité que deux des tubes ordinaires montés en- parallèle et en sens opposés; et au point de vue de la capa cité de l'anode et de la cathode, le tube décrit présente encore un plus grand avantage par rapport aux tubes thermoioniques, consistant en ce que l'émission d'électrons de tout fila ment chauffé ayant une grandeur raisonna ble est très limitée.
Il est évident, que le tube décrit, qui peut. être destiné à des courants de très grande densité, doit être muni de moyens de refroi dissement connus pour empêcher l'échauffe ment du mercure et pour accélérer la vitesse de désionisation après la rupture du circuit.
Fig. 2 montre comment l'état de désioni- sation est amené et maintenu pendant les pé riodes de circuit ouvert. On voit qu'une grille de réglage ou électrode K est placée dans le tube, dans le chemin de la décharge entre les électrodes d et e et à mi-chemin entre les électrodes en mercure. Cette grille est raccordée à des circuits extérieurs de réglage, de telle façon qu'elle devienne négative par rapport à chacune des deux électrodes<I>d</I> et e lors de l'ouverture du circuit, juste au mo ment où la différence de potentiel entre d et e s'approche de zéro.
Elle servira donc à rece voir les ions positifs et à s'opposer à une émission ultérieure du mercure ayant anté rieurement émis des électrons, permettant le refroidissement et le retour à l'état normal de la surface du mercure. Cette grille peut ensuite être maintenue à un potentiel tou jours négatif par rapport à d et e, pour assurer qu'il n'y ait pas d'émission de ces électrodes jusqu'à ce qu'on désire que le tube devienne à nouveau conducteur, après quoi le potentiel négatif de la grille peut être sup primé et l'électrode appropriée activée pour amorcer l'ionisation dans le gaz.
Les circuits de réglage destinés à cet emploi doivent évi demment être adaptés au service particulier auquel le tube est destiné, et varient naturel lement dans les différentes installations.
Dans des circuits à haute fréquence, l'uti lisation du tube décrit devient particulière ment indiquée, car les tubes connus sont sus ceptibles de subir un retour de courant ou courant dans la mauvaise direction si le po tentiel inverse apparaît avant que le gaz soit complètement .désionisé. Le retour de cou rant provoque la désintégration de l'anode et peut. abimer irréparablement le tube. Puis que la durée de désionisation des tubes connus est d'environ 1000 microsecondes, leur emploi, si l'on veut un fonctionnement efficace, est limité à des courants de fréquence inférieure à 1000 cycles par seconde. Le tube décrit.
n'est. cependant. pas sujet à des détériorations par des courants de haute fréquence, car cha cune des deux électrodes peut servir de ca thode. En outre, on utilise le fait que le gaz n'est. pas désionisé avant chaque changement. de potentiel pour augmenter l'efficacité de la conductivité à haute fréquence, car il élimine la nécessité d'ioniser séparément les cathodes avant chaque pulsation. Cette caractéristique fait. que ce tube convient idéalement à des opérations telles que, par exemple, la dé charge d'un condensateur dans des circuits à haute fréquence lorsque l'on désire que le tube reste conducteur pendant toute la durée de la décharge, après que celle-ci ait débuté.
Les fig. 3 et 4 montrent comment un dis positif de réglage extérieur des électrodes d'amorçage peut être mis à la place du dis positif de réglage des électrodes d'amorçage se trouvant. à l'intérieur et qui a été cité ci- dessus. Les boucles<I>ni</I> et<I>n</I> remplacent. le type conventionnel d'électrodes d'allumage g et 3i. Pour amorcer l'ionisation du gaz à l'intérieur de la chambre c, il suffit d'envoyer une pul sation à grand potentiel dans la boucle m ou n au-dessus <B>de</B> l'électrode devant faire fonc tion de cathode, semblable à la pulsation qui peut être obtenue d'une bobine d'induction à. rupture conventionnelle.
Les pulsations violentes du champ électro statique à l'intérieur de la chambre c qui en résultent provoquent une ionisation suffisante du gaz pour amorcer la conductivité à travers tout le tube.
La grille k de la fig. 2 peut aussi être remplacée par une grille de réglage ou élec- t rode extérieure q, représentée sur la fig. 4, pourvu que des changements soient effectués dans le circuit de réglage de la grille 9, pour l'alimenter au potentiel négatïf approprié né cessaire au fonctionnement. La grille k peut aussi être disposée à l'extrémité de l'enve loppe.
Electric discharge tube. The present invention relates to Him electric discharge tube, mercury, comprising a casing of insulating material, intended in particular for high power and high frequency electrical circuits.
The object of the present invention is characterized in that said envelope contains. has at least two mercury electrodes at a distance from each other and capable of being connected to an external electrical circuit, a starting electrode being adjacent to each of said mercury electrodes.
The accompanying drawing shows, by way of example, several embodiments of the forming tube. the object of the invention.
Fig. 1 is a diagrammatic representation of an embodiment employing starting electrodes of the ordinary type.
Fig. 2 is a schematic representation of a similar embodiment, provided with an internal grid for better adjustment.
Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment employing external firing electrodes.
Fig. 4 is a schematic representation of a similar embodiment provided with an outer grid for better adjustment.
In these figures, lines a and b represent conductors of a circuit which must be closed by the switching device; it can be seen that the conductors are connected to the tube. Located between conductors a and. b is a closed chamber c in which there is a partial vacuum, provided with insulating walls and which can be folded, as seen in the figures, to receive liquid electrodes. Electrodes d and e consist of pools of mercury. They are electrically connected to conductors a and b respectively.
inside chamber c and extending from electrode d to electrode e is a rarefied gas capable of conducting electric current when ionized, but which strongly resists current flow when it is ionized. is, deionized. In the case of the sea cure electrode, the gas comes from the electrode itself.
Referring now to FIG. 1, the ionization of the gas can be obtained as desired by supplying a current. to the electrodes g <I> and h </I> which, too, are well known and should only be represented schematically.
If, for example, <I> a </I> is. negative with respect to b, and if the gas in chamber c is not conductive, because it is not ionized, there will be no current flow between conductors a and b that are part of the circuit , until. that the ignition or ignition electrode g has a positive polarity with respect to a, thereby causing a current to flow through the ignition electrode and which produces heat on the surface of the mercury, so that the ionization of the gas in the tube begins and then all the passage between <I> d </I> and <I> e </I> becomes conductive, and a current can pass through the circuit of which cc and b are the conductors.
The ionization of the gas in the tube is maintained by itself as long as the potential difference between conductors a and b is sufficient for current to flow through the tube.
The ionization initiation process is in. Common use in rectifier tubes, in which one electrode (the cathode) consists of a pool of mercury, as described above, the other electrode (the anode) being a plate of metal or carbon, which opposes the flow of current in the reverse direction because the surface of the metal or carbon does not produce ions as easily as the surface of mercury.
Such tubes can be used as a switching device in alternating current circuits, by arranging two of these tubes in parallel and in opposite directions in the circuit, so that a mercury electrode is always available for starting the circuit. ionization whether the drop in potential takes place in one direction or the other.
The tube described is intended primarily for alternating current, because of its symmetry; it contains two pools of mercury and it is always ready to initiate ionization at each of the two electrodes. Thus, when used with alternating current, it avoids the need for two separate envelopes, and the use of metal or carbon electrodes (anode) which can cause disturbances due to their disintegration.
Furthermore, mercury electrodes are able to carry currents of greater intensity than metal or carbon electrodes without permanent damage, so that only one of the tubes described can operate safely with alternating currents of more. great intensity than two of the ordinary tubes mounted in parallel and in opposite directions; and from the point of view of the capacity of the anode and the cathode, the tube described has a still greater advantage over thermionic tubes, consisting in that the emission of electrons from any heated filament having a reasonable size is very limited.
It is obvious, that the described tube, which can. be intended for currents of very high density, must be provided with known cooling means to prevent the heating of the mercury and to accelerate the rate of deionization after breaking the circuit.
Fig. 2 shows how the deionization state is brought about and maintained during open circuit periods. It can be seen that an adjustment grid or electrode K is placed in the tube, in the path of the discharge between the electrodes d and e and halfway between the mercury electrodes. This grid is connected to external adjustment circuits, in such a way that it becomes negative with respect to each of the two electrodes <I> d </I> and e when the circuit is opened, just at the moment when the potential difference between d and e approaches zero.
It will therefore be used to receive the positive ions and to oppose a subsequent emission of mercury having previously emitted electrons, allowing the cooling and the return to the normal state of the mercury surface. This grid can then be maintained at a potential always negative with respect to d and e, to ensure that there is no emission from these electrodes until it is desired that the tube becomes conductive again. , after which the negative potential of the grid can be removed and the appropriate electrode activated to initiate ionization in the gas.
The adjustment circuits intended for this use must obviously be adapted to the particular service for which the tube is intended, and naturally vary in the different installations.
In high frequency circuits, the use of the tube described becomes particularly indicated, because the known tubes are liable to undergo current or current backflow in the wrong direction if the reverse potential appears before the gas is completely. .deionized. The current return causes the disintegration of the anode and can. irreparably damage the tube. Since the duration of deionization of known tubes is about 1000 microseconds, their use, if efficient operation is desired, is limited to currents of frequency less than 1000 cycles per second. The tube described.
is not. however. not subject to damage by high frequency currents, as either of the two electrodes can act as a cathode. In addition, we use the fact that gas is. not deionized before each change. of potential to increase the efficiency of high frequency conductivity, as it eliminates the need to separately ionize the cathodes before each pulse. This feature does. that this tube is ideally suited for operations such as, for example, the discharge of a capacitor in high frequency circuits when it is desired that the tube remains conductive throughout the duration of the discharge, after the latter has started.
Figs. 3 and 4 show how an external ignition electrode adjustment device can be used instead of the ignition electrode adjustment device which is present. inside and which was quoted above. The <I> ni </I> and <I> n </I> loops replace. the conventional type of ignition electrodes g and 3i. To initiate the ionization of the gas inside the chamber c, it suffices to send a high potential pulse into the loop m or n above the <B> </B> electrode to be operated. tion of cathode, similar to the pulsation that can be obtained from an induction coil to. conventional rupture.
The violent pulsations of the electrostatic field inside the resulting chamber c cause sufficient ionization of the gas to initiate conductivity throughout the tube.
The grid k of FIG. 2 can also be replaced by an adjustment grid or external electrode q, shown in FIG. 4, provided that changes are made in the gate adjustment circuit 9, to supply it to the appropriate negative potential required for operation. The grid k can also be disposed at the end of the envelope.