Dispositif à décharge d'électrons. La présente invention concerne un dispo sitif à décharge d'électrons destiné à fonc tionner comme amplificateur à des fréquences comprises entre 50 et 450 mégacycles par se conde.
En dessous de 50 mégacycles par seconde, les effets de l'inductance des conducteurs, de la capacité distribuée et du temps de transit des électrons ne sont pas suffisamment im portants pour empêcher l'usage de circuits soies eusement étudiés ayant des éléments de circuits concentrés et de tubes thermoïoni- ques dont les électrodes soient connectées au moyen de broches à la base de l'enveloppe.
Au-delà de la bande de fréquence précisée plus haut, les circuits utilisant des constantes distribuées, telles que des lignes de transmis sion ou des résonateurs à cavité, deviennent d'une taille suffisamment petite pour ne pas présenter trop de difficultés de construction. D'autre part, on peut surmonter les difficul tés résultant du temps de transit des élec trons, en utilisant des tubes fonctionnant suivant le principe de la modulation de vi tesse d'électrons.
Toutefois, à l'intérieur de la bande de fréquence précisée plus haut, la taille excessive des pièces constituant les cir cuits rend difficile la réalisation de ces cir cuits et, par suite, de l'inductance des con ducteurs, des difficultés de blindage, les tu bes classiques à modulation de densité de charge d'électrons deviennent inefficaces. Pour ces raisons, on a été amené, dans la pra- tique courante, à utiliser des tubes dans les quels au moins la grille de commande est connectée au moyen d'un disque métallique scellé entre deux parties vitreuses de l'enve loppe. De tels tubes sont coûteux par rapport aux tubes classiques, et comme il a été pré cisé plus haut, les cavités ou les circuits de lignes de transmission utilisant des tubes à disque scellé sont encombrants et coûteux à fabriquer.
En particulier, lorsque la taille et le poids sont des facteurs importants, il est souhaitable que les techniques des circuits à constantes non distribuées, utilisant les types classiques @de, construction de tubes à basse fré quence, soient poussées jusqu'aux limites d'uti lisation efficace. Dans les circuits non équili brés, on utilise fréquemment des grilles con nectées à la. masse pour les circuits de récep tion et de transmission, tandis que dans quel- ou:es types de récepteurs de télévision, on uti lise, dans un circuit équilibré, un tube de ra dio formant double triode avec une cathode commune et des grilles séparées.
En utilisant une double triode avec une cathode commune et des grilles séparées, il est nécessaire de pré voir des dispositifs de neutralisation, alors que les circuits dans lesquels la grille est con nectée à la masse présentent l'avantage de ne pas nécessiter de neutralisation, la grille et sa connexion pouvant être utilisées comme un écran efficace entre les circuits d'entrée et les circuits de sortie. Les circuits dans les quels 1a grille -est connectée à la. masse pré- sentent d'autres avantages, à savoir, que le circuit d'entrée n'est pas particulièrement sensible du point de vue de la fréquence, tan dis que ce circuit est .en lui-même un circuit à bruit faible.
Quoique les circuits à. grille connectée à la masse soient normalement uti lisés avec des tubes à disque scellé, on a pu réaliser des circuits de réception et d'émis sion non équilibrés jusqu'à des fréquences d'environ 200 mégacycles par seconde, en uti lisant un seul tube dont les conducteurs sor tent de la base de l'enveloppe du tube et en utilisant des techniques de circuit qui ne sont normalement utilisables qu'à des fréquences plus basses.
L'invention a pour objet un dispositif à décharge d'électrons, qui est caractérisé en ce qu'il comprend, dans une enveloppe évacuée dans laquelle la connexion vers le circuit extérieur se fait au moins par les broches de la base, et éventuellement par des connexions à la partie supérieure, à l'exclusion de con nexions sur la partie latérale de l'enveloppe, les ensembles d'électrodes d'une paire de triodes ayant pratiquement les mêmes caractéristiques électriques;
les grilles des deux triodes étant couplées à l'intérieur de l'enveloppe de ma nière que la différence de potentiel haute fré quence entre elles, au cours du fonctionne ment du dispositif à l'intérieur de la bande de fréquence comprise entre 50 et 450 méga- cycles par seconde dans un circuit à grille connectée à la masse comportant une entrée en push-pull, soit inférieure à la moitié de la différence de potentiel haute fréquence entre les cathodes des deux dites triodes.
Dans certaines formes d'exécution de l'in vention, les grilles peuvent être connectées inétalliquement à l'intérieur de l'enveloppe, tandis que dans d'autres exemples, en parti culier dans ceux donnant des puissances éle vées, les difficultés qu'on rencontre pour obtenir l'identité des caractéristiques entre les deux sections triodes sont telles qu'il est judicieux de prévoir des voltages de polarisa tion séparés pour les grilles. Dans de tels cas, le couplage interne entre les grilles est réalisé au moyen d'un condensateur faisant partie de la structure du tube.
Bien que dans les circuits push-pull à grilles connectées à la. masse il soit désirable qu'il n'existe pas de différence de potentiel mesurable entre les grilles des deux sections triodes, il n'est pas toujours possible de réa liser ces conditions et on est arrivé à la con clusion que, pourvu que la différence de po tentiel haute fréquence entre les grilles soit inférieure à la moitié de la différence de po tentiel correspondante entre les cathodes des deux triodes, le circuit push-pull est encore utilisable.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in- v ention seront décrites par la suite, à, titre d'exemple, en regard du dessin annexé, dans lequel Les fig. 1 et 2 montrent, des circuits push- pull à grilles connectées à la masse, tels que ceux pouvant être utilisés en relation avec le dispositif à décharge d'électrons, objet de l'invention.
La fig. 3 montre une forme d'exécution de l'objet de l'invention utilisée dans un circuit de réception.
La fig. 4 est un diagramme de la base du tube de la fig. 3, auquel on se référera en dé crivant les dispositions des connexions d'élec trodes.
La fig. 5 montre un tube de transmission constituant une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 6 montre un diagramme de la base du tube de la fig. 5.
La fig. 7 est une vue explosée des pièces constitutives d'un condensateur utilisé dans la construction du tube représenté à. la fig. 5.
Dans le circuit, de réception représenté à la fig; 1, le dispositif .à décharge d'électrons 1 comprend les ensembles d'électrodes 2 et 3 d'une paire de triodes. Les grilles de com mande 4 sont représentées comme étant con nectées ensemble à l'intérieur de l'enveloppe et sont maintenues au potentiel de la masse. Les cathodes 5 sont connectées, du point de vue du courant alternatif, au moyen des con densateurs respectifs 6 à une antenne dipôlf 7. Du point de vue du courant continu, les cathodes sont connectées à la masse à travers les bobines d'arrêt 8 et les résistances de po larisation 9; les résistances 9 sont représen tées comme étant shuntées par des condensa teurs de découplage 10.
Les filaments de chauffage des deux sections triodes sont con nectés en parallèle aux bornes 11, une de ces bornes étant au potentiel de la masse; un con densateur 12 est connecté entre les deux con ducteurs d'alimentation des filaments de chauffage, de manière à les maintenir au naême potentiel haute fréquence. Les anodes 13 sont connectées de chaque côté d'un con densateur d'accord 14 d'un circuit accordé 15 qui comprend un transformateur équilibré de sortie 16. Le circuit de courant continu d'anode est complété par la source d'alimen tation de haute tension dont la borne positive est connectée à la prise centrale de l'enroule ment primaire du transformateur 16.
Les deux triodes devant être utilisées dans un cir cuit tel que représenté à la fig. 1 devront avoir une conductance mutuelle grille-anode de fonctionnement de l'ordre de 6,7 ma/V, clans le but de s'adapter à une impédance de 300 ohms de la source d'entrée.
Dans le cas .de tubes prévus pour l'émis sion, il est nécessaire d'introduire certaines différences dans la construction et dans l'ar rangement des circuits. En premier lieu. le tube doit fonctionner en amplificateur de classe C, ce qui provoque une réduction con sidérable du gain comparé au fonctionnement en classe A d'un circuit de réception, tel que représenté à la fig. 1.
En conséquence, pour obtenir un gain de puissance suffisant, la conductance mutuelle des deux sections trio des doit être beaucoup plus élevée que dans un tube de réception; ainsi pour 10 watts de puissance de sortie à 400 mégacycles par se conde et en utilisant une tension d'alimenta tion d'anode de 300 volts, on trouve qu'il est souhaitable d'avoir pour chaque triode une conductance mutuelle d'environ 20 milli ampères par volt.
Deuxièmement, par suite du fonctionne ment en classe C, l'impédance d'entrée n'est pas linéaire et pour assurer que le voltage de cathode reste approximativement sinusoïdal, il est souhaitable que le circuit de cathode soit résonnant.
Enfin, il est de pratique courante, dans le cas de fonctionnement en classe C, d'obtenir la polarisation de grille par rectification de grille, en utilisant des condensateurs de blo cage et des résistances de polarisation. Dans un tube d'émission, les grilles ne fonctionne ront donc pas ,au potentiel de la masse et puisqu'il n'est pas possible de fabriquer des tubes dans lesquels les caractéristiques des deux triodes soient absolument identiques, il est souhaitable que des connexions séparées du point de vue du courant continu soient effectués pour les deux unités triodes, il de vient donc nécessaire d'introduire un conden sateur de couplage interne entre les grilles.
Un circuit mettant en oeuvre les modifica tions mentionnées .est représenté à la fig. 2, dans lequel les références numériques identi ques à celles de la fig. 1 indiquent des mêmes éléments. A la place,du circuit d'entrée non accordé de la fig. 1, on a représenté un trans formateur d'entrée résonnant 17, les cathodes 5 des deux sections triodes étant connectes aux deux extrémités du condensateur d'accord 18. Les filaments de chauffage des cathodes sont représentés comme étant connectés à travers les bobines d'arrêt 19, d'une part, et par leurs cathodes respectives, d'autre part, aux bornes d'alimentation des filaments de chauffage 11.
Le circuit de sortie est le même qu'à la fig. 1, mais les circuits de grille des deux grilles sont couplés au moyen. d'un con- densateur intérieur 20, et chacune des grilles est connectée à la masse au moyen des réseaux de polarisation 21 et 22.
Une forme d'exécution du dispositif pou vant être utilisée dans le circuit de la fig. 1 est représentée à la fig. 3. Dans cette forme d'exécution, on a prévu une enveloppe de verre avec une base en verre classique 23 à neuf broches, l'ensemble des électrodes est monté entre une feuille de mica supérieure 24 et une feuille de mica inférieure 25 qui sont munies de trous, de manière à maintenir les électrodes et sont fixées à une paire de tiges de maintien 26 et 27 qui sont soudées aux broches de grille respectivement adjacentes sur les côtés opposés de la base,
comme il est indiqué par les broches marquées G à la fig. 4. Les cathodes à chauffage indirect. 5, chauffées séparément, ont une forme plate et sont con nectées aux broches Ci et C2 à la fig. 4. Les manchons de cathodes sont recouverts par un matériau émetteur d'électrons sur les surfaces extérieures plates en regard des anodes 13, qui sont constituées par des feuilles de métal dont la section est en forme de U, les surfaces actives des anodes étant constituées par les surfaces de base extérieures. Les anodes sont connectées respectivement aux broches A1 et A2 de la base.
Les filaments de chauffage sont connectés intérieurement en parallèle aux broches H de la base. Les paires respec tives de tiges 28 et 29 supportant les grilles 4 sont maintenues de chaque côté des cathodes 5 et portent les fils de grille entourant les ca thodes. Les grilles sont également connectées aux tiges de maintien 26 et 27 et à une bro che de grille supplémentaire G près de la bro che d'anode A2. On a remarqué que l'arran gement de la base est très important et que les trois connexions de grille indiquées à la fig. 4 assurent une basse inductance des con ducteurs et contribuent à former un écran entre le circuit d'entrée et le circuit de sor tie.
La construction de la grille est telle qu'elle constitue un écran très efficace entre les circuits d'anode et de cathode et qu'elle réduit également au minimum la capacité di recte entre les anodes. La forme des anodes 13 est telle qu'elle assure un refroidissement im portant des surfaces des anodes qui possèdent toutefois une basse capacité entre elles.
Par suite de la capacité mutuelle faible entre les anodes, le fait que les deux capacités anode- grille sont en série dans le circuit de la fig. 1 permet d'accorder le transformateur de sortie 16 au moyen d'un condensateur ajustable clas sique jusqu'à des fréquences égales à 450 mégacycles par seconde.
Dans la forme d'exécution de tube d'émis sion représentée à la. fig. 5, l'enveloppe coin- pi-end une base de verre 30 et des connexions supérieures 31 pour les anodes respectives. Comme dans l'exemple précédent, les électro des sont montées entre deux disques de mica munis d'ouvertures, qui sont, indiqués ici par les références 32 et 33 et qui sont fixés aux tiges supports 34 et 35 connectées aux bro ches Gl (fig. 6) en des points opposés de la base.
Chacune des cathodes 36 est constituée par un manchon de cathode rectangulaire recou vert sur :des surfaces opposées d'un matériau émetteur d'électrons et entourant un filament de chauffage. Comme dans la forme d'exécu tion précédente, l'arrangement de la base est important, les manchons de cathode étant connectés aux broches Cl et C2 indiquées à la fig. 6 et les filaments de chauffage respec tifs étant connectés aux broches Hl et H2.
L'anode de chaque partie triode comprend une paire de pièces en forme de canal 37 montées de manière que la- base du canal soit en face et parallèle à la surface d'émission de la cathode correspondante. De manière à con tribuer .à la dissipation de chaleur, chaque pièce en forme de :canal porte une ailette cen trale 28 qui s'éloigne de la partie active de la surface. Pour faciliter la construction, les pièces 37 sont en fait constituées d'une paire de pièces .en forme de canaux disposées côte à côte et soudées ensemble. Les deux pièces 37 formant l'anode sont connectées ensemble à la partie supérieure du tube par une pièce en foi-me de pont 39.
Cette pièce en forme de pont est constituée de manière à présenter deux parties terminales 40 en forme de ca naux, qui sont maintenus sur la feuille de mica supérieure 32 et une bande horizontale centrale 41, la partie centrale 41 étant cons tituée par la continuation de la base ou partie centrale de la pièce en forme de canal 40. La pièce en foi-me de pont 39 contribue matériel lement à assurer la rigidité de l'assemblage et évite tout mouvement dans le plan horizontal. Chaque cathode 36 est entourée par un fil de grille 42 :enroulé autour d'une paire de tiges de maintien 43. Une des grilles est connectée aux tiges de maintien 34 et 35 et en consé- quence aux -broches G1 de la base.
L'autre grille est connectée à la broche G2 du point de vue du courant continu. Du point de vue du courant alternatif, les deux grilles sont couplées par un condensateur 42a fixé au-des- s -clus de la feuille de mica inférieure 33. La construction de ce condensateur est montrée à la vue explosée de la fig. 7. II comprend un écran métallique supérieur 43va qui est soudé aux tiges de maintien 34 et 35 et comporte une fente centrale pour permettre le passage des tiges-supports de grille et de cathode, cette fente est limitée des deux côtés par les parois 44 s'étendant vers la partie supérieure.
La grille qui n'est pas connectée à l'écran 43c est connectée à une plaque métallique 45 dis posée entre une paire de feuilles de mica 46 qui sont fixées entre l'écran 43a et une feuille métallique inférieure 47 au moyen des exten sions 48 et 49. Ces extensions sont repliées sur l'ensemble et limitées aux feuilles 47 et 4-3u respectivement.