Tube à décharge électrique, à remplissage gazeux et à cathode froide. La. présente invention a pour objet un tube à décharge électrique, à remplissage ga zeux et à cathode froide.
Le tube suivant l'invention est. caractérisé en ce qu'il contient plusieurs intervalles de déeharge pratiquement identiques et un mé lange de gaz, les intervalles étant construits et arrangés de telle manière et le mélange (le @_#az ayant des propriétés telles que la ten sion nécessaire dans chaque intervalle pour y provoquer une décharge, lorsque l'intervalle est ionisé par la présence d'une autre décharge clans le tube, soit pratiquement identique à la tension néeessaire pour maintenir la décharge clans ledit intervalle.
De préférence, le tube est construit de fanon qu'une décharge dans l'un quelconque des intervalles ionise tous les autres inter valles. D'autre part, on peut. prévoir un inter valle particulier servant d'intervalle de pré- ionisation pour tous les autres intervalles ou c fin chaque intervalle peut avoir son propre intervalle de préionisation.
Les intervalles du tube peuvent être cons titués par une anode commune et des cathodes individuelles ou par des anodes individuelles et une cathode commune. Dans le premier cas, le tube peut servir de porte-électronique à coïncidence et. clans le second cas il peut ser vir clé tube mélangeur. Dans tous les cas, il est préférable que les intervalles aient une longueur ne dépassant pas 3 mm environ, que l'espace entre deux électrodes individuelles ne dépasse pas 3 mm environ et que la. pres sion du gaz soit de l'ordre de 15 à 40 mm de mercure.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, quelques formes d'exécution du tube objet. de l'invention.
La fig. 1 montre un tube constituant la première forme d'exécution.
La fig. 2 montre un circuit à coïncidence, simple et utilisant le tube de la fig. 1.
La fig. 3 montre, sous forme schématique, une variante du tube de la. fig. 1, constituant une deuxième forme d'exécution.
La fig. 4 montre une forme préférée de tube dont la. construction est particulièrement simple, ce tube constituant une troisième forme d'exécution.
La fig. 5 montre le tube à coïncidence de la fi-. 4 connecté à un tube mélangeur du type représenté à la fig. 3 et dans lequel l'électrode commune est utilisée comme ca thode et les électrodes individuelles sont uti lisées comme anodes.
La fig. 6 montre deux réseaux de redres seurs remplissant respectivement les mêmes fonctions qu'un tube à coïncidence et qu'un tube mélangeur.
La. condition nécessaire pour qu'un tube à gaz puisse fonctionner comme circuit à coïncidence est. que, au cours du fonctionne ment, les potentiels d'allumage et les potentiels de maintien de tous les intervalles faisant partie du circuit à coïncidence proprement dit. soient pratiquement identiques. Une décharge doit toujours exister auparavant dans un inter valle au moins pour qu'une coïncidence puisse être constatée et la propriété particulière des tubes à décharge gazeuse et à intervalles mul tiples, à ;savoir qu'une décharge existant dans un des intervalles ionise le gaz dans les inter valles voisins permet d'utiliser ces tubes polir ce but.
On a remarqué que, dans ces tubes, il est nécessaire que l'espacement des intervalles soit aussi voisin que possible de la longueur de l'espace sombre de la. cathode et que la pres sion du gaz soit basse.
Le tube représenté à la. fig. 1 possède une structure d'électrodes dans laquelle une anode ,l en forme de disque constitue une électrode commune à iui certain nombre d'intervalles de décharge. Il ,y a neuf cathodes K d'intervalles de décharge dont huit sont disposées régulière ment le long de la. circonférence d'un cercle et la neuvième est .au centre de ce cercle. Les extrémités des cathodes sont toutes dans le même plan et ce plan est parallèle au plan de l'anode A. La: cathode centrale est. désignée par El et l'une des cathodes de l'anneau exté rieur est indiquée par K2.
L'arrangement des électrodes, la pression du gaz et sa. compo sition sont tels que, lorsqu'une décharge existe dans un quelconque des intervalles; n'importe quel autre intervalle soit couplé par ionisation avec l'intervalle à l'intérieur duquel la. dé charge existe. L'ensemble des électrodes est monté sur quatre plaques de mica. telles que JIP qui sont. elles-mêmes supportées par des tiges de maintien suivant une disposition bien connue.
Le dimensionnement et les autres détails du tube donnent toute satisfaction quand ils sont choisis comme suit: L'ensemble est monté dans une enveloppe remplie avec un mélange de néon et d'argon à une pression de 25 mm de mercure. Chacune des cathodes est constituée par un fil de nickel de 0,02 pouce (environ 0,5 mm) de diamètre et les huit cathodes extérieures sont tangentes extérieurement à un cercle de 3 mm de dia mètre. La distance perpendiculaire entre le plan de l'anode et celui des cathodes est aussi de 3 mm.
Bien qu'on ait donné plus haut ces dinren- sions particulières, on comprendra qu'elles ne sont données qu'à titre d'exemple. Ainsi, par exemple, les cathodes pourraient, dans un autre cas, être disposées sur un cercle de 1 mm. La condition générale qui doit être satisfaite et qui a. déjà. été mentionnée est qu'il doit exister un degré élevé de couplage par ionisa tion entre deux intervalles quelconques.
Dans ces conditions, l'application à l'anode du po tentiel de la borne positive de la source de haute tension et du potentiel de la terre à chacune des cathodes aura pour résultat de provoquer l'extension d'une décharge égale ment à toutes les cathodes, tous les courants de cathode étant théoriquement égaux, quoi que en pratique des inégalités dans la fabri cation provoquent. la. concentration de la dé charge sur une ou deux cathodes. En pratique, on s'assurera de la. concentration de la. dé charge sur une des cathodes en la rendant plus négative que les autres, par exemple de -10 volts.
Toutefois, le fonctionnement. du tube sera. étudié en supposant qu'une telle concentration n'est, pas provoquée et qu'une décharge existe initialement dans tous les inter valles. Dans ce cas, quand une des cathodes est rendue plus positive, par exemple en lui appliquant un potentiel de + 50 volts, la. dé charge disparaît de l'intervalle correspondant. La réduction du courant de cette cathode est compensée par le fait. que le courant dispa raissant de cette cathode se partage entre les autres cathodes.
Des résultats similaires sont obtenus en rendant plus positives les autres cathodes, et quand la décharge gazeuse est limitée à un intervalle, les autres cathodes étant polarisées positivement, cet intervalle supporte pratiquement. tout le courant du tube. Si on applique alors un potentiel positif à cette cathode, cette augmentation de potentiel est transférée à l'anode. Le fait que la dé charge aux bornes de l'intervalle soit com plètement éteinte ou ne le soit. pas quand le potentiel de cette cathode s'élève dépend. de la grandeur de cette augmentation de poten tiel.
La décharge luminescente peut être sup primée dans .cet intervalle et le courant de cathode peut être réduit dans de très grandes proportions sans que l'intervalle soit en fait éteint complètement. D'autre part, si l'aug mentation du potentiel de cathode est suffi sante pour provoquer l'extinction de la dé charge quand le dernier intervalle est éteint, le potentiel d'anode augmente de manière à atteindre au moins momentanément le poten tiel de la borne positive de la batterie de haute tension. Ceci n'est pas forcément un inconvé nient. Si on élevait les potentiels de toutes les cathodes à des degrés différents, on obtien drait à l'anode une impulsion de sortie égale à la plus faible augmentation de potentiel appli quée aux cathodes.
Un mode de fonctionnement possible d'un tel tube sera maintenant décrit en relation avec. la fig. 2. Dans celle-ci, les cathodes sont représentées, par raison de commodité, dans an plan, tandis que l'anode est représentée en élévation. Le signe de référence qui est au voisinage de chaque cathode indique l'inter valle entre cette cathode et l'anode, par exem ple Gl. On doit se rappeler que tous les intervalles ont la même longueur.
Au cours du fonctionnement du tube, la décharge est limitée normalement à l'inter valle G1. On obtient cette limitation en maintenant la, borne Pl à un potentiel de -10 volts, tandis que les autres cathodes sont maintenues au potentiel zéro, ce qui fait que la différence de potentiel aux bornes de L'intervalle G1 est plus grande que la diffé rente de potentiel aux bornes des autres inter- values et, que la. décharge se concentre dans cet intervalle. On s'arrange en outre, de pré férence, pour que cette cathode soit plus ro buste que les autres.
Pendant qu'une décharge existe dans l'intervalle Gl, tous les autres intervalles sont. ionisés et le potentiel aux bornes de ces intervalles est alors suffisant pour permettre leur allumage. Au point Pl, des impulsions positives sont appliquées à une fréquence prédéterminée et on les désignera par la suite sous le nom d'impulsions de com- mande. Quand la première impulsion de com mande arrive en P1, la décharge dans l'inter valle Gl est supprimée et, du fait que tous les autres intervalles sont couplés par ioni sation, un ou plusieurs des autres intervalles ;sont automatiquement allumés.
A la fin de l'impulsion de commande, la décharge se réta blit dans l'intervalle G1, du fait que le niveau normal du potentiel en Pl est inférieur à celui de n'importe laquelle des autres bornes. Lorsque le courant normal se rétablit dans l'intervalle Gl., les autres intervalles cessent de laisser passer un courant appréciable.
On considèrera maintenant le fonctionne ment lorsque des impulsions positives sont appliquées à toutes les bornes P1 à P9, par exemple, suivant différents cycles dans le temps et avec des durées d'impulsion diffé rentes. Dans de tels cycles, il y a toujours un moment qui se reproduit périodiquement et auquel toutes les impulsions coïncident., et qui a un temps de récurrence important par rap port aux cycles de récurrence des impulsions individuelles.
Quand cette coïncidence se pro duit, les impulsions positives appliquées aux cathodes de l'anneau extérieur évitent l'allu mage de tous les intervalles, de sorte que l'élévation de potentiel de la cathode de Gl est transférée à l'anode.
Ainsi, pendant la durée de la coïncidence des impulsions, une impulsion de sortie est obtenue à la borne de sortie OT. On comprendra. que cette, impulsion de sortie n'est obtenue que lorsque toutes les cathodes sont simultanément portées à un potentiel positif. Ainsi, un tube tel que celui qui a été décrit et fonctionnant suivant le principe qui vient d'être exposé constitue un circuit à coïncidence.
La fig. 3 montre un tube dans lequel le problème de l'obtention d'une ionisation de tous les intervalles est résolu au moyen d'intervalles de préconisation. Dans ce type de construction, chaque intervalle principal pos sède son propre intervalle de préconisation et est isolé des intervalles adjacents. Les intervalles principaux G1-8 (chacun de ceux-ci étant associé à son propre intervalle de préconisation Pl-8) sont disposés comme dans la fig. 1 en cercle et sont isolés des intervalles adjacents par des écrans disposés suivant, des rayons IFS.
Suivant une autre variante, l'intervalle cen tral de la fig. 1 peut étire utilisé seulement comme intervalle de préionisation, réduisant ainsi les intervalles prévus de neuf à huit, comme dans la fig. 3.
Le problème posé par le fait que les inter valles doivent être placés très près les uns des autres est résolu d'une manière phis satis faisante dans le mode de construction de la fig. d, dans lequel les cathodes ont la forme d'un L, les parties longues étant montées sur un cercle et. de manière usuelle, dans des plaques de mica, les parties plus courtes étant dirigées vers le centre, suivant des rayons du cercle, de sorte que les extrémités adja centes des cathodes sont sur un cercle de 1 mm de diamètre. La. distance verticale entre le disque d'anode A et chaque ca thode est égale, à 2 mm.
Les intervalles sont entièrement ionisés aux extrémités des ca thodes, les uns par les autres. La décharge dans chaque intervalle s'établit à partir de l'extrémité de la cathode à L'anode, mais elle s'étend ensuite le long du bras de la cathode qui est. parallèle à l'anode. On n'utilise ni intervalles de préionisation, ni écrans. Dans ce tube, la. pression du gaz peut être de l'ordre de 25 mm de mercure, le gaz étant comme précédemment un mélange d'argon et de néon.
Un tel tube avec quatre intervalles possède un voltage d'allumage initial de 125 volts lorsqu'il n'est. pas préionisé et un voltage d'allumage légèrement supérieur à 110 volts, mais inférieur à 111 volts quand i1 est ionisé, le voltage de maintien étant de 110 volts.
L'impédance effective d'un intervalle con ducteur est. d'environ<B>10000</B> ohms, et l'impé dance d'un intervalle non conducteur est. d'en viron une centaine de mégohms. La variante du voltage de maintien d'iin intervalle par suite d'une modification de 40 volts de la tension aux bornes d'un intervalle voisin non conducteur n'est que de 0,2 volt.
Les limites du courant. du tube sont comprises entre 50 et 300 microa.mpères. Dans ce tube, un certain temps est. néces saire pour que le courant passe d'une cathode à une cathode adjacente quand les tensions appliquées aux intervalles provoquent un transfert. de la décharge d'un intervalle à. un autre. Ceci produit. une petite modification dans le voltage d'anode - durant quelques mierosecondes - quand une impulsion rapide est appliquée à une porte qui est fermée, c'est-à-dire quand une ou plusieurs cathodes sont au potentiel zéro et qu'aucune tension de sortie ne peut être obtenue.
Quand la porte électronique est ouverte, toutefois, c'est-à-dire quand le potentiel sur toutes les autres ca thodes a été augmenté, l'application d'une im pulsion rapide sur la cathode de commande éteint. les décharges et, dans ce cas, le voltage d'anode dépasse (positivement.) la valeur du potentiel de maintien. Il en résulte unie aug mentation de l'impulsion de voltage apparais sant à l'anode et., dans certaines circonstances, le tube peut réellement. donner une amplifi cation.
Des tubes tels que ceux décrits ci-dessus peuvent être utilisés avec l'électrode commune comme anode et les électrodes individuelles comme cathodes, c'est-à-dire ainsi qu'on vient de le dire. En outre, les mêmes tubes peuvent être utilisés avec l'électrode commune comme cathode et les électrodes individuelles comme anodes. La seule différence entre les deux cas sera. la. différence de finition des électrodes en relation avec l'utilisation.
Quand il est utilisé comme un tube à ca thode commune, le tube D2 (fig. 5) fonctionne comme un tube mélangeur, une modification du potentiel de l'une quelconque des anodes donnant une impulsion de sortie sur la ca thode. Comme représenté, la cathode est con nectée, par une résistance de cathode, de l'ordre de 2 nié\@-olirns, à - 7.00 volts, par exemple, tandis que les anodes sont indivi duellement connectées par des résistances d'anode de l'ordre de 1. mégohm à + 300 volts et à la sortie de tubes Dl tels que celui repré senté à la fig. 2.
Les potentiels d'anode du tube D2 sont normalement les mêmes, mais, si un potentiel (l'anode s'élève, un accroissement de potentiel apparaît aux bornes de la. charge de cathode et les autres anodes sont. effectivement décou plées. Le tube D2 est. du type représenté à la fig. 3, mais il est représenté avec toutes les électrodes individuelles en ligne.
Comme ce tube fonctionne en mélangeur, les électrodes individuelles sont des anodes et l'électrode commune est. la cathode. Chaque intervalle principal comprenant une anode A possède son propre intervalle de préionisation constitué par une anode de préconisation PA. Claque paire d'anodes A., PA est isolée des paires adjacentes par un écran -S porté à + 80 volts. Les anodes de préconisation sont connectées par des résistances individuelles de 5 rnégolms à + 300 volts.
La fig. 5 montre un tube fonctionnant e < nnrne tube à coïncidence connecté à. un autre tube fonctionnant comme tube mélangeur. Les rôles peuvent être inversés ou bien les deux tubes peuvent être du même type.
Le fonctionnement. du tube à coïncidence D1 est amélioré si on utilise une des cathodes PC pour maintenir une petite décharge auxi liaire. Cette décharge a pour effet de préconi ser les autres intervalles et de réduire ainsi la différence du potentiel d.'amorçage et du potentiel de maintien. La cathode PC est cou neetée par une résistance de 5 mégohms à -<B>100</B> volt, tandis que l'anode est connectée par une résistance de 1 mégohm à + 300 volts.
L'intervalle de préconisation n'affecte pas le fonctionnement des intervalles de coi nci- denee et, comme précédemment, quand on élève le potentiel de toutes les cathodes, on obtient une impulsion de sortie.
La borne de sortie de D1 est connectée à une anode de D2 et. les autres anodes de D2 sont connectées à. chacune des sorties d'autres tubes Dl- correspondants, non représentés. Dans les conditions normales, un courant cir culera à partir d'une des anodes de D2 par la résistance de cathode commune, vers la borne maintenue à -100 volts. Le voltage à la borne de sortie sera. inférieur, du potentiel de maintien de D2, au voltage de l'anode la, plus positive. Ainsi, si le potentiel, d'une quelconque des anodes est modifié, il y aura une variation correspondante à la cathode, si cette anode particulière est. plus positive que toutes les autres.
Les anodes qui sont moins positives seront automatiquement déconnectées de cette anode et de la cathode commune. Ainsi, quand le potentiel de l'anode de Dl devient plus positif dans le cas de la, coïnci dence de voltages positifs appliqués aux en trées 1 à 6, une augmentation positive de po tentiel apparaît aux bornes de la charge de cathode de D2, les autres anodes de D2 étant effectivement découplées.
On verra. que les tubes à coïncidence et les tubes mélangeurs décrits sont les équivalents électriques des portes électroniques représen tées à gauche et à droite de la fig. 6. Chaque redresseur est l'équivalent d'une diode à gaz constituée par une éleetrode individuelle et la partie correspondante de l'électrode commune.
Les circuits à coïncidence sont connus sous le nom de portes électroniques à coïncidence, la coïncidence des impulsions sur toutes les diodes étant nécessaire pour produire une impulsion de sortie, tandis que les circuits mélangeurs sont connus sous le nom de portes électroniques mélangeuses puisqu'une seule impulsion sur une quelconque des diodes donne naissance à une impulsion de sortie.
Les diodes à gaz ont une résistance directe beaucoup plus faible et une résistance inverse beaucoup plus importante que les redresseurs secs et elles n'ont pas les inconvénients pro voqués par la. capacité entre électrodes.