Tube à décharge électronique La présente invention a pour objet un tube à décharge électronique dans lequel une pluralité de chemins de transmission de courant aboutis sant à une sortie commune sont commandés par des potentiels appliqués à des éléments de com mande associés aux différents chemins. L'inven tion a également pour objet l'utilisation de ce tube dans un circuit porteélectronique pour reconnaître la coïncidence de plusieurs potentiels appliqués séparément auxdits éléments de com mande.
Il est souvent nécessaire dans la technique du comptage ou de la commutation électrique qu'un circuit soit actionné lorsque et seulement lorsqu'un certain nombre de conditions indé pendantes se produisent simultanément. Dans le cas de deux impulsions apparaissant simultané ment, on a proposé de nombreux circuits utili sant des tubes thermioniques ordinaires suscep tibles de fonctionner à des fréquences de répétition élevées.
A des fréquences plus basses, on peut utiliser des tubes à déclenchement à remplissage gazeux et à électrodes multiples et on a mis au point récemment des tubes de ce type pour le cas de plusieurs coïncidences tandis qu'on a proposé des circuits utilisant des redres seurs au silicon ou au germanium pour le cas d'un grand nombre de coïncidences. Ces derniers circuits entraînent une perte considérable de puissance et ils sont limités<B>du</B> point de vue de la fréquence maximum de répétition ou bien ils sont coûteux et compliqués.
Le but de la présente invention est de prévoir un tube au moyen duquel la coïncidence de plu sieurs conditions indépendantes provoque l'ap parition d'un courant de sortie relativement important de manière à obtenir un gain de vol tage ou de puissance important et qui soit capable de fonctionner à des fréquences de répé tition élevées.
Le tube selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes pour projeter une pluralité de faisceaux d'électrons le long de chemins respectifs, vers une anode commune, et une électrode de commande entre chaque paire desdits faisceaux de manièré que, lorsque toutes lesdites électrodes de commande se trouvent à un potentiel bas donné, tous les faisceaux sont chacun réfléchis sensiblement en arrière vers les faisceaux voisins, et que lorsque toutes lesdites électrodes de commande sont à un potentiel plus élevé donné, tous lesdits faisceaux abou tissent à ladite anode sans être pratiquement interceptés par une électrode de commande quel conque,
tandis que lorsque deux électrodes de commande adjacentes sont à des potentiels sen siblement différents compris dans la gamme délimitée par lesdits potentiels donnés le faisceau d'éleétrons dont le chemin vers l'anode passe entre lesdites électrodes de commande est dévié au moins partiellement vers l'électrode de com mande présentant le potentiel le plus élevé, cette électrode de commande recueillant pratiquement tous les faisceaux déviés quand lesdits potentiels différents sont aux limites respectives de ladite gamme.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, une forme d'exécution du tube faisant . l'objet de l'invention: La fig. 1 sert uniquement à expliquer le problème que l'invention se proposé de résoudre; la fig. 2 montre en partie en coupe un tube constituant une forme d'exécution de l'invention et dans lequel certaines électrodes sont suppri mées pour mieux montrer la construction du tube; la fig. 3 montre- schématiquement le système d'électrodes du tube de la fig. 2; et la fig. 4 montre un circuit utilisant le tube des fig. 2 et 3.
La fig. 1 montre quatre tubes à décharge similaires 1, 2, 3 et 4, dont les anodes 5 sont connectées à une résistance de charge commune 6 et à une borne de sortie 7. Chacun des tubes possède un canon à électrons classique constitué. par une cathode 8, un .cylindre de focalisation 9 et une électrode d'accélération 10. Les cathodes 8 et les cylindres de focalisation 9 sont connectés ensemble et à la masse. Les électrodes d'accélé ration 10 sont représentées comme étant con nectées par des résistances individuelles 11 en série à un point A commun à la résistance de charge 6 et à la source 12 de haute tension. L'autre extrémité de la source est connectée à la masse.
Dans, chaque tube, la trajectoire du faisceau vers l'anode 5 passe entre une paire d'électrodes de déviation qui sont indiquées par les références numériques 13 et 14, 13 et 15, 15- et 16 et 16 et 14 respectivement.
Les plaques de déviation ayant des références identiques sont connectées ensemble à la masse à travers des résistances indiquées par 17, à travers des résistances en série indiquées par 18 et un condensateur de blocage de courant con tinu 19, aux bornes d'entrée d'impulsions res pectives. Les bornes d'entrée des impulsions associées aux plaques de déviation 13, 15, 16 et 14 respectivement sont indiquées par les réfé rences numériques 20, 21, 22 et 23.
Dans chaque tube, les électrodes sont prévues et dimension- nées et les voltages d'alimentation sont prévus de manière à ce que les plaques de déviation fonctionnent comme des électrodes de commande formant une porte électronique qui est fermée pour le faisceau d'électrons quand les plaques de déviation sont maintenues au potentiel ou en dessous du potentiel de cathode par les résis tances 17, lesdites portes électroniques étant ouvertes quand les deux plaques de déviation sont portées à un potentiel plus élevé. Quand les deux plaques de déviation sont au potentiel de la cathode ou en dessous, la porte électro nique agit de manière à réfléchir le faisceau d'électrons le long de sa trajectoire par suite du potentiel retardateur des plaques de déviation.
Toutefois, lorsque les plaques de déviation sont à des potentiels différents par exemple par suite de l'application d'une impulsion positive à une seule des électrodes et non aux autres, le faisceau d'électrons est dévié et rencontre la plaque la plus positive. On doit s'arranger pour que lors qu'une des plaques est maintenue au potentiel de cathode ou en dessous et qu'on applique à l'autre un potentiel qui serait suffisant s'il était appliqué aux deux plaques pour ouvrir entière ment la porte électronique entre elles, tout le courant du faisceau d'électrons soit pratiquement recueilli par la plaque la plus positive.
On verra que si les quatre bornes d'entrée ne sont pas alimentées, toutes les portes électro niques seront fermées et un courant négligeable circulera dans la charge 6 de sortie. De même, si une impulsion positive, audit potentiel positif élevé donné, est appliquée à chacune des bornes d'entrée, toutes les portes électroniques sont entièrement- ouvertes et un courant maximum circule dans la charge de sortie 6.
On supposera comme il est indiqué à la fig. 1 que des impulsions positives identiques sont appliquées aux bornes 20, 21, 22 mais qu'aucune impulsion n'est appliquée à la borne 23. Dans le tube 1, l'électrode 13 sera por tée à un potentiel légèrement inférieur à l'ampli tude de l'impulsion appliquée à la borne 20, les résistances 18 et 17 réduisant quelque peu l'amplitude, tandis que l'électrode 14 est au potentiel de cathode. En conséquence, le faisceau d'électrons du tube 1 sera recueilli par l'élec trode 13. De même, dans le tube 4, le faisceau d'électrons sera pratiquement recueilli par l'élec trode 16.
Les faisceaux d'électrons constituent des circuits à basse impédance en parallèle avec les résistances 17 de sorte que le potentiel des électrodes 13 et 16 devient une petite fraction de l'amplitude des impulsions. Dans le tube 2 qu'on considérera maintenant, le potentiel de l'élec trode 15 est plus élevé que celui de l'électrode 13 dont le potentiel a été réduit comme il vient d'être expliqué. Le faisceau d'électrons dans le tube 2 sera donc dévié vers l'électrode 15. Un résultat similaire est obtenu dans le tube 3 de sorte que, dans ce cas également, le courant électronique vers l'électrode 15 est en dérivation avec la résistance associée 17 et réduit le poten tiel positif de l'électrode 15.
Ainsi, le courant d'anode dans les tubes 2 et 3 est réduit non seulement par le fait que le faisceau d'électrons est partiellement recueilli par les électrodes 15 mais également par la réduction du potentiel positif de toutes les électrodes de commande 13, 15 et 16. Ainsi l'absence d'impulsion positive sur la borne 23 a non seulement réduit le courant de sortie dans la charge 6 par la fermeture des portes électroniques dans les tubes 1 et 4 mais il a également réduit l'amplitude des impulsions positives atteignant les électrodes de commande 13, 15 et 16.
On verra dans la fig. 1 que même lorsque trois des quatre entrées disponibles sont alimen tées, le courant de sortie est inférieur à la moitié du courant maximum obtenu lorsque toutes les entrées sont alimentées. On verra de la même manière que lorsque deux bornes adjacentes ne sont pas alimentées, le courant d'anode est inférieur à un quart du courant de sortie maximum tandis que si deux bornes opposées ne sont pas alimentées, le courant d'anode peut être pratiquement supprimé. De même, si une seule borne est alimentée, on obtient un courant de sortie négligeable. On comprendra également qu'on peut considérer plus de quatre entrées en prévoyant un nombre correspondant de tubes supplémentaires et qu'on obtiendra des résultats analogues.
Le problème à résoudre ayant été expliqué en regard de la fig. 1, on va maintenant décrire comment ce problème peut être résolu par un tube unique constituant une forme d'exécution de l'invention et renfermant dans une seule enveloppe les dispositifs de formation de fais ceau et les électrodes de commande des tubes séparés 1 à 4. La construction d'un tel tube est représentée schématiquement aux fig. 2 et 3. Le tube comprend une cathode centrale 24, entou rée par des fils de la grille d'accélération 25, disposés en cage d'écureuil et une anode coaxiale 26. Les électrodes de commande ont la forme d'ailettes radiales 27, possédant des rebords 28, à angle droit de chaque côté de l'ailette.
Ces rebords rendent les électrodes plus efficaces comme collecteurs d'électrons et aident à la commande du champ électrique dans les portes électroniques formées entre les ailettes adjacentes. Aux fig. 2 et 3, on a également indiqué une grille-écran hélicoïdale 29 entre les extrémités des ailettes et l'anode qui rend le fonctionnement des portes électroniques indé pendant du potentiel d'anode. La grille-écran est normalement connectée à la cathode. Les électrodes sont montées d'une manière habi tuelle entre des rondelles de mica 30 et 31. L'ensemble est monté à l'intérieur d'une enve loppe de verre classique 32, possédant une base de verre 33 à travers laquelle les fils 34 sont scellés d'une manière classique.
Le tube repré senté aux fig. 2 et 3 possède huit électrodes de commande et huit faisceaux d'électrons. A la fig. 2 certaines des électrodes de commande n'ont pas été représentées pour montrer la construction du reste de l'ensemble. On verra que le tube comporte les éléments essentiels de la pluralité de tubes représentée à la fig. 1, mais au lieu qu'il ait une paire d'électrodes connectées ensemble comme à la fig. 1, chaque électrode de commande sert pour deux faisceaux d'électrons adjacents.
Le fonctionnement d'un tube tel que repré senté aux fig. 2 et 3 est absolument semblable à celui exposé en relation avec l'arrangement de la fig. 1, le circuit analogue étant représenté à la fig. 4 où on a représenté un tube à huit faisceaux dont les électrodes opposées sont connectées ensemble de manière à former un arrangement à quatre sorties avec quatre bornes d'entrée, comme dans l'arrangement de la fig. 1.
A la fig. 4, les électrodes sont indiquées par les mêmes références numériques qu'aux fig. 2 et 3, mais un ensemble supplémentaire 35 de fils de grille en forme de cage d'écureuil est représenté entre la cathode 24 et la grille 25. Les fils de grille 35 sont en ligne avec les fils de la grille d'accélération 25 et sont connectés ensemble de manière à former une grille de commande qui aide à la focalisation du faisceau et réduit le courant vers les ailettes 27 et les fils de grille 25 quand les portes électroniques sont entièrement ouvertes.
Les éléments de circuit connectés aux élec trodes de commande 27 de la fig. 4 qui sont identiques à ceux de la fig. 1 sont indiqués par les mêmes références numériques. L'anode 26 est connectée comme dans la fig. 1 à la borne de sortie 7 et à la résistance de charge 6. On a substitué à la batterie 12 de la fig. 1 une batte rie 36 dans la fig. 4, les fils de la grille d'accélé ration étant alimentés à partir d'un point inter médiaire de cette batterie. Les fils de grille 35 sont polarisés positivement par rapport à la masse au moyen de la batterie 37.
Pour éviter les confusions, les flèches<I>a, b, c et d</I> sont indi quées pour montrer les connexions entre les électrodes de commande respectives et les points indiqués par des lettres dans les réseaux connec tés aux bornes respectives 20-23.
Comme dans la fig. 1, on suppose que des impulsions positives identiques sont appliquées aux bornes 20, 21 et 22 mais qu'aucune impul sion n'est appliquée à la borne 23. Les faisceaux d'électrons sont chacun indiqués par une paire de. lignes pointillées. Les électrodes de com mande connectées aux bornes 20 et 22 sont représentées comme recevant et recueillant la totalité du courant électronique d'un de leurs côtés tandis que les électrodes de commande associées à la borne 21 sont indiquées comme recevant une partie des faisceaux respectifs de chaque côté. le restant du faisceau étant recueilli par l'anode 26.
Les portes électroniques des deux côtés des électrodes de commande connec tées à la borne 23 sont indiquées comme étant entièrement fermées.
A titre d'exemple, on donne plus loin les dimensions des électrodes d'un tube tel qu'indi qué aux fig. 2 et 3 ainsi que les détails de fonctionnement d'un circuit semblable à la fig. 4. Le tube pour lequel les résultats sont donnés comprend une grille-écran 29 mais pas de fils de grille de commande 35.
La cathode 24 est chauffée indirectement et possède un manchon de 2,5 millimètres de diamètre et une longueur de 2,4 centimètres avec une longueur centrale de 12 millimètres recouverte avec un matériau émetteur d'élec trons. Les fils de la grille d'accélération 25 ont chacun 0,51 millimètre de diamètre et sont également espacés autour de la cathode le long d'un cercle d'environ 4 millimètres de diamètre, chacun de ces fils étant soudé à une extrémité à un anneau qui n'est pas représenté sur la figure.
Les électrodes de commande sont constituées en pliant des bandes de nickel de 0,127 milli mètre à la forme désirée de manière à ce que les prolongements 28 dépassent de 0,27 millimètre du centre de l'ailette 27. Une électrode de commande est placée derrière chaque fil de grille d'accélération 25 de manière à ce que ses extrémités reposent sur des cercles de dia mètres respectifs 5,3 et 10,9 millimètres de diamètre environ. La grille-écran 29 est consti tuée par un fil de 0,013 millimètre de diamètre enroulé de manière à former une hélice possé dant environ 6,3 tours par centimètre et un diamètre moyen de l'ordre de 15 millimètres. L'anode est constituée par une feuille de métal d'environ 19 millimètres de diamètre.
Les valeurs suivantes d'éléments de circuit et de voltages de fonctionnement ont été utili sées avec un tube expérimental dont les dimen sions ont été données plus haut.
EMI0005.0001
Résistance <SEP> de <SEP> charge <SEP> 6 <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 39 <SEP> 000 <SEP> ohms
<tb> Résistance <SEP> en <SEP> série <SEP> 18. <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 150 <SEP> 000 <SEP> ohms
<tb> Potentiel <SEP> de <SEP> la <SEP> grille <SEP> d'accélé ration <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,5 <SEP> volt
<tb> Potentiel <SEP> d'anode <SEP> (courant
<tb> d'anode <SEP> nul) <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> -E- <SEP> 300 <SEP> volts Grille-écran 29 connectée à la cathode et à la masse.
Les résultats suivants ont été obtenus quand des impulsions d'entrée- de 1 microseconde, de forme pratiquement carrée et de 35 volts d'amplitude ont été appliquées aux différentes bornes d'entrée:
EMI0005.0003
<I>Nombre <SEP> de <SEP> bornes <SEP> Voltage <SEP> de <SEP> sortie</I>
<tb> <I>alimentées <SEP> à <SEP> la <SEP> borne <SEP> 7</I>
EMI0005.0004
8 <SEP> 266
<tb> 7 <SEP> 89
<tb> 6 <SEP> 34 Avec deux ou plusieurs bornes auxquelles ne sont pas appliquées d'impulsions, l'ampli tude des impulsions de sortie dépend de la position relative des entrées non alimentées, le voltage le plus faible étant obtenu quand les bornes non alimentées sont également disposées autour du tube.
Si on désire utiliser un tube à huit électrodes d'entrée pour indiquer un nombre de coïnci dences inférieur à huit, les bornes non utilisées sont connectées à une source de courant continu du même potentiel positif que les impulsions qui sont appliquées aux bornes d'entrée utili sées. Le tube peut, par exemple, être utilisé pour indiquer cinq coïncidences par exemple en connectant trois bornes à travers des réseaux de résistances associées à un point maintenu à + 35 volts par rapport à la cathode.
Quand, comme dans le fi-g. 4, on n'a besoin que de quatre entrées, la discrimination obtenue est plus importante quand les électrodes de commande opposées sont connectées en paral lèle. En fait pour deux entrées seulement les électrodes opposées peuvent être connectées l'une à l'autre. La largeur d'impulsion minimum qu'on peut utiliser et la fréquence de répétition maxi mum à laquelle le tube peut fonctionner efficace- ment dépendent des capacités interélectrodes et des capacités du circuit ainsi que du temps de transit des électrons.
Dans le tube dont les dimensions ont été données plus haut, les capacités interélectrodes moyennes sont les suivantes: Capacité d'entrée par électrode . . . 3,5 pF Capacité de sortie dans le support du tube . . . . . . . . . . . . . . 6 pF Des rapports de voltages de sortie ne diffé rant pas sensiblement des résultats donnés plus haut ont été obtenus à une fréquence de répé tition de 200 kHz en utilisant des impulsions de 1 microseconde. La fréquence maximum est limitée par la capacité anode-masse et la résis tance de charge d'anode de la manière ordi naire.
Si on désire faire fonctionner le tube à des fréquences très élevées, on diminue la résis tance de charge et on augmente le courant en augmentant le potentiel de la grille d'accéléra tion pour compenser la diminution de voltage aux bornes de la résistance de charge 6. Pour les valeurs données, une durée d'impulsion de 1 microseconde constitue le minimum possible. La fréquence de répétition maximum d'un tel tube n'a pas été déterminée mais elle est bien supérieure à 200 kHz.