Dispositif à décharge d'électron. L'objet de la présente invention est titi dispositif ii décharge d'électrons comportant titi récipient ii vide établi en vue de présen ter une caractéristique de résistance négative, c'est-à-dire un récipient à vide dans lequel le courant diminue ii mesure que le potentiel y appliqué augmente, par opposition aux résis tances ordinaires, dans lesquelles une augmen- tation de potentiel est accompagnée d'une augmentation de courant.
Selon cette invention, le dispositif à dé charge d'électrons comporte, dans son réci pient à vide, nue cathode émettant des élec trons, une anode et une troisième électrode, en combinaison avec des moyens de commande pour appliquer à cette troisième électrode titi potentiel positif, par rapport ii la cathode, de valeur telle qu'il produise une émission d'élec trons secondaires en vue de donner audit réci pient une caractéristique de résistance néga tive entre cathode et troisième électrode.
En appliquant à la troisième électrode du récipient titi potentiel variable, le nombre d'électrons secondaires émis par elle varie en même temps. Dans le dessin annexé, donné ii titre d'ex emple, la fig. 1 représente le récipieirt à vide d'une forme l'exécution de l'objet de l'inven tion, tandis que la fig. 2 montre schéinati- queinent une application de celle-ci dans le but d'amplifier des potentiels variables;
la fig. 3 représente une irr,tallation de récep tion électrique, sans fil, de signaux téléplioni- ques utilisant une forme d'exécution de l'objet de l'invention, et la fig. 4 donne la courbe carac téristique du récipient à vide de l'un de ces dispositifs.
Le dispositif ii décharge d'électrons repré senté en fig. 1 comporte un récipient herinéti- quentent clos 1 dans lequel existe le vide le plies parfait possible et qui renferme une cathode en forme (le filament \1. reliée à des conducteurs de connexion 3 qui y amènent le courant pour l'échauffer jusqu'à
l'incandes cence. Cette cathode est entourée d'une anode 4, en forme de grille hélicoïdale, reliée à un con ducteur de connexion 5. Autour de la cathode et (le l'anode se trouve disposée une troisième électrode constituée d'un cylindre en métal 6 raccordé à titi conducteur de connexion 7. Po préférence, ce cylindre sera assez rapproché de l'anode, bien que les positions relatives des trois électrodes puissent être variées à l'effet de modifier les caractéristiques effec tives du dispositif.
De préférence on aura réalisé, dans le récipient 1, titi degré de vide tel que, quand des potentiels de la valeur voulue pour le fonctionnement seront appliqués aux électrodes, on ne constatera aucune trace visible d'ionisation de gaz, telle, par exemple, qu'une lueur bleue.
Si la cathode est reliée à la terre et est chauffée à l'incandescence, et si l'on imprime à l'anode tin potentiel positif, il y aura pas sage d'un flux d'électrons de la cathode à l'anode. Si la troisième électrode est, elle aussi, au potentiel terrestre, elle ne recevra pas d'électrons puisqu'elle sera air même po tentiel que la cathode. Mais si l'on imprime à la troisième électrode titi petit potentiel positif, une partie des électrons traversant l'anode-grille viendra la frapper, et elle recevra un courant d'électricité négative.
La rapidité avec laquelle ces électrons viendront frapper la troisième électrode, dépendra de la dif férence de potentiel entre elle et la cathode. En cas d'augmentation de ce potentiel; il y aura accroissement de cette rapidité jusqu'à ce que les électrons venant frapper la troi sième électrode soient capables de mettre en liberté, par leur choc, des électrons secon daires. Ces électrons secondaires quittant la troisième électrode seront attirées vers l'anode plus positive.
A mesure que le potentiel augmente, on finit par atteindre titi point pour lequel le nombre d'électrons secondaires quit tant la troisième électrode, sera précisément égal ait nombre d'électrons primaires venant la frapper, c'est-à-dire que chaque électron qui accomplit son choc libère en moyenne Lui électron secondaire. La troisième élec trode ne recevra alors aucun courant.
Si le potentiel de la troisième électrode continue à augmenter, l@ nombre d'électrons secon daires émis surpassera le nombre d'élec trons primaires reçus, et, comme conséquence, la troisième électrode subira une déper dition d'électrons, fournissant ainsi des élec- trous (qui iront vers l'anode) ait lieu d'en recevoir.
On saisira mieux ces caractéristiques cri examinant la courbe représentée cri fig. 4, et dans laquelle les ordonnées représentent le courant d'électrons dirigé sur la troisième électrode ou quittant celle-ci; tandis que les abscisses représentent le potentiel de la troi sième électrode pari-apport à la cathode (l'an.- ,d- étant maintenue à un potentiel constant). La branche de courbe ascendante A B représente le courant d'électrons en augmentation arrivant à la troisième électrodeà mesure due le potentiel augmente.
Quand le potentiel de la troisième électrode augmente ait delà de la valeur corres pondant air point B, le degré d'accroissement dans l'émission des électrons secondaires dé passe le degré d'accroissement des électrons primaires reçus, et le courant d'électrons com mence à décroître. Quand le potentiel de la troisième électrode est à la valeur indiquée par D, elle libère autant d'électrons qu'elle en reçoit, et le courant d'électrons devient nul.
Dans la période de D à T le nombre d'élec trons secondaires émis continue à. augmenter, et le courant d'électrons allant de la troi sième électrode à l'anode augmente. On finit par atteindre le point Z;
, où le potentiel de la troisième électrode devient d'une valeur tellement rapprochée de celui de l'anode, que le nombre d'électrons secondaires perdus par la troisième électrode commence à décroître en raison de ce que la différence de potentiel entre l'anode et la troisième électrode n'est pas assez grande pour déterminer l'attraction vers l'anode d'autant d'électrons que précé demment.
Ceci continue ainsi jusqu'à ce qu'on atteigne le point r, pour lequel le nombre d'électrons secondaires quittant la troisième électrode sans y retourner est égal air nombre d'électrons primaires qui la frappent, et, cette fois encore, le courant d'électrons devient nul. A partir de ce point, le courant d'électrons reçu par la troisième électrode augmente avec l'accroissement de soir potentiel. La ligne pointillée G représente le potentiel de l'anode.
La branche<I>B D</I> de la courbe de courant' est presque rectiligne, et petit être représentée par l'équation
EMI0003.0003
dans laquelle E dés iguelepoteutiel (le latroisièmeélectrode,
ta ii- (lis que Io et 1i sont des constantes dépendant des caractéristiques du dispositif et I désigne le courant d*électi-ous se dirigeant sur la troisième électrode ou quittant celle-ci selon que
EMI0003.0018
est positif ou négatif; Il correspond à la résistance dFuu conducteur ordinaire, sauf due. clans ce cas. c'est une résistance négative.
Oit verra ainsi qu'il y a une certaine succes sion de valeurs pour lesquelles oit peut faire fonctionner le dispositif, dans laquelle le cou rant d'électrons reçu par la troisième élec trode décroîtra à mesure de l'accroissement dit potentiel y appliqué. Dans la description qui suit, l'expression "dispositif à résistance négative\ est employée pour désigner titi dis positif du genre décrit à caractéristiques de résistance négative.
Il n'importe. absolument pas, pour le foiic- tiounement de ce dispositif, que la branche B 1; de la courbe de courant descende sous l'axe des abscisses, et quand elle descend sous cet axe, comme dans l'exemple ici donné. il importe peu que le courant d'électrons nor- mal corresponde à la partie<I>B D</I> ou à la partie D L' de la courbe.
La fig. 2 représente une installation dans laquelle un dispositif à résistance négative tel que celui qui vient d'être déerit, est utilisé pour amplifier des variations de potentiel. Le dispositif à résistance négative 8 ici indiqué affecte la construction représentée en fig. 1.
Une batterie 9 produit le courant destiné ii chauffer la cathode en forme de filament \?: la batterie 10 sert à imprimer à l'anode 4 titi potentiel positif constant. L'installation com porte également une batterie 11 avec une résistance 12 couplée en série avec elle;
pour imprimer à la troisième électrode tin poten tiel positif d'une valeur telle que 1C dispositif puisse fonctionner en un point trouvant place sur la partie B E de la courbe de courant d'électrons.
Le transformateur 13, dont l'en roulement primaire est connecté à la source dont oit désire amplifier les variations de potentiel, tr;iusuiettra titi potentiel variable au circuit. Lorsque les connexions sont éta blies de la sorte et que le transformateur 13 ne transmet pas de potentiel, un certain cou rant défini passe dans le circuit.
Lorsque du courant passe dans celui-ci, il se produit une chute de potentiel en raison de la résistance 12, et la différence de potentiel entre la cathode et la troisième électrocle est égale à la dif férence entre cette chute de potentiel et le potentiel de la, batterie 11.
Si la valeur de la résistance 12 est plus grande que la cons tante B du dispositif à résistance négative et si le potentiel supplémentaire fourni par le transformateur 13 a la même direction que celui fourni par la batterie 11, le premier effet du potentiel suppl@inentaire sera d'augmenter la chute de potentiel en raison de la résistance 12. et d'amener la troisième électrode à devenir moins positive par rapport à la cathode, Comme résultat. il passera davantage de courant dans le circuit.
Avec cette augmentation de cou rant, la chute de potentiel produite en raison (le la résistance 12 deviendra plus grande, et la troisième électrode deviendra encore moins positive, provoquant ainsi encore un accrois- sentent de courant. Lorsque, finalement, ou arrive < t, titi point oit le courant devient stable,
le changement dans la différence (le potentiel en travers de la résistance sera bien plus grand que le potentiel appliqué par le trans formateur 13. Le degré d'amplification ou le taux de cliangeinent dans le potentiel en tra vers de lit résistance 12 avec des changements clans le potentiel appliqué au circuit dépend du rapt ort de la résistance 12 à la différence entre cette résistance et la constante Zi. Plus ces valeurs seront rapprochées l'une de l'autre, plus de degré d'amplification sera considérable.
Alors que dans les explications données plus haut. le courant a été considéré comme at teignant sa valeur definitive par nue série de gradations, il atteint en réalité cette valeur immédiatement et répond à toutes variations de voltage, quelque courte que soit la durée de celles-ci.
Si le potentiel supplémentaire fourni par le transformateur 13 est de direc tion opposée -i celle de la batterie 11, il arri- vera exactement l'inverse de ce qui a été décrit ci-dessus:
autrement dit, quand la va leur de la résistance 12 surpasse la cortstantel, le courant diminue. On a représenté ici la résistance 12 sous forme de résistance ohmi que ordinaire, niais on concevra naturellement qu'elle pourrait tout aussi bien céder la place à n'importe quel autre dispositif possédant des caractéristiques de résistance positive.
La fié. 3 représente l'utilisation d'un dis positiF de résistance négativ e atixfiers d'augmen- ter le degré d'amplification dans une instal lation de réception électrique, sans fil, de signaux téléphoniques.
Cette installation de réception compoi-tc une antenne 14 qui est couplée inductivement, par l'intermédiaire d'trn transformateur 15, ait circuit de grille d'tiri dispositif amplificateur à décharge d'électrons 16, ce dispositif comporte, à l'intérieur d'un récipient à vide. unie cathode en forme de filament 17, une anode 18 coopérant avec elle et (tue grille 19 placée entre ces deux électrodes pour régler les décharges d'élec trons.
Le fonctionnement d'un dispositif de ce genre est trop connu pour nécessiter plus d'explications. Le circuit d'auode-catlrotle de ce dispositif amplificateur reçoit le courant dit groupe de piles 20 de la batterie 21 et il renferme une résistance 22 qui est connectée dans le circuit de grille d'un second dispo sitif amplificateur, 23, de construction analo gue à celle du premier. Le circuit d'anode cathode de ce second dispositif amplificateur, qui renferme le récepteur téléphonique 24, est alimenté de courant par le groupe de piles ?5 de la. batterie 21.
Le dispositif à résistance négative 26 a son anode ?7 ali mentée d'titi potentiel positif constant par la batterie 21, et sa troisième électrode 28 reliée en série avec la résistance 22 et la section de batterie 20.
Quand l'antenire 14 reçoit des signaux téléphoniques; le potentiel de la grille 19 change, et le courant passant dans le circuit d'anode-cathode du dispositif amplificateur 16 varie d'une façon correspondante. 8i l'on fait abstraction polir un moment de l'effet du dispositif à résistance négative, ces fluctuations de courant détermineront des changements de potentiel correspotidâ,
nts aux bornes de la résistance 22 provoquant ainsi un changement du potentiel de la grille du dispositif amplifi cateur ?3 et une variation correspondante dans le courant à travers le récepteur téléphoni que 24. Le courant passant dans le circuit d'anode-cathode du dispositif amplificateur 16 dépend du potentiel de la grille 19 et de la différence de potentiel entre ses électrode. Comme le courant traversant la résistance 22 augmente; la chute de potentiel à travers celle-ci devient plus forte et la différence de potentiel entre les électrodes du dispositif amplificateur 16 décroît.
Dès lors, le cou rant traversant le dispositif amplificateur 16 n'aubmentera pas jusqu'à la valeur qu'il attein drait si ce potentiel demeurait constant, ce qui, toutefois, est compensé par le dispositif à résistance négative qui, dans cet ordre d'idées, agit d'une façon directement opposée à celle du dispositif amplificateur. r1 mesure que la différence de potentiel entre les électrodes du dispositif amplificateur 16 diminue, la mêrrie diminution se produit dans la différence de potentiel entre la cathode et la troisième élec trode du dispositif à résistance négative, et le courant par celui-ci augmente.
La chiite de potentiel en travers de la résistance ::2 provient de ce que la totalité du courant, ou la somme des courants, la, traverse, et, comme ces deux derniers augmentent en même temps, l'augmentation dans le courant total sera beaucoup plus considérable qu'il rie serait si l'on n'employait pas le dispositif à résistance négative.
En d'autres ternies, l'amplification peut prendre une importance beaucoup plus grande, que sans le dispositif à résistance négative. En pratique, oie constatera que les meilleurs résultats s'obtiennent en donnant au dispositif à résistance négative une valeur telle qu'il y ait compensation aussi complète que possible pour la résistance du dispositif amplificateur 16 et la résistance 22.
Quand le potentiel de la grille 19 varie en allant davantage dans le sens négatif et que le, courant. diminue dans le circuit d'anode-catlrode du dispositif amplificateur, les choses se pas- sent exactement ;i l'inverse de ce qui se trouve décrit plus liant.
II est ii remarquer qu il est avantageux (le placer la troisième électrode près de l'anode, le tout étant disposé de manière qu'une partie des électrons émis par la cathode viennent frapper la troisième électrode, même si elle est à titi potentiel moins positif que l'anode, et que des électrons secondaires émis par la troisii,nie électrode puissent aisément atteindre l'anode.