Dispositif de décharge d'électrons pour téléphonie, télégraphie sans fil, etc. Dans les tubes à vide, à décharge d'élec trons, il a été déjà proposé de commander la décharge électrique au moyen d'un champ magnétique. Dans ce cas, le courant dépen dait de la ionisation de gaz et une augmen tation du champ magnétique avait pour effet d'augmenter le courant.
La présente invention se rapporte à un dispositif de décharge d'électrons pour télé phonie, télégraphie sans fil, etc., comportant un récipient-, à vide, à décharge d'électrons, en combinaison avec des moyens engendrant un champ magnétique dans la région du courant d'espace clans le récipient, mais elle présente la particularité que ces moyens sont établis de manière que le champ magnétique appli qué soit d'une intensité suffisante pour occa sionner une réduction dans la valeur du cou rant d'espace.
Le dessin schématique annexé représente, titre d'exemple, plusieurs formes d'exécu tion de l'objet de l'invention.
La fig. 1 donne le schéma d'une forme d'exécution servant d'amplificateur des si- gnaux dans une installation de radio-signali- sation; La fig. la montre, en coupes transversales, deux formes d'anode; Les fig. 2, 8 et 4 sont des diagrammes pour les caractéristique du dispositif; L a fig. 5 donne .le schéma d'une forme d'exécution dans une installation téléphonique de répétition;
La fig. 6 montre une installation de radio- signalisation avec couplage en série de deux formes d'exécution servant d'amplificateurs et utilisant du courant alternatif pour le chauffage de la cathode; La fig. 7 représente une forme d'exécu tion dans une installation de transmission radio-téléplionique pour produire des oscilla tions de haute fréquence modulées; La fig. 8 représente une .forme d'exécu tion dans une installation réceptrice de radio- signalisation, faisant fonction d'amplificateur et de détecteur;
Les fig. 9 et 10 montrent d'autres formes du tube pour le récipient du dispositif; La fi.. 11 montre une forme d'exécution du dispositif dans une installation pour la production de courants électriques oscilla toires.
La forme d'exécution représentée à la fig. 1, comporte un récipient clos 1 en verre, en forme de tube allongé, renfermant une ca thode en forme de filament 2 disposée pour être chauffée à l'incandescence et un cylin dre 3. fendu longitudinalement, dont deux exemples sont représentés à la fig. la et qui constitue l'anode. La cathode 2 se trouve en tous les points de sa longueur à égale dis tance de l'anode 3. Elle est disposée pour ",mettre clés électrons indépendamment du pv;sage du courant d'espace par le dispositif.
Elle consiste en une matière réfractaire ap- l:@ropri4-e, préférablement en tungstène, et est reliée par les conducteurs 4, 5 à une source clé courant électrique formée par une batterie Dans le circuit de cette source est insérée en série une résistance réglable 7 pour com mander le courant de chauffage et, par suite, 1,i température et l'émission d'électrons de la cathode. L'espace à l'intérieur du récipient est évacué et les parties dans le récipient gent dépourvues ou privées clé gaz à tel point qu'une décharge d'électrons puisse y avoir lieu sensiblement indépendamment de l'ioni sation de gaz.
Une faible ionisation de gaz n'a pas d'inconvénients, mais peut, au con traire, améliorer le fonctionnement du dis positif en réduisant la charge d'espace. Si la pression de gaz est trop élevée, par exemple, tellement élevée qu'il puisse se produire une décharge avec une cathode froide, alors les chemins libres moyens clos électrons devien nent tellement courts qu'ils ne péuvent être commandés par un champ magnétique de la manière qu'on décrira phis loin.
L'anode cylindrique peut aussi être for mée de tungstène, mais d'autres matières, telles que le molybdène, le cuivre ou le nickel peuvent être utilisées. Elle est fendue pour l'empêcher de former écran pour l'espace entre l'anode et la cathode par rapport au champ magnétique de commande variable. On emploiera avec avantage une anode à paroi épaisse en matière bonne conductrice, l;elle que le cuivre, comme représenté à gauche en fig. la, quand le dispositif doit fonction ner à de hautes fréquences. Cependant, l'a node peut aussi être constituée par un dépôt métallique sur la paroi de verre du récipient, au lieu d'être formée par un cylindre métal lique distinct.
Une anode relativement plus mince faite d'une matière de plus faible con ductibilité, telle que le molybdène, pourrait aussi être utilisée à. des fréquences élevées.
Les électrodes ?, a du dispositif représenté en fig. 1 sont disposées coazialement l'une par rapport à l'autre, en symétrie circulaire, c'est-à-dire de telle façon que les surfaces de la cathode et de l'anode sont sensiblement des surfaces de révolution autour d'un axe commun se confondant avec le grand axe du récipient tubulaire 1, pour obtenir un champ électrique en répartition radiale entre les élec trodes.
Mais la cathode peut aussi être éta blie, par exemple, comme représenté aux fig. 5 et 7. Dans le cas de la fig. 5, la cathode a la forme d'une hélice et en fig. 7, elle pré sente la, forme d'une hélice double.
Quand l'anode est relativement grande. la. cathode peut avoir une forme différant large ment d'une surface de révolution tout en don nant une répartition radiale du champ élec trique entre les électrodes. Par exemple, comme montré en fi.. 9, la cathode peut être formée de deux fils en forme de V renversé, ces fils étant suffisamment rapprochés clé ma nière que le champ électrique entre la ca thode et l'anode soit d'une répartition sen siblement radiale. L'anode peut également as sumer des formes variées sans nuire, dans une mesure appréciable, à la. répartition radiale du champ électrique.
Par exemple, L'anode peut être formée d'une boucle de fil à peu près circulaire (fig. 10) entourant la cathode.
La, commande du courant d'espace clans le récipient 1 est obtenue au moyen d'un champ magnétique variable. A cet effet, comme on le voit en fig. 1. le récipient tubulaire 1 est entouré par lino bobine électromagnétique 10 reliée aux conducteurs 11, 12, qui reçoi- vent un courant de l'enroulement secondaire d'un transformateur 13, dont l'enroulement primaire est relié en série avec une antenne aérienne 14 mise à la terre. En dérivation sur les conducteurs 11, 12 est relié un condensa teur réglable 15 par lequel la résonance du circuit d'alimentation 11, 12 peut être amenée à varier suivant qu'on le désire.
Le récipient tubulaire 1 est entouré par une seconde bobine électromagnétique 16 alimentée de courant continu par les conduc teurs<B>1 7,,</B> 18 à partir d'une batterie 19. Ce courant excitateur peut être réglé au moyen d'une résistance réglable 20. La bobine 16 a pour mission d'engendrer un champ polarisant d'une valeur désirée, auquel est superposé le champ magnétique variable ou à fluctuations engendré par la bobine 10, produisant par là une variation du flux d'électrons, comme dé crit plus loin. Une bobine-tampon Qu de réac tion 21 empêche la circulation de courants de haute fréquence induits dans la bobine 16.
Le circuit d'utilisation 22 renferme une source de courant continu formée par une batterie 23, un détecteur approprié constitué par un cristal 24 et un récepteur tel que, par exem ple, un récepteur téléphonique 25.
Quand la cathode 2 est maintenue à l'in candescence par le courant de chauffage et qu'un voltage approprié est "appliqué aux électrodes, un courant passe clans le circuit d'utilisation 22. S'il n'y a pas de champ ma gnétique modificateur, la valeur de ce courant est déterminée par divers facteurs, parmi les quels on citera le voltage appliqué, la tempé rature de la cathode, la grandeur et les rela tions géométriques des électrodes et la r6sis- tance du circuit d'utilisation. Les électrons qui constituent ce courant s'acheminent de la cathode à l'anode enveloppante.
Lorsqu'un champ magnétique est engendré suivant un, direction sensiblement parallèle à la cathode, les électrons sont déviés et obligés de par courir un chemin en spirale autour de la ca thode sur leur passage à l'anode. 11 mesure que le champ magnétique augmente, le che min en spirale des-électrons devient plus long jusqu'à ce que finalement à une valeur criti- que de l'intensité du champ magnétique, in hérente à tout dispositif, quelques-uns des électrons manquent d'atteindre l'anode par suite de leur déviation, d'où résulte une dimi nution de courant.
,Quand l'intensité du champ magnétique est augmentée encore da vantage, au delà de cette valeur critique, le courant dû aux électrons tombe rapidement et est finalement réduit à peu près à zéro.
Cette relation entre le champ magnétique et le courant transmis par le dispositif est indiquée pour différentes températures de la cathode par le diagramme de la fig. 2, les valeurs du champ magnétique étant portées en abscisses et les valeurs du courant correspon dantes en ordonnées,<B>le</B> voltage appliqué étant constant.
On remarquera qu'avec toute température donnée de la cathode, quand l'in tensité du champ magnétique augmente de puis zéro, le courant reste sensiblement cons tant jusqu'à ce que le champ magnétique at teigne une valeur représentée par o-a. Une augmentation ultérieure de l'intensité du champ magnétique produit une réduction de courant rapide jusqu'à ce que, à une valeur o-b de l'intensité du champ, le courant soit tombé à peu près à zéro. Les courbes t1, t2, t3 représentent différentes températures de la cathode.
La valeur maximum du courant peut être limitée soit par la capacité d'émission d'électrons de la cathode ou par la charge d'espace sans se départir de la caractéristique montrée en fig. 2. Par exemple, les courbes t., et t. peuvent être -supposées représenter des températures telles que le courant soit limité par la capacité d'émission d'électrons et la courbe t; peut être supposée représenter une température tellement élevée que le cou rant d'espace soit limité par la charge d'es pace.
Si le champ polarisant engendré par la bobine 16 est fixé à une valeur quelconque entre les valeurs o-a et o-b, alors, même un changement faible de l'intensité de champ occasionné par une -variation du champ en gendré par la bobine 10 provoquera une varia tion relativement grande dans le courant transmis par<B>là</B> dispositif. La caractéristique des voltampères du dispositif avec un champ magnétique constant est représentée par le diagramme de la fig. 3.
On remarquera qu'aucun courant ne passera par le dispositif jusqu'à ce que le voltage ait atteint une valeur critique o-p dépendant de la, valeur du champ magnétique appli qué. Une augmentation du voltage au-dessus de la valeur o -p provoque une augmenta tion très rapide du courant à une valeur de cou rant critique o-a inhérente au dispositif. Une augmentation ultérieure du voltage fait aug menter le courant suivant une fonction de puissance 312 du voltage jusqu'à un courant de saturation non indiqué dans le diagramme de la fig. 3. .
La fig. 4 représente par trois courbes la relation entre le courant et le champ magné tique à des voltages d'électrodes différents dé signés par 1T,, V2, V, la température de la cathode étant supposée être suffisamment éle vée pour que le courant soit limité par la charge d'espace. La courbe indiquée par un trait interrompu partant de zéro et passant par les coudes des courbes V,, V, V, a sen siblement la forme d'une parabole.
Dans l'installation réceptrice de radio-si- gnalisation telle qu'elle est représentée par la fig. 1, des signaux reçus par l'antenne 14 pro duisent une variation du courant dans-le cir cuit d'électrode 22 dans une mesure amplifiée pourvu que le champ polarisant ait été ajusté correctement. Un détecteur redresseur 24 re présenté comme étant en cristal rend les si gnaux audibles et perceptibles par un récep teur téléphonique 25.
La fig. 5 représente une forme d'exécution pour amplifier un courant de fréquence au ditive dans une installation téléphonique à fil de ligne. Les conducteurs 11, 12 partant de la bobine 10 sont reliés à l'enroulement secon claire d'un transformateur 27, dont l'enroule ment primaire est relié à un transmetteur 28 c p circuit avec une batterie 29. Le circuit d'utilisation 22 est relié à l'enroulement pri maire d'un transformateur 30 et renferme une batterie 23 et une résistance réglable 31. Un condensateur 32 est relié en dérivation sur la batterie 23 en série avec la résistance 31 pour offrir un chemin de faible résistance pour le courant de fréquence auditive. L'enroulement secondaire du transformateur 30 est relié à un récepteur téléphonique 33.
Dans l'installation téléphonique à ampli fication représentée en fig. 6, il y a deux dis positifs de décharge d'électrons A, B comme décrit, servant d'amplificateurs, reliés en sé rie suivant une connexion en cascade pour amplifier les oscillations de courant produites par le transmetteur télépl_lonidue 28. Les ca thodes en forme de filament des deux disposi tifs amplificateurs -4, B sont chauffées par un courant alternatif fourni par des transfor mateurs 34, 35, respectivement, aux enroule ments secondaires desquels sont reliés les conducteurs 4, 5 allant aux cathodes.
Les fonctions de génération de champ po larisant et de champ de commande sont réali sées dans les dispositifs A, B, au moyen d'une seule bobine 36 ou 361, respectivement. Le champ polarisant du dispositif A est dû à une batterie 37 reliée en série avec une bobine- tampon ou de réaction 38 et une résistance réglable 39 en travers des conducteurs 40, 41. Un transmetteur téléphonique 28 est relié en série avec une batterie 42 et un condensateur 43 aux conducteurs d'alimentation 40, 41..
U n courant de fréquence auditive passera par le .condensateur 43, mais est intercepté du cir cuit polarisant par la bobine-tampon ou de réaction 38, tandis que le courant polarisant à direction unique est empêché de passer dans le circuit du transmetteur par le condensateur 43. La composante de courant continu du cou rant de transmetteur passera dans le circuit de la bobine d'inductance 44.
L'un des conducteurs 45, 46 reliant le côté d'utilisation du dispositif A au côté d'alimen tation du dispositif B est branché sur la par tie médiane de l'enroulement secondaire du transformateur 34, de sorte que l'anode 3 sera à un potentiel moyen par rapport à la cathode. Le champ polarisant du dispositif B est dît au courant d'une batterie 47 reliée en série avec une bobine-tampon ou de réaction 48 et une résistance 49 en travers des conduc- Leurs 45, 46.
Le circuit d'utilisation 50, 51 relié entre l'anode du dispositif B et le point médian de l'enroulement secondaire du trans formateur 35 renferme une batterie 52 et un récepteur téléphonique 53.
La fig. 7 montre une forme d'exécution faisant fonction d'amplificateur dans une ins tallation radio-téléphonique. Cette forme d'exécution est disposée ici pour engendrer des oscillations de fréquence élevée modulées par un courant de fréquence auditive. Elle comporte deux bobines 55, 56. La bobine 55 est dessinée à l'écart du récipient tubulaire, mais il faut entendre que le champ de cette bobine est raccordé avec le champ de la bo bine 56, comme montré dans l'exemple de la fig. 1. La bobine 55 réunit les fonctions de génération de champ polarisant et de champ de commande, comme décrit par rapport aux bobines 36, 36' de la fig. 6.
Comme la connexion du transmetteur té léphonique 28 avec la bobine 55 est semblable à la connexion correspondante de la fig. 6, il n'est pas nécessaire d'insister sur ce point.
La. bobine 56 est reliée en série avec les électrodes 2, 3 à une source de courant con tinu (non représentée) par les conducteurs 57, 58. Le conducteur 57 renferme une bobine- tampon ou de réaction 59 et l'enroulement primaire d'un transformateur 60. Un conden sateur réglable 61. est relié en dérivation sur la bobine 56 et cet enroulement de transfor mateur primaire. L'enroulement secondaire du transformateur 60 est relié en série avec une bobine-tampon ou de réaction 62 et avec une antenne 63 mise à la terre. Avec une syntoni sation appropriée, des oscillations de haute fréquence seront produites par l'action de la bobine 56 sur le flux d'électrons, ces oscilla tions étant modulées par la bobine 55.
Si on désire obtenir des oscillations non modulées, la bobine 55 et les parties de son circuit seront supprimées.
L'installation réceptrice de radio-signali- sation représentée en fig. 8 comporte deux dispositifs C, D à commande par champ ma gnétique dont celui C est utilisé comme am plificateur et l'autre, D, comme détecteur. Le circuit d'alimentation 65, 66 du dis positif C est relié à .l'enroulement secondaire d'un transformateur 6 7 ayant son enroulement primaire relié avec une antenne 68 mise à la.
terre. Un. condensateur réglable 69 est relié en dérivation sur la bobine productrice de champ de commande 70 de ce dispositif. La bobine excitatrice de champ polarisant 71 est alimentée. de courant redressé dérivé d'un en roulement transformateur, 7d par l'intermé diaire des conducteurs 73, 74 renfermant un redresseur à cathode chauffée 75, deux résis tances en série 76, 77 et une résistance de charge 78 qui stabilise le courant: En travers de ce circuit sont reliés des condensateurs 79, 80, 81 qui avec les résis tances 76, 77, 78 constituent un filtre à capa cité et à résistance pour aplanir ou niveler le courant redressé ondulatoire.
Le noyau de transformateur 83 porte un enroulement pri maire 84 alimenté de courant par une généra trice de courant alternatif 85. Un enroule ment secondaire 86 monté sur ce noyau four nit le courant de chauffage à la cathode 2 du dispositif C et un enroulement 87 également monté sur ledit noyau alimente de courant de chauffage la cathode du redresseur 75.
Le circuit d'utilisation 89, 90 renferme la bobine excitatrice de champ 91 du dispositif D, le conducteur 90 étant relié par l'embran chement 92 au point médian de l'enroulement 86. La résonance dans le circuit est assurée au moyen d'un condensateur réglable 93. La cathode du dispositif D est chauffée par un courant alternatif fourni par le secondaire d'un transformateur 94, dont le primaire est alimenté par une génératrice de courant al ternatif 95. Le circuit d'utilisation 96, 97 ren ferme une source de courant continu (non re présentée) et un instrument d'utilisation 98, tel qu'un récepteur téléphonique.
Les ampèretours de la bobine .91. sont choi sis de telle manière que le champ magné tique qu'ils produisent soit à la valeur polari sante critique définie plus haut en regard de la fig. l; à. laquelle une augmentation de l'in tensité de champ occasionne une diminution de courant. Il s'ensuit qu'un signal reçu par l'antenne et amplifié par le dispositif C pro voquera une augmentation de flux magnéti que de la bobine 91 et une diminution du cou rant dans le circuit 96, 97 qui est perçu dans le récepteur 98.
La fig. 11 représente une forme d'exécu tion du dispositif dans une installation. pour la production de courants électriques oscilla toires. Ce dispositif comporte un récipient tubulaire 1 à vide renfermant la cathode 2 en forme de filament et l'anode 3 sous forme de cylindre creux; ces électrodes présentent. les s -Y irfaces de révolution à axe commun en vue de la répartition radiale du champ électrique entre elles.
Une source de courant 104 est reliée aux deux bornes de la cathode 2 pour la chauffer à l'incandescence afin de lui faire émettre des électrons pour portier le courant à travers l'espace évacué entre les deux électro des. Un circuit extérieur entre les électrodes 2, 3 renferme une source de courant 105, un dis positif à impédance 106, une inductance repré sentée conventionnellement en 107, mais qui est enroulée en réalité autour du récipient 1, et un condensateur réglable 108.
Un champ ma gnétique constant est produit; au moyen d'une bobine 109 entourant également le récipient 1 et qui est alimentée de courant à partir d'une source de courant continu 110, l'intensité du champ magnétique ainsi produit étant a,]uS- table à. une valeur désirée au moyen d'une résistance réglable 111.
Une bobine-tampon oii de réaction 112 est insérée dans le circuit alimentant de courant la bobine 109 afin d'empêcher une circulation de courant alternatif dans ce circuit par suite de la relation inductive entre les bobines 107, 109. Le circuit entre les électrodes 2, 3 ren ferme aussi un enroulement 113 qui est ma- gnétiquement couplé avec un enroulement 114 relié en circuit avec l'antenne 115, fournissant ainsi le courant de haute fréquence qui est en gendré, au circuit de l'antenne.
Quand la ca thode est maintenue à une température appro priée par le courant de chauffage et qu'un voltage approprié est appliqué aux électrodes, un courant sera amené à passer dans le cir- cuit d'électrodes ou d'utilisation 105, 107, 113, 106.
Le dispositif de décharge d'électrons étant susceptible d'un emploi très varié; il convient de signaler, pour terminer, un mode de fonc tionnement particulier pour le dispositif de la fig. 11.
Le champ magnétique constant peut: être ajusté à une valeur sensiblement égale ou un peu supérieure à celle. qui est représentée par o-a en fig. 2?. La bobine excitatrice 107 peut être disposée et reliée à la source 105 de telle manière que le courant qui la traverse à partir de cette source produise un champ magnétique s'ajoutant au champ magnétique constant. Dans ces conditions, lorsque les circuits sont complétés, le courant commencera bien à. pas ser dans le circuit d'électrodes, mais ce cou rant, au lieu de s'élever à la valeur maximum, s'élèvera seulement à une valeur intermédiaire entre les valeurs maximum et minimum.
En s'élevant à cette valeur à laquelle les champs magnétiques combinés produits par les bo bines 107 et 109 empêcheront l'augmentation ultérieure de courant, le condenséur 108 sera. charge. Quand le courant dans le circuit d'é lectrodes atteint une valeur maximum à la= quelle il peut s'élever dans ces conditions, le condensateur 108 se décharge par la bobine 107 en donnant un courant dans le sens oppo sé à celui fourni par la source 105. Le champ magnétique produit par ce courant s'opposera au champ magnétique constant et permettra le rétablissement de courant par la bobine 107 depuis la source 105. Le rétablissement de ce courant produira de nouveau un champ magnétique qui s'ajoute à celui de la bobine 109 et fait de nouveau diminuer le courant.
La fréquence de ces changements dans le courant dépendra de la période naturelle du circuit oscillant qui comprend le condensateur 108 et les bo bines 107 et 113. Le courant passant dans le circuit d'électrodes peut être considéré comme un courant continu ayant une com posante altérnative y superposée, cette com posante alternative étant la composante qui est active en faisant varier le champ magné- tique dans le dispositif, et faisant varier, par suite, le courant dans le circuit d'électrodes.
Cette action est aidée par l'impédance 106.
Le courant alternatif produit de cette fa çon est à radiofréquence et peut être mo dulé ou interrompu, de toute manière désirée, pour des usages de radio-signalisation, soit téléphonique, soit télégraphique. On comprend aussi que le courant alternatif produit peut aussi être employé pour signalisation par fil ou pour d'autres usages.
Les dispositifs décrits peuvent fonctionner dans des limites étendues pour le voltage ap pliqué et une faible variation du champ ma gnétique produit une variation relativement grande du courant d'espace dans le dispositif.
Electron discharge device for telephony, wireless telegraphy, etc. In vacuum tubes with electron discharge, it has already been proposed to control the electric discharge by means of a magnetic field. In this case, the current depended on the ionization of the gas, and an increase in the magnetic field had the effect of increasing the current.
The present invention relates to an electron discharge device for telephony, wireless telegraphy, etc., comprising a container, vacuum, electron discharge, in combination with means generating a magnetic field in the region. of the space current in the receptacle, but it has the particularity that these means are established so that the applied magnetic field is of sufficient intensity to cause a reduction in the value of the space current.
The appended schematic drawing represents, by way of example, several embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 shows the diagram of an embodiment serving as a signal amplifier in a radio signaling installation; Fig. the watch, in cross sections, two forms of anode; Figs. 2, 8 and 4 are diagrams for the characteristics of the device; L a fig. 5 gives the diagram of an embodiment in a repeater telephone installation;
Fig. 6 shows a radio signaling installation with series coupling of two embodiments serving as amplifiers and using alternating current for heating the cathode; Fig. 7 shows an embodiment in a radio-teleplionic transmission installation for producing modulated high frequency oscillations; Fig. 8 represents an embodiment in a radio-signaling receiving installation, acting as amplifier and detector;
Figs. 9 and 10 show other shapes of the tube for the container of the device; Fig. 11 shows an embodiment of the device in an installation for the production of oscillating electric currents.
The embodiment shown in FIG. 1, comprises a closed container 1 of glass, in the form of an elongated tube, enclosing a cathode in the form of a filament 2 arranged to be heated with incandescence and a cylinder 3. slit longitudinally, two examples of which are shown in FIG. . 1a and which constitutes the anode. The cathode 2 is located at all points of its length at an equal distance from the anode 3. It is arranged to "put the electrons independently of the pv; wise of the space current by the device.
It consists of a suitable refractory material, preferably of tungsten, and is connected by conductors 4, 5 to a key source of electric current formed by a battery In the circuit of this source is inserted in series a resistor adjustable 7 to control the heating current and hence the temperature and the emission of electrons from the cathode. The space inside the container is evacuated and the parts in the container are devoid of or deprived of gas to such an extent that an electron discharge can take place there substantially independent of the ionization of the gas.
Low gas ionization has no drawbacks, but can, on the contrary, improve the operation of the device by reducing the space charge. If the gas pressure is too high, for example, so high that a discharge can occur with a cold cathode, then the closed mean free paths electrons become so short that they cannot be controlled by a magnetic field of the way we will describe later.
The cylindrical anode can also be formed from tungsten, but other materials, such as molybdenum, copper or nickel can be used. It is slit to prevent it from forming a screen for the space between the anode and cathode against the variable driving magnetic field. It is advantageous to use a thick-walled anode made of a good conductor material, it as copper, as shown on the left in FIG. there, when the device has to operate at high frequencies. However, the node can also be formed by a metal deposit on the glass wall of the container, instead of being formed by a separate metal cylinder.
A relatively thinner anode made of a material of lower conductivity, such as molybdenum, could also be used. high frequencies.
The electrodes?, A of the device shown in FIG. 1 are arranged coazially with respect to each other, in circular symmetry, that is to say in such a way that the surfaces of the cathode and of the anode are substantially surfaces of revolution about an axis common merging with the major axis of the tubular container 1, to obtain an electric field in radial distribution between the electrodes.
But the cathode can also be established, for example, as shown in fig. 5 and 7. In the case of FIG. 5, the cathode has the shape of a helix and in fig. 7, it has the shape of a double helix.
When the anode is relatively large. the. The cathode may have a shape which differs widely from a surface of revolution while providing a radial distribution of the electric field between the electrodes. For example, as shown in Fig. 9, the cathode can be formed of two wires in the shape of an inverted V, these wires being sufficiently close together so that the electric field between the cathode and the anode is of a distribution sen sibly radial. The anode can also assume various shapes without adversely affecting the condition to any appreciable extent. radial distribution of the electric field.
For example, the anode can be formed from a roughly circular loop of wire (Fig. 10) surrounding the cathode.
The control of the space current in the container 1 is obtained by means of a variable magnetic field. For this purpose, as seen in fig. 1. the tubular container 1 is surrounded by the electromagnetic coil 10 connected to the conductors 11, 12, which receive a current from the secondary winding of a transformer 13, the primary winding of which is connected in series with an aerial antenna 14 grounding. In branch on the conductors 11, 12 is connected an adjustable capacitor 15 by which the resonance of the supply circuit 11, 12 can be made to vary as desired.
The tubular container 1 is surrounded by a second electromagnetic coil 16 supplied with direct current by the conductors <B> 17 ,, </B> 18 from a battery 19. This exciter current can be regulated by means of an adjustable resistor 20. The mission of coil 16 is to generate a polarizing field of a desired value, on which is superimposed the variable or fluctuating magnetic field generated by coil 10, thereby producing a variation in the flow of electrons, as described below. A reaction buffer coil Qu 21 prevents the flow of high frequency currents induced in coil 16.
The use circuit 22 contains a direct current source formed by a battery 23, an appropriate detector constituted by a crystal 24 and a receiver such as, for example, a telephone receiver 25.
When cathode 2 is kept incandescent by the heating current and an appropriate voltage is applied to the electrodes, current flows through the user circuit 22. If there is no ma field. As a genetic modifier, the value of this current is determined by various factors, among which are the applied voltage, the temperature of the cathode, the size and geometrical relations of the electrodes and the resistance of the user circuit. The electrons which make up this current travel from the cathode to the enveloping anode.
When a magnetic field is generated in a direction substantially parallel to the cathode, the electrons are deflected and forced to run a spiral path around the cathode as they pass the anode. As the magnetic field increases, the spiral path of electrons becomes longer until finally at a critical value of the strength of the magnetic field, inherent in any device, some of the electrons fail to reach the anode as a result of their deflection, resulting in a decrease in current.
When the intensity of the magnetic field is further increased, beyond this critical value, the current due to the electrons falls rapidly and is finally reduced to almost zero.
This relationship between the magnetic field and the current transmitted by the device is indicated for different temperatures of the cathode by the diagram of fig. 2, the magnetic field values being plotted on the abscissa and the corresponding current values on the ordinate, <B> the </B> applied voltage being constant.
It will be noted that with any given temperature of the cathode, when the intensity of the magnetic field increases from then zero, the current remains substantially constant until the magnetic field reaches a value represented by o-a. A subsequent increase in the strength of the magnetic field produces a rapid reduction in current until, at an o-b value of the field strength, the current has dropped to approximately zero. The curves t1, t2, t3 represent different temperatures of the cathode.
The maximum value of the current can be limited either by the electron emission capacity of the cathode or by the space charge without departing from the characteristic shown in fig. 2. For example, the curves t., And t. can be assumed to represent temperatures such that the current is limited by the electron emission capacity and the curve t; can be assumed to represent a temperature so high that the space flow is limited by the space load.
If the polarizing field generated by coil 16 is set to any value between the values oa and ob, then even a small change in field strength caused by a change in the field generated by coil 10 will cause a variation. relatively large tion in the current transmitted by <B> there </B> device. The characteristic of the volt-amperes of the device with a constant magnetic field is shown by the diagram in fig. 3.
It will be noted that no current will flow through the device until the voltage has reached a critical value o-p depending on the value of the applied magnetic field. An increase in voltage above the o -p value causes a very rapid increase in current to a critical current value o-a inherent in the device. A subsequent increase in voltage causes the current to increase according to a power function 312 of the voltage to a saturation current not shown in the diagram of FIG. 3..
Fig. 4 represents by three curves the relation between the current and the magnetic field at different electrode voltages denoted by 1T ,, V2, V, the temperature of the cathode being supposed to be sufficiently high so that the current is limited by the space charge. The curve indicated by a dashed line starting from zero and passing through the elbows of the curves V, V, V, has the shape of a parabola.
In the radio-signaling receiving installation such as shown in FIG. 1, signals received by the antenna 14 produce a change in the current in the electrode circuit 22 to an amplified extent provided that the polarizing field has been properly adjusted. A rectifier detector 24, shown as being made of crystal, makes the signals audible and perceptible by a telephone receiver 25.
Fig. 5 shows an embodiment for amplifying a frequency current at the ditive in a telephone installation with line wire. The conductors 11, 12 starting from the coil 10 are connected to the clear secon winding of a transformer 27, whose primary winding is connected to a transmitter 28 cp circuit with a battery 29. The user circuit 22 is connected to the primary winding of a transformer 30 and encloses a battery 23 and an adjustable resistor 31. A capacitor 32 is tap-connected to the battery 23 in series with the resistor 31 to provide a low resistance path for current. hearing frequency. The secondary winding of transformer 30 is connected to a telephone receiver 33.
In the amplified telephone system shown in FIG. 6, there are two electron discharge devices A, B as described, serving as amplifiers, connected in series in a cascade connection to amplify the current oscillations produced by the telepl_lonidue transmitter 28. The cathodes in Filament form of the two amplifying devices -4, B are heated by an alternating current supplied by transformers 34, 35, respectively, to the secondary windings of which the conductors 4, 5 going to the cathodes are connected.
The functions of generating a polarizing field and a control field are performed in devices A, B, by means of a single coil 36 or 361, respectively. The polarizing field of device A is due to a battery 37 connected in series with a buffer or feedback coil 38 and an adjustable resistance 39 across the conductors 40, 41. A telephone transmitter 28 is connected in series with a battery 42 and a capacitor 43 to the supply conductors 40, 41 ..
A hearing frequency current will flow through capacitor 43, but is intercepted from the bias circuit by buffer or feedback coil 38, while single direction bias current is prevented from flowing through the transmitter circuit through the capacitor. 43. The direct current component of the transmitter current will pass through the circuit of the inductor 44.
One of the conductors 45, 46 connecting the use side of device A to the supply side of device B is connected to the middle part of the secondary winding of transformer 34, so that the anode 3 will be at an average potential with respect to the cathode. The polarizing field of device B is said to be the current of a battery 47 connected in series with a buffer or feedback coil 48 and a resistor 49 across the conductors 45, 46.
The utilization circuit 50, 51 connected between the anode of device B and the midpoint of the secondary winding of transformer 35 contains a battery 52 and a telephone receiver 53.
Fig. 7 shows an embodiment acting as an amplifier in a radio-telephone installation. This embodiment is arranged here to generate high frequency oscillations modulated by a current of hearing frequency. It has two coils 55, 56. The coil 55 is drawn away from the tubular container, but it should be understood that the field of this coil is connected with the field of the coil 56, as shown in the example of fig. 1. Coil 55 combines the functions of generating a polarizing field and a control field, as described with respect to coils 36, 36 'of FIG. 6.
As the connection of the telephone transmitter 28 with the coil 55 is similar to the corresponding connection of FIG. 6, there is no need to insist on this point.
Coil 56 is connected in series with electrodes 2, 3 to a direct current source (not shown) by conductors 57, 58. Conductor 57 encloses a buffer or feedback coil 59 and primary winding d. A transformer 60. An adjustable capacitor 61 is branched off from coil 56 and this primary transformer winding. The secondary winding of transformer 60 is connected in series with a buffer or feedback coil 62 and with a grounded antenna 63. With proper tuning, high frequency oscillations will be produced by the action of coil 56 on the electron flow, these oscillations being modulated by coil 55.
If it is desired to obtain unmodulated oscillations, coil 55 and parts of its circuit will be removed.
The radio signaling receiving installation shown in fig. 8 comprises two devices C, D controlled by magnetic field, one of which C is used as an amplifier and the other, D, as a detector. The power supply circuit 65, 66 of the positive device C is connected to the secondary winding of a transformer 6 7 having its primary winding connected with an antenna 68 set to the.
Earth. An adjustable capacitor 69 is branched off from the control field generating coil 70 of this device. The polarizing field exciter coil 71 is energized. rectified current derived from a rolling transformer, 7d through the intermediary of the conductors 73, 74 containing a heated cathode rectifier 75, two series resistors 76, 77 and a load resistor 78 which stabilizes the current: Through this circuit are connected capacitors 79, 80, 81 which together with the resistors 76, 77, 78 constitute a capacitance and resistance filter for flattening or leveling the rectified wave current.
The transformer core 83 carries a primary winding 84 supplied with current by an alternating current generator 85. A secondary winding 86 mounted on this core provides the heating current to cathode 2 of device C and a winding 87 as well. mounted on said core supplies the cathode of rectifier 75 with heating current.
The user circuit 89, 90 encloses the field exciter coil 91 of the device D, the conductor 90 being connected by the branch 92 to the midpoint of the winding 86. The resonance in the circuit is ensured by means of an adjustable capacitor 93. The cathode of device D is heated by an alternating current supplied by the secondary of a transformer 94, the primary of which is supplied by an alternating current generator 95. The user circuit 96, 97 closes a direct current source (not shown) and an operating instrument 98, such as a telephone receiver.
Amps of the coil .91. are chosen in such a way that the magnetic field which they produce is at the critical polar value defined above with regard to FIG. l; at. in which an increase in field strength causes a decrease in current. It follows that a signal received by the antenna and amplified by the device C will cause an increase in the magnetic flux of the coil 91 and a decrease in the current in the circuit 96, 97 which is perceived in the receiver 98 .
Fig. 11 shows one embodiment of the device in an installation. for the production of oscillating electric currents. This device comprises a tubular vacuum receptacle 1 containing the cathode 2 in the form of a filament and the anode 3 in the form of a hollow cylinder; these electrodes present. the s -Y irfaces of revolution with a common axis for the radial distribution of the electric field between them.
A current source 104 is connected to the two terminals of the cathode 2 to heat it with incandescence in order to cause it to emit electrons to carry the current through the space evacuated between the two electrodes. An external circuit between the electrodes 2, 3 contains a current source 105, an impedance positive device 106, an inductor conventionally represented as 107, but which is actually wound around the container 1, and an adjustable capacitor 108.
A constant magnetic field is produced; by means of a coil 109 also surrounding the container 1 and which is supplied with current from a direct current source 110, the intensity of the magnetic field thus produced being a,] uS- table at. a desired value by means of an adjustable resistance 111.
A feedback buffer coil 112 is inserted into the circuit supplying current to coil 109 in order to prevent alternating current from flowing in this circuit owing to the inductive relationship between coils 107, 109. The circuit between electrodes 2 3 also closes a winding 113 which is magnetically coupled with a winding 114 connected in circuit with the antenna 115, thus supplying the high frequency current which is generated, to the circuit of the antenna.
When the cathode is maintained at a suitable temperature by the heating current and an appropriate voltage is applied to the electrodes, a current will be caused to flow through the electrode or use circuit 105, 107, 113 , 106.
The electron discharge device being capable of a very varied use; it should be noted, finally, a particular mode of operation for the device of FIG. 11.
The constant magnetic field can: be adjusted to a value substantially equal to or slightly greater than that. which is represented by o-a in fig. 2 ?. The exciter coil 107 may be arranged and connected to the source 105 such that the current flowing through it from this source produces a magnetic field adding to the constant magnetic field. Under these conditions, when the circuits are completed, the current will start well. not be in the electrode circuit, but this current, instead of rising to the maximum value, will rise only to an intermediate value between the maximum and minimum values.
By rising to this value at which the combined magnetic fields produced by coils 107 and 109 will prevent the further increase in current, condenser 108 will be. charge. When the current in the circuit of electrodes reaches a maximum value to which it can rise under these conditions, the capacitor 108 is discharged by the coil 107 giving a current in the opposite direction to that supplied by the source 105. The magnetic field produced by this current will oppose the constant magnetic field and will allow the reestablishment of current by the coil 107 from the source 105. The reestablishment of this current will again produce a magnetic field which is added to that of coil 109 and again decreases the current.
The frequency of these changes in current will depend on the natural period of the oscillating circuit which includes capacitor 108 and coils 107 and 113. The current flowing through the electrode circuit can be viewed as direct current having an alternating component. superimposed thereon, this AC component being the component which is active by varying the magnetic field in the device, and thereby varying the current in the electrode circuit.
This action is aided by impedance 106.
The alternating current produced in this manner is radio frequency and can be modulated or interrupted, in any way desired, for radio signaling purposes, either telephone or telegraph. It is also understood that the alternating current produced can also be used for signaling by wire or for other uses.
The devices described can operate within wide limits for the voltage applied and a small change in the magnetic field produces a relatively large change in the space current in the device.