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Dispositif de lampe électronique applicable aux systèmes amplificateurs
La présente invention a trait aux dispositifs électroniques et en particulier aux dispositifs utilisés comme amplificateurs pour augmenter les impulsions électriques, Par exemple dans un poste récepteur de T.S.F.ou dans la cinématographie sonore et parlante.
Dans les circuits amplificateurs de fréquence audible, le circuit d'entrée desservant la lampe ther- moionique est relié au transformateur à noyau de fer danslequel le courant d'entrée est induit par une source variable de signaux ou sons qui arrivent. Le
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secondaire du transformateur d'arrivée est nécessaire- ment composé d'un grand nombre de spires de fil fin et constitue une résistance élevée qui est interposée dans le circuit d'entrée (grille-cathode). En consé- quence, chaque fois que du courant passe dans ce cir- cuit il se produit une chute de potentiel à travers le secondaire de ce transformateur.
Lorsque la grille de la lampe thermoionique est négative, il ne passe pas de courant par le circuit cathodique de grille; lors- qu'on contraire elle est positive, elle reçoit une partie des électrons émis par la cathode; il passe donc un courant. Lorsqu'il ne passe pas de courant dans ce circuit, les variations de potentiel sur la grille,sont exactement proportionnelles à la variation imprimée ou secondaire du transformateur, mais, ' lorsque du courant y passe, les variations de potentiel sur la grille.ne sont pas exactement les mêmes que les variation's imprimées au circuit, en raison de la ré- ,sistance du secondaire du transformateur qui donne lieu . à là chute de potentiel entre la grille et la cathode.
En d'autres termes, étant donné que la grille est nor- malement maintenue au potentiel zéro, l'onde sonore ou signalisatrioe qui arrive fait tout d'abord osciller ce potentiel dans le sens négatif,, puis dans le sens positif. La grille répond exactement au côté négatif de l'onde et produit une amplification juste dans le circuit de plaque de la lampe, mais le côté positif de l'onde fait passer le courant de grille entre la grille et la cathode, et la chute de potentiel dans le secondaire du transformateur empêche le potentiel de
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grille de varier conformément au signal ou son qui arrive.
Il en résulte une torsion ou déformation du circuit de sortie, la moitié de l'onde passant avec justesse et l'autre moitié étant déformée, de sorte que les signaux produits sont troubles et indistincts, même en supposant que le volume soitsuffisant pour une audition parfaite sous des conditions convenables.
Pour surmonter cette difficulté dans l'amplificateur, on place un biais négatif sur la grille de la lampe ther- monique, ce biais étant établi suffisamment grandpour maintenir la grille toujours négative et empêcher les ondes positives du signal qui arrive de la faire osciller a,: delà du zéro.
L'emploi de ce biais de grille supprime entièrement la déformation qui vient d'être décrite,mais il a un défaut très sérieux. Il limite le débit de force de la lampe dans une telle mesure que non seulement il empêche la lampe de produire un débit aussi grand qu'elle est capable de le faire, mais donne également lieu à déformation ou torsion lorsqu'une modulation de limites extrêmement grandes est imprimée au circuit d'entrée, de même que lorsqu'une note forte ou haute est produite au microphone ou autre dispositif récepteur formant la source ou arrivée de signaux et sons.
Ceci apparaitra facilement ci-après à mesure que la théorie de l'inven- tion sera décrite plus en détail et que des construc- tions seront représentées.
L'invention a notamment pour but d'établir un dis- positif servant à augmenter l'ordre du débit'de forc'e d'une lampe thermoionique.Elle concerne aussi un procédé
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et un dispositif servant à compenser la déformation ordinaire produite lorsque la grille d'une lampe am- plificatrice est positive, de sorte que la grille peut osciller soit dans le sens négatif, soit dans le'sens positif et produire encore une amplification juste à la sortie du tube. L'invention est encore ca- ractérisée par -on circuit d'entrée desservant une lampe thermoionique à fréquence audible dans laquelle il n'y a pas une chute de potentiel de nature à produire une déformation.
Enfin elle s'étend à une lampe thermoioni- que comportant un ensemble auxiliaire grille-cathode, qui n'est pas relié à certains éléments de la lampe ou à ses bornes.
La description qui suit fera ressortir diverses autres caractéristiques relatives aux modes de connexion des divers éléments de l'amplificateur.
Plusieurs modes de réalisation de l'invention sont représentés dans les dessins annexés, dans lesquels : Fig.l est un schéma de circuits, illustrant l'in- vention, Fig.2 est un diagramme des caractéristiques du courant de plaque d'une lampe amplificatrice thermoio- nique.
Fig.3 est un schéma de la disposition des divers éléments dans une lampe et' du circuit correspondant.
Fig.4 est une coupe-élévation de face d'un des -modes de réalisation de l'invention, qui peut être préféré.
Fig.5 est un plan des éléments représentés dans la fig.4.
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Fig.6 est une coupe-élévation de face d'un autre mode de réalisation de l'invention.
Fig.7 est un plan d'un autre mode de réalisation de l'invention.
Fig.8 est un plan d'un autre mode de réalisation de l'invention..
Fig.9 est un schéma d'un circuit modifié applica- ble à l'invention.
Figs. 10 et 11 sont des schémas de l'invention montrant sou appropriation à une base à quatre bornes.
La figure 1 représente un transformateur d'entrée
10 comportant un enroulement primaire 11, relié à une source de courant d'entrée., et un enroulement secon- daire 12, ainsi qu'un transformateur de sortie 13 cm- portant un enroulement primaire 14 et un enroulement secondaire 15, ces transformateurs étant les transfor- mateurs ordinaires utilisés dans un système amplifica- -ce er usuel.
Le primaire 14 du transformateur de sortie est relié à une extrémité directement à la plaque 16 d'une lampe amplificatrice thermoionique 17, tandis que soit autre extrémité est reliée à la borne positive d'une batterie auxiliaire 18, dont la borne négative estreliée à un conducteur 19, relié à. son tour à la cathode 20 de la lampe 17, ces connexions étant d'ail- leurs les connexions usuelles d'une lampe amplificatrice.
Afin de permettre à la gaille 21 de la lampe 17 d'osciller positivement sans causer de déformation dans le circuit de sortie ou débita on intercale ce que l'on peut appeler une lampe compensatrice 22 dans le circuit d'arrivée.Cette lampe compensatrice 22 peut être exac-
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tement semblable à la lampe amplificatrice 17 et com- porter une grille 23 au.'on relie à un terminus du secondaire 12 du transformateur d'entrée 10, tandis que l'autre terminus de ce secondaire est relié au conducteur 19 et par conséquent à la cathode 20 de la lampe amplificatrice 17 et également au côté néga- tif de la batterie auxiliaire 18.
La cathode 24 de cette lampe compensatrice est reliée directement à la grille 21 de la lampe amplif i- catrice 17 au moyen du conducteur 24', tandis que la -plaque 25 est reliée à un point de la batterie auxi- liaire possédant un potentiel positif. Un condensateur de dérivation 26 peut être monté en pont par rapport aux bornes de la batterie 18, et un second condensateur de dérivation 27 peut être montée si on le désire, entre -la borne négative de la batterie et le conducteur de connexion avec la plaque 25 de la lampe 22. Ces condensateurs assurent l'alimentation des plaques des deux lampes de la façon bien connue dans la partie.
La théorie de fonctionnement du circuitqui vient d'être décrit.peut être résumée comme suit : Les sons e,t signaux imprimés au transformateur d'entrée 10 donnent lieu à une variation de potentiel sur la grille
23 de la lampe compensatrice 22.
Cette variation produit une,variation du courant d'électrons entre la cathode
24 de cette lampe et la plaque 25, ce qui, comme la cathode 24 est' reliée directement à la grille 21 de la lampe amplificatrice. 17, produit une variation de potentiel sur la'grille 21 de cette lampe et règle na- turellement le courant d'électrons entre la cathode 20
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et la plaque 16 et par conséquent le débit du cir- cuit. toutes variations imprimées à la grille 23 du tube compensateur 22 sont par conséquent amplifiées par la lampe 17 et font passer un plus grand débit de courant dans le circuit de sortie.
Si maintenant la grille 21 de la lampe amplifica- trice 17 est rendue négative par le signal ou son qui arrive, il ne passe pas d'électrons entre la cathode 20 et la grille 21 pas plus qu'il ne passe de courant dans le conducteur 24'. Les variations du circuit d'arrivée, qui maintiennent la grille 21 négative sont donc jus- tement amplifiées par la lampe amplificatrice 17 selon le phénomène connu. Cependant, lorsque la grille 21 devient positive en raison des variations imprimées à la grille 23 par;le circuit d'entrée, des électrons pas sent entrela cathode 20 et la grille 21, en engendrant de ce fait un courant dans le conducteur 24' .
Méanmoins, des électrons passent entre la cathode 24 et la plaque 25 de la lampe compensatrice 22 par suite de la différence de potentiel entre ces éléments et, comme le courant passant entre eux est de même sens que le courant passant dans le conducteur 24', ce courantpasse par la plaque 25 à la batterie 18, au conducteur 19 et revient à la cathode 20 formant un trajet complet pour le courant de grille.
Etant donné que la résistance entre la cathode et la plaque de la lampe compensatrice est affectée par les ,variations de la grille de cette lampe,toute chute de potentiel par cette résistance fait également varier la grille et ne produit en conséquence pas de déformation
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lorsqu'elle est imprimée à la grille de la lampe amplificatrice de sorte que l'amplificiation de la lampe 17 est tout aussi précise pour ce côté de l'onde que pour le coté négatif.
En 'Lait,, on a constaté que la grille de la lampe amplificatrice est rarement négative, probablement en raison de la différence de potentiel entre la cathode et la plaque de la lampe compensatrice et de la tendance qu'à en conséquence le courant à passer entre ces éléments.
Bien qu'il est possible que ce ne soit pas là une explication exacte de la théorie du fonctionnement de l'objet de l'invention, les résultats qui sont produits indiquent qu'il fonctionne de cette façon. Ces résultats sont mis en évidence dans la fig.2 du dessin. Cette figure représente, en effet, la courbe de caractéristi- ques du courant de plaque d'une lampe avec tension de grille tracée sur la ligne horizontale et courant de plaque en milliampères tracé sur la ligne verticale.
Avant l'invention, il était de coutume de choisir un point A sur la courbe de caractéristiques, où la tension de grille est négative pour empêcher le côté positif de l'onde du son ou signal arrivant de porter la grille au delà du point de tension de grille zéro et sur le côté opposé de la courbe. Ainsi, dans une lampe de ce genre, l'oscillation normale du potentiel de grille est entre B et C, comme indiqué sur la courbe. Toute oscillation de la grille au-delà du point C, telle qu'elle serait causée par une grande variation survenant sur le circuit d'arrivée, produirait naturellement une déformation dans le circuit de sortie.
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Cependant, la courbe de caractéristiques continue selon une ligne droite au delà du point zéro de tension de grille, de sorte que les capacités de la lampe sont. considérablement plus grandes en ce qui concerne sa force de sortie que c'était le cas jusqu'à présent, comme indiqué par les limites B et C.
Avec l'invention, le cen- tre d'oscillation du potentiel de grille, au lieu d'être en A, peut être au oint zéro ou sur le côté positif, comme en A,9 où il semble venir eu raison du fonctionnement de la lampe compensatrice et l'oscillation de la grille n'est pas maintenant limitée au côté négatif de la courbe, mais est libre d'osciller sur les deux côtés en faisant une amplification non déformée possible lorsque la grille oscille entre les points B sur le côté négatif de la courbe et C' sur le coté positif de la courbe.
A l'examen de cette courbe,il apparaît immédiatement qu'on @ grandement augmenté le débit de force d'une lampe thermoionique. 0 Il est également évident que toute chute de potentiel se produisant dans le circuit de grille de la lampe anplificatrice, lorsque la grille est positive, fait varier la variation d'entrée, de sorte qu'il n'y a pas de déformation dans le circuit de sortie de la lampe.
Bien qu'on ait indiqué le potentiel positif sur la plaque de la lampe compensatrice comme étant moindre que le potentiel sur la plaque de la lampe amplificatrice, on a constaté que ce potentiel peut être augmenté même au- dessus du potentiel de la lampe amplificatrice avec une augmentation concomitan te du débit de force de la' lampe. amplificatrice.
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Dans la fig.3, on a représenté une lampe 28 seulemen t, qui contient la grille 29, l'anode 30, la cathode 31 et la cathode auxiliaire 32, ainsi que la grille auxiliaire 33;La grille auxiliaire 33 est reliée directement à la cathode auxiliaire 32 et règle l'émission d'électrons de la cathode ::il à l'anode 30.
Un dispositif de chauffage 34 est prévu pour chauffer la cathode 32 et un dispositif dechauffage 35 pour chauffer la cathode 31; ces dispositifs de chauffage peuvent être disposés en parallèle, si on le désire, ou en série, ou bien un dispositif de chauffage unique peut desservir les deux cathodes, comme décrit ci-après.
Deux fils 36 peuvent conduire à partir du filament horsde l'enveloppe et être reliés au secondaire 37 d'un transformateur 38, dont le primaire 39 est relie à une source de force à courant alternatif.
La grille
29 peut être reliée par un fil 40 au secondaire d'un transformateur d'entrée 42 selon la pratique courante et l'anode 30 peut être reliée au moyen d'un fil 43 au primaire 44 d'un transformateur, de sortie 45. L'au- tre extrémité du secondaire 41 du transformateur d'en- trée 42 peut être reliée, au moyen d'un fil 41, au négatif d'une batterie auxiliaire 46, tandis que le coté positif de la batterie auxiliaire peut être relié à l'autre extrémité du primaire 44 du trausformateur de sortie 45.
La cathode 31 peut être reliée par le fil 47 au fil 41a, qui' est relié au c8té négatif de la batterie auxiliaire et un condensateur 48 peut être monté en pont par rapport à la' batterie, pour permettre l'ali- mentation de retour à partir de l'anode, de la façon connue.
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Le fonctionnement du dispositif est le marne que dans la disposition représentée dans la fig.1, de sorte que lorsque la grille 29 est négative il o ne passe pas de courant dans le circuit d'entrée, comme cela est bien connu et que, lorsque la grille 29 est positive, il ne passe pas de courant du fait de la cathode auxiliaire 32 et de la grille 35. Ainsi, la lampe amplifie sans déformation car la grille os- cille entre le positif et le négatif
Dans les figs. 4 et 5, est représenté un' mode de montage des divers éléments de la lampe.
L'anode 49 correspondant à l'anode 30 de la fig.3 peut ici être formée par un tube aplati en feuille de nickel ou autre métal et les autres éléments peuvent être montés dans ce tube, Une grille 50 correspondant à la grille 23 de la fig.3 est constituée par un enroulement héli- coîdal de fil de molybdène ou autre métal placé à l'intérieur de l'anode., s'étendant dans le sens 'de -la longueur de celle-ci et espacé de ses parois, A l'in- térieur de la grille 50 est montée une cathode 51 constituée, de préférence, par un cylindre de nickel ou autre métal convenable recouvert d'une matière émettant des électrons.
Cette cathode est reliée par un fil 52 à une seconde grille 53 qui est disposée parallèlement à la grille 50 et qui comporte un enrou- lement analogue monté à l'intérieur de l'anode 49 (comme le montrent clairement lesfigs.4 et 5); à l'in- térieur de la grille 53, est dispos ée une cathode 54 qui peut être analogue à la cathode 51 déjà décrite.
'Les cathodes 51 et 54 peuvent être chauffées de
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toute manière désirée; dans le cas présent, deux barres 55 et 56 de matière isolante sont respectivement disposées dans les cathodes 51 et 54, chacune de ces barres présentant un alésage s'étendant longitudinalement par leur centre et par lequel on peut fairepasser un filament 57. Une presse 58 est pr évue dans le disposi- tif et les ;éléments peuvent tous être supportés sur la presse de toute manière désirable,les connexions électri- ques desservant les divers éléments étant scellées dans cette presse.
C'est ainsi que l'anode 49 est munie d'une connexion électrique 59, la grille 50 d'une connexion électrique 60 et la cathode 54 d'une connexion électri- que 61, toutes ces connexions étant scellées dans la presse et les deux extrémités du filament 57 pouvant aussi y être scellées comme indiqué. Ceci fait cinq connexions, de sorte que le tube peut être utilisé pour remplacer la lampe à cinq bornes actuellement employée. Le fonctionne- ment de ce dispositif est analogue à celui qui a déjà été expliqué en regard de la fig.3.
Dans la fig.6 on a représenté un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel une anode cylindri- que 62 contient deux paires de grilles hélicoïdales 63 et 64, écartées longitudinalement l'une de l'autre dans le sens de la longueur;, comme indiqué. La grille 63 cor- respond à la grille 29 de la fig.3 ei; peut être reliée au circuit extérieur au moyen d'un conducteur 65, A l'intérieur des grilles 63 et 64 sont prévues des cathodes respectives 66 et 67 qui ont une longueur approximativement égale à la longueur de la grille dans chaque cas.
La cathode 66 correspond à la cathode 32 de la fig.3 et peut
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être reliée à la grille 64 au moyen de fils 68, comme indiqué.Quant à la cathode 67 elle peut être reliée au circuit extérieur au moyen du fil 69. L'anode 62 peut aussi être reliée au circuit extérieur au moyen du fil 70.
Afin de chauffer les cathodes 66 et 67, il est prévu une barre isolante 71 qui les traverse complète- ment dans le sens de leur longueur et qui comporte deux paires de percées axiales. Un filament capillaire
72 passe par l'une de ses branches dans l'une de ces percées et par l'autre 'branche dans l'autre percée de cette barre isolante, l'extrémité de chaque branche étant reliée au circuit extérieur par plusieurs fils 73.
Le fonctionnement de cette construction'est analogue à celui qui a déjà été, décrit.
La fig.7 représente uneautre variante de la construction des précédentes figures. Une cathode 74 formée par un tube de nickel correspond à la cathode 32 de la fig.3 et est entourée par un enroulement 75 formant la grille qui correspond à la grille 29 de la fig.3. Autour de cette grille est placée une anode. 76 qui présente de préférence la forme d'un tube et corres- pond à l'anode 30 de la fig.3. Une seconde anode 77 de diamètre considérablement plus grand que l'anode 76 est placée autour de cette dernière,mais est reliée électriquement à celle-ci au moyen des fils 78 en formant ainsi une anode électrique unique composée des deux,anodes cylindriques 76 et 77. Entre ces deux anodes sont placées, de préférence, plusieurs cathodes 79 dont chacune est entourée d'une grille 80.
Toutes les cathodes
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79 sont reliées au moyen d'un fil 81 et correspondent à la cathode 31 de la fig.3. Toutes les grilles 80 sont également reliées à la cathode 74, par exemple par des fils 82, et ces grilles correspondent à la, grille 33 de la fig.3. Afin de chauffer les cathodes 74 et 79, il est prévu des manchons ou barres isolants à travers lesquels sont placés les filaments capillaires -comme décrit relativement à la fig.6), ces filaments peuvent être montés en parallèle ou en série corme or- le désire.
Tout nombre désiré des cathodes 79 et de grilles 80 peut être utilisé, mais on préfère qu'il y on ait six, comme indiqué dans les figures. La. théorie de fonctionnement qui la même que celle qui a été décrite en regard des autres figures est applicable au cas présent.
Dans la fig.8, est représenté un autre mode de réali- sation de l'invention. Ici, une cathode cylindrique 83 est munie d'un dispositif de chauffage convenable, tel qu'un filament 84 et est entourée d'un serpentin hélicoïdal de fil 85. Ce serpentin de fil forme une cathode et grille combinées prenant la place de la cathode 32 et de la grille
33 de la fig.3. Autour de cet enroulement 85 est prévu un autre enroulement hélicoïdal 86 qui est la grille corres- pondant à la grille 29 de la fig.3 ainsi qu'une anode cy- @ lindrique 87 entourant la grille 86.
Dans ce cas, l'ensemble cathode et grille 85 combinées reçoit suffisamment de chaleur de la première cathode 83 pour lui faire émettre ,-des électrons donnant le même effet que la construction déjà décrite.On préfère recouvrir l'ensemble cathode-grille
85 de matièresqui émettent desélectrons à une température plus basse que celle qui est normalement utilisée, car elle
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dépend de la chaleur transmise à la première cathode
83 et reste par conséquent nécessairement à une tempé- rature inférieure à celle de la dathode 83. Par consé- quent, si elle est, munie d'un revêtement qui est actif à des températures inférieures, elle fonctionne de façon analogue à la cathode 32 de la fig.3.
Il est pré- férable d'utiliser du sésium comme matière de revêtement pour cette application, La maille' de la grille et cathode combinées est, de préférence., beaucoup plus fine que la maille de la grille extérieure de façon que l'am- plification constante de la grille extérieure soit inférieure à celle de la grille intérieure,
On a constaté qu'un biais positif sur la grille d'entrée constitue une addition désirable à l'invention.
Comme la grille d'entrée est nominalement négative, le biais positif compense une partie du biais négatif déjà en cet endroit et laisse la grille fonctionner sur la partie en ligne droite de la courbe de caractéristi- ques de courant de plaque de tension de grille, Un biais de grille de ce genre peut être fait au moyen de la résistance 89 représentée dans la fig.9 ou bien une batterie peut être intercalée dans le conducteur catho- dique du transformateur avec la borne positive placée vers la grille 32.
La lampe peut aussi être montée sur une base à quatre bornes en reliantla cathode 31 directement à une partie du circuit de chauffage à l'intérieur du tube de base (comme représenté dans la fig.10) ou, si on le désire,au milieu du filament, ou encore une résistance 90 (fig.11) peut être montée en pontsur le
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dispositif de chauffage à l'intérieur de la base et la borne cathodique reliée au milieu de cette résis- tance. Cette construction présente cet avantage qu'il ne passe pas de courant de plaque par le filament et qu'on évite ainsi une tendance à sa surchauffe.
La lampe de l'invention a davantage de débit de force parce que l'impédance du débit est très basse et qu'une très haute amplification constante peut être utilisée sans augmenter grandementl'impédance.
Le facteur limitateur du fonctionnement de la lampe est la température élevée de l'anode à cause du courant de plaque élevé. Cependant, ce courant peut être porté à une valeur raisonnable en augmentant l'ampli- fication. constante et en laissant le courant de plaque osciller dans une grande mesure.
Bien que l'invention ait été décrite et repré- sentée en liaison avec une source de courant alterna- tif d'énergie de chauffage, il est évident que la lampe fonctionne aussi avec du courant continu ou que . tout autre agent de chauffage de la cathode peut etre .utilisé.
La lampe peut être utilisée pour amplifier des courants de fréquence radiophonique ou audible et éga- lement comme oscillateur, modulateur ou détecteur.
Il est évident par ce qui précède que cette lampe électronique à quatre ou cinq bornes peut être substi- tuée à la lampe à courant alternatif ordinaire actuel- lement utilisée et produit un débit de force plus grande car il n'est pas nécessaire de limiter l'oscillation du potentiel de grille dans.le circuit d'arrivée.
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On peut apporter de nombreuses modifications aux constructions décrites sans s'écarter de l'esprit de l'invention qui n'est pas limitée aux exemples décrits.
REVENDICATIONS.
1.- Un système amplificateur comprenant une lampe
EMI17.1
amplificatrice taermoionique renfermant une électrode- drille un circuit d'arrivée C0l:rr'-1lt.Ilt un transformateur relie à cette grille et un dispositif relié a ce circuit d'arrivée pou'> el III ê G w r une defornation de l'amplification de la laJ1pe lorsque la grille oscille jusqu'à un potel- ti 3l positif.
2.- Ull systène amplificateur suivant la revendica- t 1 caraoberine par ce fait que le dispositif inter- cale dan le circuit d'arrivée comprend une résistance montée en circuit de dérivation par rapport au trans- formateur d'arrivée, résistance sommise à variation dans une mesure conforme au signal ou son qui arrive.
3.- Un système amplificateur conforme aux revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend une seconde lampe thermoiionique dont les grills et cathode sont montées entre la grill- et la cathode de la première lampe.
4.- Le 'procédé pour assurer une amplification.non défornée à l'aide d'une larnpe thermoionique consistant à disposer une résistance au passage du courant dans le circuit d'arrivée de la lampe et à faire varier l'im- portance de la résistance par et suivant le courant d'arrivée.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Electronic lamp device applicable to amplifier systems
The present invention relates to electronic devices and in particular to devices used as amplifiers to increase electrical impulses, for example in a T.S.F. receiver station or in sound and speaking cinematography.
In audible frequency amplifier circuits, the input circuit serving the heat lamp is connected to the iron core transformer where the input current is induced by a variable source of incoming signals or sounds. The
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secondary of the incoming transformer is necessarily composed of a large number of turns of fine wire and constitutes a high resistance which is interposed in the input circuit (grid-cathode). Consequently, each time current passes through this circuit there is a drop in potential across the secondary of this transformer.
When the grid of the thermionic lamp is negative, no current passes through the grid cathode circuit; when, on the contrary, it is positive, it receives part of the electrons emitted by the cathode; there is therefore a current. When no current is flowing through this circuit, the variations in potential on the grid are exactly proportional to the printed or secondary variation of the transformer, but, when current is flowing through it, the variations in potential on the grid. are not exactly the same as the variations printed on the circuit, due to the resistance of the secondary of the transformer which gives rise. at the drop in potential between the grid and the cathode.
In other words, since the gate is normally kept at zero potential, the incoming sound or signaling wave causes this potential to oscillate first in the negative direction, then in the positive direction. The grid responds exactly to the negative side of the wave and produces just amplification in the lamp plate circuit, but the positive side of the wave causes the grid current to flow between the grid and the cathode, and the drop of potential in the transformer secondary prevents the potential from
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grid to vary according to the incoming signal or sound.
This results in a twisting or distortion of the output circuit, with half of the wave passing truely and the other half being distorted, so that the signals produced are hazy and indistinct, even assuming the volume is sufficient for hearing. perfect under suitable conditions.
To overcome this difficulty in the amplifier, a negative bias is placed on the grid of the heat lamp, this bias being established sufficiently large to keep the grid always negative and prevent the positive waves of the incoming signal from causing it to oscillate a, : beyond zero.
The use of this grid bias completely eliminates the deformation which has just been described, but it has a very serious flaw. It limits the force output of the lamp to such an extent that it not only prevents the lamp from producing as large a output as it is capable of, but also gives rise to deformation or twisting when modulation limits extremely large is printed at the input circuit, as when a loud or high note is produced at the microphone or other receiving device forming the source or arrival of signals and sounds.
This will become readily apparent hereinafter as the theory of the invention is described in more detail and constructions are shown.
The object of the invention is in particular to establish a device serving to increase the order of the force flow of a thermionic lamp. It also relates to a method.
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and a device for compensating for the ordinary deformation produced when the grid of an amplifier lamp is positive, so that the grid can oscillate either in the negative direction or in the positive direction and still produce a just amplification. outlet of the tube. The invention is further characterized by its input circuit serving an audible frequency thermionic lamp in which there is no drop in potential such as to produce a deformation.
Finally, it extends to a thermionic lamp comprising an auxiliary grid-cathode assembly, which is not connected to certain elements of the lamp or to its terminals.
The following description will bring out various other characteristics relating to the connection modes of the various elements of the amplifier.
Several embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a circuit diagram, illustrating the invention, Fig. 2 is a diagram of the characteristics of the plate current of a lamp thermionic amplifier.
Fig.3 is a diagram of the arrangement of the various elements in a lamp and of the corresponding circuit.
Fig.4 is a front sectional elevation of one of the embodiments of the invention, which may be preferred.
Fig.5 is a plan of the elements shown in Fig.4.
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Fig.6 is a front sectional elevation of another embodiment of the invention.
Fig.7 is a plan of another embodiment of the invention.
Fig.8 is a plan of another embodiment of the invention.
Fig.9 is a diagram of a modified circuit applicable to the invention.
Figs. 10 and 11 are diagrams of the invention showing its appropriation to a four terminal base.
Figure 1 shows an input transformer
10 comprising a primary winding 11, connected to an input current source., And a secondary winding 12, as well as an output transformer 13 cm - carrying a primary winding 14 and a secondary winding 15, these transformers being ordinary transformers used in a conventional amplification system.
The primary 14 of the output transformer is connected at one end directly to the plate 16 of a thermionic amplifier lamp 17, while the other end is connected to the positive terminal of an auxiliary battery 18, the negative terminal of which is connected to a conductor 19, connected to. in turn to the cathode 20 of the lamp 17, these connections being moreover the usual connections of an amplifying lamp.
In order to allow the gauge 21 of the lamp 17 to oscillate positively without causing any deformation in the output circuit or debita on interposed what can be called a compensating lamp 22 in the arrival circuit. This compensating lamp 22 can be exact
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very similar to the amplifier lamp 17 and include a grid 23 connected to one terminus of the secondary 12 of the input transformer 10, while the other terminus of this secondary is connected to the conductor 19 and therefore to the cathode 20 of the amplifier lamp 17 and also to the negative side of the auxiliary battery 18.
The cathode 24 of this compensating lamp is connected directly to the grid 21 of the amplifying lamp 17 by means of the conductor 24 ', while the plate 25 is connected to a point of the auxiliary battery having a positive potential. . A bypass capacitor 26 can be bridged with respect to the terminals of battery 18, and a second bypass capacitor 27 can be mounted if desired, between the negative terminal of the battery and the connection conductor with the plate. 25 of the lamp 22. These capacitors supply the power to the plates of the two lamps in the manner well known in the section.
The theory of operation of the circuit which has just been described can be summarized as follows: The sounds and signals printed at the input transformer 10 give rise to a variation of potential on the gate
23 of the compensating lamp 22.
This variation produces a variation of the electron current between the cathode
24 of this lamp and the plate 25, which, like the cathode 24 is' connected directly to the grid 21 of the amplifier lamp. 17, produces a variation of potential on the grid 21 of this lamp and naturally regulates the current of electrons between the cathode 20
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and plate 16 and hence the flow rate of the circuit. any variations imparted to the grid 23 of the compensating tube 22 are therefore amplified by the lamp 17 and cause a greater flow of current to pass through the output circuit.
If now the grid 21 of the amplifying lamp 17 is made negative by the incoming signal or sound, no electrons pass between the cathode 20 and the grid 21 any more than current flows through the conductor. 24 '. The variations of the arrival circuit, which keep the gate 21 negative, are therefore exactly amplified by the amplifier lamp 17 according to the known phenomenon. However, when grid 21 becomes positive due to variations imparted to grid 23 by the input circuit, electrons pass between cathode 20 and grid 21, thereby generating current in conductor 24 '.
However, electrons pass between the cathode 24 and the plate 25 of the compensating lamp 22 as a result of the potential difference between these elements and, since the current passing between them is in the same direction as the current passing in the conductor 24 ', this current passes through plate 25 to battery 18, conductor 19 and returns to cathode 20 forming a complete path for the gate current.
Since the resistance between the cathode and the plate of the compensating lamp is affected by variations in the grid of this lamp, any drop in potential by this resistance also varies the grid and therefore does not produce deformation.
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when it is printed at the gate of the amplifying lamp so that the amplification of the lamp 17 is just as precise for this side of the wave as for the negative side.
In milk, it has been found that the grid of the amplifier lamp is seldom negative, probably due to the potential difference between the cathode and the plate of the compensating lamp and the tendency that the current to flow accordingly. between these elements.
Although this may not be an exact explanation of the theory of operation of the object of the invention, the results which are produced indicate that it operates in this way. These results are highlighted in fig. 2 of the drawing. This figure represents, in effect, the characteristic curve of the plate current of a lamp with grid voltage plotted on the horizontal line and plate current in milliamps plotted on the vertical line.
Prior to the invention it was customary to choose a point A on the characteristic curve, where the gate voltage is negative to prevent the positive side of the incoming sound or signal wave from carrying the gate past the point of. zero gate voltage and on the opposite side of the curve. Thus, in such a lamp, the normal oscillation of the gate potential is between B and C, as shown on the curve. Any oscillation of the grid beyond point C, such as would be caused by a large variation occurring on the incoming circuit, would naturally produce distortion in the output circuit.
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However, the characteristic curve continues in a straight line past the zero point of gate voltage, so the capacities of the lamp are. considerably larger in terms of its output force than was the case heretofore, as indicated by limits B and C.
With the invention, the center of oscillation of the gate potential, instead of being at A, can be at zero anoint or on the positive side, as at A, 9 where it seems to come due to the operation of. the compensating lamp and grid oscillation is now not limited to the negative side of the curve, but is free to oscillate on both sides making undistorted amplification possible as the grid oscillates between points B on the negative side of the curve and C 'on the positive side of the curve.
Upon examination of this curve, it immediately appears that the force output of a thermionic lamp has been greatly increased. 0 It is also evident that any drop in potential occurring in the gate circuit of the amplifying lamp, when the gate is positive, will vary the input variation, so that there is no distortion in the lamp output circuit.
Although the positive potential on the compensating lamp plate has been indicated to be less than the potential on the amplifying lamp plate, it has been found that this potential can be increased even above the potential of the amplifying lamp with a concomitant increase in the force output of the lamp. amplifier.
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In fig.3, there is shown a lamp 28 only, which contains the grid 29, the anode 30, the cathode 31 and the auxiliary cathode 32, as well as the auxiliary grid 33; The auxiliary grid 33 is connected directly to the auxiliary cathode 32 and regulates the emission of electrons from the cathode :: il to the anode 30.
A heater 34 is provided to heat the cathode 32 and a heater 35 to heat the cathode 31; these heaters can be arranged in parallel, if desired, or in series, or else a single heater can serve both cathodes, as described below.
Two wires 36 can lead from the filament out of the envelope and be connected to the secondary 37 of a transformer 38, the primary 39 of which is connected to an alternating current power source.
Grid
29 can be connected by a wire 40 to the secondary of an input transformer 42 according to current practice and the anode 30 can be connected by means of a wire 43 to the primary 44 of a transformer, output 45. L The other end of the secondary 41 of the input transformer 42 can be connected, by means of a wire 41, to the negative of an auxiliary battery 46, while the positive side of the auxiliary battery can be connected to the other end of the primary 44 of the output transformer 45.
Cathode 31 may be connected by wire 47 to wire 41a, which is connected to the negative side of the auxiliary battery and a capacitor 48 may be bridged to the battery, to allow return power. from the anode, in the known manner.
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The operation of the device is the same as in the arrangement shown in fig. 1, so that when the gate 29 is negative it o does not pass current in the input circuit, as is well known and that when grid 29 is positive, no current flows due to auxiliary cathode 32 and grid 35. Thus, the lamp amplifies without deformation because the grid oscillates between positive and negative
In figs. 4 and 5, is shown a 'way of mounting the various elements of the lamp.
The anode 49 corresponding to the anode 30 of FIG. 3 can here be formed by a flattened tube made of nickel foil or other metal and the other elements can be mounted in this tube, A grid 50 corresponding to the grid 23 of Fig. 3 consists of a helical coil of molybdenum or other metal wire placed inside the anode, extending lengthwise and spaced from its walls Inside the grid 50 is mounted a cathode 51, preferably consisting of a cylinder of nickel or other suitable metal covered with an electron emitting material.
This cathode is connected by a wire 52 to a second grid 53 which is arranged parallel to the grid 50 and which has a similar winding mounted inside the anode 49 (as clearly shown in Figures 4 and 5). ; inside the grid 53 is disposed a cathode 54 which may be similar to the cathode 51 already described.
'Cathodes 51 and 54 can be heated to
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any desired way; in the present case, two bars 55 and 56 of insulating material are respectively arranged in the cathodes 51 and 54, each of these bars having a bore extending longitudinally through their center and through which a filament 57 can be passed. A press 58 is provided in the device and the elements may all be supported on the press in any desirable manner, the electrical connections serving the various elements being sealed in this press.
Thus, the anode 49 is provided with an electrical connection 59, the grid 50 with an electrical connection 60 and the cathode 54 with an electrical connection 61, all these connections being sealed in the press and two ends of the filament 57 can also be sealed therein as indicated. This makes five connections, so the tube can be used to replace the five terminal lamp currently in use. The operation of this device is similar to that which has already been explained with reference to FIG. 3.
FIG. 6 shows another embodiment of the invention in which a cylindrical anode 62 contains two pairs of helical grids 63 and 64, spaced apart longitudinally from one another in the direction of the length. ;, as indicated. The grid 63 corresponds to the grid 29 of FIG. 3 ei; can be connected to the external circuit by means of a conductor 65. Inside the grids 63 and 64 are respective cathodes 66 and 67 which have a length approximately equal to the length of the grid in each case.
The cathode 66 corresponds to the cathode 32 of fig. 3 and can
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be connected to the grid 64 by means of wires 68, as indicated. As for the cathode 67 it can be connected to the outer circuit by means of the wire 69. The anode 62 can also be connected to the outer circuit by means of the wire 70.
In order to heat the cathodes 66 and 67, an insulating bar 71 is provided which passes completely through them in the direction of their length and which has two pairs of axial holes. A capillary filament
72 passes through one of its branches in one of these openings and through the other branch in the other opening of this insulating bar, the end of each branch being connected to the external circuit by several wires 73.
The operation of this construction is analogous to that which has already been described.
Fig.7 shows another variant of the construction of the previous figures. A cathode 74 formed by a nickel tube corresponds to the cathode 32 of fig.3 and is surrounded by a winding 75 forming the grid which corresponds to the grid 29 of Fig.3. Around this grid is placed an anode. 76 which is preferably in the form of a tube and corresponds to the anode 30 of FIG. A second anode 77 of considerably larger diameter than the anode 76 is placed around the latter, but is electrically connected to it by means of the wires 78 thus forming a single electrical anode composed of the two, cylindrical anodes 76 and 77 Between these two anodes are preferably placed several cathodes 79, each of which is surrounded by a grid 80.
All cathodes
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79 are connected by means of a wire 81 and correspond to the cathode 31 of fig.3. All the grids 80 are also connected to the cathode 74, for example by wires 82, and these grids correspond to the grid 33 of FIG. In order to heat the cathodes 74 and 79, there are provided insulating sleeves or bars through which the capillary filaments are placed - as described in relation to fig. 6), these filaments can be connected in parallel or in series like or- le longed for.
Any desired number of cathodes 79 and grids 80 can be used, but it is preferred that there are six, as shown in the figures. The theory of operation, which is the same as that which has been described with regard to the other figures, is applicable in the present case.
In FIG. 8 is shown another embodiment of the invention. Here, a cylindrical cathode 83 is provided with a suitable heating device, such as a filament 84 and is surrounded by a helical coil of wire 85. This coil of wire forms a combined cathode and grid taking the place of the cathode. 32 and the grid
33 of fig. 3. Around this winding 85 is provided another helical winding 86 which is the grid corresponding to the grid 29 of FIG. 3 as well as a cylindrical anode 87 surrounding the grid 86.
In this case, the combined cathode and grid 85 receives sufficient heat from the first cathode 83 to cause it to emit electrons giving the same effect as the construction already described. It is preferred to cover the cathode-grid assembly
85 of materials which emit electrons at a temperature lower than that normally used, because it
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depends on the heat transmitted to the first cathode
83 and therefore necessarily remains at a lower temperature than dathode 83. Therefore, if it is provided with a coating which is active at lower temperatures, it functions analogously to cathode 32 of fig. 3.
It is preferable to use cesium as the coating material for this application. The mesh of the combined grid and cathode is preferably much finer than the mesh of the outer grid so that the mesh of the outer grid. constant plification of the outer grille is less than that of the inner grille,
It has been found that a positive bias on the inlet gate constitutes a desirable addition to the invention.
Since the input gate is nominally negative, the positive bias compensates for some of the negative bias already there and lets the gate operate on the straight line portion of the gate voltage plate current characteristic curve, Such grid bias can be made by means of resistor 89 shown in Fig. 9 or a battery can be interposed in the cathode conductor of the transformer with the positive terminal placed towards grid 32.
The lamp can also be mounted on a four terminal base by connecting cathode 31 directly to part of the heating circuit inside the base tube (as shown in fig. 10) or, if desired, in the middle. filament, or a resistor 90 (fig. 11) can be bridged onto the
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heating device inside the base and the cathode terminal connected to the middle of this resistor. This construction has the advantage that it does not pass a plate current through the filament and thus avoids a tendency to overheat.
The lamp of the invention has more force flow because the flow impedance is very low and constant very high amplification can be used without greatly increasing the impedance.
The limiting factor in lamp operation is the high anode temperature due to the high plate current. However, this current can be brought to a reasonable value by increasing the amplification. constant and allowing the plate current to oscillate to a great extent.
Although the invention has been described and shown in connection with an alternating current source of heating energy, it is evident that the lamp also operates with direct current or that. any other cathode heating agent can be used.
The lamp can be used to amplify radio or audible frequency currents and also as an oscillator, modulator or detector.
It is evident from the foregoing that this four or five terminal electronic lamp can be substituted for the ordinary AC lamp presently in use and produces a greater force output because there is no need to limit the power. oscillation of the gate potential in the incoming circuit.
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Numerous modifications can be made to the constructions described without departing from the spirit of the invention which is not limited to the examples described.
CLAIMS.
1.- An amplifier system including a lamp
EMI17.1
taermoionic amplifier containing an electrode- drill an incoming circuit C0l: rr'-1lt.It a transformer connected to this grid and a device connected to this arrival circuit for a deformation of the amplification of the laJ1pe when the grid oscillates to a positive 3l potel- ti.
2.- Ull amplifier system according to claim 1 caraoberine by the fact that the device interposed in the arrival circuit comprises a resistor mounted as a bypass circuit relative to the arrival transformer, summed resistance to variation to an extent consistent with the incoming signal or sound.
3.- An amplifier system according to claims 1 or 2, characterized in that said device comprises a second thermoiionic lamp, the grills and cathode of which are mounted between the grill and the cathode of the first lamp.
4.- The 'method for ensuring undeformed amplification using a thermionic larnpe consisting of providing a resistance to the flow of current in the incoming circuit of the lamp and of varying the magnitude of the current. resistance by and according to the incoming current.
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