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Dispositif à décharge électronique.
La présente invention concerne des dispositifs à décharge électronique et, plus particulièrement, des tubes à vide thermioniques adaptés pour être réalisés dans des dispositions à haute fréquence.
Les récehs développements constatés dans les systèmes de signalisation haute fréquence, tels que par exemple dans les récepteurs de porteurs modulés par des
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signaux pour la télévision, ont fait naître la question du enveloppement de tubes à vide travaillant d'une manière satisfaisante dans des dispositions à fré@uence ultra-haute et, plus particulièrement, dans des dispositions pour relayer ou amplifier absolument sans distorsion une bande de fréquences s'étendant sur une gamme excessivement grande.
Pour cette raison, dans un amplificateur pour largo bande de fréquences convenant pour être utilisé dans le canal d'amplification des signaux d'un récepteur de télévision, il est usuellement nécessaire de transmettre et d'amplifier, avec des dispositions comprenant un ou plusieurs tubes à vide, une bande de fréquences de l'ordre de 60 cycles et moins jusqu'à une haute fréquence de l'ordre de 2 mégacycles et plus.
Aucun des divers types de tubes à vide mis actuel- lement en vente ne donne des résultats entièrement satisfaisants lors d'emploi dans de telles dispositions. La irinci- pale limitation des formes connes actuellement consiste en ce que l'amplification qui peut être obtenue dans ce tube avec une distorsion tolérable à toutes les fréquences à amplifier, est limitée. Cette limitation est due d'abord à la haute capacité entre les électrodes de ces tubes, accompagnée par des valeurs seulement nominales de conductance réciproque.
Une autre limitation appartenant surtout . l'emploi de tubes à vide dans des dispositions à ultra-haute fréquence réside dans le fait que la plupart des tubes de construction usuelle sont caractérisés par une forte valeur d'induc- tion parasite dans l'électrode et, particulièrement, dans la connexion d'entrée de la cathode. Cette introduction augmente la capacitance apparente en parallèle sur les électrodes d'entréeou sortie du tube.
Un objet de la présente invention consiste, pour cette raison, à créer un dispositif à décharge électronique cons- tr@it et aménagé de telle façon que la valeur des capacités entre les électrodes et les inductions des diverses électrodes et de leurs connexions d'entrée soient excessivement minimes.
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Un autre objet de la présente invention consiste à créer un dispositif à décharge électronique du caractère décrit ci-dessus, dans lequel il n'est prévu aucune grille de suppression, mais qui est capable d'être commandé d'une maniére telle que l'effet d'une grille de suppression soit obtenu.
Un autre objet de la présente invention consiste à créer un dispositif à décharge électronique ayant les carac- téristiques expliquées dans l'un des objets précédents ou dans les deux, construit de telle façon que la perte des électrodes plaque ou écran n'est pas excessive dans des conditions de travail normales et ayant une conductance réciproque suffisante pour assurer une forte valeur d'amplification dans ce tube.
Un objet supplémentaire de da présente invention consiste à créer un dispositif à décharge électronique qui a les caractéristiques ci-dessus, est de construction simple et économique et peut être fabriqué facilement en grandes quantités.
En résumé, les objets ci-dessus consistent à créer un dispositif à décharge électronique comprenant une enveloppe allongée vidée d'air en verre ou matière isolante analogue, dans laquelle sont supportés la plaque et un système d'électrodes comprenant, dans l'ordre indiqué, une cathode, une électrode de réglage et une grille-écran. La plaque est construite sous forme d'une étroite bande de matériel conducteur à basse résistance s'étendant autour de la surface intérieure de l'enveloppe et entourant le système d'électrodes.
La largeur de cette bande est seulement une petite fraction de la longueur axiale de la cathode, afin de réduire la capacité de l'électrode plaque-cathode ou de sortie du tube. Il est prévu aussi une couche de matériel conducteur à haute résistance s'étendant autour de la surface intérieure de l'enveloppe et voisine de la plaque, ainsi que située des deux côtés de celle-ci. La résistance de cette couche est extrêmement haute; dans le cas idéal, elle aurait une conductance justement suffisante pour éviter
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l'accumulation d'une charge de surface négative sur la surface intérieure de l'enveloppe, bien que, comme compromis pratique, elle puisse être aménagée avec une résistance telle que les bords extérieurs de la couche soient maintenus absolument au potentiel zéro.
Le gradient du potentiel le long de la couche tombe en pente aigu-,, à proximité de la plaque et plus graduellement dans la direction des bords extérieurs. Le potentiel moyen de la' couche est un peu positif, mais négatif par rapport à la plaque, de sorte qu'il exerce une action de suppression et que, dans certains cas, la grille de suppression usuel.le peut être abandonnée, ce qui réduit encore la capacité entre les électrodes du dispositif. La résistance du revêtement est beaucoup plus grande que sa réactance capacitive par rapport à la cathode, de sorte que le revêtement introduit entre la plaque et la cathode une admittance qui est négligeable en comparaison de celle de la plaque et de sa capacité inévitable.
La construction mécanique du système d'électrodes est telle que la longueur de toutes les connexions d'entrée est réduite à un minimum absolu et que l'écartement entre ces connexions est un maximum. La plaque se termine à un petit capuchon situé sur le côté de l'enveloppe du tube le plus loin possible de la borne de l'électrode de réglage. Celle-ci comprend aussi un capuchon situé sur l'extrémité de l'enveloppe du tube. Le tube peut être facilement construit de telle façon qu'il puisse être mini d' un culot normal. L'invention se comprendra mieux en relation avec la description ci-après et les plans annexés.
La fig.l représente un amplificateur montrant plus clairement la question que le dispositif à décharge électronique conforme à la présente invention est appelé à résoudre. L'amplificateur comprend un tube pentode 10 dont les électrodes d'entrée, comprenant une cathode 11 et une grille de réglage 12 accouplées à une source de tension alternative 13, ainsi que les électrodes de sortie,
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comprenant une plaque 14 et la cathod.e 11, accouplée, par des organes contenant une résistance 15, aux électrodes d' entrée d'un deuxième tube 16.
La capacité de sortie du tube 10, la capacité d'entrée du tube 16 et la capacité parasite d'entrée du réseau d'accouplement, considérées toutes comme une capacité concentrée équivalente shuntée sur les électrodes de sortie du tube 10 sont indiquées par le condensateur marqué par la ligne formée de traits.
L'effet de cette capacité équivalente sur le gain du tube 10 peut être compensé partiellement ou totalement d'une manière connue en insérant un élément d'induction 18 de grandeur appropriée en série avec la résistance de char- ge 15. Le condensateur de couplage usuel et la résistance de fuite, indiqués par 19 et 20, complètent le réseau d.' accouplement.
Des potentiels de valeurs convenables sont appliqués aux grilles-écrans et aux plaques des tubes 10 et 16 par les bornes indiquées par + Sc et + B.
Il est connu .m'avec la disposition usuelle ci-dessus le gain ( ou amplification de tension ) obtenu entre la sour- ce 13 et les électrodes d'entrée du tube 16 est déterminé par le rapport de la conductance réciproque du tube 10 à l' admittance de sortie totale, l'admittance comprenant la som- me vectorielle de la conductance plaque-cathode, l'admit- tance de charge et la susceptance de la capacité shunt effective totale. Ainsi que déjà expliqué, cette capacité shunt comprend, en parallèle, la capacité parasite du réseau d'accouplement., la capacité d'électrode de sortie du tube 10 et la capacité d'électrode d'entrée du tube 16. Cette composante capacitive de l'admittance augmente comme fonc- tion de la fréquence, pour augmenter l'admittance totale.
Ce facteur étant dans le dénominateur du rapport, le gain dans le tube diminue avec l'augmentation de fréquence. Si on le désire pour amplifier une large bande de fréquences, cette diminution de gain avec l'augmentation de fréquence
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ne peut pas, dans une disposition bien construite excéder un certain pourcentage défini du gain maximum obtenu à des fréquences plus basses. La réduction de gain admissible -lapend, à la vérité, de l'application particulière de la disposition.
Ce qui précède montre qu'il est désirable de choisir cette construction de tube pour avoir une haute conductance réciproque et la plus basse capacité possible entre les électrodes. Il est également désirable que les capacités entre les électrodes soient petites pour une autre raison qui est basée aussi sur le rapport précité. Avec l'amplificateur montré, les capacités du réseau d'accouplement et du tube déterminent, à chaque étage d'amplification, ledécalage de phase à toute fréquence donnée. La grandeur du décalage augmente, en vérité, avec la fréquence parce que la susceptance capacitive augmente avec la fréquence.
Il est, pour cette raison, manifeste que si la capacitance est réduite dans une disposition donnée tandis que la résistance de charge est mainte- nue constante, le déphasage sera diminué, pour réduite de cette manière la distorsion de phase.
La fig.2 montre un dispositif à décharge électronique ou tube à vide thermionique construit et aménagé en concordance avec la présente invention pour obtenir les caractéristi- ques désirées de haute conductance réciproque et de basse capacité entre les électrodes, cornue montré ci-dessus. Ce tube peut être connecté dans la disposition de la fig.l d' une manière convenable. En résumé, le tube comprend une onveloppe cylindrique allongée 21 sur un socle ''-2. Ce socle contient les broches de contact 24 pour les averses connexions des électrodes, dont quelques-unes sont conduites à l'intérieur du tubs par la pièce de pression 2?.
L'enveloppe 21 est en matière isolante, de préférence en verre. Elle est vidée d'air à. un degré suffisant pour assurer une décharge électronique absolument pure. De la pièce de pression 23
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s'étendent les fils 25 et 26, qui servent de supports à tout le système d'électrodes dans l'enveloppe. Ce système comprend, dans l'ordre indiqué, une cathode 27, une grille de réglage 28,une grille-écran 29 t une grille de suppression 30.
Le système d'électrodes est du type usuel, dans lequel les grilles 2?,28 et 29 ont la forme d'hélices et sont supportées entre des rondelles 31 et 32 en matière isolante, par des groupes de fils de support verticaux 33,34 et 35. La rondelle
32 supporte aussi un écran 36 s'étendant vers l'extérieur presque jusqu'à la surface intérieure de l'enveloppe et portant, à son extrémité supérieure, une rondelle en mica 37 pour centrer le système d'électrodes dans le tube. Cet écran est relié aux fils de support 25 et 26 qui se termi- nent à une ou plusieurs des broches 24, afin de procurer un moyen commode par lequel l'écran peut être mis à la terre.
De même, la cathode, le filament de chauffage de la cathode, la grille-écran et la grille de suppression sont reliés individuellement, par des fils d'entrée, à une bro- che convenable des broches 24. Il a été expliqué que tout l'assemblage est élaboréde telle façon que ls fils d'en- tréesoient aussi courts que possible, afin de réduire leur inductance et la capacité entreceuz-ci. La grille de régla- ge .est connectée par un court fil d'entrée 38 à un capuchon de jonction 39 situé sur l'extrémité de l'enveloppe du tube pour la même raison, c'est-à-dire pour réduire fortement la capacité entre cette électrode et les autres électrodes ' du système d'électrodes.
L'avantage de la réduction de la capacité plaque-ca- thode du tube est expliqué ci-dessus et est obtenu, dans cet- te invention, en prévoyant une plaque 40 sous forme d'une étroite bande de matériel conducteur à basse résistance s' étendant autour de la surface intérieure de l'enveloppe 21 et entourant le système d'électrodes. Cette bande se compose de préférence d'argent métallique libre ou de graphite mélangé @
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avec un liant convenable et appliqué ou peint sur la surface intérieure de l'enveloppe 21.
La capacité d'électrode de sorti , ou plaque-cathode du
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tube sst déterminée par 11 Gt'm:;u' de la. surfac"-;...(1) la plaque, de sorte qu'il est manifeste que C3tt,' surface devrait c'tre aussi petite que les besoins 5lo.;t"C'iclu='s le p:rwttvnt. Ceci est obtenu en rendant la largeur de la bande une petit; frac-
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tion do la longueur axiale da la cathode, de prêter :nc(; pas plus qu'un tiers.
La plaque est terminée par un capuchon 1
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supporte, sur 13 côté de l'enveloppe lll, pur des moyens com- , prenant un court fil conducteur 42 et, afin d'obtenir la séparation maximum entre ce capuchon et le capuchon 39 et de réduire ainsi la capacité entre ceux-ci sans allonger exces-
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sivement le fil d'entrée 42, elle est adjacente >'?% l' extrsmité inférieurs du système d'électrodes.
Dans le fonctionnement :m tube ' icrit, le courant électronique -5;:;is par la cathode 27 ##t attira vers la sur- face intérieure de l'enveloppe 21 en vertu du haut potentiel
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positif normalement applique a li. grille-écran et a la plaque, et une partie de celui-ci s'accunule sur la plaque 40.
Le degré Ô.8 l'émission électronique est, en V)r:L t!, sous 1.# contrôle de la grille à3, lar suite de la petite dimension de la surface de la plaque, une partie du courant électronique émis n'est pas assez attiré par la potentiel positif de la plaque 40 pour causer une accumulation sur la placue. En l'absence de tout autre moyen dans le tube, cette partie du courant d'électrons tend à s'accumuler sur la surface intérieure de l'enveloppe, près de la plaque, pour donner un potentiel négatif qui tend à faire retourner le courant d'électrons à l'écran et à la
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cathode.
L'eFfet est 1" TJme que celui d'une ril10 de suppression excessive, 'nais il est :".':trll''.r'!<?21t variable avec les conditions de travail -:et les impuretés de surface qui peuvent
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varier très fort avec les différents tiJb=s. Ce phénomène produit une réduction et une non-uniformité de la conductance
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réciproque du tube avec le résultat linal quel'amplification totale est fortement réduite.
Afin de remédier à la difficulté qui vient d'être décrite se trouvent prévus, près de la plaque 40 et de chaque côté de celle-ci,des moyens comprenant une mince souche déchargeante
43 qui s'étend autour de la surface intérieure d.e l'enveloppe
21 qui, avec la plaque, entoure entièrement le système d'élec- trodes. Cette couche est faite d'une matière à extrêmement hau- te résistance et comprend., de préférence, du graphite très fin mélangé avec un liant convenable, Elle est appliquée comme min- ce revêtement sur la surface de l'evelope. Une suspension colloïdale de graphite, connue dans le commerce sous la dé- nomination " aouadag ", est un produit convenant pour ce but.
La conductance électrique de cette couche devrait être, en tout cas, beaucoup moindre que la conductance électrique du matériel comprenant la plaque 40. Par suite de la haute ré- sistance de la couche, on a un gradient de potentiel exces- sivement élevé le long de la couche, près des bords de la bande de plaque dans l'une ou l'autre direction loin de la bande, de telle façon que la majeure partie de la couche se trouve à un bas potentiel positif, qui. peut se rapprocher du potentiel zéro pendant le fonctionnement du tube.Comme résultat, on peut dire qu'aucune charge de surface négative n'est développée sur l'enveloppe près de la plaque 40, et le haut potentiel positif de la plaque est plus efficace pour attirer des électrons à la plaque.
Ainsi que mentionné ci-dessus, l'avantage principal d'une plaque étroite réside dans la réduction de la capaci- té de sortie du tube, qui nécessite que tant la largeur ef- fective que la largeur réelle de la plaque soit relativement petite. Afin de satisfaire à cette condition., la Bésistance de la couche 43 est rendue beaucoup plus grande que sa réac- @ tance capacitive aux hautes fréquences de travail.
Comme la haute résistance de cette couche entre la plaque et chaqqe
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surface supplémentaire de la couche est efficacement en série avec l'impédance de cette surface à la cathode, la couche de décharge 43 n'introduit aucune augmentation appréciable dans l'admittance plaque-cathode du tube.
Si on le désire, le tube montre sur la fig.2 et @écrit ci-dessus peut être encoremodifie pour recuire la capacité entre les électrodes du tube en abandonnant la grille de sup- pression 30. L'abandon de cette grille est le plus pratique lorsque letube est en fonction de la manière particulière 'écrite ci-après. Ainsi qu'on le sait, la grille de suppres- sion fonctionne pour éviter que des électrons secondaires émis de la plaque n'atteignent la grille-:cran, en. produisant, dans la région entre la grille de suppression et la plaque, un champ repoussant ces électrons.
Le même champ repoussant peut être produit en maintenant, pendant le fonctionnement du tube, entre la grille-écran et la plaque, une densité électronique qui est une valeur prédéterminée et essentielle. Avec la cons- truction montrée, le largo écartement de la grille-écran et de la plaque et la concentration du courant d'électrons par l'étroitebande de plaque constituent une aide importante pour obtenir cette densité électronique et créer le champ repoussant requis.
La couche de @écharge 43 joue aussi un rôle important dans l'action de suppression. Ainsi que déjà dit, cette couche reçoit un potentiel négatif par rapport à la plaque et réduit ainsi le potentiel de l'intervalle entrela plaque et l'écran, retardant les électrons dans cet intervalle. La couche de dé- charge 43 peut être simplement considérée comme une électrode de suppression effectivement très semblable à. colle d'une grille de suppression usuelle, mais dont la configuration est différente.
La conductance réciproque maximum du tube est, en vérité, très limitée par la perte d'énergie de la grille- écran est de la plaque, et 'la valeur de la perte de chacune
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de ces électrodes est égale au produit du courant spatial et de la tension des électrodes respectives. Avec un tube com- me montré, la perte de la plaque admissible est seulement du même ordre que la perte de la grille-écran due à la petite dimension de la plaque. En conséquence, le potentiel de la grille-écran devrait être plus élevé que le potentiel de la plaque parce que le courant de la grille-écran est beaucoup moindre que celui de la plaque.
Il a été trouve que l'on ob- tient les meilleurs résultats lorsque la plaque a un poten- tiel d'une valeur qui est approximativement la moitié de la va- leur du potentiel de la grille-écran. L'émission d'électrons est réglée directement par la grille de réglage entre la cathode et la grille-écran. Pour cette raison, si la grille a des mail.- les trop serrées, il faudra un potentiel de grille-écran ex- trêmement élevé pour maintenir le courant spatial maximum admis- sible et il en résultera que la perte de la grille-écran sera excessive.
D'autre part, si cette grille a des mailles trop grandes, le pas de la spirale de la grille de réglage rapproche- ra nécessairement l'espacement de cette grille à la cathode, créant ainsi une caractéristique de coupure graduelle qui cor- respond toujours à une réduction de la transconductance qui peut ëtre obtenue avec une valeur donnée de courant spatial.
Afin d'obtenir un compromis entre les deux besoins opposés, comme montré ci-dessus, le pas de la grille de. réglage 28 est proportionné pour produire un coefficient d'amplification de valeur maximum entre cette électrode et la grille-écran 29.
Il a été trouvé que l'on obtient un travail satisfaisant de certaines constructions lorsque la grille 28 est telle qu'il soit possible d'obtenir entre ces électrodes un coefficient d'amplification de l'ordre de 10.
Bien que la présente description se rapporte princi- palement à ce qui doit être considéré comme étant un mode de réalisation préféré de la présente invention, il est évident pour les experts de la branche que divers changements et di- verses modifications peuvent y être apportés sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
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Electronic discharge device.
The present invention relates to electronic discharge devices and, more particularly, to thermionic vacuum tubes adapted to be made in high frequency arrangements.
The recent developments observed in high frequency signaling systems, such as, for example, in carrier receptors modulated by
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signals for television, have given rise to the question of the wrapping of vacuum tubes working satisfactorily in ultra-high frequency arrangements and, more particularly, in arrangements for relaying or amplifying absolutely without distortion a band of frequencies spanning an excessively large range.
For this reason, in a broadband amplifier suitable for use in the signal amplification channel of a television receiver, it is usually necessary to transmit and amplify, with arrangements comprising one or more tubes. empty, a frequency band of the order of 60 cycles and less up to a high frequency of the order of 2 megacycles and more.
None of the various types of vacuum tubes now available for sale give entirely satisfactory results when used in such arrangements. The irincible limitation of the forms currently known is that the amplification which can be obtained in this tube with a tolerable distortion at all the frequencies to be amplified is limited. This limitation is due first of all to the high capacitance between the electrodes of these tubes, accompanied by only nominal values of reciprocal conductance.
Another limitation mostly belonging. the use of vacuum tubes in ultra-high frequency arrangements resides in the fact that most tubes of conventional construction are characterized by a high value of parasitic induction in the electrode and, in particular, in the connection inlet of the cathode. This introduction increases the apparent capacitance in parallel on the input or output electrodes of the tube.
An object of the present invention is, therefore, to provide an electronic discharge device constructed and arranged in such a way that the value of the capacitances between the electrodes and the inductions of the various electrodes and their input connections are excessively minimal.
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Another object of the present invention is to provide an electronic discharge device of the character described above, in which no suppressor gate is provided, but which is capable of being controlled in such a manner as effect of a suppression grid is obtained.
Another object of the present invention is to provide an electronic discharge device having the characteristics explained in one or both of the preceding objects, so constructed that the loss of the plate or screen electrodes is not excessive. under normal working conditions and having sufficient reciprocal conductance to ensure a high amplification value in this tube.
A further object of the present invention is to provide an electronic discharge device which has the above characteristics, is simple in construction and economical, and can be easily manufactured in large quantities.
In summary, the above objects are to provide an electronic discharge device comprising an elongated air-void envelope of glass or the like insulating material, in which the plate is supported, and an electrode system comprising, in the order shown , a cathode, an adjustment electrode and a screen grid. The plate is constructed as a narrow strip of low resistance conductive material extending around the interior surface of the casing and surrounding the electrode system.
The width of this strip is only a small fraction of the axial length of the cathode, in order to reduce the capacitance of the plate-cathode electrode or tube outlet. There is also provided a layer of high resistance conductive material extending around the inner surface of the casing and adjacent to the plate, as well as located on both sides thereof. The resistance of this layer is extremely high; in the ideal case, it would have a conductance precisely sufficient to avoid
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the accumulation of a negative surface charge on the inner surface of the casing, although as a practical compromise it can be arranged with such resistance that the outer edges of the layer are kept absolutely at zero potential.
The potential gradient along the layer drops sharply- ,, near the plate and more gradually in the direction of the outer edges. The average potential of the 'layer is a little positive, but negative with respect to the plate, so that it exerts a suppressing action and in some cases the usual suppressing grid can be dropped, which further reduces the capacitance between the device electrodes. The resistance of the coating is much greater than its capacitive reactance with respect to the cathode, so that the coating introduces between the plate and the cathode an admittance which is negligible compared to that of the plate and its unavoidable capacitance.
The mechanical construction of the electrode system is such that the length of all input connections is reduced to an absolute minimum and the spacing between these connections is a maximum. The plate ends at a small cap located on the side of the tube casing as far as possible from the adjustment electrode terminal. This also includes a cap located on the end of the casing of the tube. The tube can be easily constructed in such a way that it can be minus a normal base. The invention will be better understood in relation to the description below and the accompanying drawings.
FIG. 1 represents an amplifier showing more clearly the question which the electronic discharge device according to the present invention is called upon to solve. The amplifier comprises a pentode tube 10 whose input electrodes, comprising a cathode 11 and an adjustment grid 12 coupled to an alternating voltage source 13, as well as the output electrodes,
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comprising a plate 14 and the cathode 11, coupled, by members containing a resistance 15, to the input electrodes of a second tube 16.
The output capacitance of tube 10, the input capacitance of tube 16, and the input parasitic capacitance of the mating network, all considered as an equivalent concentrated capacitance shunted across the output electrodes of tube 10 are indicated by the capacitor. marked by the line formed by dashes.
The effect of this equivalent capacitance on the gain of the tube 10 can be partially or totally compensated for in a known manner by inserting an induction element 18 of suitable size in series with the load resistor 15. The coupling capacitor usual and the leakage resistance, indicated by 19 and 20, complete the network of. coupling.
Potentials of suitable values are applied to the screens and plates of tubes 10 and 16 through the terminals indicated by + Sc and + B.
It is known with the usual arrangement above the gain (or voltage amplification) obtained between the source 13 and the input electrodes of the tube 16 is determined by the ratio of the reciprocal conductance of the tube 10 to total output admittance, the admittance comprising the vector sum of the plate-cathode conductance, the load admittance and the susceptance of the total effective shunt capacitance. As already explained, this shunt capacitance comprises, in parallel, the parasitic capacitance of the coupling network, the output electrode capacitance of the tube 10 and the input electrode capacitance of the tube 16. This capacitive component of admittance increases as a function of frequency, to increase total admittance.
This factor being in the denominator of the ratio, the gain in the tube decreases with the increase in frequency. If desired to amplify a wide band of frequencies, this decrease in gain with increasing frequency
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cannot, in a well-constructed arrangement, exceed a certain defined percentage of the maximum gain obtained at lower frequencies. The reduction in allowable earnings depends, in fact, on the particular application of the provision.
The above shows that it is desirable to choose this tube construction to have a high reciprocal conductance and the lowest possible capacitance between the electrodes. It is also desirable that the capacitances between the electrodes be small for another reason which is also based on the above ratio. With the amplifier shown, the capacities of the coupling network and of the tube determine, at each amplification stage, the phase shift at any given frequency. The magnitude of the shift actually increases with frequency because capacitive susceptance increases with frequency.
It is, therefore, obvious that if the capacitance is reduced in a given arrangement while the load resistance is held constant, the phase shift will be decreased, thereby reducing phase distortion.
Fig. 2 shows an electron discharge device or thermionic vacuum tube constructed and arranged in accordance with the present invention to achieve the desired characteristics of high reciprocal conductance and low capacitance between electrodes, retort shown above. This tube can be connected in the arrangement of fig.l in a suitable manner. In summary, the tube comprises an elongated cylindrical shell 21 on a base '' -2. This socket contains the contact pins 24 for the shower connections of the electrodes, some of which are conducted inside the tubs by the pressure piece 2 ?.
The envelope 21 is made of insulating material, preferably of glass. It is emptied of air to. a sufficient degree to ensure absolutely pure electronic discharge. From the pressure piece 23
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extend wires 25 and 26, which serve as supports for the entire electrode system in the envelope. This system comprises, in the order indicated, a cathode 27, an adjustment grid 28, a screen grid 29 and a suppression grid 30.
The system of electrodes is of the usual type, in which the grids 2?, 28 and 29 have the shape of helices and are supported between washers 31 and 32 of insulating material, by groups of vertical support wires 33,34 and 35. The puck
32 also supports a screen 36 extending outward almost to the interior surface of the casing and carrying, at its upper end, a mica washer 37 for centering the electrode system in the tube. This screen is connected to support wires 25 and 26 which terminate at one or more of pins 24, to provide a convenient means by which the screen can be grounded.
Likewise, the cathode, cathode heating filament, screen grid and suppressor grid are individually connected, by input wires, to a suitable pin of pins 24. It has been explained that all the assembly is designed so that the input wires are as short as possible, in order to reduce their inductance and the capacitance between them. The adjustment grid is connected by a short lead-in wire 38 to a junction cap 39 located on the end of the tube casing for the same reason, i.e. to greatly reduce the pressure. capacitance between this electrode and the other electrodes of the electrode system.
The advantage of reducing the plate-cathode capacity of the tube is explained above and is achieved, in this invention, by providing a plate 40 in the form of a narrow strip of low resistance conductive material. 'extending around the interior surface of the casing 21 and surrounding the electrode system. This strip preferably consists of free metallic silver or mixed graphite @
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with a suitable binder and applied or painted on the inner surface of the casing 21.
The output electrode capacity, or cathode plate of the
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tube sst determined by 11 Gt'm:; u 'of the. surface "-; ... (1) the plate, so it is apparent that C3tt, 'surface should be as small as 5lo needs.; t" C'iclu =' s the p: rwttvnt. This is achieved by making the width of the strip a small; frac-
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tion do the axial length of the cathode, to lend: nc (; not more than a third.
The plate is finished with a cap 1
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supports, on the side of the casing III, pure means comprising, taking a short conductive wire 42 and, in order to obtain the maximum separation between this cap and the cap 39 and thus to reduce the capacitance between them without lengthen excessively
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Depending on the input wire 42, it is adjacent to the lower ends of the electrode system.
In operation: m tube 'here, the electronic current -5;:; is through the cathode 27 ## t attracted towards the inner surface of the casing 21 by virtue of the high potential
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positive normally applied to li. screen grid and has the plate, and part of it builds up on the plate 40.
The degree Ô.8 the electronic emission is, in V) r: L t !, under 1. # control of the grid à3, lar following the small dimension of the surface of the plate, a part of the electronic current emitted n It is not attracted enough to the positive potential of plate 40 to cause a buildup on the plate. In the absence of any other means in the tube, this part of the electron current tends to accumulate on the inner surface of the envelope, near the plate, to give a negative potential which tends to return the current of electrons on the screen and
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cathode.
The effect is 1 "TJ as that of an excessive suppression ril10, but it is:". ': Trll' '. R'! <? 21t variable with working conditions -: and surface impurities which can
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vary greatly with the different tiJb = s. This phenomenon produces a reduction and non-uniformity of the conductance.
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reciprocal of the tube with the final result that the total amplification is greatly reduced.
In order to remedy the difficulty which has just been described, there are provided, near the plate 40 and on each side thereof, means comprising a thin stump discharging
43 which extends around the inner surface of the casing
21 which, together with the plate, completely surrounds the electrode system. This layer is made of an extremely high strength material and preferably comprises very fine graphite mixed with a suitable binder. It is applied as a thin coating on the surface of the evelope. A colloidal suspension of graphite, known in the trade as "aouadag", is a suitable product for this purpose.
The electrical conductance of this layer should be, in any case, much less than the electrical conductance of the material comprising the plate 40. As a result of the high resistance of the layer, there is an excessively high potential gradient along. of the layer, near the edges of the plate strip in either direction away from the strip, such that most of the layer is at a low positive potential, which. can approach zero potential during operation of the tube. As a result, it can be said that no negative surface charge is developed on the shell near the plate 40, and the high positive potential of the plate is more efficient to attract electrons to the plate.
As mentioned above, the main advantage of a narrow plate is the reduction in the output capacity of the tube, which requires that both the actual width and the actual width of the plate be relatively small. In order to satisfy this condition, the resistance of layer 43 is made much greater than its capacitive reactance at high working frequencies.
As the high resistance of this layer between the plate and each
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The additional surface of the layer is effectively in series with the impedance of that surface to the cathode, the discharge layer 43 does not introduce any appreciable increase in the plate-to-cathode admittance of the tube.
If desired, the tube shown in fig. 2 and @ written above can be further modified to anneal the capacitance between the electrodes of the tube by abandoning the suppressor grid 30. The abandonment of this grid is most important. practical when the tube is according to the particular way 'written below. As is known, the suppression grid functions to prevent secondary electrons emitted from the plate reaching the grid-: screen, en. producing, in the region between the suppression grid and the plate, a field repelling these electrons.
The same repelling field can be produced by maintaining, during operation of the tube, between the screen grid and the plate, an electron density which is a predetermined and essential value. With the construction shown, the wide spacing of the screen grid and the plate and the concentration of the electron current through the narrow plate band is an important aid in achieving this electron density and creating the required repelling field.
The charge layer 43 also plays an important role in the suppression action. As already said, this layer receives a negative potential with respect to the plate and thus reduces the potential of the gap between the plate and the screen, delaying the electrons in this gap. The discharge layer 43 can simply be thought of as an effectively very similar suppression electrode. glue from a usual suppression grid, but with a different configuration.
The maximum reciprocal conductance of the tube is, in truth, very limited by the energy loss of the grid- screen is of the plate, and 'the value of the loss of each
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of these electrodes is equal to the product of the space current and the voltage of the respective electrodes. With a tube as shown, the allowable plate loss is only of the same order as the screen grid loss due to the small size of the plate. Accordingly, the potential of the screen grid should be higher than the potential of the plate because the current of the screen grid is much less than that of the plate.
It has been found that the best results are obtained when the plate has a potential of a value which is approximately half the value of the potential of the screen grid. The electron emission is regulated directly by the adjustment grid between the cathode and the screen grid. For this reason, if the grid has meshes that are too tight, an extremely high screen-grid potential will be required to maintain the maximum allowable space current and as a result, the loss of the screen-grid will be. excessive.
On the other hand, if this grid has too large meshes, the pitch of the spiral of the adjustment grid will necessarily bring the spacing of this grid closer to the cathode, thus creating a gradual cut-off characteristic which always corresponds. to a reduction in transconductance which can be obtained with a given value of space current.
In order to achieve a compromise between the two opposing needs, as shown above, the grid pitch of. adjustment 28 is proportioned to produce an amplification coefficient of maximum value between this electrode and the screen grid 29.
It has been found that satisfactory work is obtained from certain constructions when the gate 28 is such that it is possible to obtain between these electrodes an amplification coefficient of the order of 10.
Although the present description relates primarily to what should be regarded as a preferred embodiment of the present invention, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications can be made thereto without. depart from the spirit of the invention.