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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.