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PERFECTIONNEMENTS AUX TUBES A RAYON CATHODIQUE.
La présente invention se rapport aux tubes à rayon cathodique durs et concerne dans ces tubes le système d'électrodes appelé canon électronique.
Le canon électronique d'un tube à rayon cathodique consiste en général en une cathode, une première électrode de concentration et de modulation et ùne combinaison d'électrodes accélératrices qui concentrent le faisceau électronique, par exemple sur l'écran fluorescent du tube.
On a reconnu qu'en cours de fonctionnement, le diamètre de la tache qui est finalement mise au point sur l'écran du tube varie lorsque les potentiels de modulation appliqués au
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tube varient eux-mêmes. On comprend que cela soit nuisible, et la présente invention a pour objet un tube à rayon cathodique perfectionné et un procédé de fonctionnement de celuici ayant pour but de réduire la variation de diamètre de la tache qui se produit quand les potentiels de modulation varient.
Une des caractéristiques de l'invention consiste en une méthode pour faire fonctionner un tube à rayon électronique dur dans l'enveloppe duquel se trouvent, dans l'ordre indiqué une cathode, un écran de cathode percé, un premier accélérateur, un ralentisseur ou grille de contraction, un second accélérateur ou première anode, et des dispositifs qui ne sont pas forcément à l'intérieur de l'enveloppe, pour opérer la concentration finale d'un faisceau d'électrons provenant de ladite cathode sur l'écran du tube ;
méthode consis- tant à accélérer la marche des électrons et à les faire converger en un point entre la cathode et le premier accélérateur, à ralentir le faisceau électronique pour former un second ppint de concentration près de l'extrémité de la première anode faisant face à la cathode, à moduler le faisceau dans la région d'un desdits points de concentration, à accélérer la faisceau électronique et mettre au point sur l'écran une image du second point de concentration, cette méthode étant telle que le diamètre de la tache produite par la mise au point sur l'écran soit rendu plus constant.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on prévoit un circuit comprenant un tube à rayon cathodique dans l'enveloppe duquel sont disposés, dans l'ordre indiqué, une cathode, un-écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode de ralentissement comportant un diaphragme percé d'un trou et un second accélérateur ou
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première anode, ainsi que des dispositifs, qui ne se trouvent pas forcément à l'intérieur de l'enveloppe, pour concentrer le faisceau électronique suivant une petite tache sur l'écran du tube et dans lequel les signaux devant être reproduits sur l'écran sont utilisés soit pour moduler le faisceau entre la cathode et la première accélératrice, soit pour le moduler à la première électrode de ralentissement,
et dans lequel des dispositifs sont prévus pour appliquer au premier accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à la cathode, au ralentisseur un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou légèrement positif ou négatif par rapport à lui, à l'écran accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à la cathode, la disposition des électrodes et les potentiels qui leur sont appliqués étant tels que pendant le fonctionnement les électrons émanant de la cathode sont amenés à converger entre la cathode et le premier accélérateur et à converger de nouveau près de l'extrémité du second accélérateur ou première anode faisant face à la cathode,
la disposition étant de plus telle que la variation de la dimension de la tache sur l'écran pour la gamme la plus élevée des densités de courant soit sensiblement moindre que la variation représentée sur la courbe "A" de la figure 2 du dessin dont il est question plus loin.
Une autre caractéristique de l'invention porte sur un arrangement de circuit comprenant un tube à rayon cathodique du type dur dans l'enveloppe duquel sont montés, dans l'ordre indiqué, une cathode, un écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode ralentisseuse comprenant un diaphragme percé d'un trou et un second accélérateur ou première anode, ainsi que des dispositifs, qui ne se trouvent pas forcément à l'intérieur de l'enveloppe, pour
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produire la mise au point finale du faisceau qui forme alors une petite tache sur l'écran du tube, le premier accélérateur étant disposé à une distance de la cathode comprise entre 3 et 5 fois le diamètre de l'ouverture de l'écran de cathode,
dans lequel les signaux devant être reproduits sur l'écran sont utilisés pour moduler le faisceau soit entre la cathode et le premier accélérateur, soit à l'électrode ralentisseuse ; dans lequel des dispositifs sont prévus pour appliquer au premier accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à celui de la cathode, au ralentisseur un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou légèrement positif ou négatif par rapport à lui, et au second accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à celui de la cathode, la disposition des électrodes et les potentiels qui leur sont appliqués étant tels qu'au cours du fonctionnement la variation de la dimension de la tache sur l'écran, pour la gamme la plus élevée de densités de courant,
soit sensiblement inférieure à la variation représentée par la courbe "A" de la figure 2 des dessins.
Une autre caractéristique de l'invention porte sur un tube à rayon cathodique du type dur dans l'enveloppe duquel sont disposés, dans l'ordre indiqué, une cathode, un écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode ralentisseuse comprenant un diaphragme percé d'un trou, un second accélérateur ou première anode et des dispositifs, qui ne sont pas forcément contenus dans l'enveloppe, pour produire une mise au point finale du faisceau sur l'écran du tube où il forme une petite tache, la forme et les dimensions des diverses électrodes étant telles qu'au cours du fonctionnement un potentiel relativement élevé par rapport à celui de la cathode est appliqué au premier accélérateur,
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tandis qu'il est appliqué au ralentisseur un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou bien légèrement positif ou négatif par rapport à lui', et au second accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à celui de la cathode, et lorsque le rayon cathodique est modulé entre la cathode et le premier accélérateur, les électrons émanant de la cathode sont concentrés en un point entre la cathode et le premier accélérateur et se rencontrent de nouveau en un point près de l'extrémité du second accélérateur ou première anode faisant face à la cathode, les dispositions étant telles que le diamètre de la tache mise au point sur l'écran du tube soit rendu plus constant quand on fait varier le courant dans le faisceau cathodique.
Une autre caractéristique de l'invention porte sur un tube à rayon cathodique du type dur dans l'enveloppe duquel sont montés dans l'ordre indiqué, une cathode, un écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode ralentisseuse comprenant un diaphragme percé d'un trou et un second accélérateur ou première anode, ainsi que des dispositifs, qui ne sont pas nécessairement contenus dans l'enveloppe, pour cencentrer finalement le rayon qui forme alors une petite tache sur l'écran du tube, le premier accélérateur étant disposé à une distance du tube comprise entre 3 et 5 fois le diamètre de l'ouverture de l'écran de cathode, l'arrangement et la disposition des électrodes étant tels qu'en cours de fonctionnement un potentiel relativement élevé par rapport à celui de la cathode est appliqué au premier accélérateur,
qu'au ralentisseur est appliqué un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou bien légèrement positif ou négatif par rapport à lui, qu'au second accélérateur est appliqué un potentiel positif élevé par rapport à
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celui de la cathode et que, lorsque le rayon cathodique est modulé entre la cathode et le/ premier accélérateur, le diamètre de la tache mise au point sur l'écran est rendu plus constant lorsqu'on fait varier le courant dans le faisceau cathodique.
Afin que la nature de l'invention soit plus clairement comprise, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, un canon électronique suivant l'invention, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 montre les éléments du système;
La figure 2 montrer les courbes qui indiquent la relation entre le diamètre de la tache et le courant de la seconde anode dans le cas des tubes connus et dans le cas d'un tube suivant l'invention;
La figure 3 représente un canon électronique suivant une variante de l'invention; et
La figure 4 montre un tube à rayon cathodique suivant le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les électrodes étant reliées à des sources de potentiel appropriées.
D'après la figure 1 des dessins, une cathode 1 est placée derrière un diaphragme 2 percé d'un trou dans un cylindre 3 qu'on peut appeler écran de cathode. Près de cet écran est disposée une électrode accélératrice 4 plate percée d'un trou qui est suivie d'une électrode cylindrique 5 relativement courte dans laquelle un diaphragme 6 percé d'un trou est monté à une petite distance de l'électrode accélératrice 4. On peut considérer l'électrode 5 comme une électrode de contraction car, vu le potentiel qui lui est appliqué, elle contracte le champ dans son voisinage et force les électrons à se concentrer en un point.
L'assemblage formant le canon électronique est complété par une première anode cylindrique
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7 ayant le même diamètre que l'écran de cathode 2 et l'électrode de contraction 5, et comportant des diaphragmes 8 et 9 percés chacun d'un trou, une seconde anode 10, ayant un diamètre plus grand que l'anode 7 étant disposée de façon à chevaucher sur cette anode.
En supposant que les électrodes 4, 5 et 7 soient cylindriques d'environ 12 millimètres de diamètre, les voltages de fonctionnement de l'ensemble du canon peuvent être les suivants. Tandis que la cathode 1 est maintenue au potentiel zéro, les signaux d'image amplifiés ou potentiels de modulation sont appliqués de préférence à l'écran de cathode 3 et peuvent varier de - 40 volts à zéro. L'électrode accélératrice 4 est maintenue approximativement à 1500 volts, mais l'électrode de contraction 5 est maintenue à un potentiel zéro ou légèrement positif. Si l'électrode de contraction était à un potentiel négatif, la tache mise au point serait entourée d'un halo, et ce halo est supprimé en portant cette électrode à un potentiel nul ou légèrement positif.
S'il se trouve qu'un halo peut être toléré, alors on peut maintenir l'électrode 5 à un potentiel légèrement négatif.
La première anode 7 est maintenue à un potentiel positif de 50 volts ou au-dessus, et la seconde anode 10 est maintenue à un potentiel positif supérieur à celui appliqué à l'anode 7, de façon à produire une concentration qui aura pour résultat de concentrer le faisceau d'électrons en formant une petite tache de l'écran fluorescent ou autre d'un tube à rayon cathodique comportant le canon électronique. On peut d'une autre façon obtenir la concentration au moyen d'une bobine électromagnétique, auquel cas on peut relier ensemble les anodes 7 et 10 ou bien supprimer l'anode 10. Les ouvertures des électrodes 2, 4, 6 et 8 peuvent
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avoir un diamètre de 1,8 mm.
La distance entre l'électrode accélératrice 4 et la cathode 1 est critique, elle est comprise entre trois et cinq fois le diamètre de l'ouverture de l'écran 2, la distance optima étant égale à environ quatre fois le diamètre de cette ouverture. L'espacement des électrodes peut être le suivant.
L'écran 2 est placé en face de la cathode qui a un diamètre de 6 mm. à une distance de 0,3 mm. tandis que la partie tubulaire 3 a 7 mm. L'accélérateur 4 est de chaque coté séparé des électrodes 3 et 5 de 1 mm. L'électrode 5 a 10 mm. de long et le diaphragme 6 se trouve à 3 mm. de l'extrémité de 5 voisine de l'accélérateur 4. L'anode 7 a 8 cm. de long et se trouve à 1 mm. de l'électrode 5, le diaphragme 9 se trouvant à 2,5 cm. de l'extrémité de l'anode 7 voisine de la seconde anode 10. Le métal des diverses électrodes a une épaisseur de 0,2 mm.
Le canon à électrons représenté fonctionne de la façon suivante. Les électrons venant de la cathode 1 reçoivent une accélération de l'électrode 4 et sont rendus convergents de façon à se concentrer en un point près de la cathode et devant le diaphragme percé d'une ouverture 2.
La section droite du faisceau au point de concentration est petite dans le cas de courants de faible densité, mais avec les courants de forte densité la répulsion électronique causée par la charge spatiale a pour effet d'accroître considérablement la dimension de la section droite au point de concentration. La lentille électronique formée entre l'électrode 3, l'électrode accélératrice percée 4 et l'électrode de contraction 5 avec son diaphragme 6 percé d'un trou, forme au voisinage de l'ouverture du diaphragme 6 une image de la section droite du faisceau en son premier point de con-
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centration.
Néanmoins, le second point de concentration diffère du premier en ce que sa section droite reste petite même avec des courants de forte densité, à cause de l'action contractante du champ convergent en forme de selle qui existe dans l'électrode 5 et l'ouverture du diaphragme 6. Une image quelque peu agrandie de la section droite du faisceau au second point de concentration est reproduite sur l'écran.
Lorsque les potentiels des électrodes sont ceux indiqués, en supposant que les petites ouvertures des diaphragmes 2, 4, 6 et 8 soient d'environ 1,8 mm. et que l'ouverture du diaphragme 9 soit d'environ 7,5 mm., les courants sont les suivants : l'émission totale sera de l'ordre de 1 à 1,5 milliampères, le courant de l'électrode accélératrice 4 représentera 5%, le courant de l'électrode de contraction 5 sera nul et celui de la première anode 30 à 40%.
Bien qu'on ait représenté une électrode tubulaire 3 et un diaphragme 6 pour produire un champ convergent en forme de selle, on peut placer entre l'électrode accélératrice et la première anode une électrode de forme différente pourvu que le champ convergent soit produit quand on lui applique un potentiel plus faible que celui de l'électrode accélératrice 4 ou de la première anode 7.
Comme indiqué plus haut, les potentiels de modulation sont de préférence appliqués à l'électrode 3, ces potentiels ayant une action efficace sur le faisceau électronique à une distance appréciable du champ de contraction provenant de l'électrode 5.
Néanmoins, il peut être avantageux, dans certains cas où les potentiels modulateurs sont appliqués à l'écran de cathode, d'appliquer un potentiel variable à l'électrode de contraction, ce potentiel variable ayant une relation de
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phase bien définie'par rapport aux autres potentiels. Un tel potentiel variable ne ferait pas varier le courant de la seconde anode, et le but pour lequel on emploirait ce potentiel variable serait d'augmenter la contraction du faisceau, ce qui augmenterait l'effet de répulsion dû à la charge spatiale, c'est à dire augmenterait le courant.
Si onle désire, on peut appliquer les potentiels de modulation à l'électrode de contraction 5. Cela n'est pas aussi satisfaisant que l'application de la modulation à l'écran de cathode 3, vu la production possible d'un halo. Lorsque ce dernier peut être toléré, il est indifférent d'appliquer les potentiels de modulation aux électrodes 3 ou 5.
Le diamètre de la tache mise au point sur l'écran fluorescent ou autre d'un tube à rayon cathodique employant un canon à électrons suivant l'invention, augmente plus lentement lorsque le courant croit, qu'avec les tubes de type existants, tels que les triodes ou hexodes, ce dernier type ayant été décrit dans le brevet anglais 431.327 déposé par la demanderesse et d'autres le 3 octobre 1933.
La figure 2 des dessins montre graphiquement la relation entre l'accroissement du diamètre de la tache (SD) en millimètres et l'accroissement du courant AC2 de la seconde anode en micro-ampères. Ainsi la courbe A montre cette relation dans le cas du tube hexode, et la courbe B la montre dans le cas d'un tube ayant un canon à électrons suivant l'invention. La courbe d'une triode a la même forme générale que la courbe A, mais le diamètre de la tache croit plus vite pour les gammes de courant plus élevées.
L'effet avantageux de l'introduction de l'électrode de contraction suivant la présente invention peut être expliqué de la façon suivante. Si l'électrode accélératrice 4, l'élec-
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trode de contraction 5 et la première anode 7 sont toutes reliées ensemble et maintenues au potentiel de l'anode 7, le canon à électrons fonctionne comme une triode et quand un potentiel convenable est appliqué à la seconde anode 10, une image de la section droite du faisceau électronique au pre- mier point de concentration se trouve mise au point sur l'é- cran fluorescent. Une courbe analogue à A s'appliquera alors à une telle disposition.
Le premier point de convergence qui est mis au point sur l'écran se trouve dans ce cas plus loin de la lentille finale formée entre la première et la seconde anode, que ne l'est le second point de concentration dans un canon à électrons suivant l'invention, et par suite on peut s'attendre à ce qu'il produise sur l'écran une tache plus petite, vu l'agrandissement réduit. Néanmoins, en fait, la tache mise au point présente un diamètre plus grand que ce- lui qui existe lorsque l'électrode de contraction est utili- sée, conformément à la présente invention.
Une variante du système de canon à électron pour la réalisation de l'invention est montrée sur la figure 3. Les dimensions des électrodes sont analogues à celles de la fi- gure 1, c'est à dire que les diamètres des électrodes 3 et 5 et de la première partie de l'anode 7 sont de 13 mm. ou de cet ordre de grandeur. L'anode 7 présente à son extrémité une partie 7a de plus grand diamètre, environ 30 mm. et le diamètre de la seconde anode 10 est d'environ 36 mm.
La cathode 1 est montée de façon que sa surface émet- trice soit à environ 0,3 mm. derrière le diaphragne 2 et la partie du cylindre 3 entre ce diaphragme et l'extrémité du coté de l'électrode accélératrice 4 a 7 mm. de long. L'élec- trode accélératrice 4 est distante de 1 mm. de l'extrémité du cylindre 3, et une distance semblable sépare l'électrode @
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4 et l'extrémité de l'électrode de contraction 5. On voit qu'ici, avec cette variante du mode de réalisation, on supprime la partie tubulaire de l'électrode de contraction qui, sur la figure 1, se trouve au-delà du diaphragme 6 dans la direction de l'écran fluorescent. La distance entre la première anode 7 et le diaphragme 6 est alors réduite et dans le mode de construction modifiée, 1 mm. seulement sépare les diaphragmes 6 et 8.
La partie tubulaire de l'électrode 5 qui se prolonge vers la cathode a 3 mm. de long. La partie tubulaire de l'anode 7 entre le diaphragme 8 et le diaphragme 9 a 5,5 cm. de long, et la partie en le diaphragme 9 et l'extrémité de la partie 7a a 2,5 cm. Les diamètres des ouvertures pratiquées dans les diaphragmes 2, 4, 6, 8 et 9 et l'épaisseur du métal sont comme indiqué à propos de la figure 1.
Pendant le fonctionnement, la cathode 1 est maintenue au potentiel zéro et les potentiels modulateurs sont appliqués au cylindre 3 ou à l'électrode 5 comme indiqué plus haut. Le voltage appliqué à l'accélérateur 4 est 2000 volts, et celui de l'électrode de contraction 5 est, comme dans le cas précédent, zéro ou sensiblement zéro. Le voltage de l'anode 7 peut être entre 300 et 700 volts et celui de la seconde anode entre 3000 et 7000 volts.
On peut voir que la formation des lentilles électroniques et leur effet sur le faisceau d'électrons, est sensiblement celui indiqué sur la figure 1. Le premier point de concentration se trouve entre la cathode 1 et l'accélérateur 4, tandis que le second point de concentration se trouve dans le champ en forme de selle produit par l'électrode 5 ou dans son voisinage, et peut se trouver à une faible distance en dedans de l'anode 7. En règle générale, avec le mode de construction représenté sur les figures 1 et 3, la distance en-
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tre les deux points de concentration doit être entre 3 et 20 fois le diamètre de l'ouverture de l'écran 2.
Si on le veut, des dispositifs de concentration électromagnétiques disposés à l'extérieur du tube, peuvent produire la concentration ou y coopérer.
Cela n'a pas d'importance que l'écran de cathode prélève du courant pendant l'application des potentiels modulateurs, c'est à dire que les oscillations de voltage rendent l'écran légèrement positif par rapport à la cathode, (Sans les cas où le diamètre de l'ouverture percée dans l'écran de la cathode est plus petit que le diamètre de l'aire émettrice de la cathode.
Par le terme écran de cathode on désigne une électrode percée disposée très près de la cathode et telle que si pendant le fonctionnement elle est maintenue au potentiel de la cathode ou à un potentiel voisin, les électrons émanant de la cathode sont amenés à converger.
La fig. 4 montre l'ensemble des électrodes montrées sur la fig. 3 disposées à l'intérieur d'une enveloppe 11 vidée d'air, le faisceau étant concentré sur un écran 12 qui est rendu lumineux par le choc des électrons qui tombent sur lui, l'écran 13 étant de préférence fluorescent. Les diverses électrodes reçoivent de l'énergie depuis les sources de potentiel représentées, les signaux à reproduire sur l'écran étant appliqués sur l'électrode 3 depuis le récepteur de télévision représenté.