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Perfectionnements aux tubes à décharge électronique.
L'invention, concerne des tubes à décharge électronique et plus particulièrement des tubes à décharge ayant des électrodes essentiellement planes et parallèles.
L'invention a pour objet principal la construction d'un tube à décharge électronique destiné à être utilisé pour la ultra-haute fréquence, dans lequel le temps de transit des électrons est réduit à un minimum par une distance extrêmement petite des électrodes du tube.
L'invention a encore pour objet un tube à décharge élec- tronique du genre triode dont toutes les électrodes et tous les conducteurs d'amenée de courant sont agencés de façon à consti- tuer des éléments de résonateurs à cavité coaxiaux disposés extérieurement et utilisés comme circuits d'entrée et de sortie du tube.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens sont prévus pour établir des canaux séparés parallèles pour les composantes haute-fréquence, d'une part, et pour les composantes basse fréquence et courant continu, d'autre part, des lignes de retour des courants d'anode et de grille à pro- ximité de la surface active de la cathode.
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Suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens sont prévus pour ajuster la distance cathode-drille dans un ensemble à électrodes planes et parallèles âpres fini- tion de toutes les opérations de scellement de verre et de mé tal-verre.
L'invention a encore pour objet l'établissement de la connexion étanche au vide entrela cathode et le reste de 7' en-. semble du tube à un endroit éloigné de la surface active de la cathode de façon à supprimer tout risque d'oxydation ou de dé- térioration de la surface active de la cathode provoquée par l'échauffement nécessaire pour réaliser la connexion étanche au vide.
Bien que l'invention soit particulièrement avantageuse pour les triodes à électrodes planes et parallèles d'une symé- trie axiale, qui, pendant le fonctionnement, utilisent un courant électronique axial et sont employées, soit comme triodes à gril- le négative, soit comme triodes à grille mise à la masse, dans les circuits habituels, elle peut être aussi utilisée pour les tubes à modulation de vitesse ou pour n'importe quel genre de génératrice électronique où une distance extrêmement petite entre une cathode plate et une électrode coopérant avec celle- ci est nécessaire.
L'invention sera décrite à titre d'exemple dans son ap plication à une triode à électrodes planes, en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique d'un ensemble de tubes à symétrie axiale ayant des électrodes planes et parallèles, suivant l'invention.
La figure 3 est une coupe longitudinale, à plus grande é- chelle, de l'ensemble grille-anode du tube représenté schémati- quement à la figure 1.
La figure 3 montre le procédé pour enrouler l'électrode formant la grille.
La figure 4 est une coupe de la pièce terminale du tube.
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La figure 5 est une coupe de l'ensemble constitué par l'é lément de chauffage de la cathode suivant l'invention, cet en- semble étant placé comme une unité dans l'ensemble grille-anode du tube.
La figure 5A est une coupe suivant la ligne 5A-5A de la figure 5.
Les figures 6,6A,6B et 7 montrent des gabarits pour régler la distance cathode-grille.
Les figures 8A et 8B sont des vues des gabarits pour grat- ter le revêtement de la cathode.
La figure 9 est une coupe d'un dispositif coaxial de trans- mission et de liaison pour les différentes électrodes du tube.
Le tube représenté à la figure 1 comprend une enveloppe tu- bulaire en verre 1 comportant les sections cylindriques 2,3 et 4, la pièce terminale 5, et le sommet 6. Un fourreau tubulaire mé- tallique 7 est scellé centriquement dans la pièce terminale 5, ce fourreau contenant l'ensemble 8 constitué par l'élément de chauffage et la cathode qui va être décrit ci-après. L'anode 9 est scellée entre les sections d'enveloppe 2 et 3, tandis que le disque de grille 10 est scellé entre les sections 3 et 4 de l'enveloppe 1. L'anode 9 a la forme d'une pièce métallique ayant essentiellement le contour d'un disque, et une partie inférieure courbée en forme d'une auge 11 entourant la partie centrale pla- te 12 de l'anode.
La partie périphérique 13 de l'anode 9 se trou- ve à l'extérieur de l'enveloppe du tube, et forme une amenée de courant annulaire pour constituer la surface terminale d'un con ducteur tubulaire extérieur d'un résonateur à cavité coaxial'. -Le disque de grille 10 possède une partie extérieure annulaire qui est munie d'une chemise 14 agencée de façon à s'adapter dans l'extrémité cylindrique d'un tube métallique formant une autre partie de la cavité extérieure Une ouverture centrale 15 est prévue dans la partie plate 16 du disque de grille 10, cette ouverture pouvant être un cadre annulaire 66 supportant les fils de grille.
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Le disque cathodique 17 dont la face exposée porte le re- vêtement I7a émettant des électrons, se trouve très près du dis- que de grille 10 et est supporté parc' l'ensemble 8 constitue par l'élément de chauffage et la cathode, L'ensemble comprenant l'a- node 3, la grille 10, l'enveloppe 1 et la pièce terminale b por- tant le fourreau tubulaire métallique 7 sera désigne ci-après par ensemble d'enveloppe"- L'ensemble 8 sera appelé ensemble chauffage-cathode
Le réglage de la distance entre la grille et l'anode qui peut être obtenu en scellant les éléments les uns aux autres dans un tour pour travailler le verre peut respecter les tolé- rances désirées.
Toutefois, des expériences ont démontré qu'il est très difficile d'obtenir l'égalité de la distance extrême- ment petite entre la cathode et la grille qui est nécessaire pour éliminer les effets d s au temps de transit des électrons à plu- sieurs milliers de mégacycles.Ce réglage doit porter sur des distances de l'ordre de quelques cehtièmes de millimètre, et on a trouvé qu'un tel réglage ne peut être effectué avec les tolé- rances désirées par les procédés connus de scellement du verre.
Il est surtout difficile de combiner ce réglage délicat de la distance grille-cathode avec l'autre aondition que l'amenée de courant cathodique doit faire partie d'une cavité coaxiale comprenant le circuit d'entrée du tube, et qu'il s'agit de rédui- re à un minimum les pertes haute fréquence dans ce conducteur d'amenée de courant.
Ce résultat est obtenu suivant l'invention en donnant à l'ensemble chauffage-cathode 8 la forme d'une unité essentielle- ment rigide placée dans un fourreau métallique 7. Le fourreau métallique 7 forme, suivant l'invention, un élément de l'ensemble de l' enveloppe. La. partie inférieure de cet ensemble d'envelop- pe comprenant la pièce terminale 5 avec le fourreau métallique 7 scellé est représentée, à plus grande échelle, à la figure 5.
Sur cette figure, l'ensemble chauffage-cathode 8 est représenté en place dans lefourreau métallique 7.Il comprend un tube métallique annulaire allongé à bourrelets 18'dont le diamètre
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extérieur est légèrement plus petit que le diamètre intérieur du fourreau 7. Le tube 18 comporte, à proximité de ses extrémi tés, deux bourrelets annulaires 19 et 20 servant de 'bagues de guidage pour l'ensemble 8 dans le fourreau 7. Le disque catho dique 17 comporte une partie formant chemise 21, ce disque étant maintenu à une distance correcte du bord supérieur 22 du tube à bourrelets 18 par un certain nombre de fils de support de catho de qui servent en même temps à sa fixation et dont deux) 23 et 24, sont représentés à la figure 5.
La chemise 21 est ainsi te- nue coaxialement par rapport au fourreau métallique 7 et Séparée de celui-ci par un très petit espace annulaire qui forme une ca- pacité suffisante pour conduire les courants à ultra.-hante fré- quence passant à travers la cathode et vers le fourreau métalli- que 7, sans impédance sensible.
Cette disposition présente de nombreux avantages* D'abord) elle donne au fourreau métallique 7 la forme d'un conducteur d'a menée de courant cylindrique parfait pour le disque cathodique 17. Par conséquent, le fourreau 7 est susceptible (le faire par- tie d'un conducteur intérieur d'un résonateur à cavité coaxial d'entrée pour faire fonctionner le tube dans un circuit à ultra- haute fréquence dont le conducteur extérieur peut être formé par un tube métallique 25 (fig.9) fixé à la chemise 14 du disque de grille 10, le disque cathodique 17 et le disque de grille 10 formant l'espace capacitif entre les surfaces terminales de ce résonateur à cavité concentrique.
De cette façon, aucun fil de faible diamètre n'est nécessaire pour établir la liaison élec- trique entre le disque cathodique 17 et les conducteurs exté- rieur et intérieur du résonateur à cavité d'entrée.
D'autre part, la chaleur conduite de la chemise cathodique 21 au fourreau tubulaire 7 est réduite au minimum à cause de l'espace annulaire entre ces éléments excluant un contact métal- lique direct. La conduction métallique de chaleur de la chemise cathodique 21 au tube métallique à bourrelets 22 est également réduite au minimum en supportant la chemise 21 par un grand nombre de faibles fils métalliques dont 23 et 24 sont représen- tés aux figures 5 et 5A @
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Un filaient métallique plat hélicoïdal ou an spirale 23 qui sert d'élément de chauffage cour la cathode,
est fixé àson extrémité extérieure 26 à l'enveloppe cathodique 21 et à son extrémité intérieure 27 au conducteur de filament 28 Le con- ducteur de filament 23 est maintenu axialement et concentrique- ment par rapport au tube à bourrelets 13 par une douille en verre 29 qui est scellée d'une façon étanche au vide au tube 18 et au conducteur 28.
Pour obtenir encore un autre calorifugeage, on a prévu un réflecteur de chaleur 30 à l'extrémité inférieure de la chemise cathodique 21, l'extrémité axiale du filament 20 traversant un trou central dans le réflecteur de chaleur à l'aide d'un manchon céramique 31 qui est fixé au réflecteur de chaleur et au conduc- teur de filament 29 à l'aide de ressorts formés par des fils 32,33
La figure 5 montre l'ensemble chauffage-cathode 5 qui est soudé dans le four eau métallique 7 à son extrémité inférieure par une bague annulaire de soudure 34 La figure montre aussi des parties embouties 35,36 à l'extrémité inférieure du tube àbour relet,
s 18 ainsi que des pièces de distance en bakélite 37,30 et une tige métallique inférieure 39 formant connexionfiche pour l'amenée du courant de chauffage.
Cette tige constituant la fiche pour l'amenée du courant de chauffage est faite après l'évacuation du tube 1. la partie inférieure du tube à bourrelets 18 en-dessous du bourrelet 19 n'est à ce stade pas encore emboutie, et ne contient pas les pièces de distance en bakélite 37,38, ni la tige métallique in- férieure39 lorsque l'ensemble chauffage-cathode est introduit dans lefourreau, métallique 7.
Lorsque l'ensemble chauffage-cathode est prêt à êtreplacé dans le fourreau métallique 7, il faut procéder au réglage exact de la distance'cathode-grille. Cette opération est effectuée par des calibres 'comprenant deux gabarits 40,41, comme il sera dé- crit maintenant en référence aux figures 6,6A.6B et 7
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Une tige de calibrage 42 ayant une longueur calibrée entre ses surfaces terminales (comme représenté à la fig.6) constitue l'un de deux calibres auxiliaires pour ajuster la distance cathode-grille. L'ensemble d'enveloppe décrit ci-des- sus est inséré et serré horizontalement dans la pièce de gauche 43 du gabarit 40, comme indiqué à la figure 6, où on a.
représen té les contours de l'enveloppe 1, de l'anode 9 de l'anneau de grille 10 et du fourreau métallique 7. La tige de calibrage 4 ayant la longueur L est glissée dans un dispositif à vis micro- métrique 44 (voir fig.6B) en introduisant l'extrémité droite de la tige 42 dans le fourreau métallique 7 se trouvant sur le ga- barit. La vis micrométrique 44 est alors tournée en déplaçant la tige ensemble avec celle-ci axialement vers la gauche, jusqu' à ce que l'extrémité gauche de la tige touche la partie plate 16 de la grille à l'intérieur de l'ensemble. Ce contact est de pré- férence indiqué par une lampe témoin 45, comme représenté sché- matiquement à la figure 6. La vis micrométrique est alors blo- quée, et la tige 42 est enlevée du gabarit.
Il est entendu, que l'élément 43 est isolé de la base 46 et de l'élément 44 par une pièce d'isolement 47, cet isolement étant shunté par la lampe 45 et la batterie 48 qui sont branchées en série.
L'ensemble chauffage-cathode est alors placé sur un- deu xième gabarit 41 dont la longueur L' est inférieure à la longueur L de la tige de calibrage 42 d'une valeur correspondant à la distance désirée entre la cathode et la grille. Etant donné que l'ensemble 8 est beaucoup plus court que et 1 il doit être complété par une deuxième tige de calibrage plus courte 49 munie d'une tête de serrage 50 dans laquelle est serrée la partie ter- minale du conducteur de filament 28 de façon à obtenir la dis tance correcte L entre le disque cathodique 17 et l'épaulement de calibrage 51 de la tige 49.
Ensuite, l'unité entière ayant la longueur L et comprenant l'ensemble chauffage-cathode plus la tige de calibrage complé- mentaire attachée 49 est enlevé du gabarit 41 et glissé dans le gabarit 40 en introduisant l'ensemble chauffage-cathode dansle
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bloc 52 et le fourreau métallique 7, jusqu' à ce que l'épaulement 51 s'applique contre la face de la vis micrométrique bloquée. 'La. distance grille-cathode obtenue de cette façon est évidemment L moins L1 c'est-à-dire la distance désirée.
Dans cette position, l'ensemble chauffage-cathode 2 est soudé ou brasé en 34 (voir fig.5) au fourreau métallique 7 et letube est prêt pour l'évacuation et le traitement. Apres cette opération, les parties extérieures du tube sont nettoyées et argentées, la tige métallique inférieure 39 et les pièces de distance en bakélite 37,38 sont introduites, et l'extrémité du tube à bourrelets 18 est emboutie en 35 et 36 comme décrit pré- cédemment pour l'ensemble fini de la figure 5.
Le tube est maintenant prêt à l'usage et peut êtremonta dans un ensemble approprié de tubes métalliques 25 et 53 (voit; fig.9 complétant les résonateurs à cavité coaixaux qui doivent être reliés aux bagues extérieures de l'anode 9 et de la grille 10, et au fourreau métallique 7. L'amenée de la tension de chauf- fage se fait convenablement par la. tige inférieure39 de l'en- semblechauffage-cathode.
Les différents conducteurs et éléments du tube, notamment ceux qui sont scellés au verre, devraient être de préférence en un alliage tel que Sylvania 4 alloy comportant 38 à 44% de nickel, 4 à 8% de chrome, le reste étant .essentiellement du fer, plus l'addition d'un faiblepourcentage d'un autremétal, tel qu'aluminium, zirconium, calcium ou béryllium, et la surface ex térieure des conducteurs devrait être revêtue d'un métal à faible résistance, tel nue du cuivre, On a trouvé également que à cause des dimensions critiques et précises nécessaires pour les tubes du genre décrit l'épaisseur du revêtement cathodique 17a émet- tant des électrons doit être exactement calibréa A cet effet,
l'ensemble chauffage-cathode S 'oeuf être placé dans un bloc gabarit en V.60 (voir fig. SA et 8B)
Ce bloc a. une rainure en V.61 pour recevoir 7¯'ensemble chauffage-cathode, et est pourvu d'une plaque butée 62 contre
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laquelle s'applique l'ensemble chauffage-cathode 8, comme indi qué à la figure 8B. Le revêtement cathodique 17a dépasse alors légèrement l'extrémité opposée de la rainure 67 Le cas échéant, la rainure 61 du bloc 60 peut être munie d'évidements pour re- cevoir les bourrelets 19 et 20. Lorsque on enduit la cathode, le premier revêtement est de préférence fait trop fort, de telle façon qu'une certaine épaisseur de ce revêtement cathodique dé- passe l'extrémité plate de droite du bloc 60.
Ce surplus peut alors être enlevé en grattant, comme indiqué,avec la lame 63 dont le bord tranchant 64 s'applique contre l'extrémité 65 du gabarit, l'excédent du revêtement actif étant alors exactement enlevé en déplaçant la lame 63 verticalement vers le haut et vers le bas.Cette opération de grattage supprime non seulement le problème toujours existant d'un revêtement inégal d'épais- seur incertaine, mais assure encore une surface égale et lisse qui est rigoureusement parallèle à la grille 10, même si le dis- que 17 même n'est pas aligné et 3.'est pas perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'ensemble cathodique.
Etant donné que la grille doit être également parfaitement plane et parallèle à la surface de la plaque et de la cathode, elle devrait être faite de la manière représentée à la figure 3.
Chaque grille est constituée par un disque plat en molybdène 66 ressemblant à une rondelle, des fils parallèles en tungstène 67 s'étendant à travers l'ouverture centrale. La figure 3 mantre le disque pendant la fabrication, Deux grilles sont faites à la fois en appliquant deux rondelles en molybdène 66 sur des faces opposées d'un bloc gabarit 68, les rondelles 66 étant fi- xées d'une façon convenable sur lesdites faces opposées du bloc.
Le fil fin de grille 69 est alorsenroulé autour du bloc en lais- sant une distance appropriée entre les spires, puis les fils sont soudés, ou brasés à l'or sur la face plate de chaque rondelle, de préférence dans une atmosphère non oxydante. Le fil enroulé peut alors être coupé à la périphérie de chaque rondelle de façon à constituer une grille ayant la forme d'un cadre plat annulaire
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à travers une face duquel s'étendent les fils parallèles de grille 67, à des distances déterminées.
Le cas échéant, chaque rondelle 68 peut être fendue et maintenue dans une position contractée pendant l'opération d'enrouler et, de forcer la grille, de telle façon que, lorsque la grillefinie est enlevée du 'bloc d'enroulement 68 la rondelle 63 tend à s'étendre et à augmer ter la dimension de sa circonférence, en maintenant ainsi les fils de grille bien tendus.La grille finie peut alors être centrée.et fixée au disque de grille 10 à l'aide d'une série d'oeillets. Par la fabrication de la grille sous forme d'un élément séparé) on obtient une simplification de l'assemblage étant donné qu'on supprime ainsi des supports relativement com- pliqués et peu sûrs pour le montage de la grille.
En outre, il est possible avec cette disposition, d'obtenir l'ensemble à dis- que sous forme d'un ensemble individuel, tel que représenté à la figure 2, les trois sections en verre et les deux disques métal- liques étant assemblés dans un gabarit céramique appoprié le scellement des disques au. verre étant effectué par chauffage par induction à haute fréquence.
Dans le fabrication de l'ensemble chauffage-cathode (voir fig.5), ledisque 17 avec sa paroi cylindrique 21 peut être en nickel, et son diamètreextérieur doit être légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 7.On obtient ainsi un petit inter- valle annulaire entre les éléments 7 et 18 qui sert de capacité de couplage entre la cathode proprement dite 17a et le fourreau métallique cathodique 7. On constitue de cette façon un chemin de retour ayant une impédance suffisamment faible pour tous les courants à haute fréquence qui, autrement, tâcheraient de passer par les fils de support 23 et 24. Par conséquent, Ses fils peu- vent, suivant l'invention, avoir un diamètre extrêmement faible, en réduisant ainsi au minimum la chaleur soustraite de la catho- de.
Pour maintenir encore davantage la chaleur dans la coupelle cathodique, le réflecteur de chaleur 30 est, bien entendu, tenu
1 par le tube isolant en matière céramique 31 de façon à/isoler
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de l'extrémité 27 du conducteur d'amenée du courant de chauffage et la périphérie dudit réflecteur 30 peut être munie de trois bossages de telle façon que le contact avec la partie inférieure du bord 21 a lieu seulement par trois surfaces très limitées.