BE473476A - - Google Patents

Description

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 EMI1.1 
 

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  Procédé et système de commande de l'allumage des tubes à décharge électrique dans une atmosphère gazeuse ------------------------------------------------ 
Cette invention a trait a des perfectionnements à l'allumage des tubes à décharge électrique, en partiau- lier aux tubes de ce genre du type à atmosphère formée par une vapeur métallique. 



   L'invention concerne plus particulièrement uri procédé et un système permettant l'allumage de tubes à décharge en des points prédéterminés soit par rapport à la période du courant alternatif qui alimente le tube, soit par rapport. à la charge acquise par un condensateur électro- statique agencé pour se décharger à travers le tube. 



   Dans la technique de la production de courants oscillatoires à fréquence relativement élevée au moyen de la décharge de disrupture d'un condensateur, la méthode originellement employée a consisté à permettre cette dé- charge de disrupture à travers un milieu gazeux ouvert ou exposé comme, par exemple, l'air ou l'hydrogène. Par 

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 suite de la difficulté qu'on éprouve pour déterminer le potentiel exact auquel pareille décharge se produirait, surtout quand les décharges se répètent, on a recouru à divers artifices. En règle générale, l'emploi comme milieu de décharge de l'air ou d'autres gaz non conducteurs a été abandonné en faveur de l'adoption d'un milieu de décharge gazeux conducteur comme une vapeur métallique telle par exemple que la vapeur de mercure. 



   La présente invention est applicable toute une série de dispositifs décharge utilisant des milieux ga- zeux mais elle est spécialement adaptable aux dispositifs à décharge de disrupture dans lesquels l'instant où se produit la décharge est déterminé par un dispositif dé- clancheur qui   amoree   l'ionisation du gaz dans lequel se produit la décharge. 



   L'invention est plus particulièrement applica- ble aux tubes à décharge dans la vapeur de mercure utili- sant une ou plusieurs électrodes accessoires auxquelles sont appliqués des potentiels d'amorçage qui servent à déterminer l'instant auquel la décharge principale se pro- duit dans le tube avec un degré de précision relativement élevé par rapport aux facteurs de temps considérés. Les dispositifs décharge de ce genre sont bien connus dans cette technique et se présentent sous un certain nombre de formes; ils sont connus sous divers noms commerciaux tels que   "Ignitron"   ou "Trignitron". 



   Un but de l'invention est de fournir un système d'allumage d'un tubeà décharge dans une atmosphère de va- peur à l'aide de potentiels d'amorçage empruntés automati- quement à la même source de potentiel qui charge le con- densateur utilisé dans le   circuit .   haute fréquence qui 

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   @   est excité par la décharge de disrupture principale travers le tube. 



   Un autre but de l'invention est de fournir un système permettant de synchroniser les décharges de dis- rupture à travers des tubes à atmosphère métallique par rapport aux .potentiels'cycliques engendrés sur un conden- sateur électrostatique. 



   Un autre but de l'invention est de fournir un système dans lequel un condensateur est   chargé   à partir d'une source de potentiel variable et est connecté à un tube de décharge de disrupture mais est empêché de se décharger travers ce tube jusqu'à ce que le potentiel acquis par le condensateur ait atteint une valeur prédé- terminée. 



   Un autre but encore de l'invention est de créer un convertisseur pour la transformation d'un courant al- . ternatif à basse fréquence en un courant alternatif à haute fréquence par utilisation d'un tube à décharge de disrupture, le condensateur de ce système étant prévu pour aoquérir tout potentiel de charge égal ou inférieur au voltage maximum qui lui est Imposé avant que la dé- charge de.disrupture ne se produise. 



   Un autre but encore de l'invention est de créer un dispositif à fonctionnement automatique branché entre un tube à décharge de disrupture et une capacité chargée par lui dans des conditions telles que cette'capacité puisse acquérir une charge et par conséquent une provision d'énergie selon n'importe quel degré désiré et permis par l'énergie qui est disponible pour charger cette capacité et qui provoquera alors l'allumage automatique et répété du tube à décharge de disrupture. 



   L'invention se propose également de permettre une commande automatique et relativement simple du potentiel de 

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 claquage d'un tube à décharge de disrupture par rapport au voltage de crête d'une source de courant alternatif. 



   L'invention se propose également la création d'un système à tube à décharge de disrupture du type uti- lisant une électrode d'allumage dans lequel la tension d'amorçage appliquée à cette Electrode est retardée à n'importe quel degré désiré par rapport à la montée de voltage dans le circuit principal pour se décharger à travers le tube. 



   L'invention se propose encore de combiner dans ungsystème unique une décharge principale s'opérant à travers une vapeur métallique avec une décharge de dis- rupture accessoire se produisant à travers un gaz, cette décharge accessoire ayant une puissance relativement faible'et n'étant utilisée que pour assurer la commande. 



   Un autre but encore de l'invention est de créer un système de conversion de fréquence par décharge de dis- rupture alimenté à partir d'une source de courant alter- natif et étudié pour que l'on puisse faire varier à volonté entre des limites extrêmement vastes le nombre des décharges qui se produisent dans chaque cycle du courant alterna- tif. 



   Un but supplémentaire de l'invention est de créer un système à décharge de disrupture de ce type dans lequel on utilise un courant alternatif pour charger un condensateur, ce dernier pouvant être étudié pour se dé-   charger,,en   vue d'engendrer des oscillations à haute fré- quence plus d'une seule fois par demie période du courant de charge. 



   Un autre but encore de l'invention est d'ac- croître l'efficacité des systèmes convertisseurs de fré- quence à décharge de disrupture en permettant une commande précise et facile de la fréquence de la décharge du con- 

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   @   densateur par rapport au courant de charge du condensateur. 



   D'autres buts et avantages de l'invention dé- couleront de la suite de ce texte et du dessin annexé dans lequel: 
La fig.l est une vue schématique partielle mon- trant l'application de'l'invention à un tube à décharge de disrupture du type employant deux nappes de mercure. 



   La fig. 2 est une vue schématique partielle montrant un dispositif convertisseur de fréquence complet utilisant un tube à décharge à mercure et incorporant l'invention. 



   La fig.3 est ùne vue montrant une des réalisa- tions possibles d'un dispositif à décharge de disrupture dans une atmosphère gazeuse utilisable avec l'invention. 



   La fig.4 est un diagramme montrant une des relations possibles entre un courant alternatif à profil sinusoïdal et plusieurs dé.charges de disrupture ainsi que permet de l'obtenir la présente invention. 



   'Dans la fig.l sont représentées les extrémités inférieures 10,10 d'un tube à décharge dans une atmosphère de mercure comprenant deux nappes de mercure désignées respectivement par 11 et 12. Un tube de ce type est repré- senté dans le brevet américain N  2.287.541 déposé le 7 novembre 1940. Dans les nappes de mercure 11 et 12 plongent les électrodes respectives 13 et 14 par lesquel- les passe la décharge principale du tube. Ces électrodes peuvent être connectées à n'importe quelle source de poten- tiel dont,la tension varie depuis une valeur inférieure à un minimum prédéterminé jusqu'à une deuxième valeur pré- déterminée à laquelle on désire que se produise la dé- charge à travers le tube.. 

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   Les extrémités inférieures 10,10 du tube qui sont adjacentes aux nappes respectives de mercure qui s'y trouvent sont entourées par des bagues ou frettes d'amor- çage. La frette 15 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 17 au conducteur qui fournit le potentiel à l'électrode 13, et la frette 16 est connectée pareille- ment par l'intermédiaire d'une résistance 18 au conducteur qui fournit le potentiel à l'électrode 14. 



   Les résistances 17 et 18 font qu'il est impos- sible que les frettes d'allumage respectives auxquelles elles sont connectées acquièrent un potentiel différent de celui que porte l'électrode principale correspondante sauf quand un pareil potentiel est fourni de manière con- tinue   8 la   frette puisque toute interruption survenant dans l'arrivée du courant a pour conséquence que le noten- tiel que porte la frette se décharge en passant par la résistance de fuite correspondante. 



   Des éclateurs 19 et 20 sont montés en série, de préférence avec interposition d'un fusible de sécurité 21, entre les frettes 15 et 16. 



   Le fonctionnement du dispositif est le suivant:- Si l'on suppose que le potentiel entre les électrodes 13 et 14 est insuffisant pour provoquer l'allumage automatique du tube par ionisation directe de la vapeur de mercure qui se trouve entre les deux nappes de mercure liquide et si l'on suppose,, en outre, que le potentiel qui est fourni aux frettes d'allumage 15 et 16 par l'intermédiaire des résistances respectives 17 et 18 est lui-même insuffisant pour assurer l'ionisation de l'atmosphère de décharge gazeuse qui se trouve entre les bornes affrontées des éclateurs 19 et 20, ces derniers étant   reniés   au point de 

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 vue longueur pour que cette condition soit remplie, au fur et à mesure que le potentiel augmente entre les élec- trodes 13 et 14,

   on finit par atteindre un point auquel l'ionisation gazeuse à travers les éclateurs 19 et 20 est suffisante pour provoquer une décharge de disrupture à travers eux, ces éclateurs étant ajustés de telle sor- te que cette décharge représente une différence de poten- tiel ayant la valeur maximum désirée. On admet ici que le potentiel requis ou nécessaire pour amorcer une ioni- sation directe entre les deux nappes de mercure'excède notablement la valeur nécessaire pour amorcer   les-déchar-   ges à travers les éclateurs 19 et 20. Quand la décharge de disrupture se produit à travers ces derniers, il y a application momentanée à chaque frette d'allumage du po- tentiel porté par l'électrode principale qui se trouve dans la nappe de mercure située à l'extrémité du tube qui est opposée à cette frette particulière.

   Les résistances 17 et 18 ont une valeur suffisamment élevée pour que le courant qui passe à travers les éclateurs 19 et 20 ait une intensité d'ordre relativement faible par comparai- son avec le courant de décharge principal. En outre, ce      courant est limité quant à sa valeur par le fusible de sécurité 21, ce qui a pour effet d'ouvrir le circuit au cas où un arc jaillit en travers des deux éclateurs au lieu qu'il se produise une décharge du type désiré par jaillissement d'étincelle. 



   Le changement de potentiel sensiblement instan- tané intéressant les frettes d'allumage 15 et   16-par   rap- port aux nappes de mercure adjacentes provoque un amor- çage de la décharge   principale:'entre   ces deux nappes pour des raisons et de la manière que connaissent bien 

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 les techniciens. L'établissement de la décharge de rup- ture principale par le   processus   d'allumage qui vient d'être décrit abaisse le potentiel effectif entre les électrodes 13 et 14 jusqu'à un point pour   lequelmn   seulement les décharges par jaillissement à travers les éclateurs 19 et 20 sont supprimées mais également jus- qu'à un point pour lequel la décharge principale à tra- vers la vapeur de mercure nepeut plus continuer.

   L'in- terruption de la décharge principale ramène alors le système à son' état originel, et la production cyclique suivante d'une différence de potentiel entre les élec- trodes 13 et 14 se traduit par une répétition du cycle opératoire qui vient d'être décrit. 



   Si l'on se reporte maintenant à la fig.2 dans laquelle le système de conversion de fréquence   comnlet   comprend une source de courant alternatif (non représen- tée) qui fournit l'énergie a des conducteurs ce? et 23 avec lesquels sont montées respectivement en série une bobine de self réglable 24 et un fusible de protection 25, on voit que le courant après avoir passé à travers ces éléments de r.églage 'et de sécurité parcourt l'enrou- lement primaire 26 d'un transformateur 27 dont l'enroule- ment secondaire 28 fournit une tension suffisante pour charger le système à capacité électrostatique représenté par les condensateurs 30 et 31 montés en série.

   Le con- densateur   29   est le condensateur principal du circuit tampon de la partie à haute fréquence du système, mais il est shunté directement par une inductance à haute fréquence 32, de sorte que ce condensateur 29 ne peut en lui-même prendre une charge   électrostatique   à la fré- quence relativement basse du circuit d'arrivée du cou-   rant.   

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   28 
En travers de l'enroulement secondaire/du transformateur 27 est shunté un deuxième système de pro- tection comprenant des condensateurs 33 et 34 montés en série et dont le point de raccordement est mis à la terre en 35. Il est prévu, en outre, des bobines de self à haute fréquence 36 et 37 montées directement en série avec l'enroulement secondaire 28 du transformateur 27, de sorte que le reflux d'un courant à haute fréquence dans le système d'actionnement est empêché grâce à sa connec- tion conjuguée avec les condensateurs 33 et 34. et avec les bobines de self 36 et 37. 



   Le tube à décharge dé disrupture utilisé dans le dispositif que montre la fig. 2 est semblable à celui qui est décrit et représenté dans la fig.l et les éléments déjà décrits sont désignés par des numéros de référence identiques. Les électrodes du tube sont montées en série avec   l'enroulement   secondaire 28 du transformateur 27 et avec les bobines de self 36 et 37. 



   Le tube est également monté en série avec le circuit à haute fréquence'comprenant les condensateurs 29, 30 et 31 ainsi que les inductances réglables 38 et   39.   



    Fn' travers   des électrodes du tube est branché directement un circuit de décharge de sécurité comprenant des résis- tances 40 et 41 connectées à l'une des extrémités de chacune des électrodes respectives principales du tube et un éclateur 42 interposé entre les extrémités libres de ces résistances. 



   Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante (   se'   reporter également à la fig.4): A mesure que le courant alternatif qui alimente le trans- formateur 27 augmente à partir du point zéro 43 les con- 

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 densateurs 30 et 31 acquièrent une charge croissante. Le potentiel en travers de ces condensateurs se manifeste simultanément en travers des électrodes principales de d.écharge du tube et, par l'intermédiaire des résistances   17   et 18, en travers des éclateurs 19 et 20.

   Quand un point prédéterminé de décharge, à savoir le potentiel indiqué par le point 44 est atteint, l'ionisation du. gaz s'opère en travers des éclateurs 19 et 20 comme déjà expliqué à propos de la   fig.l.   La décharge de jaillisse-- ment résultante à travers ces éclateurs provoque sur les frettes d'amorçage respectives 15 et 16 l'apparition de potentiels qui déterminent l'amorçage de la décharge prin- cipale à travers les électrodes 13 et 14 et les nappes de mercure qui sont respectivement connectées à elles. 



   Cette décharge principale qui se   produit   à travers le tube par le phénomène de disrupture qui vient   @   d'être décrit engendre des oscillations à haute fréquence dans le circuit accordé qui comprend les inductances 38 et 39, les condensateurs 30 et 31 et le condensateur principal 29 formant tampon. En effet, la bobine d'indue- tance   32   ne   court-circuite   plus le condensateur   29   pour ces fréquences élevées puisque ces éléments forment un circuit résonant à ces hautes fréquences. Le condensateur 29 et la bobine '3? ont, de   préférence,   une résistance relativement faible et les courants haute fréquence qui passent dans le circuit fermé ou circuit tampon constitué par eux ont par conséquent une intensité rela- tivement grande.

   Le circuithaute fréquence comprenant les condensateurs 30 et 31 ainsi que les inductances 38 et 39 est complété par la résistance relativement faible de la décharge du tube principal et peut être considéré 

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   cormie   étant couplé en capacité avec le circuit tampon par l'intermédiaire du condensateur 29. Tandis que les phénomènes de haute fréquence qui viennent d'être décrits se déroulent, la décharge principale à travers le tube se poursuit. Toutefois les courants à haute fréquence , tombent à une valeur zéro dans un temps qui dépend, entre autres facteurs, des constantes électriques des circuits à haute fréquence et de leur amortissement.

   Entre temps, la décharge principale à travers le tube constitue virtuel- lement un   court,-circuit   en travers de l'enroulement secondaire 28 du transformateur   27   puisque l'impédance de - , des bobines/self 36 et 37 par rapport au courant de charge à basse fréquence est presque nulle. L'augmentation du courant à travers l'enroulement primaire 26 du trans- formateur 27 est maintenue à une valeur de sécurité par la bobine de self réglable 24. Le résultat net de ces phénomènes de basse fréquence c'est que le potentiel qui se manifeste entre.les électrodes principales 13 et 14 tombe è une valeur suffisamment basse pour éteindre l'étincelle de décharge en travers des,éclateurs 19 et 20. 



   Autrement dit, l'extrémité de la décharge à haute fré- quence provoque l'extinction de la décharge dans le tube principal, ce qui supprime le court-circuit effectif à basse fréquence dans le transformateur 27. Etant donné que ceci se produit par hypothèse au point désigné par 
44 et que la décharge à haute fréquence ne dure qu'un laps de temps très bref par comparaison avec l'onde sinu-   soidale   à basse fréquence, le courant de charge continue à augmenter au delà du point 44 jusqu'à une valeur de crête 46. 



   Suivant les valeurs relatives des capacités à 

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 charger et l'impédance totale dans le circuit, les con- densateurs 30 et 31 peuvent acquérir une charge suffi- sante au moins une fois de plus pour amorcer une décharge de disrupture à travers le tube avant que l'onde   sinusoi-   dale ne soit réduite à un deuxième point, zéro indiqué en 45.

   Les décharges ultérieures peuvent être   détermi-   nées au point de vue de leur nombre et du moment où elles se produisent par un choix convenable des constantes du circuit, par un réglage approprié de la bobine de self 24 et des éclateurs 19 et   20,   de façon à se produire pour n'importe quelles valeurs de potentiel désirées, par exemple pour les valeurs de crête 46 ou pour une valeur 47 dont la tension peut être   égaliséeµ.   si besoin est, à celle du point 44.

   On conçoit que le débit d'énergie du système peut être modifié en réglant le nombre et la fré- quence de ces décharges de disrupture multiples par les condensateurs, et que le débit d'énergie maximum est obtenu généralement pour une certaine fréquence des décharge.s multiples qu'on détermine dans n'importe quel cas donné dans les conditions optima par un réglage effectif des facteurs précédemment énumérés. 



   L'éclateur de sécurité 42 a pour rôle d'empêcher des poussées de tension de valeur exagérée au cas où le tube de décharge ne provoque pas bien l'allumage, comme cela peut se produire par exemple en cas de fusion du dispositif de protection 21, en empêchant par là même   l'allumage   convenable du tube   jusqu'au   remplacement des éléments en question. La décharge à travers l'éclateur   42   est limitée par les résistances 40 et 41 à une valeur capable de ne pas imposer de cbarges exagérées au trans- formateur   27   et, de préférence, à une valeur apte à 

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 empêcher le jaillissement d'un arc véritable à travers l'éclateur 22.

   Ce dernier a également pour rôle supplé- mentaire de dissiper les tensions exagérément élevées qui peuvent être provoquées notamment par une défaillance de la part du circuit tampon à résoner avec le circuit accordé qui est connecté au tube de décharge ou par une suppression brusque de la charge de travail quand le système est réglé en vue d'un débit relativement élevé. 



   Les éclateurs 19 et 20 d'ionisation des gaz peuvent être établis comme le montre la fig.3 c'est-à-dire avec une embase 50 en matière isolante pourvue de deux organes de support 51 et 52 également en matière iso- lante. Les électrodes formant éclateur 53 et 54 traver- sent respectivement ces organes de support 51 et 52 et sont rationellement étudiées pour coulisser horizontale- ment à travers eux. Des conducteurs 55 et 56 sont atta- chés aux-électrodes respectives. Comme on le conçoit, tout type d'éclateur apte à supporter les potentiels et les courants en question peut trouver son application ici. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. Dans certains cas, il s'avère désirable de prévoir un réglage micrométrique pour une électrode au moins., REVENDICATIONS --------------------------- 1.- Procédé d'allumage d'un tube à décharge électrique dans une atmosphère de vapeur du type compor- tant une électrode d'amorçage, l'alimentation étant assu- rée par une source de tension fluctuante, caractérisé en ce qu'on maintient cette électrode d'amorçage è une pre- mière tension normale incapable d'allumer le tube, et on projette brusquement sur cette électrode d'amorçage une deuxième tension (tension transitoire) capable d'allumer <Desc/Clms Page number 15> ce tube, cette deuxième tension étant empruntée à cette tersion fluctuante par l'intermédiaire d'un trajet de décharge gazeux à disrupture.

   2.- Système pour la. mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 comportant une électrode d'amor- çage voisine d'une extrémité du tube et caractérisé par une résistance reliant cette électrode 8 l'électrode prin- cipale du tube qui est placé à ladite extrémité, de sorte que cette électrode d'amorçage et l'électrode princiDale sont maintenues à des potentiels sensiblement égaux quand aucun courant ne passe dans la résistance, et un éclateur placé entre l'électrode d'amorçage et un point du circuit alimentant le tube.

   3.- Système suivant la revendication 2, carac- térisé en ce que l'électrode principale et le point du circuit alimentant le tube ont des potentiels opposés de sorte que, quand une décharge de disrupture dans l'atmos- phère gazeuse se produit en travers de l'éclateur, le po- tentiel instantané de l'électrode d'amorçage est inversé, ce qui provoque le passage d'un courant à travers la résis- tance entre l'électrode d'amorçage et l'électrode prin- cipale, la chute de tension à travers la résistance pla- cée entre les deux électrodes ayant pour effet d'illuminer le tube.

   4.- Système suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que l'électrode principale comprend une nappe de mercure logée à l'intérieur du tube, et l'électrode d'amorçage comporte une frette annulaire entourant cette nappe de mercure et placée autour de ce tube.

   5. - Système suivant la revendication 4, carac- térisé en ce que l'éclateur est subdivisé en plusieurs <Desc/Clms Page number 16> sections, ce qui augmente la finesse de réglage du poten- tiel de disrupture.

   6. - Système suivant la revendication 4, carac- térisé en ce qu'un fusible est prévu en série avec l'écla- teur, de façon que si un arc jaillit accidentellement en travers de celui-ci, ce fusible saute et empêche le tube de s'allumer.

   7. - Système suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 6 caractérisé en ce que dans l'hypothèse d'un tube du type à double allumage, le système comprend une source de courant alternatif à basse fréquence con- nectée aux électrodes principales du tube, un circuit résonant à haute fréquence comprenant un condensateur d'accumulation connecté aux électrodes principales, une résistance branchée entre chaque électrode d'amorçage et l'électrode principale adjacente, et un éclateur placé entre les électrodes d'amorçage, de façon que le conden- sateur reçoive une charge de potentiel croissant jusqu'à ce qu'une ionisation se produise entre les bornes de l'éclateur, ce qui déclacche la décharge principale à travers .le tube et excite par là même le dit circuit résonant à haute fréquence.

   8.- Système suivant la revendication 7, carac- térisé en ce qu'un élément réactif est branché entre la source de courant alternatif à basse fréquence et le tube, de façon que le déclanchement de la décharge principale à travers ce dernier abaisse suffisamment le potentiel de cette source pour provoquer l'extinction de la décharge principale, permettant ainsi plusieurs décharges pour chaque cycle dudit courant à basse fréquence.

   9.- Système suivant les revendications 7 et 8, <Desc/Clms Page number 17> caractérisé en ce qu'une résistance est montée en série et un éclateur de sécurité est prévu directement en travers des électrodes principales du tube, de manière dissiper les potentiels nuisibles dus à un défaut d'allumage.

   10.-Système suivant les revendications 7,8 ou 9, caractérisé en ce que le circuit à haute fréquence com- prend un circuit résonant parcouru par un courant relati- vement faible et connecté directement au tube, et un cir- cuit tampon parcouru par un courant relativement élevé et couplé en capacité au premier circuit.