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TUBE A VIDE
L'invention concerne les tubes à vide à entrée cathodique et plus particulièrement ceux qui fonctionnent dans une large gamme de fréquence. Quoi que l'invention soit suscep- tible d'une application générale, elle convient particulièrement aux dispositifs qui fonctionnent dans la portion à ultra-haute fréquence du spectre des fréquences. L'expression tube à vide à entrée cathodique Il employée dans la description doit être consi- dérée comme désignant un dispositif qui consiste dans un tube à vide avec anode, cathode et électrode de commande située entre les deux autres électrodes, la cathode étant connectée à une tention variable des signaux d'entrée et l'électrode de commande étant à un potentiel de référence fixe, par exemple le potentiel de la terre.
Ainsi que l'on sait, les tubes à vide à entrée cathodique sont particulièrement avantageux à employer à titre d'amplificateurs à large bande de fréquence. Le dispositif de ces applications consiste généralement dans un tube à vide triode ordinaire, dont l'électrode de commande fonctionne au potentiel de la terre.
Un étage amplificateur du type considéré a l'avan- tage par rapport aux étages amplificateurs d'un usage plus couran dans lesquels le signal d'entrée est appliqué directement à l'électrode de commande d'un tube à vide amplificateur, de former
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un écran électrostatique à peu près complet entre l'anode et la cathode du tube amplificateur, étant donné que l'électrode de commande est maintenue à un potentiel de référence fixe, cet écran réduisant au minimum dans l'étage les effets nuisibles de couplage et de régénération qui résultent de la capacitance interélectrode entre l'anode et la cathode.
On conçoit que les meilleurs résultats ne sont obtenus en fonctionnement à haute fréquence que si la capaci- tance entre les circuits d'entrée et de sortie de l'étage est réduite au minimum, de sorte qu'il n'existe sensiblement ni régénération ni couplage capacitif nuisible dans le circuit d'amplification. Mais on a constaté que dans les dispositifs à entrée cathodique du type antérieurement connu dans la tech- nique, l'effet écran avantageux de l'électrode de commande est atténué par les capacitances nuisibles qui existent dans le tube amplificateur et par d'autres capacitances nuisibles du dispositif à l'extérieur du tube.
La première capacitance nui- sible peut comporter une composante provenant des conducteurs qui réunissent l'anode et la cathode aux fiches du culot du tube et une autre composante consistant dans une capacitance entre les portions correspondantes des extrémités de l'anode et de la cathode. Ces deux composantes proviennent des portions des éléments du tube qui sont sensiblement indépendantes ou ne subissent pas d'influence de la part de la portion de commande des électrons de l'électrode de commande. La seconde capaci- tance nuisible peut également comporter deux composantes dont l'une consiste dans la capacitance entre les fiches du culot du tube qui sont connectées à l'anode et à la cathode et l'autre consiste dans la capacitance entre les portions restantes des circuits d'entrée et de sortie du dispositif, à l'exclusion du tube amplificateur.
Ces capacitances nuisibles qui s'ajoutent ont pour effet de limiter la fréquence de fonctionnement maxi- mum du dispositif à entrée cathodiqueen réduisant ainsi d'une
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manière excessive sa gamme de fréquence de fonctionnement.
Le dispositif à tube à vide, à entrée catho- dique suivant l'invention, comporte un ensemble anodique avec anode et dispositif conducteur connecté à l'anode et établis- sant des connexions de circuit avec elle, un ensemble cathodi- que avec cathode et dispositifconducteur connecté à la catho- de et établissant des connexions du circuit avec elle, et une électrode de commande située entre l'anode et la cathode et dont une portion sert à régler le flux électronique entre elles. Une capacitance nuisible a tendance à s'établir entre les portions des ensembles anodique et cathodique, qui sont sensiblement indépendantes de la portion précitée de l'élec- trode de commande.
Le tube comporte un dispositif conducteur connecté à l'électrode de commande et dans une position phy- sique par rapport à ces portions des ensembles anodique et cathodique, de nature à former un écran électro-statique de ces portions, en réduisant ainsi au minimum leur tendance à établir une capacitance nuisible qui existe effectivement entre l'anode et la cathode du tube.
L'invention est facile à comprendre d'après la description détaillée qui en est donnée ci-après, avec le des- sin ci-joint à l'appui, sur lequel : les fig. I et 2 représentent schématiquement des formes de réalisation différentes d'un tube à vide à en- trée cathodique suivant l'invention. la fig. 3 représente un culot convenant à la forme de réalisation de la fig. 2, la fig. 4 a est une coupe transversale avec arrachement partiel d'une autre forme de réalisation de l'in- vention, la fig. 4 b est une coupe suivant la ligne in- diquée par les flèches de direction A-A de la fig. 4 a, la fig. 5 a représente en coupe transversale partielle une autre forme de réalisation de l'invention.
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les fige 5 b et 5 c sont des coupes transversales respectives suivant les lignes indiquées par les flèches de direction B-B et C-C de la fige 5 a et la fige 6 est un diagramme schématique du circuit contenant un dispositif de transmission des signaux à entrée cathodique, suivant l'invention.
Si on se reporte plus particulièrement à la fige I du dessin, cette figure représente schématiquement et sous forme simplifiée un tube à vide, à entrée cathodique, construit suivant les principes de l'invention. Il consiste en un dispo- sitif à décharge électronique, à éléments multiples, à extré- mité unique, dans l'espèce un tube à vide triode, dont l'enve- loppe 10 est arrachée en partie pour faire apparaître les élec- trodes qu'elle contient. Un culot II en une seule pièce avec l'enveloppe 10 est représentée comme en faisant partie. Trois fiches 12,13 et 14 établissant les connexions avec le circuit sont disposées l'une près de l'autre dans le culot II, se pro- longeant au dehors et y sont soudées d'une manière appropriée.
Les fiches 12, 13 et 14 sont disposées sur la même ligne, la fiche 13 étant directement entre les deux autres. Les ensem- bles anodique, cathodique et l'électrode de commande sont en- fermés dans l'enveloppe 10. L'ensemble anodique comporte une anode plane 15 et un dispositif qui consiste dans un conducteur d'électrode 16 établir la connexion de l'anode avec le circuit.
A cet effet, le conducteur 16 connecte l'anode 15 à la fiche 12 pour prolonger jusqu'à elle les connexions du circuit con- nectées à la fiche. L'ensemble cathodique comporte, de la même manière, une cathode plane 17 située à une certaine distance et parallèle à l'anode 15 et un conducteur d'électrode 18 connectant la cathode à la fiche 14. Une électrode de commande plane 19 est située entre l'anode et la cathode et leur est parallèle. Elle est d'une forme de construction connue et com- porte deux tiges de support d'un enroulement du type en
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spirale. La portion de l'enroulement située entre les tiges de support constitue la portion de l'électrode de commande qui règle le flux électronique entre l'anode 15 et la cathode 17.
L'élément de chauffage de la cathode et les dispositifs de support des électrodes qui existent ordinairement dans les dispositifs à décharge électronique du type considéré, ont été supprimés pour simplifier la description de l'invention.
Une capacitance nuisible a tendance à s'établir entre les portions des ensembles anodique et cathodique qui sont sensiblement indépendantes de la portion de commande pré- citée de l'électrode de commande. Dans la forme de construction simplifiée considérée, ces portions sont les conducteurs res- pectifs 16 et 18 des ensembles anodique et cathodique, de même, une capacitance nuisible a tendance à s'établir entre les fi- ches 12 et 14 des ensembles anodique et cathodique.
Le tube à entrée cathodique comporte un dispositif conducteur connecté à l'électrode de commande 19 est situé physiquement par rapport aux portions précitées des ensembles anodique et cathodique de façon à former un écran électrostatique entre ces portions et les fiches 12 et 14, en réduisant ainsi au minimum la ten- dance de ces portions et des fiches à établir une capacitance nuisible, qui existe effectivement entre l'anode et la cathode.
Ce dernier dispositif consiste dans un conducteur d'électrode 20 connectant l'électrode de commande 19 avec la fiche 13. De préférence le conducteur 20 a une longueur physique à peu près égale à la distance la plus courte entre l'électrode de comman- de et la fiche 13 et se trouve dans une position physique exac- tement sur la même ligne que les conducteurs 16 et 18.
Si on considère le fonctionnement du dispositif décrit, il doit être bien entendu que l'électrode de commande 19 est maintenue à un potentiel de référence fixe, par exemple en connectant à la terre la fiche 13 qui lui correspond. Les signaux d'entrée à transmettre par le dispositif sont appliqués
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directement à la fiche 14, tandis que le signal transformé est recueilli par l'intermédiaire d'une impédance de charge accouplée à la fiche 12.
Le dispositif fonctionnant, l'élec- trode de commande 19 étant maintenue à un potentiel de réfé- rence fixe, ainsi qu'il a été indiqué, remplit la fonction d'un écran électrostatique et diminue dans une large mesure la capacitance directe entre l'anode 15 et la cathode 17. Mais les intervalles entre les diverses spires de l'électrode de commande constituent le couplage direct indispensable entre l'anode 15 et la cathode 17 pour entretenir et régler le flux électronique entre elles.
De plus, étant donné l'orientation décrite ci-dessus des conducteurs des électrodes et des fiches, le conducteur 20 et la fiche 13 constituent un écran électro- statique qui réduit au minimum la capacitance entre les conduc- teurs 16 et 18 et entre les fiches 12 et 14 en supprimant ainsi à peu près complètement la capacitance indésirable qui a ten- dance à s'établir par ces éléments entre les ensembles anodi- que et cathodique et existant ainsi effectivement entre l'anode et la cathode.
En d'autres termes, les effets de régénération propres aux dispositifs ordinaires à entrée cathodique et dus aux capacitances nuisibles, qui résultent de la manière dont sont disposés ordinairement le conducteur de l'électrode et la fiche, sont réduits dans une large mesure, ou à peu près complètement éliminés dans le dispositif suivant l'invention qui peut ainsi fonctionner dans une gamme de fréquence plus large.
Le conducteur 20 et la fiche 13 de la forme de réalisation décrite sont exactement sur la même ligne que les autres conducteurs 16 et 18 et les autres fiches 12 et 14.
Quoi que cette solution soit celle à laquelle on donne la pré- férence, on peut réaliser un certain effet d'écran efficace à l'égard des capacitances nuisibles entre l'anode 15 et la ca- thode 17 lorsque les conducteurs des électrodes et les fiches
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ne se trouvant pas exactement sur la même ligne. Pour arriver à ce résultat avantageux, il suffit que le conducteur et la fiche correspondant à l'électrode de commande se trouvent à peu près entre le conducteur et la fiche connectés à la cathode et à l'anode. Plus particulièrement, on réalise un certain effet écran avantageux en disposant le conducteur et la fiche de l'électrode de commande à l'intérieur d'un cercle de dia- mètre égal à l'espacement entre les éléments correspondants de l'anode et de la cathode.
En conséquence, l'expression " en position pysique sensiblement intermédiaire entre les conducteurs de l'anode et de la cathode " et les expressions analogues doivent être considérées comme désignant un dispo- sitif qui remplit les conditions limites précitées.
Le dispositif à entrée cathodique de la fig. 2 est, d'une manière générale, semblable à celui de la fig. 1 et ses éléments correspondants sont désignés par les mêmes références affectées de l'indice prime. La cathode 17' de la fig. 2 est du type à chauffage indirect avec filament de chauf- fage 30 représenté en pointillé. Le culot II' comporte au moins quatre fiches rapprochées établissant les connexions entre le circuit et le dispositif, deux fiches étant connectées avec l'électrode de commande, à peu près entre deux des autres fiches connectées respectivement avec l'anode et la cathode.
Ainsi que l'indique la figure, le culot II' comporte huit fi- ches disposées sur une circonférence. Parmi ces fiches, les fiches 13' qui sont dans une position à peu près diamétrale- ment opposée, sont connectées avec l'électrode de commande 19 par un ensemble de conducteurs d'électrodes décrit ci-après ; les fiches 12' situées du côté de l'anode par rapport aux fiches 13' sont connectées avec l'anode 15' par deux conduc- teurs 16', tandis que les autres fiches, qui sont situées du côté de la cathode par rapport aux fiches 13' sont connectées avec la cathode 17'. C'est-à-dire que les fiches 14' sont
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connectées directement avec la cathode 17' par des conducteurs 18' et les fiches 31 sont connectées avec le filament de chauf- fage 30 par des conducteurs 32.
L'ensemble des conducteurs des électrodes qui connectent l'électrode de commande 19' aux deux fiches 13',comporte deux conducteurs d'électrodes 20'repré- sentés sous forme de prolongements des tiges de support de l'en- roulement de l'électrode de commande. Ces deux conducteurs d'électrodes sont connectés entre eux sur la majeure partie de leur longueur par une plaque conductrice 33 qui forme un pont entre eux. De même que sur la fige I, les dispositifs de sup- port des électrodes ont été supprimés pour rendre la figure plus simple.
L'effet écran obtenue avec le dispositif de la fig. 2 suivant l'invention ayant pour but de supprimer à peu près complètement la capacitance nuisible entre les ensembles anodique et cathodique est évident d'après la description qui précède. De même, il est évident pour les spécialistes que le dispositif de la fig. 2 est particulièrement apte à fonctionner dans une bande d'ultra-haute fréquence. On remarquera, par ex- emple, que les doubles conducteurs de chacune des électrodes diminuent les impédances des conducteurs du dispositif et per- mettent de fonctionner d'une manière efficace à haute fréquence.
La plaque conductrice 33 de l'ensemble des conducteurs des'élec- trodes correspondant à l'électrode de commande 19', non seule- ment réduit au minimum l'impédance de cet ensemble, mais encore améliore l'effet écran existant entre les conducteurs des élec- trodes connectés à l'anode et à la cathode.
Le culot de la fige 3 est destiné au dispositif de la fig. 2 et par conséquent, comporte plusieurs douilles 34-41 incluses, dont le nombre et l'orientation correspondent à ceux des fiches du dispositif à entrée cathodique. Le culot contient une plaque conductrice 42, disposée suivant un diamètre et contenant les douilles 35 et 40 qui logent les fiches 13' de l'électrode de commande. Lorsque le dispositif de la fige 2
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est logé dans le culot de la fig. 3, la plaque 42 constitue en réalité le prolongement de la plaque conductrice 33 et augmente l'effet écran du dispositif à entrée cathodique, qui a pour effet de réduire au minimum les capacitances nuisibles entre les ensembles anodique et cathodique.
La forme de réalisation des fig. 4 a et 4 b est tout-à-fait analogue à celle de la fig. 2 et ses éléments cor- respondants sont désignés par les mêmes références. Mais dans la forme de réalisation considérée, les électrodes ont une forme générale cylindrique et sont disposées concentriquement, comme d'habitude. Comme précédemment, l'effet écran des con- ducteurs et des fiches correspondant à l'anode et à la cathode est réalisé en disposant les conducteurs et les fiches corres- pondant à l'électrode de commande à peu près entre ceux qui correspondent à l'anode et à la cathode.
Toutes les formes de réalisation décrites ci- dessus sont représentées schématiquement pour mieux faire ap- paraître l'orientation des électrodes, de leurs conducteurs et des fiches qui leur correspondent, conformément aux principes de l'invention. C'est pourquoi les éléments qui existent géné- ralement dans le tube et servent à supporter mécaniquement ses électrodes et à leur faire acquérir la rigidité mécanique né- cessaire, ont été supprimés sur le dessin, ainsi qu'il a déjà été dit. Ces éléments supplémentaires sont représentés dans la forme de réalisation des fig. 5 a, 5 b et 5 c.
Le dispositif à entrée cathodique de cette forme de réalisation est semblable à celui des fig. 4 a et 4 b du fait que ses électrodes ont une forme sensiblement cylindrique et sont disposées concentriquement. Elles comportent une enve- loppe 50 avec culot en une seule pièce 51, contenant plusieurs fiches très rapprochées 52-58, disposées sensiblement sur une circonférence. Chacune des fiches est soudée d'une manière appropriée sur le culot, ainsi qu'il est indiqué. L'ensemble
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anodique comporte une anode se composant de deux éléments 60,61, en forme d'U, disposés l'un en face de l'autre et con- nectés entre eux parc deux bandes conductrices 62,63, fixées au milieu des électrodes 60,61.
Chaque électrode 60,61 comporte à chacune de ses extrémités un prolongement 64 logé dans des trous percés dans des disques isolants espacés 65,66, qui sup- portent les électrodes dans leurs positions relatives voulues dans l'enveloppe 50. L'électrode 60,61 est connectée avec les fiches 52,58 par des conducteurs 67.
L'ensemble cathodique comporte une cathode 68 à chauffage indirect connectée par un conducteur rigide 69 à la fiche 54 avec élément de chauffage connecté aux fiches 55,56 par des conducteurs rigides 70.
L'élément anodique 60 est arraché en partie sur la fig. 5 a, de façon à faire apparaître l'électrode de comman- de 71 située entre l'anode et la cathode. L'électrode de comman de comporte une portion d'enroulement entre les disques espacés 6),66, réglant le flux électronique entre l'anode et la cathode Les tiges de support de l'enroulement de l'électrode de comman- de passent par des trous percés dans les disques précités, et sont ainsi fixées dans la position qui convient. Un élément conducteur 72 sous forme de chapeau de grille est connecté d'une manière conductrice avec les portions supérieures des tiges de support de l'enroulement qui se prolongent au delà du disque d'écartement supérieur 65.
Ce chapeau consiste dans un prolongement de l'électrode de commande en position physi- que entre et de préférence se prolongeant au delà des portions des extrémités correspondantes de l'anode 60,61, et de la cathode 68, de façon à former un écran électro-statique entre elles. Un chapeau 73 conducteur analogue, est connecté d'une manière conductrice aux portions inférieures des tiges de support de l'enroulement qui traversent le disque d'écartement inférieur 66 et se prolongent également au delà des portions
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correspondantes des extrémités de l'anode et de la cathode, de façon à former un écran électro-statique supplémentaire entre elles. Les chapeaux 72,73 ont une forme sensiblement rectangulaire en coupe transversale.
Deux côtés opposés du chapeau inférieur 73 comportent des saillies 74 de forme appro priée, qui passent au dessus des fiches opposées 53,57, et sont connectées avec elles en servant ainsi de conducteurs de l'ensemble de l'électrode de commande. Une saillie hori- zontale 75 de l'un des autres côtés du chapeau 73 forme un écran entre les conducteurs 69 et 70 de la cathode et l'élé- ment 61 de l'ensemble anodique qui se trouve immédiatement au-dessus. Un prolongement vertical 76 de l'autre côté du chapeau 73 est situé directement en avant des conducteurs 67 de l'anode et du prolongement supérieur des fiches 52,58 de l'anode, de façon à former un écran supplémentaire entre ces éléments, d'une part, et l'ensemble cathodique, ses conduc- teurs et ses fiches, d'autre part.
Une plaque de support 77 est fixée sur l'extrémité inférieure du prolongement 76 et repose sur le culot 51 du tube à l'intérieur de la circonfé- rence des fiches. Cette plaque supporte l'ensemble de l'élec- trode de commande. Si on le désire, on peut disposer un sup- port supplémentaire entre le chapeau 72 et la partie supé- rieure de l'enveloppe 50.
Les conducteurs des électrodes et les fiches de la forme de réalisation de l'invention décrite ci-dessus sont disposés de façon à exercer un effet écran qui réduit au mini- mum la capacitance nuisible entre l'anode et la cathode de la manière déj indiquée. Cet effet écran est renforcé par les prolongements 75 et 76 du chapeau inférieur 73. En outre, les chapeaux 72 et 73 constituent un écran supplémentaire, qui élimine les effets capacitifs de terminaison nuisible éven- tuels entre l'anode et la cathode.
Il doit être bien entendu que les électrodes de commande des fig. I, 2 et 4 a, 4 b peuvent comporter des pro- longements analogues pour réduire au minimum les capacitanc s
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nuisibles entre les portions des extrémités de l'anode et de la cathode. Sous / la forme de construction la plus simple, des prolongements des tiges de support de l'enroulement de l'élec- trode de commande, servent à former des écrans pour les portions des extrémités de l'anode et de la cathode.
Le circuit du diagramme de la fig. 6 contient également un dispositif à tube à vide à entrée cathodique sui- vant l'invention, qui consiste dans un dispositif amplificateur à entrée cathodique à deux étages comportant deux tubes à vide triodes 80,81 qui, quoi que représentés schématiquement, sont disposés de préférence comme l'indiquent les fig. 5 a, 5 b, et 5 c. Le circuit cathodique du tube 80 comporte une résistance 81 a d'auto polarisation shuntée pour les signaux à fréquence radio par un condensateur 82, et un circuit accordé contenant une bobine de self 83 et un condensateur réglable 84 en paral- lèle.
Le circuit d'entrée d'application des signaux au dispo- sitif amplificateur consiste dans un câble coaxial 85 connecté à une prise de courant 86 de la bobine 83, et dont la position est réglable de façon à obtenir l'adaptation de l'impédance voulue dans le circuit d'entrée. Un second circuit accordé, formé par un condensateur réglable 87 et l'enroulement exté- rieur d'une bobine bifilaire 88 est accouplé à l'anode du tube 80 par l'intermédiaire d'un condensateur 89 et à la cathode du tube 81 par l'intermédiaire d'un circuit de polarisation contenant une combinaison en parallèle d'une résistance 90 et d'un condensateur en dérivation 91. Le circuit accordé 87,88 accouple ainsi les tubes 80 et 81 en cascade.
Un troisième ci - cuit accordé consistant dans un condensateur réglable 92 et l'enroulement extérieur d'une bobine bifilaire 93 est accouplé à l'anode du tube 81 par l'intermédiaire d'un condensateur 94.
Le circuit de sortie est formé par un câble coaxial 95 accouplé à une prise de courant réglable 96 du circuit 92,93. Les élec- trodes de commande des tubes 80 et 81 sont mises au potentiel de la terre par les conducteurs respectifs 97 et 98, qui sont @
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physiquement situés de façon à se trouver à peu près entre les éléments du circuit connectés avec l'anode et la cathode des tubes correspondants et à constituer ainsi un écran électro-statique entre ces électrodes, pour réduire au mini- mum la capacitance nuisible entre les circuits d'entrée et de sortie des deux étages.
Une source de courant spatial désigné par + B est accouplée aux anodes des tubes par l'intermédiaire des enrou- lements intérieurs des bobines bifilaires 88 et 93. Les tubes comportent également des circuits de chauffage qui sont accou- plés à une source de chauffage appropriée par l'intermédiaire de bobines bifilaires supplémentaires 99 et 99'. Les bobines bifilaires 88, 93, 99 et 99' ont pour but d'isoler dans le dispositif les signaux à fréquence radio des sources de cou- rant continu. A cet effet, les enroulements extérieurs des bobines bifilaires 88 et 93 forment un écran pour la source de courant spatial + B, tandis que les bobines 99 et 99' con- stituent des circuits de chauffage appropriés à courant con- tinu et fonctionnent à titre de bobines de self à fréquence radio par rapport aux signaux transmis dans les deux étages.
Les condensateurs non référencés du dispositif amplificateur sont des condensateurs en dérivation ordinaires.
Lorsque le dispositif de la fig. 6 fonctionne, les signaux d'entrée appliqués au circuit cathodique du tube 80 sont transmis, amplifiés de la manière habituelle, et appli- qués au circuit cathodique du tube 81 puis, après y avoir subi une nouvelle amplification, apparaissent dans le circuit de sortie formé par le câble coaxial 95. Etant donné la manière dont les conducteurs des électrodes et les fiches des tubes 80 et 81 et les chapeaux conducteurs de leurs électrodes de commande sont disposés, toutes les capacitances nuisibles entre les portions des circuits d'entrée et de sortie consti- tuées par les éléments des tubes sont sensiblement supprimées.
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Il est donc évident que le dispositif amplificateur est sensiblement exempt de capacitance nuisible du type considère et par suite, peut fonctionner d'une Manière cffi- cace dansune large bands de fréquence de fonctionnement,même dans la portion à ultra-haute fréquence du spectre des fréquentas.
Une autre caractéristique des dispositifs décrits consiste dans la valeur élevée du rapport entre les signaux et le bruit qu'on peut obtenir en employant des tubes triodes.