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BREVET D'INVENTION "DISPOSITIF ENGENDRANT DES DECHARGES ELECTRIQUES EN MOUVEMENT"
L'invention concerne des dispositifs engendrant une onde en mouvement ou un courant de décharge électrique dans une vapeur. L'expression "courant de décharge vapeur- électrique" employée dans la présente description a pour but de définir le type de courant électrique engendré dans un tube à décharge vapeur-électrique-ou à décharge gazeuse pendant les intervalles de fonctionnement pendant lesquels ce tube est rendu donducteur. Dans les circuits à décharge gazeuse les plus courants, le gaz du tube provoque une dé- charge visible qu'on appelle ordinairement décharge lumines- cente.
Les dispositifs décrits ci-après possèdent générale- ment cette caractéristique. -
Un générateur du.type considéré peut être employé dans diverses installations; par exemple il peut servir de dispositifexplorateur dans les installations de réception de télévision. De même il convient particulièrement aux appa- reils de commutation et sera décrit dans son application à ces appareils.
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Les commutateurs proprement dits sont connus de- puis longtemps et peuvent prendre un grand nombre de formes diverses. Un type de commutateur courant comporte un élément rotatif commutant des éléments qui coopèrent entre eux et sont espacés autour de son axe de rotation. Quoique ce dis- positif donne satisfaction pour certaines applications, il existe une limite pratique à la fréquence de commutation ma- ximum, et cette restriction peut être fâcheuse dans certains cas. Les commutateurs électroniques qui comportent une série en cascade de tubes à vide ou à gaz sont également connus, mais ils exigent généralement des connexions assez complexes qui s'opposent parfois à leur emploi.
Le dispositif engendrant une onde mobile de courant de décharge vapeur électrique suivant l'invention, comporte un tube à décharge à remplissage gazeux contenant plusieurs trajets de décharge disposés côte à côte et assez voisins l'un de l'autre pour que la décharge dans un des trajets de dé- charge provoque l'ionisation du trajet de décharge suivant et, par suite, y provoque une décharge.
L'invention est facile à comprendre d'après la des- cription détaillée qui en est donnée ci-après, avec le dessin ci-joint à l'appui,sur lequel : la fig. 1 représente sous forme schématique un générateur de courant à ondes en mouvement suivant l'invention, les fig. 2 eet 3 sont des graphiques servant à expliquer le fonctionnement du dispositif de la fig, 1, la fig. 4 représente un générateur du type de la fig. 1 de construction modifiée, et la fig. 5 est un diagramme schématique du circuit qui représente l'équivalent approximatif électrique d'un des éléments du générateur de la fig.4.
Suivant le dessin,la fig. 1 représente un appareil suivant l'invention engendrant une onde mobile de courant de décharge vapeur-électrique. Cet appareil comprend un disposi- tif d'accumulation de l'énergie qui se compose de plusieurs accumulateurs d'énergie, dont la décharge successive fait naître une onde mobile de courant vapeur-électrique, ou, courant à décharge luminescente. Ces accumulateurs d'énergie consistent dans une série de condensateurs séparés, mais semblables, désignés par 10 à 19. Une armature de chaque con- densateur est connectée à la terre, tandis que son autre armature est accouplée, par l'intermédiaire d'une résistance
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faisant partie d'une série de résistances semblables, dési- gnées par 10' à 19', à une source commune de potentiel unila- téral, désigné par + B.
Bien entendu, la borne à basse ten- sion de cettè source est également connectée à la terre.
Le générateur comporte des dispositifs à décharge vapeur-électrique servant à décharger successivement la série d'accumulateurs et ayant la forme d'un tube unique à décharge luminescente. Ce tube contient un système anodique se composant d'une série d'éléments anodiques 20 à 29, dont le nombre correspond à celui des condensateurs, et qui sont placés très près l'uh de l'autre suivant un trajet déterminé.
Dans la forme de réalisation considérée, dans laquelle le tube est rectiligne, ces éléments anodiques sont espacés le long d'un trajet linéaire. Le tube contient un système cathodique unique 30 allongé, qui est espacé des divers éléments anodiques et forme avec eux une série semblable derajets espacés de décharge gazeuse ou luminescente. Une série d'électrodes intermédiaires à 40 sont disposées, à raison d'une élec- trode dans chacun des divers trajets de décharge formés par les éléments anodiques espacés et la cathode commune, et ces électrodes intermédiaires constituent un dispositif qui est sensible à l'action d'une onde en mouvement dans le tube et sert à en dériver un effet de réglage.
Chacune de ces électrodes est connectée à la terre par l'intermédiaire d'une des résistances 41 à 50 et, par suite, est en circuit avec la cathode commune, qui est également connectée à la terre par l'intermédiaire d'une impédance cathodique 5. Les bornes de sortie 41' à 50' sont connectées aux bornes à haute tensi- on des résistances portant les numéros correspondants, de façon à coupler avec le tube un circuit d'utilisation destiné à être commandé'par les effets de réglage créés de la manière indiquée ci-après.
Les diverses séries d'électrodes 20 à 29 et 31 à 40, ainsi que la cathode unique 30, sont enfermées dans une enveloppe unique en-verre 54. L'enveloppe contient aussi un gaz ionisable, tel que le xénon ou l'argon, et, par suite, le système des électrodes se trouve dans une atmosphère gazeuse de toute composition appropriée et sous une pression ordinaire. Une des inductances d'une série d'inductances 60 à 69 relie en série un des condensateurs 10 à 19 à l'élément correspondant des divers éléments anodiques 20 à 29, un cir- cuit de décharge résonnant étant ainsi associé à chaque condensateur.
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Une électrode d'allumage 52 située près du trajet à décharge luminescente principal, c'est-à-dire près du trajet qui contient l'élément d'anode 20 et la cathode commu- ne, constitue un dispositif d'amorçage ou de déclenchement provoquant une décharge entre cet élément d'anode 20 et la cathode, de façon à décharger le condensateur correspondant 10. Le dispositif de déclenchement 52 peut entrer en action sous l'action d'impulsions de déclenchement ou de signaux de polarité positive appliqués à une borne de synchronisation 53.
Si l'on considère le fonctionnement de l'installa- tion décrite, on supposera d'abord qu'aucune décharge ne se produit dans le tube à gaz 54. Dans cet état de repos, la sé- rie de condensateurs 10 à 19 se charge simultanément par la source de potentiel commune +B, le courant de charge de chaque condensateur étant limité par sa résistance de charge montée en série. A la fin de cette période de chargement, tous les condensateurs sont chargés à une tension positive.
La valeur de la source + B est choisie de façon que la tension de chaque condensateur chargé soit insuffisante pour déclencher une décharge luminescente en un point quelconque de la longueur du tube µµ- La source de potentiel est également choisie assez élevée pour que les condensateurs soient susceptibles de maintenir une décharge dans le tube, une fois cette décharge amorcée, jusqu'à ce qu'ils soient dé- chargés.
Si l'on suppose maintenant que tous les condensa- teurs sont complètement chargés et qu'une impulsion de dé- clenchement représentée par la courbe A de la fige 2 est appliquée à la borne de synchronisation 53, cette impulsion, qui est de polarité positive, provoque une décharge entre l'électrode d'allumage 52 et la cathode commune 30. Cette décharge ionise l'atmosphère gazeuse au voisinage immédiat du dispositif d'allumage et provoque l'ionisation du trajet de décharge entre l'élément anodique 20 et la cathode commune.
Cette dernière ionisation permet à la décharge d'atteindre l'élément anodique 20, à la manière des tubes à gaz ordinaires qui comportent une électrode d'allumage. La variation du courant d'allumage, lorsque la décharge se produit sur l'élé- ment d'anode 20, est indiquée par la courbe B. La décharge passant entre cet élément d'anode et la cathode commune complète le trajet de décharge résonnant se rapportant au condensateur 10, par l'intermédiaire de l'inductance 60, et
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fait 'naître une composante de courant vapeur-électrique ou de décharge luminescente, dont la durée correspond à celle de la décharge du condensateur.
Si l'on néglige pour un moment l'effet produit par la décharge du condensateur 10 sur les-éléments anodiques voisins que contient le tube 54, son courant de décharge est représenté par la courbe c. La variation de tension corres- pondante subie par l'élément anodique 20 est représentée par la courbe D. On voit donc qu'au bout d'un temps ¯ t après l'application de l'impulsion de déclenchement de la courbe A, le condensateur 10 commence à se décharger. Le temps ¯ t représente le retard dans la transmission de la décharge luminescente initiale de l'électrode d'allumage 52 à l'élément anodique 20. La durée de la décharge du condensa- teur est désignée par-1'intervalle de temps 51.
Elle est à peu près égale à la moitié de la période du circuit de décharge en série résonnant, qui contient ce condensateur, son conducteur de décharge 60 et la résistance 51. car, au bout de ce temps, la tension de l'élément anodique 20 a pris une valeur insuffisante pour maintenir l'ionisation.
Pendant l'intervalle de temps conducteur t1, un trajet de faible impédance,s'établit entre l'électrode intermédiaire 31 et la cathode 30,ce qui amène le potentiel de la résistance 41 à celui de la cathode. Un potentiel de réglage existe donc à la borne de sortie 41' pendant la durée de la décharge t1 du condensateur 10 et ce potentiel peut servir à effectuer la premier' stade du processus de commutation commandé par l'appareil considéré.
Le processus de commutation complet est faclle à com- prendre si l'on tient compte de l'effet produit par la dé- charge décrite ci-dessus du condensateur 10 sur les trajets de décharge voisins. La décharge de ce condensateur provoque une ionisation appréciable au voisinage immédiat de l'élément anodique 20. Le degré d'ionisation est déterminé, parmi d'autres facteurs, par les caractéristiques du trajet de décharge, telles que :
1) la durée t1 de la décharge du condensateur ; 2) l'intensité du courant de décharge et 3) la composition et la pression du gaz contenu dans le tube 54.
La durée de la décharge peut être réglée, ainsi qu'il a été dit dans les paragraphes précédents, par le choix approprié de la fré- quence de résonance-série du circuit de décharge du condensa- teur, et l'intensité du courant de décharge dépend de l'im-
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pédance du trajet de décharge, ainsi que de la tension initiale du condensateur 10. L'espacement entre les divers trajets de décharge le long du tube est choisi en tenant compte de la capacité des condensateurs et des caractéristi- ques de chaque trajet de façon que la décharge d'un des condensateurs dans son trajet ionise le trajet de décharge du condensateur suivant.
En d'autres termes, l'espacement des anodes 20 à est choisi de façon que la décharge du con- densateur 10 ionise le trajet de décharge du condensateur 11 qui, de son côté, se décharge et ionise le trajet de décharge du condensateur 12, etc. Dans ces conditions, l'effet d'une impulsion de déclenchement appliquée à la borne 53 est de faire naître une onde mobile de courant qui commence lors de la décharge du premier condensateur 10 et se propage le long du tube par la décharge suscdessive des autres condensateurs. Ce phénomène est représenté par les courbes de la fig. 3, qui indiquent la relation dans le temps des courbes de décharge de quatre condensateurs.
La durée t1 de la décharge de chaque condensateur est la même et les décharges se succèdent avec un retard A t' qui correspond au temps qui est nécessaire à la décharge de chaque condensa- teur pour ioniser et compléter le trajet de décharge du condensateur suivant. La décharge de chaque condensateur fait naître un potentiel de commande à la borne de sortie correspondante, de sorte que dans l'appareil représenté et décrit, des potentiels de commande susceptibles d'effectuer une commutation apparaissent successivement aux bornes 41' à 50'.
Ainsi qu'il a déjà été dit, la décharge complète d'un des condensateurs 10 à provoque l'extinction de la décharge luminescente de l'élément anodique qui lui corres- pond . Quoiqu'un certain degré d'ionisation subsiste à la suite de l'extinction de la décharge luminescente d'un élé- ment anodique donné, lesrésistances de charge 10' à 19' sont choisies assez grandes pour que la recharge de tout condensateur s'effectue lentement. La déionisation peut ainsi s'effectuer dans le tube de façon à ramener l'appareil à son état de repos.
Après que le premier condensateur 10 a été déchargé et rechargé de nouveau par la source +B, un second signal d'amorçage peut être appliqué à la borne 53 pour répéter le cycle de commutation décrit ci-dessus. Bien entendu, si le tube est extrêmement lon le premier conden- sateur, 10, peut parfaitement être complètement rechargé avant que le dernier condensateur, 19, soit déchargé. Dans
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ce cas le potentiel de commande qui prend naissance à la ré- sistance 50 peut servir à réamorcer le tube, dont le fonc- tionnement devient ainsi continu. De même, dans un long tube,plusieurs ondes de courant de décharge peuvent parcourir le tube simultanément et indépendamment.
L'appareil de la fig. 1 constitue un système de commutation souple. Etant donné que la décharge luminescente avance pas à pas dans le tube en se propageant de la pre- mière électrode à la suivante à droite, on peut combiner les bornes de sortie pour réaliser un programme de commuta- tion approprié. Toutes les bornes de sortie peuvent servir à donner une succession de stades de commutation séparés par des intervalles de temps sensiblement égaux, ou bien cer- taines d'entre elles peuvent être omises pour faire varier cet ordre de succession des commutations.
On voit également qu'on peut faire usage d'une seule borne de sortie lorsqu'on désire déclencher une certaine opération avec un retard dé- terminé par rapport à un signal de déclenchement appliqué à la borne 53, De plus, le dispositif d'allumage 52, qui est représenté au bord antérieur de l'ensemble des anodes, peut occuper diverses positions dans le tube. S'il est placé au milieu du tube, le courant de décharge luminescente peut suivre deux trajets opposés en engendrant ainsi effective- ment doux ondes mobiles de courant.
Il n'est pas nécessaire que le tube à décharge luminescente comporte des éléments anodiques espacés, dis- tincts, il peut être avantageux, dans certaines applications, d'utiliser la variante de la fig. 4, dans laquelle le dis- positif accumulateur d'énergie et le système anodique constituent un seul élément de construction. Dans cet exem- ple, cet élément est de forme circulaire en coupe transver- sale et comporte une surface conductrice extérieure 80 en une matière résistante, une couche intermédiaire 81 en un diélectrique approprié et une surface conductrice 82 inté- rieure ou emboitée. Le diélectrique 81 isole mais accouple électriquement entre elles'les surfaces conductrices 80 et 82 sur toute leur longueur, de sorte que le système 80-81-82 peut être considéré comme un long condensateur.
La surface intérieure 82 est connectée à la terre en un ou plusieurs points de la manière indiquée par la connexion 83. La source de potentiel unidirectionnel B est connectée par l'intermé- diaire d'une résistance de charge commune 84 à la surface
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conductrice extérieure 80. Cette surface extérieure consti- tue aussi le système anodique du tubeà décharge gazeuse.
Les autres éléments d'électrodes de ce tube, ainsi que les connexions du circuit avec les électrodes intermédiaires, la cathode commune et le dispositif d'allumage, sont les mêmes que ceux de la figé l et sont désignés par les mêmes référen- ces.
La. fig. 5 représente schématiquement un équivalent électrique du système unitaire 80-81-82 qui sert à la fois de dispositif d'accumulation de l'énergie et de système ano- dique. Il est représenté sous forme de plusieurs condensa- teurs élémentaires 85 correspondants à la capac tance répar- tie entre les surfaces conductrices. Une armature de chaque condensateur est connectée à une terre commune, et l'autre armature à la source de tension de charge +B par l'intermé- diaire d'une résistance 84, ainsi que d'une série de résis- tances 86, qui représentent la résistance répartie le long de la surface conductrice 80.
Cette même surface 80 repré- sente un même nombre d'anodes élémentaires 87, dont chacune est considérée comme étant la portion de la surface conductri- ce 80 représentée par l'armature à haut potentiel de chaque condensateur élémentaire 85. Le fonctionnement du générateur du type de la fig. 4 engendrant une onde mobile de courant de décharge luminescente est semblable, d'une manière géné- rale, à celui de la forme de réalisation de la fig. 1. La décharge résonante des condensateurs 85 peut être obtenue en faisant usage de l'inductance répartie propre des circuits de décharge des condensateurs. Il doit être bien entendu que la forme de construction de la fig. 4, comportant une capa- citance répartie, n'est pas limitée à l'emploi d'un système 80-81-82 de section transversale circulaire.
Il suffit que cet élément constitue la capacitance répartie, ainsi que la surface anodique, et sa section transversale peut avoir une forme quelconque. De plus les condensateurs 10 à 19 de la fig.
1 et les condensateurs élémentaires 85 formés par l'ensemble de construction 80, 81 et 82 de la fig.4 peuvent être disposés, si on le désire, de façon à être connectés de manière à rêve- nir à la cathode 30 au lien de revenir à la terre ainsi qu'il est représenté.