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L'invention concerne un dispositif équipé d'un tube électronique à faisceau concentré, ainsi qu'un tube électronique à faisceau concentré
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propre à être utilisé dans un tel dispositif.
Les tubes électroniques à faisceau concentré sont couramment utilisés en oscillographie et en télévision. Afin d'obtenir une image précise et nette, à grande définition, ce qui est nécessaire surtout en télévision, il importe que, dans tputes les circonstances, le faisceau provoque l'illumination d'un très petit point de l'écran. A cet effet, le faisceau doit être bien concentré. Cette concentration est essentiellement déterminée par le canon électronique. Il n'est pas difficile d'obtenir avec un faisceau d'intensité constante, et pour une déviation déterminée, un
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tJ1È. petit spot. Toutefois, pour l'enregistrement d'images, non seulement la déviation est variable mais, surtout en télévision, l'intensité du courant du faisceau varie de sorte que le spot a une grandeur irrégu1iwe.
Lorsque, pour une intensité de courant déterminée du faisceau, donc pour une intensité lumineuse et une quantité de lumière déterminée du spot, on obtient pour un faisceau immobile un spot de dimensions déterminées, ces dimensions varieront tant sous l'effet de la déviation que sous celui de la modulation d'intensité. La variation résultant de la déviation( est appe-
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lée "déconcentration de déviation" et la variation résultant de la modula- tion de l'intensité est appelée "déconcentration de mudulation".
La forme de construction du canon électronique permet d'influ-
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encer la déconcentration de déviation et la déconcenabation de modulation.
L'invention concernant uniquement un canon électronique constitué par une cathode, une grille de commande, une anode c''aspiration, une électrode de préconoentl'l8.tion, une anode et une lentille principale à commande élec- trostatique et/ou électromagnétique, le mémoire décrira uniquement l'influence des dimensions, de l'emplacement et des potentiels des électrodes d' un tel canon, sur la déconcentration des Modulations et sur la déconcentration de déviationo Il y a lieu de noter en outre que l'invention est limi- tée à un tube électronique à faisceau concentré, dont le canon comporte
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une piège à ions, de construction connue, dans lequel les ions sont extraits du faisceau en un point déterminé de l'anode ou en un point proche de 1' anode et sont collectés sur une partie de la paroi de l'anode,
tandis que les électrons sont guidés, à l'aide d'un champ magnétique, à travers un diaphragme que comporte l'anode.
Dans un canon du genre mentionné, il se produit un rétrécissement du faisceau à l'endroit de la grille de commande ou directement derrière cette grilleo En réalité, cette grille de commande est constituée
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par un diaphragme à petite ouvertureg Ce rétrécissement du faisceau qui sera appelé "noeud du faisceau" dans la suite du mémoire, .est, à propre- ment parler, l'objet que le canon électronique représente a'sur l'écran col- lecteur. Entre l'anode d'aspiration et l'anode se forme une lentille élec- trostatique qui sera appelée "lentille de préconcentration".
Par la coopé- ration de la grille de commande, de l'anpde d'aspiration de l'électrode de préconcentration et de l'anode, on obtient un faisceau électronique qui produira, sur l'écran collecteur, un spot de dimensions déterminées, marne en l'absence de la lentille principale. Toutefois, pour obtenir un , spot de très petites dimensions, on dispose encore, du coté de l'anode opposé à la cathode,une telle lentille principale. Celle-ci peut être électrostatique ou électro-magnétique. Une lentille magnétique est souvent formée par une bobine parcourue par du courant et disposée à l'extérieur' du tube. On peut également disposer à l'intérieur ou à l'extérieur du tube des aimants permanents qui provoquent un champ magnétique de concentration.
Une lentille principale électrostatique peut s'obtenir en disposant dans le tube diverses électrodes'auxquelles sont appliquées des tensions déter- @ minées. Une des formes les plus simples de ces lentilles, est la lentille @
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unipotentille (Einzsllinse)o Cette lentille est constituée par trois élec- trodes, à savoir l'anode du canon électronique, une électrode cylindrique '* qui entoure le pinceau électronique, et une anode terminale. Dans une telle
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lentille unipotentielle, le potentiel de l'anode est égal à celui de 1' anode terminale
La déconcentration de déviation est approximativement proportionnelle au diamètre du faisceau au centre de la déviation, Donc plus la section du faisceau est petite en cet endroit, plus la déconcentration de déviation diminue.
La distance du noeud du faisceau, à l'écran et la distance du centre de la déviation à l'écran sont fixées. Elles sont en effet déterminées par les dimensions du tube qui sont liées à des valeurs déterminées. On peut encore choisir l'emplacement de la lentille principale, entre le centre de la déviation et le noeud du faisceau. Plus la lentille principale se trouve près du noeud du faisceau., plus le diamètre du faisceau à l'endroit du centre de déviation diminue. Ceci est dû tout d'abord à la réduction de l'agrandissement angulaire, et en second lieu à la plus grande distance entre la lentille principale et le centre de déviation.
Toutefois, la réduction de la distance entre la lentille principale et le noeud du faisceau est limitée par la présence du piège à ions. Si la lentille principale est une lentille électrostatique ou une lentille magnétique incorporée dans le tube, une réduction de la distance entre le noeud du faisceau et la lentille entraîne une réduction du rendement du piège à ions. Par "rendement" il y a lieu d'entendre ici le produit de la distance entre le point où les trajets des ions et des électrons divergent, et le diaphragme par la tangente de l'angle formé par les axes du faisceau d'électrons et du faisceau d'ions.
Dans le cas d'une lentille principale magnétique extérieure, la distance entre la lentille et le noeud du faisceau ne sera pas inférieure à la valeur admissible pour que le champ magnétique du piège à ions ne soit pas influencé par le champ de dispersion magnétique inévitable de la lentille principale. On est donc forcé de placer la lentille principale à une distance minimum déterminée du noeud du faisceau, ou ce qui revient pratiquement au même, de la grille. Toutefois, dans ce cas, pour obtenir une faible déconcentration de déviation, il faut recou- rir à une lentille de précondensation, d'une intensité minimum déterminée.
Par suite de cette lentille de précondensation, qui fait office de loupe, on obtient une image virtuelle, derrière le noeud de faisceau réel et donc un plus petit angle d'ouverture du faisceau. Partant de ce plus petit angle d'ouverture, on obtient avec l'agrandissement angulaire inchangé de la lentille principale, une plus petite section de faisceau à l'endroit du centre de la déviation.
Toutefois, l'emploi d'une lentille de préconcentration en combinaison avec la lentille principale, présente un inconvénient: le grossissement transversal de l'ensemble du système lenticulaire augmente. De ce fait, les variations de l'emplacement et les dimensions du noeud du faisceau sont représentées plus grandes que sans l'emploi de la lentille de préconcentration.
Pour maintenir la déconcentration de modulation entre des limites déterminées, on peut recourir, en principe, à deux dispositions.
Tout d'abord, on peut augmenter la pente du système triode constitué par la cathode, la grille et l'anode d'aspiration, en réduisait la transparence du champ de l'anode d'aspiration. Toutefois, la pente ne peut être augmentée d'une manière illimitée, car l'augmentation de la pente entraine une réduction de la tension de coupure (en'valeur absolue). De ce fait, l'émission maximum de la cathode diminue, ce qui limite à nouveau l'augmentation de la pente. Il existe donc une pente maximum admissible. La seconde pos- sibilité de réduire la déconcentration de modulation consiste à réduire la surface de l'ouverture ménagée dans la grille de commande.
De ce fait, le développement du noeud de faisceau diminue en valeur absolue, de sorte que sa variation d'emplacement par la modulation devient également plus petite, en valeur absolue9 On peut alors utiliser une plus forte lentille de préconcentration sans que le spot ne devienne trop grand sur l'écran, tout en obtenant une très faible déconcentration de modulation. Toutefois, il est impossible de réduire d'une manière illimitée la section de l'ouverture ménagée dans la gtille de commande, car lorsque la forme géométrique
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de la partie triode ne change pas, la transparence du champ provoqué par l'anode d'aspiration est trop faible. Pour ramener la transparence 'de ce champ à sa -valeur initiale, il faudrait modifier la forme géométrique.
A cet effet, on peut réduire la distance de la cathode à la grille et/ou la distance de la grille à l'anode d'aspiration. Toutefois, cette réduction est limitée par des difficultés d'ordre mécanique et électrique, Dans le cas de petites distances, les tolérances jouent un trop grand role et de plus, il faut évidemment éviter la formation d'arcs. On peut également réduire l'épaisseur de la grille, mais cette grille doit évidemment présen- ter une résistance mécanique suffisante. Abstraction faite des difficultés mécaniques, la réduction de la distance est encore limitée par le fait que la arge superficielle de la cathode ne peut être choisie arbitrairement élevée.
Comme dans la construction conforme à l'invention la lentille de précondensation n'est pas formée comme d'usage par deux électrodes, à savoir l'électrode d'aspiration et l'anode, mais par tros électrodes, à savoir l'anode d'aspiration, l'électrode de préconcentration et l'anode, on peut régler l'intensité de la lentille de préconcentration sans modifier le potentiel de l'anode d'aspiration. Ceci est particulièrement important, car une variation du potentiel de l'anode d'aspiration influence non seule- ment l'intensité de la lentille de préconcentration, mais également la pen- te et le champ entre l'anode d'aspiration et la grille ainsi que la trans- parence à travers la grille.
Une variation de la tension de l'anode d'aspiration modifie donc le réglage total du tube et partant, la forme du fais- oeau et la modulation du tube, Une électrode de préconcentration dont le potentiel peut être modifié entre - 100 et + 400 V, permet à l'usager du tube, de régler la préconcentration sans se buter aux difficultés précitées et de choisir ainsi la combinaison optimum de la déconcentration de déviation et de la déconcentration de modulation.
Des essais très poussés ont prouvé que, malgré les conditions contradictoires énumérées, il est possible de construire un canon 'électronique permettant de maintenir entre des limites admissibles la déconcentration de déviation et la déconcentration de modulation.
Un dispositif conforme à l'invention, comporte un tube à faisceau électronique concentré, dont le canon électronique est constitué par une cathode, une grille de commande se trouvant à un potentiel négatif de 0 à 100 V par rapport à la cathode, une anode d'aspiration formée par un cylindre comportant,du coté dirigé vers la cathode,un fond percé d'un trou et portée à un potentiel positif de 200 à 400V par rapport à la cathode, une électrode de préconcentration cylindrique comportant, du côté de la cathode, un fond percé d'un trou et portée à un potentiel compris entre - 100 et + 400 V par rapport à la cathode, une anode portée à un potentiel de 12 à 18 kV, par rapport à la cathode, dans laquelle les ions sont extraits du faisceau,
alors que les électrons sont guidés à travers un diaphragme et une lentille principale électronoptique, ce dispositif étant caractérise en ce que :
1. La distance entre la surface de la cathode et la grille est comprise entre 0,16 et 0,25 mm; 2. l'épaisseur de la grille est comprise entre 0,10 et 0,25 mm;
30 le diamètre du trou ménagé dans la grille est compris entre 0,5 mm et 1 mm ;
4. la distance entre la grille et le fond de l'anode d'aspiration est comprise entre 0,15 et 0,60mm;
5. le diamètre du trou ménagé dans le fond de l'anode d'aspiration est compris entre 0,5 et 1,2 mm;
60 le diamètre de l'anode d'aspiration est oompris entre 8 et 30 mm;
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7la hauteur de l'anode d'aspiration est comprise entre 0,15 et 5 mm;
8. le rapport du diamètre à la hauteur de l'anode d'aspiration
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est compris entre 1 0,02 et 1 1 0,75; 9. la distance de l'anode d'aspiration à l'électrode de préoon40 centration est comprise entre -5 mm et + 2nnn ;
10. le diamètre du trou prévu dans le fond de l'électrode de préconoentration est compris entre 2 et 28 mm;
11. le diamètre de l'électrode de préconcentration est compris entre 8 et 32 mm;
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l2o la hauteur de l'électrode de préocncentration est comprise entre 2 et 20 mm;
13. le rapport du diamètre à la hauteur de l'électrode de pré-
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concentration est compris entre 1 s 0 ,25 et 1 : 1,5 ;
14. la distance de l'électrode de préconcentration au bord de l'anode du coté de la cathode est comprise entjre -2 et +6 min; 15 le diamètre de l'anode est compris entre 6 et 32 mm; 16. la distance entre le point de divergence des trajets des ions et des électrons dans l'anode et le diaphragme dans l'anode est com-
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prise entre 12 et 30 mm;
17. l'angle formé par l'axe du faisceau d'ions et par l'axe du faisceau d'électrons dans l'anode est compris entre 7 et 16 ;
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7..go le rapport de la distance mentionnée sous 16 et de l'angle mentionné sous 17 e'st compris entre 1 : 0,6 et 1 : 0 ,9 ;
19.le diamètre de l'ouverture prévue dans le diaphragme de l' anode est compris entre 1 mm et 4 mm;
200la distance entre le plan de référence de la lentille principale et de la grille de commande est comprise entre 25 et 60 mm.
En ce qui concerne les dimensions mentionnées, il y a *eu de noter que celles-ci concernent le tube à l'état froid. Les hauteurs et les diamètres des diverses électrodes sont mesurées extérieurement.
En ce qui concerne le point 9, par l'expression "la distance est comprise entre -5 et +2 mm", on entend que le bord de l'électrode de préconcentration est écarté de la cathode au maximum de 2 nom de plus que le
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bord de l'anode d'aspiration, ou se trouve au maximum 3 mmplas près de la cathode que iédit bordo .L'électrode de préeoneentration et l'anode d'aspi- ration s'entourent alors partiellement. Suivant le diamètre des deux électrodes, soit l'électrode de préconcentration, soit l'anode d'aspiration se trouve à l'extérieur. L'expression "la distance est comprise entre -2 et +6 mm" mentionnée sous 14, doit être interprêtée de la msms manière.
Afin d'éviter la formation d'arcs, il faut évidemment une certaine distance minimum, tant entre l'anode d'aspiration et l'électrode de préconcentration, qu'entre l'électrode de préooncentration et l'anode. Pour les tensions usuelles, il suffit en général d'une distance de 1 mm.
Par "plan de référence" de la lentille principale on entend le .pian de la mince lentille imaginaire qui, en ce qui concerne le fonctionnement, peut remplacer la lentille principale.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu partie de l'invention,,
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La fig. 1 représente schématiquement le montage d'une partie 4?un tube électronique à faisceau concentré prévu pour être équipé d'un dispositif conforma à l'invention, avec une lentille principale électro- statique.
Les fige. 2 et 3 sont des graphiques qui servent à expliquer le fonctionnement du canon électronique que comporte le tube représenté sur la fig. 1.
Sur la fig. 1, l'enveloppe 1 du tube électronique à faisceau concentré contient un système d'électrodes comportant une cathode 2, devant laquelle se trouve un diaphragme, la grille de commande 3, qui est percée d'une ouverture 4, pour le passage des électrons libérés de la cathode.
Ce diaphragme 3 comporte un prolongement cylindrique qui entoure plus ou moins la cathode mais qui n'influence pas la formation du faisceau. L' anode d'aspiration, indiquée par 5, est percée d'une ouverture 6. Devant cette anode d'aspiration 5 se trouve une électrode de préconcentration cons- tituée par une partie cylindrique 7, munie d'un fond 8 percé d'une ouvertu- re 9. L'anode du système d'électrodes est constituée par une partie 10 coaxiale à la cathode, l'anode d'aspiration et l'électrode de préconcen- tration, et par une partie 11 dont l'axe passe par le milieu de l'écran.
Cet axe coupe au point 12 l'axe commun de la cathode, de l'anode d'aspira- tion et de l'électrode de préoonoentration. Ce point est également l'endroit où le faisceau d'ions et le faisceau d'électrons divergent. Cette partie du canon électronique se trouve en effet dans un champ magnétique transver- sal. Ce champ n'exerce pratiquement aucune influence sur les ions, de sorte que ceux-ci poursuivent librement leur route et sont captés par l'anode.
Par contre, les électrons sont déviés, de sorte qu'ils parviennent dans l'axe de la partie 11 de l'anode, et traversent le trou 13 ménagé dans le diaphragme 14. Après ce diaphragme, les électrons parviennent dans la lentille principale, formée par la coopération de la partie 11 de 1-'anode l'électrode 15 et l'anode terminale 16. Cette lentille principale concentre finalement le faisceau sur l'écran collecteur 17. Sur la figure, la distan- ce comprise entre l'écran 17 et le canon électronique, est représentée rac- courcie. Eptre l'écran 17 et l'anode terminale 16 se produit la déviation.
Les potentiels, les dimensions et les écartements des diverses électrodes sont choisis de la manière précitée. On obtient ainsi un noeud de faisceau entre l'anode d'aspiration 8, et le diaphragme 13, ainsi qu'une lentille de préconcentration entre l'anode d'aspiration 5 et l'anode 10..
La forme coudée de l'anode n'est pas indispensable. En effet, comme on le sait, on peut également provoquer une séparation des ions et des électrons à l'aide d'un système dont toutes les électrodes sont coaxi- ales et dans lequel les côtés en regard de 1'électrode de préconcentration et de l'anode sont coupés de biais, parallèlement. On obtient alors un champ électrostatique oblique, qui dévie non seulement lest' ions, mais éga- lement les électrons. A l'aide d'un champ magnétique, les électrons sont alors ramenés dans l'axe du système, tandis que les ions sont collectés par l'anode.
Le graphique de la fig. 2 donne en abscisses l'intensité du courant anodique, exprimée en micro-ampères et, en ordonnées, le diamètre du spot.exprimé en millimètres. L'intensité du courant anodique est évidem- ment une fonction connue du potentiel de la grille de commande, fonction qui est normalement appelée "la caractéri stique la-Vg". Les courbestracées sur le graphique sont relevées pour un potentiel de l'anode d'aspiration de 300 V. Le potentiel des électrodes 11 et 16 était de 14 kV. Le potentiel de l'électrode 15 était choisi de façon que la concentration était optimum pour un courant anodique d'une intensité d'environ 50/uA.
Les courbes a-a et a-b ont été relevées pour un potentiel de l'électrode de préoondensation de 350 V. Les courbes c-c et c-d ont été relevées po@r un potentiel de 1' électrode de préconcentration de 200 V. La différence entre les courbes a-a et a-b, respectivement c-c et e-d, réside dans un plus grand effet de
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la lentille principale.
En effet, on peut contrecarrer la déconcentration de modulation, c'est-à-dire l'agrandissement du spot sur l'écran qui varie s@@vant les courbes a-a, respectivement c-c, lorsque seule l'intensité du courant dans l'anode augmente, en utilisant une plus forte lentille prin- cipaleo On passe alors de la courbe a-a à la courbe a-d, et de la courbe c-c, à la courbe c-d. Les courbes a-b et c-d donnent donc les dimensions minima obtenables du spot.Il est évident qu'en pratique on ne désire pas procéder à un nouveau réglage de la lentille principale; en effet, il faudrait alors introduire de trop nombreuses possibilités de réglage dans le dispositif.On constate donc qu'une augmentation de l'intensité du courant provoque, dans chaque cas, un agrandissement du spot.
En effet, s'il n'en. était pas ainsi, les courbes a-b et c-d seraient des parallèles à l' axe des abscisses du graphique. La différence entre les courbes a-a et a-b respectivement c-c et c-d, constitue donc une mesure de la déconcentration de modulation.
Afin de montrer la relation entre le diamètre du spot et le potentiel de l'électrode de préconcentration, on a tracé sur la fig. 3, les courbes e-f et g-h pour un potentiel constant de 300 V de l'anode d' aspiration. Ce graphique donne, en abscisses, le potentiel de l'électrode de préconcentration exprimé en volts et en ordonnées, pour la courbe e-f, le diamètre du spot en millimètres, sans lentille principale active afin de donner une idée exacte de l'influence du potentiel de l'électrode de préconcentration. A cet effet, les électrodes 11, 15 et 16 sont interconnectées directement'et sont portées à un potentiel de 14 kV.
Il y a lieu de noter que les courbes de la fig. 3 sont valables pour une intensité de courant de 100 uA.La courbe g-h donne la grandeur du spot en dixièmes de millimètre, avec lentille principale active, c'est-à-dire pour un potentiel de l'électrode 15 tel que l'on obtienne- la concentration optimum. L' usager d'un tube choisit d'abord un potentiel déterminé de l'électrode de préconcentration, par exemple 650 V. De la courbe e-f, il déduit alors que la grandeur de la lentille principale non active est de 14 mm. De la courbe g-h il déouit que la grandeur; du spot, également concentré par la lentille principale, est 1,15 mm.
La fi go 2 prouve que, pour une intensité de courant de 100 uA, la grandeur de ce spot se trouve sur la courbe a-b, et qu'il y a donc lieu de s'attendre à une déconcentration de modulation suivant la courbe a-a. La déconcentration de déviation à prévoir peut êttre estimée à l'aide de la cpurbe e-f. En'effet, à mesure que le diamètre du spot sur l'écran collecteur est plus petit, le diamètre du faisceau à l'endroit du centre de déviation est également plus petit, et la déconcentration de déviation est donc aussi plus petite.
Lorsque la déconcen- tration de déviation est trop grande, il peut choisir sur la courbe e-f un plus petit diamètre de faisceau et trouve le potentiel de l'électrode de préconcentration nécessaire à cet effet et sur la courbe g-h, la grandeur correspondante du spot dans le cas où la lentille principale agit. La fige 2 lui permet alors de déterminer la déconcentration de modulation , prévoir. Dans cet exemple spécial, la déconcentration de modulation peut être déduite des courbes c-g et c-d. Il va de soi que les quelques courbes de la fig. 2 ne suffisent pas, mais pour la clarté du dessin, on n'a pas tracé sur cette figure le faisceau de courbes qui serait nécessaire pour une détermination rigoureuse.