CH105604A - Heated cathode vacuum electric tube. - Google Patents

Heated cathode vacuum electric tube.

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CH105604A
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Yeoman Robinson Ernest
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Description

  

  Tube     électrique        à,    ride     à,    cathode chauffée.    La. présente invention se rapporte ù. un  tube électrique à vide, pouvant, par .exemple,  être établi sous forme (le valve     thermionique     à électrode (le     .commande,    de simple redres  seur de courant     tliermionique,    etc.  



  Dans les tubes électriques à vide, à ca  thode chauffée, celle-ci consiste usuellement  d'un fil ou filament<B>(le</B> matière appropriée  qui est     amené    l'in     -pandescence    par le passage  d'un courant électrique à travers lui. Une  cathode de ce genre est désavantageuse à       différent,,    points de vue. Par exemple, il est       nécessaire    d'employer un courant de chauf  fage puissant quand il y a des courants d'es  pace     importants    dans le tube à vide, parce  que les courants     d'espa.ce    s'ajoutent au cou  rant de chauffage, le long du filament, à  partir de son extrémité positive, ce qui donne  lieu à un chauffage non-uniforme de ce der  nier.

   Par conséquent, il est indiqué de veiller  à ce que le courant de chauffage soit plu  sieurs fois aussi puissant que les courants  d'espace afin de réduire autant que pos  sible le défaut d'uniformité du chauffage.  De plus, des filaments ou fils minces ne con  viennent pas pour l'usage clans des tubes à    vide où le voltage est élevé ou l'intervalle en  tre les électrodes faible en raison des diffi  cultés provenant du montage rigide de ces  filaments.

   Pour obvier à ces inconvé  nients, on a proposé de construire la  cathode -en une feuille de matière appropriée  chauffée par un     bombardement        therinio-          nique    à partir d'une cathode     filamen-          taire    auxiliaire     rendue    incandescente par  l'envoi d'un courant à travers elle. On a  aussi proposé d'établir la cathode en une  feuille divisant l'intérieur du tube, à joint  hermétique, en deux compartiments dont l'un  renferme l'anode, tandis que l'autre contient  des moyens pour chauffer la feuille par une  décharge gazeuse sur une de ses faces.  



  Or, clans le tube électrique à vide qui  l'ait l'objet de l'invention, la cathode émet  trice d'électrons est formée de plusieurs por  tions séparées dont une est disposée pour  être chauffée par bombardement électronique  à partir d'une autre portion de la cathode,  lorsqu'une différence de potentiel est établie  entre les portions de la cathode, ladite     cà--          t:hode    étant arrangée de manière telle que  toutes ses parties puissent être maintenues      sans autre à leur température de fonctionne  ment, après     amorcage    de ce fonctionnement.  



  La cathode peut être amenée à sa     tempé-          rature    de fonctionnement, à laquelle elle se  maintient alors automatiquement, par les  moyens les plus divers. Par exemple, une de  ses portions peut être chauffée     préliminaire-          ment    par l'envoi d'un courant à travers elle.  Dans ce cas, cette portion de cathode est de  préférence constituée de manière qu'elle     pr@@-          sente    une résistance considérable au courait  qui est employé pour l'amener     -i    la tempé  rature de fonctionnement à laquelle la ca  thode peut alors se maintenir automatique  ment.

   Elle peut, par     exemple,    être     formée     d'un filament enroulé. Ou bien, la. cathode  ou l'une de ses portions peut être chauffée  au début par un bombardement     thermionique     à partir d'un élément auxiliaire par rapport  auquel elle fonctionne comme anode, cet élé  ment     auxiliaire    pouvant être constitué par un  filament chauffé. Ou bien encore, la cathode  ou une portion de -cathode peut être chauffée  par radiation à partir d'un filament chauffé.

    S'il s'agit d'un tube à vide destiné à être con  tinuellement évacué pendant le fonctionne  ment par le     mo@#en    d'une pompe à vide, la  pression de gaz dans le tube peut être     aug-          inentée    et les électrodes peuvent, par suite,  être chauffées au début par une décharge ga  zeuse. Cette décharge peut avoir lieu entre  les portions de     la,    cathode ou entre la ca  thode ou une des ses portions et un autre  élément du tube, tel que, par exemple, l'a  node.  



  Les dispositions de la     cathode    peuvent  être telles que, lors du fonctionnement nor  mal du tube, le     chauffage    de ses portions ait  lieu soit par de la chaleur rayonnée par la  ou les autres portions de cathode, soit par  un bombardement     thermionique.    Par exem  ple, dans les cas où la. cathode est chauffée  par le moyen de courant alternatif, chaque  portion de cathode sera chauffée, d'une part,  par un bombardement     thermionique,    lors  qu'elle est positive par rapport à une autre  portion de la cathode, et, d'autre part, entre    temps, par clé la     chaleur        rayonnée    par une  portion de cathode adjacente.

   Dans le     cas     où une portion de cathode entoure une autre  portion de cathode et où<B>le</B>     chauffage    se fait  au moyen de courant continu,     la,    portion de  cathode extérieure sera chauffée par un bom  bardement     électronique    à. partir de la portion  de cathode     intérieure    et celle-ci sera chauffée  par     radiation    de chaleur à partir de la por  tion de     cathode        extérieure,    la température de  la cathode étant     ainsi    maintenue aux condi  tions de     fonctionnement.     



  Les portions (le la cathode seront, clé pré  férence, reliées à une     source    extérieure de  force électromotrice,     ott    bien la force     électro-          niotrice        dcviint.        @-    être appliquée pourra être  obtenue par effet d'induction, en les reliant  par exemple à un enroulement placé à l'inté  rieur du tube à vide; dans ce dernier cas,  le. courant de     chauffage    sera     dit    courant. alter  natif.  



  Il est.     avantageux    que la     décltarae    d'élec  trons entre les     portions        clé    la. cathode soit  bien confinée â l'espace e trouvant entre elle  et à. cet effet     oie        ])eut    employer des     boucliers          ott    écran;     limitateurs    ou bien des     moyens     peuvent être prévus pour réduire l'activité  en émission     d'électrons    - aux extrémités des  portions de la cathode.

   Le meilleur moyen  est toutefois de réduire la température aux       extrémités    des portions de la cathode, soit par  la. prévision, à     leurs    extrémité, d'une surface  clé radiation clé     chaleur    .suffisamment grande,  soit par réduction     du    courant     d'e,t;pace    ;le  chauffage y appliqué, soit par la combinai  son de' ces deux     méthodes.    Le courant d'es  pace de chauffage pourra être réduit par une  augmentation de l'intervalle entre les bords  de la cathode.

   L'augmentation de la surface  de radiation de chaleur     aux    bords des por  tions de la cathode pourra. être     re-alisée        d?     manière appropriée décrite plus loin. Lesdits  méthodes pour     vduire    la température aux  bords des     portions    de la     cathode    peuvent être  combinées, par     exemple,    en faisant les por  tions de la     cathode    plus minces à leurs bords  que dans leurs parties centrales, de     manière     que non seulement l'émission de chaleur soit      augmentée, par rapport à la quantité de cha  leur qui arrive auxdits bords par conduction,

    mais qu'aussi l'intervalle entre les portions  de cathode soit augmenté dans la région des  bords. Les bords des portions de l'électrode  pourraient d'ailleurs aussi être pourvus d'un  rebord renflé.  



  Le fonctionnement de la cathode est stable  si le courant d'espace de chauffage, passant  entre les portions de cathode, est limité par  la charge d'espace. Généralement, on fera  l'observation que la température de la ca  thode ne se maintiendra pas automatique  ment. si cette température est au-dessous  d'une certaine     température-limite,    en d'autres  mots, il existe dans la plupart des cas une  température minimum pour le fonctionnement  de la cathode.

   Cette température minimum  dépend de la matière dont la cathode est éta  blie, du rapport entre la surface     extérieure    de  'la cathode et l'aire que les portions de ca  thode se présentent mutuellement, et aussi  de la distance entre ces portions de cathode,  Lorsque l'intervalle entre ces dernières est  grand, la température minimum de fonction  nement est inférieure à .celle pour le cas     oii     ledit intervalle est faible.    On vient de dire qu'on obtient sans autre  des conditions de fonctionnement stables lors  que le courant d'espace de chauffage est li  inité par la charge d'espace entre les portions  de cathode et non par l'émission de courant  de celles-ci.

   Toutefois, on peut aussi disposer  la cathode de façon qu'elle ait un fonctionne  ment stable, clans certaines limites de tempé  rature, même quand le courant de chauffage  est limité par l'émission électronique des por  tions de cathode. Un fonctionnement stable  pourra     "être    obtenu, dans ce cas, par l'inser  tion d'une résistance suffisante en série avec  l'intervalle entre les partions de cathode de  manière que le courant de chauffage soit  obligé de passer par elle. Cette disposition  tend toutefois à provoquer un     surchauffage     local de la cathode, à moins que les portions  de celle-ci     n'aient    une section transversale  considérable.

      Le dessin ci-joint représente, à titre  d'exemple, plusieurs formes     d'exécution    de  l'objet de l'invention.  



  La     fig.    1 donne le schéma d'une première  forme d'exécution;  La     fig.    2 représente un schéma électrique  de circuits d'alimentation pour cette forme  d'exécution;  La     fig.    3 montre 1 a construction d'une  autre forme d'exécution;  Les     fig.    4 et 5 en     représentent    des va  riantes;  La     fig.    6 est une vue de détail;  Les     fig.    7, 8, 9 et 1() montrent d'autres  formes d'exécution;  Les     fig.    11, 12, et 13 sont des coupes de  détail;  La     fig.    14 montre le schéma d'une autre  forme d'exécution encore.  



  Dans la     fig.    1, qui représente une forme  d'exécution devant fonctionner comme tube  redresseur de courant, la cathode est désignée  par 1 et l'anode par 2, ces électrodes étant  contenues clans une enveloppe de matière ap  propriée dont une partie de la paroi peut  aussi constituer l'anode 2. La cathode 1 se  compose de deux portions 3 et 4 disposées à  proximité l'une de l'autre à une distance re  lativement faible l'une de l'autre. Les por  tions de cathode 3 et 4 sont supportées, res  pectivement, par     -des    tringles de support 5  et 6.

   En fonctionnement, une force électro  motrice alternative est appliquée aux por  tions de cathode 3 et 4 de telle manière qu'un  courant d'espace     thermionique    alternatif  passe en travers de l'intervalle entre les por  tions de cathode. De cette manière, chaque  portion de cathode sera chauffée, d'une part,  par bombardement     thermionique    et, d'autre  part, par radiation de chaleur à partir de la  portion de cathode adjacente.  



  La cathode 1 peut être amenée de diffé  rentes manières à la température de fonction  nement requise qui sera maintenue par l'ap  plication de la force électromotrice alter  native. Suivant la     fig.    1, on emploie un élé  ment ou cathode auxiliaire 7 formée par un  enroulement de fil et chauffée par un cou-      Tant électrique qui y est envoyé afin d'établir  un bombardement     thermionique    clé la cathode  1 par des électrons émis par la cathode auxi  liaire 7 qui est rendue négative par rapport  à la cathode principale.

   De cette façon, la  cathode principale est chauffée à. la tempé  rature à laquelle elle sera maintenue automa  tiquement par le     bombardement    électronique       de    ses     deux    portions 3 et 4 quand la force  électromotrice     alternative    y est appliquée.

         Lorsque    cette température a été établie et se  maintient ainsi, la cathode     auxiliaire    7 peut  être     rendue        inopérative,    cette opération pou  vant être réalisée     automatiquement    par     les     moyens représentés à     la.        fig.        \?.    Si on le dé  sire, le courant d'espace de chauffage     peu[     être empêché de passer à.

   l'anode par le fait  que les bords des portions de la cathode sont       s'tablis    en vue d'une réduction de l'activité  en émission électronique, comme on v a le     d3_-          crire    plus loin pour la variante où une por  tion de la cathode entoure l'autre.  



  En se référant à la fil-. 2,     pendant    'le fonc  tionnement normal du tube, le courant de.  chauffage est fourni aux     tringles    5 et G     par     l'intermédiaire d'un transformateur S. Pen  dant le chauffage initial de la. cathode 1 au  moyen de la cathode auxiliaire 7, celle-ci     est     alimentée de courant par un transformateur 9  et est rendue négative par rapport à la. ca  thode principale 1. ou à l'une des portions de  celle-ci, au moyen d'une batterie à.

   potentiel       approprié        1i1.    Le courant de chauffage est  obligé de passer par la bobine de commande  11 d'un commutateur 12 disposé de manière  due quand le courant de chauffage pour la       cathode    principale traverse ladite bobine de  commande, le circuit de la, cathode     auxiliaire    7  se     trouve    interrompu. Afin d'activer le chauf  fage de la cathode principale, celle-ci est éta  blie de manière qu'aux phases initiales, un  voltage bien plus élevé soit appliqué aux por  tions de     cathode    que pendant le fonctionne  ment normal.

   A cet effet, l'enroulement se  condaire du     transformateur    8 est pourvu clé  prises de courant 13 à l'aide desquelles un  voltage plus bas peut être obtenu     qu'a    partir  des bornes 14 du transformateur. Le commu-         tateur    12 est     pourvu    de plots de contact à  voltages plein et réduit disposés de manière  que     pendant    le chauffage initial, le vol  tage plein .soit appliqué     aux    portion  de cathode 3 et 4 à     travers    des bo  bines     d'induction    15 qui sont     construites     de telle façon que quand le courant de chauf  fage normal y passe,

   la chute de potentiel  réactive y induite soit égale à     l'excèa    du vol.       tage    entre les bornes 14 au-dessus de celui en  tre les prises de courant 13. A la mise en  marche, le commutateur 12 occupe la posi  tion inférieure représentée dans laquelle la  cathode auxiliaire 7 est reliée au transforma  teur 9 et dans laquelle la cathode principale 1  est reliée aux bornes à plein voltage 14     dit     transformateur 8.

   Lorsque le courant de  chauffage atteint sa     valeur    requise, le com  mutateur 12 est actionné de façon à prendre  sa position supérieure et à     disconnecter        la,    ca  thode     auxiliaire    7 du transformateur 9, tan  dis que les portions de cathode principale  et 4 seront reliées aux prises de courant à po  tentiel réduit 13 du     transformateur    8.  



  En se référant<B>ii</B> la construction de la  fil-. 3, l'anode ? comprend un cylindre     ouvert     aux extrémités, tandis que la cathode 1 com  prend deux     demi-cylindres    3 et 4 de     secti,rn     semi-circulaire. montés avec leur face plane  à proximité l'un de l'autre et     portés    par les  tringles de support 5 et     G.    Une grille en  forme d'enroulement     Hélicoïdal    17 est suppor  tée par une     tringle    18, mais bien entendu  pour des buts clé redressement de courant,  cette grille peut être supprimée.

   Les portions  de cathode 3 et 4 peuvent être alimentées de  courant alternatif pour maintenir la tempé  rature de fonctionnement et elles     peuvent     être chauffées au début au moyen de la ca  thode auxiliaire 7 comme décrit plus haut.  



  Dans la forme d'exécution de la     fit;.    4,  l'anode 2 est     cylindrique    comme précédem  ment et la cathode comprend trois segments  de cylindre 19, 20 et 21 montés par dés trin  gles de support 22 sur des plaques isolantes  23 de façon à se trouver à proximité immé  diate les uns des autres par leurs faces  planes. Un courant alternatif triphasé est      amené aux portions de cathode 19, 20 et 21  au moyen de l'enroulement secondaire 24 d'un  transformateur.     Dans    ce cas, le courant de  chauffage passe en travers de tous les inter  valles-entre les portions de cathode qui sont  ainsi maintenues à la température de fonc  tionnement.

   La cathode 1 peut être chauffée  au début à l'aide d'une cathode auxiliaire  comme décrit plus haut ou bien la grille 25,  formée d'un enroulement de fil à bornes 26,  peut être chauffée par le passage d'un cou  rant électrique envoyé par elle de façon à  l'utiliser comme cathode auxiliaire, ou elle  peut être utilisée comme élément chauffant  la cathode par radiation.  



  Dans la variante de la     fig.    5, la cathode  comprend deux enroulements hélicoïdaux 27,  28 montés de façon que leurs spires alternent  et s'engagent entre elles, celles d'un enroule  ment entre celles de l'autre, sans se toucher,  de façon qu'il y a un intervalle entre les por  tions de cathode. Ces dernières sont alimen  tées d'un courant alternatif afin d'être main  tenues à la température de fonctionnement  voulue.

   Pour     amener    la cathode au début à la  température de fonctionnement, un courant  peut être envoyé à travers l'un des     enroule-          rn.ents,    par exemple celui 28, qui est pourvu  d'une borne 29 à chaque     extrémité;    l'en  roulement 27 est pourvu d'une borne 30 à une  extrémité,     tandis    que son autre extrémité est  ancrée en- 31. De préférence, les spires des  enroulements 27, 28 out une section transver  sale de forme     rectangulaire,    comme représen  tée en     fig.    6.  



  Dans la forme d'exécution de la     fig.    7, la  cathode 1 comprend deux cylindres coaxiaux  3 e1: 4 dont l'intérieur 4 entoure un filament  auxiliaire de chauffage 7 en forme d'hélice  supporté par la tige axiale 32, 33. En fonc  tionnement, le cylindre 3 ou portion de ca  thode extérieure est rendue positive par rap  port à la portion de cathode intérieure 3 de  sorte qu'un courant d'espace     thermionique     passe de la portion intérieure à la portion  extérieure.

   A titre de variante, un potentiel  alternatif peut être appliqué entre les por  tions de .cathode 3 et 4 et dans quelques cas    le courant alternatif peut avoir une forme  d'onde asymétrique de sorte que plus d'élec  trons passent de la portion de cathode inté  rieure à la portion de cathode extérieure que  de la portion de cathode extérieure à la por  tion de cathode intérieure. La forme d'onde  asymétrique peut être obtenue par superposi  tion d'une force électromotrice constante à la  force électromotrice alternative. Le chauf  fage initial de la cathode peut être réalisé  soit par radiation, soit par bombardement  électronique depuis la cathode auxiliaire 7.  



  Dans le tube à vide de la     fig.    7, on sup  pose que, le vide n'étant pas très poussé,  l'ionisation dans la décharge entre les por  tions de cathode 3 et 4 et entre la cathode et  l'anode doive être réduite; à cet effet, dans  cette forme d'exécution, on a donné de faibles  valeurs aux intervalles entre les deux por  tions de cathode 3 et 4 et entre la portion ex  térieure 3 de la cathode et l'anode. Des  écrans ou boucliers 34 et 35 sont prévus pour  confiner la décharge aux espaces entre     kec-          trodes.     



  Dans la forme .d'exécution de la     fig..    8,  la cathode comprend une portion cylindrique  3 et une portion en filament enroulé en hé  lice 4, placée à l'intérieur de la première et  dont les spires sont assez rapprochées les unes  des autres. Le filament 4 est pourvu d'une  borne 32 et est supporté par une tige axiale  33 formant l'autre     borne..    En fonctionnement,  il est rendu négatif par rapport à la portion  cylindrique 3; la cathode est amenée à la  température de fonctionnement par l'envoi  d'un courant électrique à travers     le    filament  4. Ce courant de chauffage initial n'est pas  envoyé à travers le filament pendant le fonc  tionnement normal -du tube.

   Dans ce cas  aussi, les intervalles entre électrodes sont  choisis petits et la décharge est     confinée    à  l'espace entre électrodes. Cet effet est ici ob  tenu en réduisant l'activité en émission d'élec  trons aux bords des portions de cathode. Ceci  s'obtient pour la portion de     cathode    exté  rieure 3 en la rendant plus longue que la  portion de cathode     intérieure    4, de sorte que  ses     bords"sont    chauffés à un degré moindre.

        La portion de cathode     intérieure        .1    est sup  portée par les éléments     3-2,    33 de telle ma  nière que ses     extrémités    soient suffisamment  froides pour ne pas donner lieu à l'établisse  ment d'une émission     électronique    appréciable  depuis     ces    parties.  



       Daus    l'exemple de la     fig.    9, la cathode  comprend un     cylindre   <B>36</B> entourant une tige  7 en matière réfractaire, telle que du       tungstène.    Pendant le fonctionnement,     une     différence de potentiel est appliquée entre ces       portions    36,     ;î7    de la cathode.

   Cette dernière  peut être amenée à la température de fonc  tionnement à. laquelle elle est maintenue auto  matiquement, par l'envoi d'un courant élec  trique à     travers.    des bornes de support<B>38, 39</B>  se trouvant en connexion électrique avec la  portion de cathode intérieure 37.     Celle-ci    est  pourvue à. chaque extrémité, d'une tête en  molybdène 40 reliée par de petites     tringlettes     41 aux borne; de     support    38, 39, ces     trin-let-          tes    étant     court-circuitées    au moyen de con  ducteurs de cuivre 49. Une brille en forme       d'hélice    17 entoure la portion (le cathode ex  térieure 36.  



  Dans le     tube-redresseur    de courant de la       fig.    10, l'anode 2 et les deux portions 3, 4 (le  la cathode 1 sont formées de cylindres co  axiaux à faible intervalle entre eux. La     ca-          tliade    est amenée à la température de fonc  tionnement et maintenue à celle-ci comme  décrit en regard de     la,        fig.    7.

   Les décharges  entre les électrodes sont confinées à leurs     es-          haces    entre     électrodes    respectifs par réduction  de l'activité en émission électronique aux       bords    de la     cathode.    Ceci est réalisé dans cet  exemple par     mie    augmentation de la largeur       d(-    l'intervalle aux bords ou     extrémités    des  deux     portions    de cathode 3, 4 comme indiqué  en 43,

   cette     augmentation    de l'intervalle       ayant    pour effet que les extrémités de la por  tion de cathode extérieure 3 seront chauffées  moins fortement. Au besoin, les extrémités  de la cathode peuvent être refroidies en les  reliant à un corps     abducteur    de chaleur ou  en y prévoyant une brande surface de radia  tion de chaleur.    Les fis. 11,     1\i    et 13 représentent plu  sieurs variantes des moyens prévus pour as  surer que les extrémités de la cathode restent  à une température à laquelle il n'y a pas d'é  mission d'électrons depuis ces parties.

   En       fig.    11, la portion intérieure     :1    de la, cathode  est prolongée el. effilée     un    45 au delà des ex  trémités de la. portion de cathode extérieure  3, cet effilement commençant déjà à l'inté  rieur de cette dernière de façon à augmenter  la largeur de     l'intervalle    actif et à y réduire  le courant d'espace de     chauffage    amené aux  extrémités de la portion de cathode extérieure,  tandis que la. portion de cathode intérieure  est refroidie en vertu de sa plus brande sur  face de radiation.

   En     fig.    1?, la portion de       cathode    intérieure 4 est pourvue d'une     gorge     annulaire 46 près de ses extrémités. De cette  façon, en raison de     l'augmentation    de l'inter  valle due aux     gorges    46, les extrémités des  deux portions de cathode peuvent être ren  dues suffisamment     froides    pour y empêcher  l'émission d'électrons. D'après la fis. 13, les  extrémités des deux portions de cathode sont  effilées en 47 de façon à. y augmenter la. lar  geur de l'intervalle et à réduire ou empêcher  par suite le     passage.    du courant de chauffage  entre elles.

   On comprend qu'en réduisant     1:i     température aux     extrémités    de la cathode, la  décharge entre les portion; de     cathode    sera  empêchée de passer à la.     décharge    principale  et que dan; le     cïts        oii    l'intervalle entre la,  portion de     c#athodu    extérieure et l'anode est  de faible valeur, le courant d'espace dans le  tube sera confiné à cet espace entre     élei=-          trodes.     



  Dans la     forme    d'exécution de la     fib.        l-1.     la. cathode comprend trois     feuillu    plane, à  savoir les deux feuilles 48, 49 situées dans  des plans parallèles à proximité l'une de l'au  tre et la     troisième    feuille, 50, entre et paral  lèle aux feuilles     -18,    49.     L'anode    n'est pas  représentée pour plus de commodité du des  sin. En     fonctionnement,    les feuilles exté  rieures 48, 49 sont rendues positives par rap  port à la feuille intérieure 50.

   Afin de chauf  fer au début la cathode, il y a une cathode  auxiliaire 51 formée d'une paire de fila-      monts en forme d'épingle à cheveux ou en  V, disposés le long et à proximité de bords  opposés des feuilles 48, 49 et 50. Les feuilles  de la cathode principale peuvent être ainsi  chauffées par bombardement électronique à  partir ode la cathode auxiliaire 51. Dans une  variante, la cathode peut comprendre quatre  feuilles, à savoir deux feuilles extérieures qui  seront maintenues à un potentiel différent de  celui des deux feuilles intérieures pendant le       fonctionnement    normal et la cathode auxi  liaire servant au chauffage initial de la ca  thode principale sera disposée entre les deux  feuilles intérieures.

   Le filament constituant  cette cathode auxiliaire peut être disposé de  manière telle qu'il puisse, pendant le fonc  tionnement normal -du tube, agir comme  écran pour confiner la décharge entre les por  tions de cathode à l'espace entre celles-ci.



  Electric tube to, wrinkle to, heated cathode. The present invention relates to. an electric vacuum tube, which can, for example, be established in the form (the thermionic electrode valve (the .control, a simple tliermionic current rectifier, etc.



  In electric vacuum tubes, with heated AC thode, this usually consists of a wire or filament <B> (the appropriate </B> material which is made in -pandescence by the passage of an electric current through it. Such a cathode is disadvantageous from different points of view. For example, it is necessary to employ a strong heating current when there are large space currents in the vacuum tube. , because the space currents add to the heating current, along the filament, from its positive end, resulting in non-uniform heating of the latter.

   Therefore, it is advisable to ensure that the heating current is several times as powerful as the space currents in order to reduce as much as possible the heating defect. In addition, thin filaments or threads are not suitable for use in vacuum tubes where the voltage is high or the gap between the electrodes low due to the difficulties arising from the rigid mounting of such filaments.

   To overcome these drawbacks, it has been proposed to construct the cathode of a sheet of suitable material heated by therinion bombardment from an auxiliary filamentary cathode made incandescent by sending a current through it. she. It has also been proposed to establish the cathode in a sheet dividing the inside of the tube, with a hermetic seal, into two compartments, one of which contains the anode, while the other contains means for heating the sheet by a discharge. sparkling on one of its faces.



  Now, in the electric vacuum tube which is the subject of the invention, the electron-emitting cathode is formed of several separate portions, one of which is arranged to be heated by electron bombardment from another. portion of the cathode, when a potential difference is established between the portions of the cathode, said side: hode being arranged in such a way that all its parts can be maintained without further at their operating temperature, after initiation of this operation.



  The cathode can be brought to its operating temperature, at which it is then maintained automatically, by the most diverse means. For example, one of its portions can be heated first by sending a current through it. In this case, this cathode portion is preferably constructed so that it exhibits considerable resistance to the current which is employed to bring it to the operating temperature at which the cathode can then be maintained. automatically.

   It can, for example, be formed from a wound filament. Or, the. cathode or one of its portions may be heated at the start by thermionic bombardment from an auxiliary element with respect to which it functions as an anode, this auxiliary element being able to consist of a heated filament. Alternatively, the cathode or a portion of the cathode can be heated by radiation from a heated filament.

    If it is a vacuum tube intended to be continuously evacuated during operation by the mo @ # en of a vacuum pump, the gas pressure in the tube can be increased and the electrodes can, therefore, be heated at first by a gas discharge. This discharge can take place between the portions of the cathode or between the cathode or one of its portions and another element of the tube, such as, for example, the node.



  The arrangements of the cathode may be such that, during normal operation of the tube, the heating of its portions takes place either by heat radiated by the other portion or portions of the cathode, or by thermionic bombardment. For example, in cases where the. cathode is heated by the means of alternating current, each cathode portion will be heated, on the one hand, by thermionic bombardment, when it is positive with respect to another portion of the cathode, and, on the other hand, meanwhile, by key the heat radiated by an adjacent cathode portion.

   In the event that a cathode portion surrounds another cathode portion and where <B> the </B> heating is by means of direct current, the outer cathode portion will be heated by an electronic shield. from the inner cathode portion and this will be heated by radiation of heat from the outer cathode portion, thereby maintaining the temperature of the cathode at operating conditions.



  The portions (the cathode will be, key preferably, connected to an external source of electromotive force, ot well the electro- niotive force dcviint. @ - to be applied can be obtained by induction effect, by connecting them for example to a winding placed inside the vacuum tube, in the latter case the heating current will be said to be the native alternating current.



  It is. advantageous that the decltarae of elec trons between the key portions la. cathode is well confined to the space between it and. this goose effect]) could use ott screen shields; limiters or else means can be provided to reduce the electron emission activity - at the ends of the portions of the cathode.

   The best way, however, is to reduce the temperature at the ends of the portions of the cathode, either by. providing, at their extremities, of a sufficiently large key radiation key surface area, either by reduction of the e, t; pace current; the heating applied thereto, or by the combination of these two methods. The heating space current can be reduced by increasing the gap between the edges of the cathode.

   The increase in the heat radiation area at the edges of the portions of the cathode may. to be re-realized of? appropriately described later. Said methods for reducing the temperature at the edges of the portions of the cathode can be combined, for example, by making the portions of the cathode thinner at their edges than in their central portions, so that not only the heat emission is increased, compared to the quantity of heat which arrives at said edges by conduction,

    but that also the interval between the cathode portions be increased in the region of the edges. The edges of the portions of the electrode could moreover also be provided with a bulging rim.



  The operation of the cathode is stable if the heating space current, passing between the cathode portions, is limited by the space charge. Generally, it will be observed that the temperature of the electrode will not be maintained automatically. if this temperature is below a certain limit temperature, in other words, there is in most cases a minimum temperature for the operation of the cathode.

   This minimum temperature depends on the material from which the cathode is established, on the ratio between the outer surface of the cathode and the area that the portions of cathode present to each other, and also on the distance between these portions of cathode. the interval between the latter is large, the minimum operating temperature is lower than that for the case where said interval is small. We have just said that, without further, stable operating conditions are obtained when the heating space current is bounded by the space charge between the cathode portions and not by the emission of current from them. .

   However, the cathode can also be arranged so that it has stable operation, within certain temperature limits, even when the heating current is limited by the electronic emission from the portions of the cathode. Stable operation can be obtained, in this case, by the insertion of a sufficient resistance in series with the gap between the cathode parts so that the heating current is forced to pass through it. however, to cause local overheating of the cathode, unless the portions thereof have a considerable cross section.

      The accompanying drawing represents, by way of example, several embodiments of the object of the invention.



  Fig. 1 gives the diagram of a first embodiment; Fig. 2 represents an electrical diagram of the supply circuits for this embodiment; Fig. 3 shows the construction of another embodiment; Figs. 4 and 5 represent variants thereof; Fig. 6 is a detail view; Figs. 7, 8, 9 and 1 () show other embodiments; Figs. 11, 12, and 13 are detail sections; Fig. 14 shows the diagram of yet another embodiment.



  In fig. 1, which represents an embodiment which must function as a current rectifier tube, the cathode is designated by 1 and the anode by 2, these electrodes being contained in an envelope of suitable material, part of the wall of which may also constitute the anode 2. The cathode 1 consists of two portions 3 and 4 arranged close to each other at a relatively small distance from each other. The cathode portions 3 and 4 are supported, respectively, by support rods 5 and 6.

   In operation, an alternating electromotive force is applied to the cathode portions 3 and 4 such that an alternating thermionic space current passes through the gap between the cathode portions. In this way, each cathode portion will be heated, on the one hand, by thermionic bombardment and, on the other hand, by heat radiation from the adjacent cathode portion.



  The cathode 1 can be brought in different ways to the required operating temperature which will be maintained by the application of the alternating electromotive force. According to fig. 1, an auxiliary element or cathode 7 is used formed by a winding of wire and heated by an electric current which is sent therein in order to establish a key thermionic bombardment of the cathode 1 by electrons emitted by the auxiliary cathode 7 which is made negative with respect to the main cathode.

   In this way, the main cathode is heated to. the temperature at which it will be maintained automatically by the electronic bombardment of its two portions 3 and 4 when the alternating electromotive force is applied thereto.

         When this temperature has been established and is thus maintained, the auxiliary cathode 7 can be rendered inoperative, this operation being able to be carried out automatically by the means shown in. fig. \ ?. If desired, the heating space current can be prevented from passing to.

   the anode by the fact that the edges of the portions of the cathode are established with a view to reducing the activity in electron emission, as will be described below for the variant where a portion of the cathode surrounds the other.



  Referring to the thread-. 2, during 'normal operation of the tube, the current of. heating is supplied to the rods 5 and G by means of a transformer S. Pen dant the initial heating of the. cathode 1 by means of the auxiliary cathode 7, the latter is supplied with current by a transformer 9 and is made negative with respect to the. ca main method 1. or to one of the portions thereof, by means of a battery.

   suitable potential 1i1. The heating current is forced to pass through the control coil 11 of a properly disposed switch 12 when the heating current for the main cathode passes through said control coil, the circuit of the auxiliary cathode 7 is interrupted. In order to activate the heating of the main cathode, the latter is established so that at the initial stages a much higher voltage is applied to the portions of the cathode than during normal operation.

   For this purpose, the winding of the transformer 8 is provided with sockets 13 with the help of which a lower voltage can be obtained than from the terminals 14 of the transformer. Switch 12 is provided with full and reduced voltage contact pads so arranged that during initial heating, full vol tage is applied to cathode portions 3 and 4 through induction coils 15 which are constructed in such a way that when the normal heating current passes through it,

   the drop in reactive potential induced therein is equal to the excess of the flight. floor between the terminals 14 above that between the sockets 13. On switching on, the switch 12 occupies the lower position shown in which the auxiliary cathode 7 is connected to the transformer 9 and in which the cathode main 1 is connected to the full voltage terminals 14 called transformer 8.

   When the heating current reaches its required value, the switch 12 is actuated so as to take its upper position and to disconnect the auxiliary ca thode 7 from the transformer 9, so that the main cathode portions and 4 will be connected to the taps. reduced potential current 13 of transformer 8.



  Referring to <B> ii </B> the construction of the wire-. 3, the anode? comprises a cylinder open at the ends, while the cathode 1 com takes two half-cylinders 3 and 4 of semi-circular secti, rn. mounted with their flat face close to each other and carried by the support rods 5 and G. A grid in the form of a Helical winding 17 is supported by a rod 18, but of course for key recovery purposes current, this grid can be omitted.

   The cathode portions 3 and 4 can be supplied with alternating current to maintain the operating temperature and they can be heated initially by means of the auxiliary cathode 7 as described above.



  In the form of execution of the fit ;. 4, the anode 2 is cylindrical as before and the cathode comprises three cylinder segments 19, 20 and 21 mounted by support rods 22 on insulating plates 23 so as to be in immediate proximity to each other by their flat faces. Three-phase alternating current is supplied to the cathode portions 19, 20 and 21 by means of the secondary winding 24 of a transformer. In this case, the heating current passes through all the gaps between the cathode portions which are thus maintained at the operating temperature.

   The cathode 1 can be heated at the start using an auxiliary cathode as described above or the grid 25, formed by a winding of terminal wire 26, can be heated by the passage of an electric current. sent by it so as to use it as an auxiliary cathode, or it can be used as heating element of the cathode by radiation.



  In the variant of FIG. 5, the cathode comprises two helical windings 27, 28 mounted so that their turns alternate and engage with each other, those of one winding between those of the other, without touching, so that there is a interval between cathode portions. These are supplied with an alternating current in order to be kept at the desired operating temperature.

   To bring the cathode initially to operating temperature, a current can be passed through one of the windings, eg 28, which is provided with a terminal 29 at each end; the bearing 27 is provided with a terminal 30 at one end, while its other end is anchored at 31. Preferably, the turns of the windings 27, 28 have a rectangular cross section, as shown in fig. 6.



  In the embodiment of FIG. 7, the cathode 1 comprises two coaxial cylinders 3 e1: 4, the interior of which 4 surrounds an auxiliary heating filament 7 in the form of a helix supported by the axial rod 32, 33. In operation, the cylinder 3 or portion thereof The outer cathode is made positive with respect to the inner cathode portion 3 so that a current of thermionic space passes from the inner portion to the outer portion.

   As an alternative, an alternating potential can be applied between the cathode portions 3 and 4 and in some cases the alternating current may have an asymmetric waveform so that more electrons pass from the cathode portion. interior to the outer cathode portion than the outer cathode portion to the inner cathode portion. The asymmetric waveform can be obtained by superimposing a constant electromotive force on the alternating electromotive force. The initial heating of the cathode can be carried out either by radiation or by electron bombardment from the auxiliary cathode 7.



  In the vacuum tube of fig. 7, it is assumed that, the vacuum not being very high, the ionization in the discharge between the cathode portions 3 and 4 and between the cathode and the anode must be reduced; for this purpose, in this embodiment, low values have been given to the intervals between the two portions of cathode 3 and 4 and between the outer portion 3 of the cathode and the anode. Screens or shields 34 and 35 are provided to confine the discharge to the spaces between kectrodes.



  In the embodiment of FIG. 8, the cathode comprises a cylindrical portion 3 and a portion of filament wound in a helix 4, placed inside the first and the turns of which are fairly close together. other. The filament 4 is provided with a terminal 32 and is supported by an axial rod 33 forming the other terminal. In operation, it is made negative with respect to the cylindrical portion 3; the cathode is brought to operating temperature by sending an electric current through the filament 4. This initial heating current is not sent through the filament during normal operation of the tube.

   In this case too, the intervals between electrodes are chosen to be small and the discharge is confined to the space between electrodes. This effect is obtained here by reducing the electron emission activity at the edges of the cathode portions. This is achieved for the outer cathode portion 3 by making it longer than the inner cathode portion 4, so that its edges are heated to a lesser degree.

        The inner cathode portion .1 is supported by the elements 3-2, 33 such that its ends are cold enough not to give rise to the establishment of appreciable electronic emission from these parts.



       In the example of fig. 9, the cathode comprises a cylinder <B> 36 </B> surrounding a rod 7 of refractory material, such as tungsten. During operation, a potential difference is applied between these portions 36, 17 of the cathode.

   The latter can be brought to the operating temperature at. which it is maintained automatically, by sending an electric current through it. support terminals <B> 38, 39 </B> being in electrical connection with the inner cathode portion 37. This is provided with. each end, of a molybdenum head 40 connected by small rods 41 to the terminal; support 38, 39, these tri-letters being short-circuited by means of copper conductors 49. A helix-shaped glow 17 surrounds the portion (the outer cathode 36.



  In the current rectifier tube of fig. 10, the anode 2 and the two portions 3, 4 (the cathode 1 are formed of coaxial cylinders with small spacing between them. The calad is brought to the operating temperature and maintained therein as described. next to the, fig. 7.

   The discharges between the electrodes are confined to their centers between the respective electrodes by reduction of the electron emission activity at the edges of the cathode. This is achieved in this example by increasing the width d (- the gap at the edges or ends of the two cathode portions 3, 4 as indicated at 43,

   this increase in the interval having the effect that the ends of the outer cathode portion 3 will be heated less strongly. If desired, the ends of the cathode can be cooled by connecting them to a heat abductor body or by providing a heat radiating surface therein. The fis. 11, 11 and 13 show several variants of the means provided for ensuring that the ends of the cathode remain at a temperature at which there is no emission of electrons from these parts.

   In fig. 11, the inner portion: 1 of the cathode is extended el. tapered a 45 beyond the ends of the. outer cathode portion 3, this taper already starting inside the latter so as to increase the width of the active gap and to reduce therein the heating space current supplied to the ends of the outer cathode portion, while the. inner cathode portion is cooled by virtue of its brighter radiation face.

   In fig. 1, the inner cathode portion 4 is provided with an annular groove 46 near its ends. In this way, due to the increase in the gap due to the grooves 46, the ends of the two cathode portions can be made cold enough to prevent the emission of electrons therein. According to the fis. 13, the ends of the two cathode portions are tapered at 47 so as to. increase there. the width of the gap and consequently reduce or prevent the passage. of the heating current between them.

   It is understood that by reducing 1: i temperature at the ends of the cathode, the discharge between the portions; cathode will be prevented from passing to the. main discharge and that dan; the side where the interval between the outer portion of the cathode and the anode is small, the space current in the tube will be confined to this space between elei = - trodes.



  In the embodiment of fib. l-1. the. cathode comprises three planar hardwoods, namely the two sheets 48, 49 located in parallel planes near one of the other and the third sheet, 50, between and parallel to the sheets -18, 49. The anode is not shown for the convenience of the drawings. In operation, the outer sheets 48, 49 are made positive relative to the inner sheet 50.

   In order to heat the cathode at the start, there is an auxiliary cathode 51 formed of a pair of hairpin or V-shaped filaments arranged along and near opposite edges of the sheets 48, 49. and 50. The sheets of the main cathode can thus be heated by electron bombardment from the auxiliary cathode 51. Alternatively, the cathode can comprise four sheets, namely two outer sheets which will be maintained at a different potential than that of the other. two inner sheets during normal operation and the auxiliary cathode for the initial heating of the main cathode will be disposed between the two inner sheets.

   The filament constituting this auxiliary cathode can be arranged in such a way that it can, during normal operation of the tube, act as a screen to confine the discharge between the portions of the cathode in the space between them.

 

Claims (1)

REVENDICATION Tube électrique à vide, comportant une cathode émettrice d'électrons formée de plu sieurs portions séparées dont une est disposée pour être chauffée par bombardement élec tronique à partir d'une autre portion de la cathode, lorsqu'une différence,de potentiel est établie entre les portions de la cathode, ladite cathode étant arrangée de manière que toutes ses parties puissent être maintenues sans autre à leur température de fonctionnement, après amorçage de ce fonctionnement. CLAIM Electric vacuum tube, comprising an electron-emitting cathode formed of several separate portions, one of which is arranged to be heated by electronic bombardment from another portion of the cathode, when a potential difference is established between the portions of the cathode, said cathode being arranged so that all its parts can be maintained without other at their operating temperature, after initiation of this operation. SOUS-REVENDICATIONS 1 Tube électrique à vide suivant la revendi cation, caractérisé par un élément auxi liaire de chauffage disposé de façon à pouvoir amener au moins l'une des por tions de la cathode principale à la tempé rature, à laquelle elle sera ensuite main tenue par l'application de la force électro motrice précitée. 2 Tube électrique à vide suivant la revendi cation et la sous-revendication 1, caracté risé en ce que l'élément auxiliaire de chauf fage est formé par un conducteur parcouru par un courant et agissant par rayonne ment, pendant la période d'amorçage. SUB-CLAIMS 1 Electric vacuum tube according to claim, characterized by an auxiliary heating element arranged so as to be able to bring at least one of the portions of the main cathode to the temperature, at which it will then be main held by the application of the aforementioned electro-motive force. 2 An electric vacuum tube according to revendi cation and sub-claim 1, characterized in that the auxiliary heating element is formed by a conductor carrying a current and acting by radiation, during the ignition period. 3 Tube électrique à vide suivant la- revendi cation et la sous-revenidication 1, caracté risé en ce que l'élément auxiliaire de chauf fage est formé par un filament émetteur d'électrons, agissant comme cathode pen dant la période d'amorçage. 4 Tube électrique à vide suivant la revendi cation, caractérisé par des moyens pour em pêcher le courant d'espace de chauffage de passer à l'anode. 5 Tube électrique à vide suivant la revendi cation et la sous-revendication 4, caracté risé en ce que le courant d'espace de chauf fage est empêché de passer à l'anode par le fait que les extrémités des portions de la cathode sont établies de manière que leur émission électronique est réduite. 3 Electric vacuum tube according to claim and subclaim 1, characterized in that the auxiliary heating element is formed by an electron emitting filament, acting as a cathode during the ignition period. 4 Electric vacuum tube according to revendi cation, characterized by means for preventing the heating space current from passing to the anode. 5 An electric vacuum tube according to claim and sub-claim 4, characterized in that the heating space current is prevented from passing to the anode by the fact that the ends of the portions of the cathode are established. so that their electronic emission is reduced. G Tube électrique à vide suivant la revendi cation et les sous-revendications 4 et 5, ca ractérisé en ce que les extrémités des por tions de la cathode sont établies de façon à déterminer une augmentation de l'intervalle entre elles afin d'y réduire le courant d'es pace de chauffage. G Electric vacuum tube according to claim and sub-claims 4 and 5, characterized in that the ends of the portions of the cathode are set so as to determine an increase in the gap between them in order to reduce therein the heating space current. 7 Tube électrique à vide suivant la revendi- ,cation et la sous-revendication 4, caracté risé en ce que les moyens cités à la sous- revendication 4 sont formés par des écrans établis de manière à empêcher le courant d'espace de chauffage de passer à l'anode: 7. Electric vacuum tube according to claim, claim and sub-claim 4, characterized in that the means mentioned in sub-claim 4 are formed by screens established so as to prevent the heating space current from switch to the anode: 8 Tube électrique à vide suivant la revendi cation, caractérisé en ce que les portions de la cathode sont de forme semblable et dis posées symétriquement par rapport à l'axe du tube, la cathode étant maintenue à sa température de fonctionnement par bom bardement électronique provoqué par des différences de potentiel alternatives éta blies entre lesdites portions. 8 Electric vacuum tube according to revendi cation, characterized in that the portions of the cathode are of similar shape and arranged symmetrically with respect to the axis of the tube, the cathode being maintained at its operating temperature by electron bombardment caused by alternative potential differences established between said portions.
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