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.