Oscillograpbe à rayons cathodiques. La présente invention a pour objet un os cillographe à rayons cathodiques.
On a déjà utilisé divers montages des élec trodes pour oscillographes cathodiques de té lévision en vue de résoudre les problèmes pra tiques suivants: a) obtenir une grande luminosité de l'é cran fluorescent; b) rendre petit et d'un diamètre constant le point bombardé par les rayons catho diques sur l'écran fluorescent; c) obtenir une grande sensibilité de dévia tion proportionnelle aux forces électriques du champ de déviation; d) moduler l'intensité des rayons cathodi ques sans influencer le diamètre du point lu minescent sur l'écran fluorescent; e) obtenir une grande solidité mécanique des électrodes pour que le fonctionnement des électrodes reste invariable après leur montage définitif à l'intérieur du tube cathodique.
On a déjà décrit un dispositif électro- optique utilisant des électrodes percées et pla cées l'une après l'autre sur la trajectoire des rayons cathodiques. Ce dispositif permet d'obtenir une grande luminosité de l'écran fluorescent et de rendre petit le point lumi neux dans les oscillographes cathodiques à vide poussé ou à gaz résiduels.
Les changements du diamètre du spot fluorescent constituent cependant un inconvé- nient, si l'on modifie l'intensité des rayons cathodiques. Pour éviter ces défauts, on peut placer sur la trajectoire des rayons cathodi ques, des diaphragmes appropriés afin que l'image d'un diaphragme soit projetée sur l'é crin fluorescent. Ce procédé permet d'obtenir théoriquement une image invariable. Mais la pratique a montré que cette image n'est pas suffisamment invariable.
La présente invention permet de suppri mer ce défaut jusqu'à une limite dépendant de la nature des lentilles électroniques.
L'oscillographe à rayons cathodiques sui vant l'invention se caractérise en ce qu'il com porte un système électrono-optique dont l'é lectrode de modulation possède les propriétés d'une électrode compensatrice de la position du foyer électronique se trouvant sur l'écran fluorescent, par exemple en produisant deux ou plusieurs champs électrono-optiques diffé rents qui agissent en deux sens opposés.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre d'abord une construction d'ampoule d'un genre connu, pour mieux faire comprendre l'invention; Les fig. 2 à 7 montrent des formes d'exé cution de l'invention, donnant la possibilité de rendre l'écran fluorescent d'une grande lu minosité grâce au nouveau dispositif optique électronique, sans grandes pertes d'intensité des rayons cathodiques et permettant d'obte nir un petit diamètre invariable du rayon ca thodique concentré sur l'écran fluorescent; Les fig. 8 et 9 montrent deux autres for mes d'exécution présentant les mêmes caracté ristiques; La fig. 10 concerne enfin une dernière forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre une ampoule optico- électronique connue qui comporte le tube de verre 1, la cathode incandescente 2 et trois cy lindres de striction 3, 5, 7 d'après Wehnelt, qui sont polarisés par une tension négative, ce qui permet de réduire au minimum l'éner gie du réglage;
4, 6 et 8 sont les plaques d'accélération percées, 9 est l'argenture inté rieure du tube, 10 l'écran fluorescent, 11 le point lumineux produit par l'action des rayons cathodiques concentrés dans un foyer se trouvant dans le plan de l'écran fluores cent, 12 représente le rhéostat de chauffage, 13 la pile de chauffage, 14 la source de haute tension, 15 le potentiomètre, 16 la résistance du cylindre 3, 17 et 18 les résistances des pla ques 4 et 6, 19 et 20 les bornes de circuit re cevant les impulsions de l'image.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant: Le cylindre 3 module soit la charge de l'espace seule, soit celle-ci en combinaison avec la concentration préalable du rayon ca thodique, produit par la cathode incan descente 2, soit enfin cette dernière seule. On peut ainsi, au lieu du cylindre 3, employer des grilles métalliques d'une forme convena ble. Le deuxième cylindre 5 donne l'image électronique du diaphragme de la plaque 4 sur la deuxième plaque 6 qui permet parfois de limiter le diamètre du rayon cathodique. Le cylindre 7 donne une deuxième image élec tronique sur l'écran fluorescent 10. On peut aussi produire directement une image de la cathode incandescente sur l'écran fluorescent.
Si l'on utilise une petite intensité des rayons cathodiques et un vide poussé, on peut admettre que les lois simples de l'optique géométrique se vérifient, c'est-à-dire que le diamètre des rayons cathodiques, concentrés sur l'écran fluorescent, reste toujours, cons tant. Mais si l'on utilise une grande intensité des rayons cathodiques dans un oscillographe à vide poussé, on observe le changement du diamètre du point lumineux 11. Cet effet est dû en outre à la force électrique répulsive en tre les électrons négatifs à l'intérieur - du rayon cathodique.
Pour éviter cet inconvénient, on a déjà proposé d'appliquer une tension auxiliaire modulée par les implusions d'image à une deuxième électrode de striction provoquant une variation opposée du diamètre du point luminescent 11. Cette méthode est excessive ment compliquée en raison de l'emploi d'un schéma spécial de compensation qui, souvent, dépend en outre également de la fréquence.
La présente invention concerne une dispo sition simple des électrodes corrigeant la va riation du diamètre, sans nécessiter l'utilisa tion d'un schéma spécial.
La fig. 2 montre une forme d'exécution d'ampoule optico-électronique établie suivant l'invention. Les électrodes de striction 3, 5 et 7 du disposition de la fig. 1, possédant une tension négative sont remplacées par une seule électrode négative 3 à champ multi ple, s'étendant sur toute la trajectoire des rayons cathodiques du système électronique, de façon que la striction des rayons cathodi ques soit contrôlée par quelques champs va riables aboutissant à une même électrode né gative de modulation.
La distribution des champs est prévue telle que la variation d'un champ donne un déplacement du foyer en opposition à celui provoqué par un champ supplémentaire. Dans le cas où les valeurs de ce déplacement du foyer par quelques champs variables sont égales et opposées, on obtient l'immobilisation du foyer dans le plan de l'é cran fluorescent. Dans ce cas, les impulsions de modulation ne peuvent modifier ni la po sition du foyer ni le diamètre du point lumi neux 11.
Il est évident que les distances entre les électrodes et les tensions auxiliaires sur les plaques d'accélération 4, 6, 8 et 21 sont choi sies en étant, par exemple, déterminées par les résistances 17, 18 et 22, de manière à compen ser la variation du diamètre du rayon catho dique sur l'écran fluorescent. On peut aussi faire varier la position de chaque branche ment sur le potentiomètre en rendant la ten sion positive ou négative par rapport à la ca thode 2.
L'une au moins des plaques, par exemple la plaque 4, peut être remplacée par une couche double électro-optique ayant un grand indice de réfraction. Dans ce cas, on monte la plaque auxiliaire 24, par exemple au voisinage de la plaque 4. Une différence con venable de tension est maintenue par la résis tance 25.
Ce dispositif donne la possibilité d'utiliser approximativement l'optique géométrique dans les milieux de réfraction d'après la loi de Helmholtz: yi <I>. ni tg</I> ui <I>=</I> y. <I>.</I> n. <I>tg</I> um où l'on a désigné par y1 la dimension de l'image de la source, n, l'indice de réfraction du milieu entou- rant la source de l'image,
ul l'angle du système optique qui se pré sents devant la source d'image, y,,, la dimension de l'image reproduite, n. l'indice de réfraction de milieu en tourant l'image reproduite, u. l'angle du système optique qui se pré sente devant l'image reproduite.
L'indice de réfraction est donné générale ment par la formule
EMI0003.0035
où: E, est la tension d'accélération du rayon cathodique provoquée par la première couche, et En, la tension d'accélération dans une deuxième couche électro-optique. Cette for mule peut, pour les grandes valeurs de n être simplifiée comme suit:
EMI0003.0044
La fig. 3 montre une autre forme d'exé- cution possédant l'avantage du montage des électrodes plus simples. Dans ce mode d'exé- cution, on remplace des cylindres concentri ques par des filets métalliques dont les fils peuvent être placés d'une manière quelconque. Ces fils peuvent, par exemple, être paral lèles ou croisés. Les distances entre les fils peuvent être différentes pour modifier les diverses parties des champs électriques.
La cathode incandescente 2 émet les rayons cathodiques sous l'influence d'une tension d'accélération du cylindre 4, en fi let métallique, muni d'un diaphragme. Le champ négatif de l'électrode 3 passe à tra vers le filet métallique du cylindre 4 et affai blit l'émission de la cathode.
Le deuxième cy lindre d'accélération 6 est placé autour du tube cylindrique 3, mais à une distance plus grande de la cathode 2. Il est également possible de changer la disposition des tubes concentriques en filet métallique dans un autre ordre.
Il en résulte une variation dou ble des champs de striction dans les diffé rentes parties du système optique.
En choisissant une tension convenable pour les cylindres 4 et 6, on peut obtenir une compensation de la variation du diamètre au point 11 pendant la modulation du rayon ca thodique. Cette disposition des cylindres en filets métalliques donne la possibilité d'ob tenir par un réglage continu deux ou plu sieurs milieux électro-optiques d'un indice de réfraction différent.
Le diamètre des rayons cathodiques traversant ce système électro-optique étant grand, leur densité, sur une grande partie de la trajectoire, reste faible, ce qui permet de réduire sensible ment l'influence des forces répulsives entre ces rayons d'une grande intensité.
La fig. 4 montre une autre disposition des électrodes simplifiée par rapport à celle de la fig. 3. Le cylindre 3 de modulation en toure l'espace entre la cathode 2 et le dia phragme d'accélération 4. 6 est un deuxième cylindre d'accélération, en filet métallique, monté à l'intérieur du cylindre 3.
Les ten sions sont réglées d'une façon quelconque -par le potentiomètre<B>15.</B>
EMI0004.0011
La <SEP> fig. <SEP> 5 <SEP> représente <SEP> une <SEP> autre <SEP> forme
<tb> d'exécution <SEP> dans <SEP> laquelle <SEP> le <SEP> cylindre <SEP> 3 <SEP> est
<tb> remplacé <SEP> par <SEP> une <SEP> chambre <SEP> percée. <SEP> portée <SEP> à
<tb> une <SEP> tension <SEP> négative <SEP> et <SEP> à <SEP> l'intérieur <SEP> de <SEP> la quelle <SEP> est <SEP> placée <SEP> une <SEP> deuxième <SEP> électrode d'accélération 4. La deuxième électrode d'ac célération 6 peut être ajoutée selon les exi gences de la pratique.
La fig. 6 donne une simplification con sidérable des électrodes, permettant de ren dre très courte la trajectoire des rayons ca thodiques à travers le système optique électronique. La cathode 2 émet des élec trons dirigés vers la plaques d'accélération 4 disposée après la plaque de modulation 3. On pratique dans la plaque de modulation 3 un trou assez grand pour que le champ positif de la plaque 4 puisse atteindre la cathode 2.
Le diamètre de la plaque 4 est plus faible que celui de la plaque 3. Par suite, le champ négatif de la plaque 3 peut également in fluencer le champ qui existe entre la première plaque 4 et la seconde plaque 6. Le trou de la plaque 6 est choisi de telle sorte que la configuration du champ soit orientée suivant un cône. La variation produite par ce champ est opposée à celle de la variation du champ de la modulation de la cathode 2.
En choisissant convenablement les diamètres des électrodes 3 et 4, la distance entre ces pla ques et l'ordre dans lequel elles sont dis posées par rapport à la tension de service, on peut régler la variation opposée au moyen de la plaque 6, ce qui donne une compensation du diamètre variable du point 11.
Tous ces dispositions des électrodes mon trent que l'électrode de modulation 3 est construite de telle sorte qu'elle donne un champ double ou plusieurs champs de stric tion dont les variations compensent le chan gement du diamètre des rayons cathodiques au point 11 sur l'écran fluorescent 10.
La fig. 7 montre un dispositif optico- électronique utilisant des filets métalliques courbés, concaves ou convexes. La cathode 2 peut avoir une forme sphérique; les élec trons sont émis dans la direction radiale.
On obtient, sous l'effet des forces électro-optiques des grilles 3. 4 et 6, une concentration des
EMI0004.0028
rayons <SEP> électroniques <SEP> sur <SEP> l'écran <SEP> fluorescent.
<tb> 1.e <SEP> système <SEP> des <SEP> grilles <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> et <SEP> 6 <SEP> et <SEP> 3a <SEP> forme
<tb> une <SEP> couche <SEP> électro-optique <SEP> à <SEP> cinq <SEP> milieux <SEP> se
<tb> trouvant <SEP> respectivement <SEP> entre <SEP> la <SEP> cathode <SEP> 2 <SEP> et la grille 3, entre les grilles 3 et 4, entre les grilles 4 et 6. entre les grilles 6 et 3a et en tre la grille 3 et l'électrode 8. L'électrode 8 forme avec l'électrode 8a un deuxième sys tème de concentration.
Le blindage intérieur 9 de l'oscillographe est subdivisé en deux, trois parties ou plus, ce qui permet d'améliorer la distribution du champ électrique devant l'écran fluorescent. On peut utiliser pour le champ de déviation des rayons cathodiques un système de bobines électromagnétiques, de plaques statiques de déviation ou un système mixte. Pour donner une petite vitesse aux rayons cathodiques dé viés, ce qui donne une grande sensibilité de déviation, on peut donner une tension fai ble à l'une des chambres entourant soit les plaques de déviation, soit l'espace dans le quel est créé un champ magnétique.
Les rayons lents déviés arrivent alors dans un champ de réaccélération.
Pour éviter la réfraction supplémentaire qui pourrait influencer la déviation linéaire des rayons cathodiques, on donne des tensions différentes au blindage subdivisé intérieur 9a, 9b et 9c.
Ces tensions sont choisies de telle manière que la, propagation des rayons catho diques déviés reste invariable dans sa direc tion, ou bien soit telle que le point lumineux sur l'écran fluorescent soit dévié propor tionnellement aux tensions ou aux courants du champ de déviation. Le champ de dévia tion est disposé, par exemple, dans l'espace, formé par le blindage 9b, mis à un potentiel faible pour augmenter la sensibilité de dévia tion. On peut également utiliser l'espace 9a dont la tension doit être plus faible que celle de la fig. 7.
La fig. 8 montre une disposition très sim ple d'un montage précis des électrodes. Le cylindre de striction 3 est fait, par exemple, au tour de précision. Les électrodes 4 et 6, séparées par un mince isolant 27 de mica ou de verre, etc., forment une couche électro- optique double.
Elles sont placées dans le cy lindre, de manière que la distance entre la cathode 2 et les électrodes 4 et 6, d'une part, et celle entre l'ouverture du cylindre 3 et les mêmes électrodes, d'autre part, puissent pro duire deux champ de striction dont les varia tions se compensent sur l'écran fluorescent 10 de l'oscillographe cathodique.
On règle également la tension sur les élec trodes 4 et 6, de telle manière que le dia mètre du spot sur l'écran fluorescent 10 reste plus petit. La tension de modulation est appliquée à la résistance 16, couplée au cy lindre 3. Pour rendre les positions des élec trodes 4 et 6 aussi précises que possible, on utilise des gabarits faits au tour avec une grande précision. En outre, on peut aussi in troduire à l'intérieur du cylindre 3 des pièces d'espacement métalliques, qui soutiennent les électrodes 4 et 6 tout en étant isolées de ces dernières d'une manière convenable. Ces piè ces restant en place font définitivement par tie de la construction.
La position exacte de la cathode est défi nie, par une ouverture de précision prévue au centre du fond formant le cylindre 3. La ca thode 2 présente la forme d'une aiguille et est introduite dans un gabarit percé qui, à son tour, est placé en permanence dans le cylin dre ouvert de l'autre côté.
La fig. 9 donne une autre construction des électrodes qui rend inutile de déterminer très exactement la position de la cathode 2. Ceci est rendu possible grâce à l'utilisation d'un jeu d'électrodes montées avec une grande pré cision à l'intérieur du cylindre de modula tion 3. L'électrode 4 sert de source d'élec trons.
La tension de modulation appliquée au cylindre 3 modifie la concentration des rayons cathodiques sur la couche électro- optique double 6, 8. Lai cathode 2 est formée comme un réflecteur. Mais on peut prendre aussi une cathode creuse ou bien en forme d'un spot. Le chauffage peut se faire indi rectement par la chaleur rayonnée ou par l'intermédiaire d'une couche isolante, par exemple en porcelaine.
Les avantages principaux des dispositions décrites sont: a) La luminosité de l'écran fluorescent est grande, tandis que le diamètre du spot fluo rescent reste petit et invariable; b) La déviation linéaire des rayons ca thodiques a une grande sensibilité; c) l'utilisation d'électrodes exactes grâce aux châssis permettant de rendre très précise la position des autres électrodes donne la pos sibilité de fabriquer en série des oscillogra phes cathodiques identiques de grande durée de service.
Comme décrit plus haut, au moins deux électrodes d'un tube à rayons cathodiques se trouvent remplacées ici par une seule élec trode à champ multiple. Il est aussi possible d'envisager une disposition, permettant d'ob tenir un faisceau cathodique bien concentré sur l'écran fluorescent, en utilisant une com binaison de champs électriques créés par des électrodes appropriées et formant l'analogue d'une lentille à indice de réfraction élevé, tout en assurant une longue durée de service à la cathode incandescente,
toujours menacée par les violents chocs des décharges électriques de haute tension appliquées d'habitude dans ce genre de tubes.
Une forme d'exécution ainsi établie est représentée à la fig. 10. Dans le tube à rayons cathodiques B, contenant la cathode C, l'a node A2, les plaques déviatrices X', X", Y', YZ et l'écran fluorescent E, est interposé en tre C et A2 un ensemble d'électrodes 1V1, <I>Al</I> et L.
L'électrode cylindrique M, percée d'un trou en son. milieu, joue le rôle de cylindre de modulation. Elle enveloppe entièrement l'électrode A' et l'espace libre entre celle-ci et l'électrode L, lesquelles électrodes sont portées de préférence au même potentiel. Ceci étant, l'ensemble se comporte de la manière suivante: les électrons traversant l'espace A'-L ne présentant aucune chute de poten tiel sont retardés, ce qui revient à augmenter l'indice du milieu électro-optique et à dimi nuer la divergence du faisceau: l'image pri maire de l'anode A' est donc très éloignée, et le spot sur E est très petit.
La divergence du faisceau entre A1 et L ne dépendant que de la répulsion mutuelle des électrons, il suf fira de choisir la distance de ces deux élec trodes, de manière à ce que cette divergence puisse être entièrement compensée par le champ concentrateur dû à M. Le faisceau peut ainsi être mis au point sur l'écran fluo rescent sans que son intensité intervienne dans la position du point de convergence.
Pour éviter l'influence des décharges vio lentes à haute tension, susceptibles d'attein dre la cathode incandescente C, celle-ci est fixée dans l'axe de l'électrode de modulation M, au moyen de deux disques de mica D', DZ qui sont invariablement reliés à cette dernière par des pièces de connexion non représentées. Ces disques forment avec le cylindre M et la première anode A' à basse tension, un espace blindé protégeant ainsi la cathode contre la plupart des décharges électriques possibles.
On prévoit également, pour compléter cette protection, de boucher le cylindre de la ca- thode C, protégeant le filament de chauffage <I>Ch</I> contre les effets mécaniques et thermi ques des décharges électriques.
Cette combinaison rend le tube cathodi que extrêmement peu sensible aux décharges électriques qui se produisent souvent dans les oscillographes cathodiques à haute tension, et augmente de la sorte la vie utile du tube.