Tube électronique La présente invention a pour objet un tube élec tronique.
La construction d'un tube électronique devant fonctionner avec une grande puissance et à haute fréquence est en quelque sorte paradoxal du fait que le mode de construction désirable pour une grande puissance est indésirable pour un fonctionnement à haute fréquence et vice versa. Ainsi, par exemple, les différentes électrodes du tube sont normalement chauffées en relation directe avec la quantité de puis sance à produire et à commander par le tube.
Dans les tubes de grande puissance, le chauffage des dif- férentes électrodes est donc élevé, de sorte que ces tubes doivent être capables de supporter un tel chauffage ou de dissiper rapidement la chaleur. Autrefois, cela était réalisé en utilisant de grandes et lourdes électrodes.
Or, dans les tubes électroni- ques pour hautes fréquences, il est désirable que les électrodes soient rapprochées, afin de réduire le temps de transit des électrons. à travers le tube et d'éviter des oscillations de Barkhausen et autres effets de charge spaciale qui ont tendance à se pro duire aux fréquences élevées.
En outre, les électro des et les supports doivent être petits et légers, afin de permettre un espacement réduit et de diminuer les pertes dues à l'inductance et à la capacitance entre électrodes. Ainsi donc, la grande puissance et la haute fréquence tendent à être incompatibles, au point de vue de la construction.
L'un des buts de la présente invention est de réaliser un tube électronique amélioré, capable de produire une grande puissance, à de hautes fré quences.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une seule forme d'exécution du tube objet de la présente invention. La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un tube électronique constituant ladite forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue agrandie de la partie 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue éclatée et en perspective d'un filament de chauffage et de rondelles en matière céramique constituant une partie d'un élément catho dique.
La fig. 5 est une vue éclatée et en perspective d'une broche de fixation et de centrage représentée à la fig. 1.
Le tube représenté à la fig. 1 est une tétrode capable de produire ou de commander une impor tante puissance. Le tube représenté comporte une enveloppe vidée de forme générale cylindrique et une anode extérieure.
La paroi extérieure de l'enveloppe se compose d'un empilage d'anneaux en matière céramique 11, 12, 13 et 14, avec- interposition de bagues métalli- ques 17, 1$, 19 et 21 constituant des bornes.. Une anode extérieure 22, en forme de coupe, constitue la partie supérieure de l'enveloppe et est supportée par une bague métallique de scellement 23.
Cette bague 23 est brasée par l'une de ses extrémités à une bague métallique 24 qui entoure la partie infé rieure de l'anode 22 et y est brasée. L'autre extré mité de la bague de scellement 23 est incurvée vers l'intérieur et -est brasée à l'anneau 14 et à un anneau semblable 26 en matière céramique. Il y a lieu de noter que l'anode 22 n'est pas directement jointe à l'anneau 26 de sorte qu'elle peut se déplacer par rapport à cet anneau durant l'expansion et la con traction thermique des parties présentant
des coeffi cients d'expansion et de contraction différents. Plu- sieurs canaux espacés 27 sont formés à l'extrémité inférieure de l'anode 22 en forme de coupe et ser vent à relier un espace 28, limité par la bague 23, à la partie intérieure de l'enveloppe. Par conséquent, il n'existe pas de différence de pression entre l'espace 28 et l'intérieur de l'enveloppe lorsque le tube est chauffé dans un four et vidé, les différentes parties étant ensuite brasées les unes aux autres. La partie supérieure de l'anode 22 porte un queusot 29 qui est, de préférence, recouvert par une calotte (non représentée).
Les anneaux en matière céramique 11, 12, 13 et 14, qui constituent la partie inférieure de l'enve loppe cylindrique, sont de préférence en une matière très réfractaire telle que de l'alumine ; ils sont métal lisés à leurs deux extrémités par un procédé appro prié, par exemple par frittage de molybdène et man ganèse en poudre.
Les bagues métalliques sont min ces et présentent une bonne conductivité électrique. Elles peuvent être, par exemple, en nickel. Les par ties empilées sont brasées entre elles, en utilisant un alliage à haute température, par exemple un alliage eutectique cuivre-or.
Les joints métalliques brasés forment de robus tes connexions métalliques et assurent un scellement étanche au vide de sorte que la paroi de l'enveloppe constitue un cylindre massif et extrêmement robuste. Les bagues 17, 18, 19 et 21 servent de conducteurs ; elles traversent l'enveloppe et vont vers les éléments logés à l'intérieur du tube.
Les électrodes disposées dans l'enveloppe com prennent un élément cathodique 31 ayant une sur face d'émission cylindrique 32 qui est de préférence du type à couche d'oxyde et qui est chauffée à l'aide du filament chauffant 33. L'élément cathodi que possède une grande surface d'émission, capable de fournir une grande puissance. Sa construction est robuste et il présente un rendement thermique rela tivement élevé.
L'élément cathodique comporte une pièce métal lique 30 en forme de coupe. Une couche d'oxyde déposée sur la surface extérieure de la paroi latérale de cette coupe constitue la surface d'émission 32. Un support tubulaire central 36 est monté à l'inté rieur de la pièce 30, coaxialement à celle-ci, à l'aide d'un disque métallique 37 soudé par points à l'une des extrémités du support, ce disque 37 étant lui-même soudé par points à la paroi terminale 38 dé la pièce 30.
La paroi 38 est inclinée pour permettre le mon tage d'une isolation thermique décrite plus loin.
Comme le montre la fig. 4, le filament chauffant 33 est disposé de façon à former une surface cylin- drique. Il fait des méandres le long de cette surface. En d'autres termes,
le filament chauffant comporte des parties rectilignes disposées longitudinalement sur cette surface cylindrique ainsi que des parties coudées 40 reliant les extrémités opposées de cha que partie rectiligne à des extrémités adjacentes de parties rectilignes voisines. Les parties coudées 40 s'engagent dans des disques en matière céramique 39 et 41 et sont beaucoup plus courtes que les par ties rectilignes.
Le filament chauffant 33 est donc maintenu à l'intérieur de la pièce 30 à l'aide des disques 39 et 41. Ces disques comportent une gorge annulaire 42 dans leur face interne, à proximité de la périphérie. Cette gorge sert à loger les parties coudées adjacentes 40 du filament chauffant.
Pour l'assemblage, la pièce 30 est tout d'abord disposée de telle manière que la paroi terminale 38 soit dirigée vers le bas et ensuite le premier des disques en matière céramique (41) est glissé sur le support 36 ; il vient se loger contre la paroi termi- nale 38. Le filament chauffant 33 est alors placé dans la pièce 30 et les parties coudées 40 sont intro duites dans la gorge 42 du disque 41.
L'autre disque en matière céramique 39 est ensuite introduit sur le support 36 et sa gorge 42 reçoit les parties coudées adjacentes 40 du filament chauffant 33. Un disque 43 est placé autour de l'extrémité du support 36 et est pressé contre le disque 39. Un sertissoir est alors introduit dans le support 36. Cet outil comporte une partie allongée qui traverse le support et qui taille une ouverture dans la paroi arrière de la pièce 30, afin de permettre le passage d'une broche, comme cela sera décrit plus loin.
Le sertissoir sert égale ment à sertir l'extrémité inférieure du support 36, de manière à emprisonner le disque 43 et à maintenir ensemble les différentes parties dont il a été question ci-dessus.
Les extrémités libres du filament chauffant 33 traversent des ouvertures 44 et 45 (fig. 4) ménagées dans le disque inférieur 39, afin de permettre d'éta blir la connextion du filament chauffant à une source de courant.
L'ensemble du filament chauffant et de la cathode est particulièrement robuste grâce au montage du filament 33 entre les disques 39 et 41, qui sont dis posés à l'intérieur de la pièce 30 de la cathode. Les disques 39 et 41 isolent le filament chauffant 33 par rapport à la cathode et assurent en outre une iso lation thermique aux deux extrémités du filament chauffant, ce qui tend à augmenter le chauffage de la paroi latérale de la cathode où se trouve la surface d'émission 32. Le rendement thermique de l'ensem ble de la cathode peut être encore augmenté par une isolation thermique supplémentaire, comme suit.
Un élément calorifuge 47 est placé dans la paroi terminale inclinée 38 de la pièce 30. Cet élément est constitué par plusieurs plaques circulaires 48 séparées par des plaques ondulées 49. Un disque 51 est disposé sur l'élément calorifuge et est maintenu en place à l'aide de languettes 52 pratiquées sur le pourtour de la paroi terminale inclinée 38 de la pièce 30.
L'extrémité libre de la pièce 30 est pourvue d'un mince manchon métallique 53 qui est destiné à réduire la conduction de chaleur hors de cette pièce. Ce manchon 53 est fixé à la surface intérieure de la pièce 30 et s'étend au-delà de l'extrémité de cette pièce. L'extrémité du manchon 53 est elle-même fixée à un- support cylindrique 54 de la cathode afin d'obtenir ainsi une. connexion électrique à haute fré quence avec la cathode tout en entravant le flux de chaleur provenant de cette dernière.
Un élément calorifuge 56, analogue à celui qui vient d'être décrit, est supporté par un épaulement annulaire 57 qui termine le support 54. 111 entrave la radiation de la chaleur dégagée à l'intérieur de la pièce 30, ce qui complète l'enceinte dans laquelle se trouve compris le filament de chauffage 33 qui est ainsi logé dans une sorte de four. Un manchon électriquement isolant 59 traverse l'élément calori fuge 56, dans l'axe de l'ouverture 45 ménagée dans le disque 39, et sert à isoler électriquement l'extré mité 61 du filament chauffant 33 vis-à-vis de l'élé ment calorifuge 56.
L'autre extrémité 62 du fila ment chauffant 33 passe directement par un trou ménagé dans l'élément calorifuge 56 et par un trou ménagé dans l'épaulement 57 du support 54, ce dernier trou étant en alignement avec le trou 44 du disque 39 ; cette extrémité est reliée électriquement au support 54.
On réalise de la sorte une cathode à grande surface d'émission, d'un rendement relativement élevé. En outre, cet assemblage est particulièrement robuste. Le filament relativement gros est disposé en méandres entre les deux disques en matière céra mique disposé aux deux extrémités du support 36. De ce fait, le filament chauffant ne risque pas de se rompre sous l'effet de vibrations mécaniques et de chocs.
L'ensemble du filament chauffant et de la cathode, y compris le support de cathode 54, est monté sur un support conique creux 66 dont la par tie inférieure élargie s'étend radialement et constitue la bague métallique 18 servant de borne, comme décrit plus haut. Le support 54 est fixé et relié élec triquement à la partie supérieure du support 66. Etant donné que l'une des extrémités du filament chauffant 33 est reliée électriquement au support 54, la borne 18 sert à la fois de borne de la cathode et de borne du filament chauffant 33.
Un deuxième support conique creux 67 est monté coaxialement dans le premier support 66, à distance de ce dernier. La partie inférieure élargie du support 67 constitue la borne 17, l'anneau en matière céramique 11 étant scellé entre cette borne et la borne 18 du premier support 66. Un support central 64 est relié électri quement et de manière étanche à la face interne du deuxième support 67 et s'étend vers le bas. De la sorte, le deuxième support 67 et le support central 64 constituent une paroi terminale de l'enveloppe vidée. Le support central 64 sert également de dispositif de centrage et donne la rigidité nécessaire à l'ensem ble des supports, comme on le verra ci-après.
Un conducteur souple 63 relie électriquement le deuxième support (67) et l'extrémité 61 du filament chauffant 33, la borne 17 et la borne 18 servant à amener la puissance nécessaire au chauffage du fila ment 33. La grille de commande est constituée par une cage de fils verticaux 71, d'une construction usuelle. Elle est montée coaxialement par rapport à la surface d'émission 32 de la cathode, les fils 71 étant fixés par leurs extrémités inférieures à un sup port cylindrique 72 dont l'extrémité inférieure élargie constitue la bague 19 servant de borne.
Les extré mités supérieures des fils 71 sont fixées à une calotte 73 ayant une ouverture centrale dans laquelle est maintenue une broche en matière céramique 74. La calotte est rendue solidaire de la broche 74 par l'intérmédiaire d'une bague métallique 75 brasée autour de la broche (fig. 1 et 5). L'extrémité de la broche est ensuite introduite dans le support cylin drique 36. Cette broche sert à centrer les éléments qui sont ainsi maintenus rigidement coaxiaux entre eux.
Grâce à cette construction, la grille de com mande peut être relativement rapprochée de la sur face de la cathode, sans risque de contact entre elles lors de vibrations. mécaniques ou de chocs.
La grille-écran est formée de barres plates 78, ce qui permet de rapprocher étroitement la grille de commande et la grille-écran tout en maintenant une faible capacité transversale et une faible interception d'électrons. Les barres 78 sont disposées verticale ment, parallèlement à l'axe du cylindre qu'elles délimitent (fig. 1, 2 et 3).
Ces barres sont fixées, à l'une de leurs extrémités, à une calotte 79, fixée elle-même à la broche 74 par une bague métallique 81, entourant la broche et brasée à la calotte 79. A leurs autres extrémités, les barres 78 sont fixées à l'extrémité supérieure d'un anneau 83. L'ensemble est supporté en montant l'anneau 83 sur une pièce cylindrique 84 dont l'extrémité inférieure est fixée à la bague métallique 21 servant de borne.
Les barres 78 sont maintenues en place par des pièces annulaires 88. Ces barres sont disposées de manière que leur face étroite 89 soit tournée vers le flux d'électrons, chaque barre 78 de la grille-écran étant alignée radialement avec un fil 71 de la grille de commande, de sorte que l'interception d'électrons est réduite au minimum.
Pour le montage, la grille- écran, y compris la calotte 79, est abaissée vers la broche, puis fixée à celle-ci et au support 83.
La grille-écran est placée aussi près que possible de la grille de commande ; l'alignement de chaque barre de la grille-écran avec un fil de la grille de commande permet de tirer profit de l'effet de concentration des électrons. par la grille de commande tout en. réduisant le nombre d'électrons qui pourraient heurter les. barres de la grille-écran. Il est évident que la dimension des barres de la grille-écran transversalement à la direc tion du flux des électrons doit être plus petite que le diamètre des fils de la grille de commande, car dans le cas contraire, les avantages de l'effet de con centration des électrons seraient perdus.
Si la grille écran était constituée par des fils de section circu laire, il faudrait qu'ils soient d'un diamètre compa rable à celui des fils de la grille de commande ; il en résulterait alors que la surface de leur section serait faible. Par contre, en utilisant des barres plates de section rectangulaire, cette section peut être beau coup plus importante que dans le cas précédent. L'épaisseur des barres étant proche du diamètre des fils de la grille de commande, il en résulte une inter ception minimum des électrons.
La largeur des barres est toutefois telle que la surface de la section est beaucoup plus grande que celle des fils de la grille de commande. De ce fait, la capacité de dissi pation de la chaleur que présentent les barres de la grille-écran est d'autant plus grande.
Les barres de la grille-écran présentent en outre l'avantage de fournir un effet d'écran plus intense que ne le feraient des fils de section circulaire. Cette augmentation de l'effet d'écran entraîne un fonction nement plus linéaire du tube électronique et une plus petite capacité entre la grille de commande et l'anode. Le champ électrostatique de l'anode ne peut pas pénétrer dans les interstices entre les barres adjacentes, du fait de leur largeur de sorte que la grille de commande exerce une commande plus linéaire des électrons émis par la cathode.
De plus, les barres diminuent l'angle sous lequel l'anode peut voir la cathode, ce qui réduit la capacité entre l'anode et la grille de commande.
Ces. facteurs permettent de rapprocher entre eux les divers éléments. du tube électronique de sorte que ce tube occupe proportionnellement un espace plus petit qu'un tube connu de même puissance. Le rap prochement des éléments ne diminue toutefois pas la puissance du tube, grâce à la disposition des grilles et à la surface d'émission relativement grande de la cathode. Enfin, le rapprochement des divers éléments réduit également la puissance nécessaire au fonc tionnement du tube. Le tube représenté possède des ailettes 91, dis posées à la surface extérieure de l'anode et qui four nissent une grande surface pour la dissipation de la chaleur.
La partie inférieure de l'enveloppe comporte un support 92 en forme de disque dont le bord périphé rique est brasé à un anneau '93 en matière cérami que. Cet anneau est principalement destiné à ren forcer le brasage entre l'anneau 11 en matière céra mique et la bague métallique 17 servant de borne. Les parties en matière céramique et les parties métal liques. n'ont pas les mêmes coefficients d'expansion de sorte que, sans la présence de l'anneau 93, le joint entre les éléments 11 et 17 ne serait pas suf fisamment robuste et étanche au vide.
Des trous 94 ,peuvent être ménagés dans le support 92 car celui- ci ne fait pas partie de l'enveloppe étanche au vide. Le support central 64 soutient une broche de gui dage et est brasé par son extrémité supérieure au support 67, comme décrit. A son extrémité infé- rieure, il est fixé au support 92, de sorte qu'il est rigidement maintenu dans le tube électronique.
Il va de soi que, bien que le tube à vide décrit soit en matière céramique et en métal, la disposi tion de la cathode et des grilles peut être employée pour d'autres types de tubes, par exemple pour des tubes en verre. On a ainsi réalisé un tube à vide amélioré, capa ble de produire et de commander une grande puis sance par unité de volume, avec une meilleure linéa rité. La puissance nécessaire au fonctionnement du tube est relativement faible, comparativement à celle qu'il fallait fournir à des tubes connus.
La grille- écran est construite de façon à présenter une dissi pation thermique relativement grande sans. que cela affecte les caractéristiques électriques. Grâce à sa construction la cathode présente un rendement rela tivement élevé et une grande surface d'émission.