Brevet FR2195057A1 — publié le 19740301

La présente invention concerne des appareils électroniques. et notamment des tubes électroniques, et peut être utilisée dans diffr:. dispositifs électroniques où il est nécessaire d'assurer-un haut degré de suppression de l'émission secondaire de l'anode, en particulier, dans des tubes oscillateurs et modulateurs d'usage divers. Ass tubes électroniques ayant une cathode et une anode à chambres. formées par des arêtes parallèles entre elles et perpendiculaires à la surface d'anode orientée vers la cathode, et au moins une grille placée entre la cathode et l'anode a chambres,sont déjà connus et décrits par exemple dans le brevet de a République Fédérale d'Allemagne nO 868. 626. Dans ces tubes électroniques, la distance entre les arêtes formant les cE,ambr.s. c'est-a-dire la largeur de chaque chambre est choisie de manière qu'apparaisse. à i'intérieur des chambres, un champ électrique de faible intensité, pratiquement sans effet sur la trajectoire des électrons d'émission secondaire. De ce faiL, les chambres d'anode peuvent être considérées comme des pièges mécaniques pour des électrons d'émission secondaire. Le principe de fonctionnement des chambres consiste alors à réduire la possibilité de sortie des électrons d'émission secondaire des chambres, étant donné l'espace limité par les parois des arêtes formant les chambres d'anode. Cependant, l'utilisation des chambres d'anode comme pièges mécaniques pour les électrons d'émission secondaire est peut efficace, car une partie considérable d'électrons quitte les chambres d'anode conformément à la loi de leur répartition cosinusotdale d'après les angles de sortie, ce qui rend plus mauvaise la répartition de courant dans le tube électronique. L'inconvénient mentionné des tubes électroniques empêche l'obtention d'une montée rapide de la caractéristique du courant d'anode en fonction de la tension d'anode, c'est-à-dire assurer une petite valeur de la tension anodique résiduelle g a La présente invention remédie à cet inconvénient et a pour objet un tube électronique dont l'anode à chambres est réalisée de manière à obtenir une réduction maximale du courant d'émission secondaire des électrons à partir de l'anode. Le problème posé est résolu de la façon suivante : dans un tube électronique ayaiit une cathode, une anode à chambres dont les-chambres sont formees par des arêtes parallèles entre elles et perpendiculaires à la surface de l'anode orientée vers la cathode, et au moins une grille disposée entre la cathode et l'anode à cambres, selon l'invention, chaque chambre de l'anode à chambres présente une largeur définie par la formule ci-après où b est la largeur de la chambre, Ua la tension sur l'anode qui n'est pas nulle, Umin' la différence entre la tension U sur l'anode et le potentiel minimal dans la chambre, c'est-à--dire la chute de potentiel dans la chambre, j, la densité moyenne du courant anodique maximal parcourant la surface passant par le centre de la chambre et perpendiculaire aux arêtes de celle-ci, ch,- le cosinus hyperbolique, a, la profondeur de la chambre. Dans le tube proposé, on obtient une réduction notable du courant d'émission secondaire des électrons d'anode, ce qui permet d'avoir de grandes valeurs du courant anodique pour une faible valeur de la tension résiduelle sur l'anode, ainsi que d'améliorer le rendement du circuit anodique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel la figure 1 représente le tube électronique selon l'invention (vue générale avec une coupe longitudinale partielle); la figure 2 représente une des chambres de l'anode à chambres du tube électronique selon l'invention, montrant la répartition des lignes équipotentielles du champ électrique dans la chambre et dans l'espace grille écrananode (la chambre est représentée en coupe longitudinale), la figure 3 illustre la relation entre le coefficient de suppres sion de l'émission secondaire par des chambres sous forme d'encoches et le rapport de la chute de potentiel dans une chambre à la tension sur l'anode. Le tube électronique selon l'invention comprend un ensemble de cathode 1 (figure 1), une grille de commande 2, une grille écran 3 et une exode à chambres 4, celles-ci étant disposées coaxialement l'une par rapport à l'autre, à une distance prédéterminée. L'ensemble de cathode 1 contient une cathode cylindrique 5, recouverte d'une couche émissive constituant la surface d'émission 6 de la cathode 5, un élément de chauffage 7 placé à l'intérieur de la cathode 5, une coupelle 8 reliant les extrémités supérieures de la cathode 5 et du dispositif de chauffage 7, des supports 9 et 10 par l'intermédiaire desquels l'ensemble de cathode 1 est fixé sur le culot 11 et, à travers une connexion souple (non représentée sur la figure), électriquement relié aux broches 12 servant de connexions de cathode 5. La grille de commande 2 de forme cylindrique est constituée de fils 13 disposés suivant la génératrice d'un cylindre. Les extrémités supérieures des fils 13 sont fixées dans un capuchon 14 ayant un orifice central et les extrémités inférieures de ces fils sont fixées dans un support 15 servant à fixer la grille de commande 2 à une bague 16 du socle 11, qui est reliée par une connexion souple (non représentée) à la connexion correspondante de la grille 2 d'une des broches 12. La grille écran 3 de forme cylindrique est composée de fils 17 disposés suivant la génératrice du cylindre et alignés avec les fils 13 de la grille de commande 2. Les fils 17 de la grille écran 3 sont fixés à l'aide d'un écran 18, au centre duquel est prévue une ouverture laissant passer un dispositif de centrage en céramique 19 destiné à fixer les extrémités supé rieures de l'ensemble de cathode 1, de la grille de commande 2 et de la grille écran 3. Les extrémités inférieures des fils 17 sont fixées dans un support 20. La grille écran 3 est fixée sur le culot 11 par l'intermédiaire d'une bague métallique 21 soudée sur une membrane 22. Sur la surface de l'anode à chambres 4 orientée vers la cathode 5 se trouvent des chambres 23 comportant des arêtes 24. Les arêtes 24 sont parallèles entre elles et perpendiculaires à la surface de l'anode à chambres 4 disposée en face de la cathode 5, formant ainsi des chambres en forme d'enco ches. Une partie de la surface intérieure de chaque chambre 23 de l'anode à chambre 4 comprise entre les arêtes 24, constitue le fond 25 de la chambre 23 et présente une section utile de la surface de l'anode 4. Les surfaces des arêtes 24, orientées vers l'intérieur de la thambre 23 délimitent les parois latérales 26 des chambres 23. La surface étroite de chaque arête 24 dirigée vers la cathode 5 forme la surface en bout 27 de l'arête 24. L'espace compris entre la surface en bout 27 (figure 2) des arêtes 24 et le fond 25 de la chambre 23 constitue la profondeur de la chambre 23 qui est désignée par le caractère a. La distance entre les parois 26 de la chambre 23 constitue la largeur de celle-ci et est désignée par b. La largeur b de la chambre 23 est définie d 'après la formule suivante où : b est la largeur de la chambre 23, Ua, la tension sur l'anode 4 qui n'est pas nulle, ss Cumin, la différence entre la tension U sur l'anode 4 et le potentiel a minimal dans la chambre 23, c'est-à-dire, la chute de potentiel dans la chambre 23, j, la densité moyenne du courant anodique maximal parcourant la surface passant par le centre de la chambre 23 et perpendiculaire aux arêtes 24 de celle-ci, ch, le cosinus hyperbolique, a, la profondeur de la chambre 23, a est en mm, j en mA/cm, Ua et A Cumin, en V, ce qui donnera b en mm. Le rapport a est choisi supérieur à 1, en particulier, égal à 2. b La valeur de la tension Ua sur l'anode à chambre 4, nécessaire pour calculer b conformément àla formule ci-dessus, est la tension minimale obtenue sur l'anode à chambres 4 (tension résiduelle sur l'anode), et dans l'exemple concret de la mise au point de l'invention (tétrode) elle est comprise dans les limites ci-après 0,2 Ug2 ( Ua La valeur du rapport A Umin est choisie en tenant compte U a d'une suppression efficace de l'effet dynatron de l'anode à chambres 4, ce qui ressortira des explications qui vont suivre. La valeur j correspond à celle de la densité moyenne du courant anodique maximal parcourant la surface passant par le centre de la chambre 23 et perpendiculaire aux arêtes 24 de celle-ci. Dans l'exemple décrit de la réalisation de l'invention avec in = 0,28 a = 2 Ua = 100V, j = 100mA/cm, b est égal à 3,5 mm. Ua b L'enveloppe du tube électronique proposé (figure 1) est constituée par la surface extérieure de l'anode à chambres 4 dont la partie supérieure 28 possède un queusot 29 destiné à pomper le tube électronique, des ailettes de refroidissement 30 de l'anode à chambres 4 étant soudées sur la surface extérieure, et par une bague en céramique 31 reliée à l'anode à chambres 4 par l'intermédiaire des bagues 32 et 33 et à la membrane 22 du culot 11 par l'intermédiaire d'une membrane 34 qui est la sortie de la grille écran. Le principe de fonctionnement du tube électronique proposé consiste en ce qui suit. Un flux d'électrons émis par la cathode 5 (figure 1) réchaué à l'aide de l'élément 7 atteint, après avoir traversé les fils 13 de la grille de commande 2 et les fils 17 de la grille écran 3, l'espace grille écran 3 anode à chambres 4. Les trajectoires 35 (figure 2) des électrons primaires sont représentées par les lignes en pointillé (sur la figure 2), la spire 17 de la grille écran 3, la section de la chambre 23 et les trajectoires 35 des électrons primaires sont représentées dans le même plan, ce qui est une convention). Après être passésau-dessus de l'espace où la répartition du potentiel est caractérisée par les lignes équipotentielles 36, les électrons primaires arrivent à la chambre 23 et bombardent le fond 25 et les parois latérales 26 en dégageant des surfaces mentionnées des électrons secondaires dont les trajectoires sont désignées par les références 37 et 38. La direction de ces trajectoires d'électrons est déterminée par le fait que les électrons secondaires, en quittant tout point des surfaces de la chambre 23, subissent l'action d'un champ électrique de forte intensité caractérisé par les lignes équipotentielles bouclées 39 et 40, lesquelles surgissent à l'intérieur de la chambre 23 gracie au choix d'une largeur de la chambre conformément à la présente invention.Le potentiel du champ électrique en tout point de la chambre 23 est inférieur à la tension Ua sur l'anode à chambre 4. Un champ électrique de grande intensité existant dans la chambre 23, cette dernière fonctionne comme un piège électrique povrles électrons d'émission secondaire. Le potentiel minimal se trouve dans la chambre 23 en un point se trouvant approximativement au centre de celle-ci. Les électrons d'émission secondaire qui ont atteint ce champ électrique intense créé à l'intérieur de la chambre 23,se trouvent freinés et déviés, et sont renvoyés vers le fond 25 et les parois latérales 26, et captés par la chambre 23. De ce fait, il n'y a pas d'augmentation du courant de grille écran 3 due aux électrons d'émission secondaire et la répartition de courant dans le tube électronique s'améliore considérablement. Une chute de potentiel ayant lieu dans la chambre 23, avec une densité constante du courant passant dans la chambre 23, une tension anodique constante et un rapport prédéterminé de la profondeur a de la chambre 23 à sa largeur b, est fonction de la largeur b de la chambre 23. La différence entre la tension sur l'anode et le potentiel minimal dans la chambre 23 doit être suffisante pour supprimer l'émission secondaire. L'efficacité de suppression de l'émission secondaire par les chambres 23 est définie par le rapport de la chute de potentiel t Umin dans la chambre 23 à la tension U sur l'anode à chambres 4 et est a caractérisée par le coefficient ak de suppression de l'émission secondaire qui est un rapport du nombre d'électrons d'émission secondaire qui ont quitté la chambre 23 au nombre total d'électrons d'émission secondaire surgis. La figure 3 représente les courbes illustrant la relation existant entre le coefficient ak de suppression de l'émission secondaire (les valeurs de N en 7 sont portées sur l'ordonnée) et le rapport U Umin (sur l'abscisse) U a pour de différentes valeurs du rapport de la profondeur a de la chambre 23 à la largeur b de celle-ci : a = 1 (courbe 41), a = 1 5 (courbe 42), a = 2 (courbe 43). b = b = b Les courbes de la figure 3 se rapportent à la meilleure version de mise en oeuvre de l'invention, lorsque le flux d'électrons en entier est dirigé vers le fond 25 de la chambre 23. Les courbes 41, 42 et 43 concernent l'anode à chambre 4 en cuivre.Le caractère de relation se conserve en cas d'utilisation d'autres matériaux pour la fabrication de l'anode. En vue d'assurer une suppression plus efficace de l'émission secondaire de l'anode à chambres 4 dans une gamme étendue de variation de la tension sur l'anode 4, il est avantageux de choisir la valeur du rapport A Umin comprise entre 0,1 et 0,4. I1 a été déjà indiqué que dans l'exemple U a concret de la réalisation de l'invention ce rapport est pris égal à 0,28. Le tube électronique selon l'invention fonctionnant dans un régime où la tension sur l'anode à chambres 4 est inférieure à celle de grille écran 3, une élévation de tension sur l'anode 4 amène une diminution de la valeur min , ce qui est dû à l'augmentation de la tension sur l'anode 4, U a ainsi qu'à la chute de L Umin par suite d'une diminution de la charge volumétrique du flux primaire dans la chambre 23. La valeur de A Umin peut alors U a devenir inférieure à 0,1, et, conformément à la figure 3, l'efficacité de suppression de l'émission secondaire se trouve brusquement altérée. La gamme de variation de la tension sur l'anode 4 dans laquelle l'effet dynatron de l'anode 4 est le plus manifesté, est de O Dans ce cas, en vertu du caractère monotone et faible de la relation ak = f ( A min), on arrive en pratique à une constance de ak U a dans la gamme de variation mentionnée de Ua, et donc à une suppression efficace de rémission secondaire de l'anode à chambres 4. Selon la figure 3, en l'absence de chute minimum de la tension dans les chambres 23, le coefficient de suppression de l'émission secondair } dans le cas de chambres en forme d'encoches, est égal à 23% pour a = 2 tandis qu'il est de 0,5% pour A Umin et a = 2 Z ce qui = = 0,3 b a témoigne une suppression presque complète de l'émission secondaire de l'anode 4. En pratique, on peut arriver à des valeurs de N = 0,5-5%. Le mécanisme de fonctionnement des chambres 23 peut être dit électromécanique. L'efficacité de suppression des électrons d'émission secon daire en cas de chambres basées sur le principe de piège électromécanique, est de 20 à 40 fois supérieure à celle des chambres n'appliquant que le principe de piège mécanique. La résolution technique en question a permis de rendre à peu près 5 fois inférieure la tension résiduelle sur l'anode dans la version de réalisation décrite, ainsi que d'augmenter considérablement le rendement du tube électronique proposé. L'invention est surtout efficace dans le cas d'application des tubes oscillateurs, du type en question à des dispositifs radiotechniques fonctionnant avec une charge à large bande (à basse résistance), notamment dans les amplificateurs à amplification répartie. Le rendement des dispositifs mentionnés peut être presque doublé (augmenté de 30 à 50 /0); leur poids et leur encombrement peuvent être considérablement réduits, en diminuant le nombre de tubes par étage. I1 est possible de réaliser un tube électronique ayant un système d'électrodes plates, dans lesquelles la largeur d'une chambre d'anode est choisie conformément à la présente invention. I1 va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATION Tube électronique ayant une cathode, une anode à chambres dont les chambres sont formées par des arêtes parallèles entre elles et perpendiculaires à la surface de ltanode orientée vers la cathode, et au moins une grille située entre la cathode et l'anode à chambres, caractérisé en ce que chaque chambre de l'anode à chambre présente une largeur définie par la formule ci-dessous où b est la largeur de la chambre, Ua, la tension sur anode qui n'est pas nulle, A Cumin, la différence entre la tension Ua sur l'anode et le potentiel minimal dans la chambre, c'est-à-dire la chute de potentiel dans la chambre, j, est la densité moyenne du courant anodique maximal parcourant la surface passant par le centre de la chambre et perpendiculaire aux arêtes de celle-ci, ch, le cosinus hyperbolique, a, la profondeur de la chambre.