<Desc/Clms Page number 1>
Oscillateurs à grille positive.
L'invention concerne les oscillateurs à grille positi- ve, connus également sous le nom d'oscillateurs à champ retarda- teur pour le motif que la grille est polarisée plus positivement que l'anode et qu'un champ retardateur est opposé ainsi au flux électronique.
Un article sur "Les oscillateurs à grille positive ou à champ retardateur" par R.I. Sarbacher et W.A. Edson, paru dans "Electronics" d'août 1943 volume 16, N 8, page 108 et suivantes, explique pour un cas simple que l'on peut faire correspondre le temps de passage d'un électron de la cathode à la grille et de la grille à l'anode à un demi-cycle de la fréquence engendrée, en rendant pratiquement égaux les espaces cathode-grille et grille-anode et en ayant des tensions appropriées de polarisa- tion de grille, de cathode et d'anode.
<Desc/Clms Page number 2>
L'explication du fonctionnement est donnée tout d'abord en considérant le mouvement d'un électron en phase avec le champ oscillant, c'est-à-dire d'un électron qui quitte la cathode au moment où la tension oscillante à la grille est nulle mais croit de zéro à une valeur positive. L'électron traverse donc un champ accélérateur plus que normal quand il s'achemine vers la grille, y arrivant avec une vitesse plus élevée (avec plus d'éner- gie) qu'il n'en aurait en l'absence du champ oscillant. Lorsque, l'électron passe à travers la grille, le cycle d'oscillation du champ a progressé jusqu'à changer de polarité, ce qui fait que l'électron ayant traversé la grille passe maintenant dans un champ retardateur inférieur à la normale, arrivant à la plaque avec une énergie comprenant celle du champ oscillant absorbée durant le cycle complet.
Ceci représente une perte d'énergie, puisque l'électron abandonne simplement l'énergie à l'anode sous forme de chaleur et est désigné par conséquent sous le nom d'élec- tron défavorable quant au fonctionnement du dispositif.
Dans le fonctionnement des oscillateurs à grille posi- tive antérieurs, le meilleur rendement est obtenu par les élec- trons qui quittent la cathode 180 (un demi-cycle) plus tard que l'électron précité et qui sont désignés sous le nom d'électrons favorables. Un électron.favorable passe à travers un champ accélérateur qui est inférieur à la normale par suite de la tension H.F. négative à la grille et par conséquent abandonne de l'énergie au champ oscillant et passe à travers la grille avec une énergie inférieure à la normale. Comme précédemment, en vertu de l'inversion du cycle d'oscillation, l'électron arrive entre grille et anode alors que le champ devient progres- sivement retardateur, et l'électron continue à abandonner de l'énergie au champ oscillant.
Puisque l'électron a abandonné de l'énergie au champ pendant tout son voyage, il a une énergie moindre que la normale lorsqu'il approche de l'anode et n'at- teint pas l'anode mais s'arrête et renverse sa course, retour-
<Desc/Clms Page number 3>
nant vers la grille positive. Toutefois, au moment où l'électron arrive au repos et renverse sa course, le champ oscillant entre plaque et grille change également de polarité, ce qui fait que l'électron rencontre de nouveau un champ accélérateur infé- rieur à la normale. L'électron continue par conséquent à être @ favorable, abandonnant de l'énergie au champ oscillant.
Il peut passer de nouveau à travers la grille et continuer à entretenir le champ oscillant, renversant et répétant de nouveau le proces- sus jusque ce qu'il frappe finalement la grille et soit perdu pour une destination utile ultérieure.
C'est un axiome que les électrons favorables doivent transmettre au champ oscillant une énergie plus élevée que celle qui est absorbée du champ par les électrons défavorables, pour que le champ oscillant soit entretenu par lui-même, ce qui fait que le rendement est accru en augmentant les électrons favorables ou en diminuant les électrons défavorables. En pra- tique, on a obtenu une proportion avantageuse en employant une émission maintenue par une température limitée plutôt que par une charge d'espace limitée. Toutefois, ceci empêche d'augmen- ter le courant ou la puissance d'entrée, et les oscillateurs à grille retardatrice de la technique antérieure présentent un rendement faible et une puissance de fonctionnement peu étendue.
De façon générale,un but de l'invention est de surmon- ter les déficiences des oscillateurs à grille positive de la technique antérieure.
Plus spécifiquement, le'but principal de l'invention est d'accroître la proportion d'électrons favorables travaillant dans un oscillateur à grille positive.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée ci-dessous de plusieurs de ses réalisations préférées, montrées à titre d'exemples dans les dessins annexés.
Les figures 1 à 4 sont des représentations classiques de dispositifs électroniques et de circuits conformes à l'in-
EMI3.1
vention, mention
<Desc/Clms Page number 4>
les figs. 5a, 5b et 5c sont des diagrammes de l'action de l'électron dans l'oscillateur de la présente invention; et les figs. 6 à 8 sont des vues longitudinales en coupe de diverses lampes oscillatrices où l'invention est appliquée.
Un oscillateur conforme à l'invention peut être repré- sente schématiquement, comme sur les figures 1 à 4. Il'comprend une enveloppe à vide 15 contenant une source d'électrons pri- maires, qui y est indiquée sous forme d'une cathode 16, distante d'une grille positive ou de commande usuelle 17, au delà de la- quelle se trouve une anode 18. Les oscillateurs connus conte- naient ces trois électrodes, soit la cathode, la grille et l'anode, avec un espacement proportionné au temps de parcours des électrons pour tirer avantage de la prépondérance d'énergie d'électrons favorables sur ceux qui sont défavorables et entre- tenir ainsi des oscillations.
Comme c'est expliqué plus complè- tement dans l'article précité de "Electronics", le résultat dé- penddel'espacement oudes dimensions des électrodes ainsi que des tensions sous lesquelles elles travaillent et souffre de limi- tations apportées aussi bien à la .construction qu'au fonction- nement, ce qui provoque un ,faible rendement.
Selon la présente invention, l'électrode d'anode de la technique antérieure est remplacée par une électrode dési- gnée ici sous le nom de grille sélectrice 19, et une électrode désignée ici comme l'anode 18 est installée au-delà de la dite grille sélectrice. La grille 19 remplaçant l'anode est maintenue à une tension négative correspondant, à celle de l'anode de la technique antérieure, et joue, comme dans la technique anté- rieure, le rôle d'anode vis-à-vis des électrons qui quittent la cathode dans une relation de phase favorable.'L'électrode dé- signée ici sous le nom d'anode 18 est placée à une distance pré- déterminée au-delà de la grille sélectrice 19, fonctionne comme une anode pour des électrons qui émanent de la cathode avec une relation de phase défavorable, et les transforme en électrons
<Desc/Clms Page number 5>
favorables.
Par cette construction,.les électrons favorables initialement le demeurent et les électrons défavorables de- viennent favorables. De ce fait, le rendement est fortement aug- menté, non seulement grâce à la présence d'un nombre accrû d'é- lectrons favorables, mais également grâce à l'élimination de l'effet d'annulation d'électrons favorables par les électrons défavorables.
En détail, la figure 1 représente un oscillateur dans lequel une cathode 16 et une grille positive 17 présentent la relation habituelle d'espacement et des tensions de cathode et de grille employées généralement dans des oscillateurs à grille positive. La grille sélectrice 19 a l'espacement usuel et la tension approximative de l'anode d'un oscillateur à grille positive classique. Ces deux espacements sont générale- ment égaux et, en relation avec la phase et le temps de passa- ge de l'électron, sont disposés à une distance telle qu'bn électron, quittant la cathode à un moment défini de la phase, atteint la grille positive quand la phase est avancée de 180 , et, continuant à travers la grille, arrive à la grille sélec- trice quand la phase a avancé de 180 supplémentaires.
Un électron passant à travers la grille sélectrice approche de l'anode et sa position est telle que l'électron atteint l'ano- de quand la phasé a de nouveau avancé d'une quantité de 90 ou d'un quart de cycle du temps de parcours. La grille sélectrice est de préférence au moins approximativement au potentiel de la cathode, tandis oue l'anode se trouve à un potentiel suffisam- ment négatif, par rapport à la cathode ou à la grille sélectri- ce, pour'repousser des électrons qui entrent dans la région anode-grille sélectrice. Une tension continue d'une source telle que la batterie'20 est appliquée entre la cathode et la grille positive 17 et une tension semblable mais opposée est appliquée entre la grille positive et la grille sélectrice par une source telle que la batterie 21.
Une tension continue un peu
<Desc/Clms Page number 6>
plus négative est appliquée à l'anode par une source convenable, telle que la batterie 22, si on le désire. La charge ou -circuit de sortie est désigné par 30.
Le fonctionnement de l'oscillateur représenté sur la. fig.l est donné par les diagrammes des figs. 5a et 5:.. En se reportant tout d'abord à la fig.5a, un électron qui quitte la.. cathode 16 à un moment favorable abandonne de- l'énergie au champ oscillent pendant les deux demi-cycles du voyage de la cathode aux environs de la grille sélectrice. Etant donné que ces électrons favorables ont perdu queloue peu leur énergie lors du voyage vers le champ retardateur, ils sont repoussés par la grille sélectrice 19 qui agit comme une anode virtuelle vis-à- vis de ces électrons. L'action est répétée, donc les électrons oscillent en arrière et en avant à travers la grille positive 17, abandonnant de l'énergie au champ retardateur.
Le parcours oscillant de l'électron favorable est indiqua par la ligne 23;
En se reportant ensuite à la fig.5b, un électron qui quitte la cathode à un moment défavorable absorbe de l'énergie du champ oscillant pendant les deux demi-cycles initiaux du parcours, arrivant à la grille sélectrice avec une vitesse déter- minée par la quantité d'énergie qu'il a absorbée. Cette vitesse additionnelle a pour résultat que l'électron continueà tra- vers ou au delà de la grille sélectrice, dans le champ retarda- teur entre la grille sélectrice 19 et l'anode 18, ce qui ralen- tit l'électron jusqu'à ce qu'il arrive au repos avant d'avoir atteint l'anode ou son voisinage. Sur ce, par suite du champ continu, l'électron prend une direction inverse et est accélé- ré en arrière vers la grille sélectrice, passant de nouveau par cette grille.
Bien entendu, quelques lectrons frappent 'La grille et seront perdus pour un usage ultérieur, mais on con- sidère ici la majorité qui trverse la grille sur le chemin de retour et qui constitue de loin le plus grand nombre à cause des ouvertures de la grille sélectrice et de l'action de con- - centration du champ électrique existant dans le voisinage de
<Desc/Clms Page number 7>
cetteegrille. Puisque l'anode est située à une distance du parcours électronique, par rapport à la grille sélectrice, s'accordant avec un changement du cycle de la phase pratiauement de 90 , le voyage aller et retour de l'électron dans la région entre la grille sélectrice et l'anode occupe une période de mi- gration correspondant pratiquement à un changement de phase de 180 .
En conséquence, l'Électron revient et passe à travers la grille sélectrice 180 plus tard que dans sa trajectoire en avant et, par suite du retard de 180 , est alors un lectron favorable dans la région entre la cathode et la grille sélec- trice et agit comme les électrons favorables susmentionnés, oscillant en arrière et en avant à travers la grille posi- tive 17 et abandonnant de l'énergie au champ retardateur. Le parcours de cet électron initialement défavorable et finalement favorable est Indiqué par la ligne 24 sur la fig.5b.
Il est ma- nifeste maintena.nt que l'invention fournit des moyens d'augmen- ter le rapport entre le nombre de parcours électroniaues à. demi-cycles favorables et le nombre de ceux qui sont défavora- bles et qu'on obtient par conséquent un accroissement correspon- dant du rendement de l'oscillation.
Comme indiqué précédemment, l'invention a pour but d'a.ug- menter la proportion d'électrons favorables. En plus de la transformation d'électrons défavorables en électrons favorables, on peut effectuer une multiplication ultérieure par l'utilisation de l'émission secondaire. Comme exemple de cette particularité, l'anode 18 de la fig.l peut être en matière à émission secon- daire relativement élevée. Afin que les électrons primaires ailleht jusqu'à l'anode pour libérer les électrons secondaires, la tension anodique est de préférence égale à ou voisine de la tension de la grille sélectrice 19.
La tension supplémentaire appliquée par la batterie 22 sur la fig.l sera donc réduite, inversée ou supprimée quand on désire l'émission secondaire; à titre d'exemple de l'absence totale de différence de potentiel,
<Desc/Clms Page number 8>
la représentation de la fig.2 indique que la grille sélectrice . et l'anode se trouvent au même potentiel mais espacées, comme précédemment,d'un écartement du trajet électronique fournissant approximativement un changement de phase d'un quart de cycle, ou, plus exactement, pour fournir un temps de voyage aller et retour de et vers la grille sélectrice, de 180 pratiquement.
En ce qui concerne la question des 'lectrons secondai- res, lorsqu'on l'on considère des électrons quittant la cathode à des moments favorables, leur comportement est identique à celui donné plus haut en corrélation avec les figures 1 et 5a.
Pour des électrons quittant la cathode 19 à des moments défavo- rables, le fonctionnement est analogue à celui donné ci-dessus pour des électrons défavorables, mais en plus les électrons pri- maires atteignent l'anode et des électrons secondaires accompa- gnent au trajet de retour et cela en plus grand nombre que les électrons primaires. Le fonctionnement de l'oscillateur soit de la fig.l, soit de la fig. 2, avec émission secondaire de l'anode, est montré sur la fig.5c..
En se référant plus spcialement µ la fig.5c, un élec- tron qui quitte la cathode 16 à un moment désavantageux absorbe, comme décrit plus haut, de l'énergie du champ oscillant pendant les 2 demi-cycles initiaux du parcours de la cathode 16 à la grille sélectrice 19. En considérant uniquement des électrons passant à travers les grilles, l'électron primaire venant de la cathode est accéléré par l'énergie prise au champ oscillant et frappe l'anode 18.
Par suite de l'impact sur l'anode, l'é- lectron primaire libère plusieurs électrons secondaires qui, par suite du champ continu, voyagent vers et à travers la grille sélectrice où ils se trouvent eux-mêmes dans une phase favorable parce que le champ oscillant a avancé de 1800 depuis le moment où l'électron primaire défavorable a passé à travers la grille sélectrice. Les électrons secondaires sont alors des électrons favorables et agissent comme décrit plus haut, oscillant en
<Desc/Clms Page number 9>
arrière et en avant à travers la grille positive 17 et abandon- nant de l'énergie au champ retardateur. Le parcours de l'élec- tron primaire défavorable est indiqué sur la. fig.5c par une li- gne pleine 25a et le parcours d'un des électrons secondaires est indiqué par la ligne pointillée 25b.
Comme il y a beaucoup d'é- lectrons secondaires pour chaque électron primaire,il devient manifeste maintenant qu'on obtient un accroissement correspon- dant du rendement de l'oscillation.
Les exemples précédents de l'invention (fig.l et 2) pour l'accroissement de l'énergie soit par des électrons pri- maires soit par des électrons primaires et secondaires, ont été basés sur une considération de tension oscillante de grille.
L'invention est cependant également applicable avec la tension de grille fixe ou nulle, tandis que la cathode et/ou l'anode oscillent électriquement.
Dans l'exemple de la fig.3, on a choisi arbitrairement le type d'anode à émission secondaire de la fig.2, mais il doit être entendu que le.système d'anode et de polarisation de la fig.l est également applicable. Dans la fig.3, en con- nectant l'anode 18 et la cathode 16 aux extrémités opposées du secondaire 26 du transformateur, la tension oscillant à leurs bornes bascule d'arrière en avant, la grille 17 étant neutre au point de vue tension oscillante en raison de la prise médiane 27 sur le secondaire 26. Une source convenable, telle que la batterie 28, fournit à la dite grille 17 une tension continue positive.
L'intervalle entre la cathode 16 et la grille posi- tive 17 et entre la grille positive 17 et la grille sélectrice 19 vaut maintenant 90 dans l'intervalle de temps du trajet, tandis que l'écartement entre la grille sélectrice 19 et l'anode 18 demeure comme précédemment à l'intervalle de 90 du temps du parcours.
Des électrons défavorables sont donc poussés, comme précédemment, avec l'énergie qu'ils ont absorbée, à tra- vers la grille sélectrice, pratiquement en opposition de phase
<Desc/Clms Page number 10>
avec les électrons favorables ; en traversant l'intervalle va- lant approximativement 90 jusqu'à l'anode, ces électrons pri- maires produisent des électrons secondaires qui parcourent cette distance dans l'autre sens, parcourent une distance aller et retour de 1800 pratiquement, comme précédemment, et entrent de ce fait en phase avec les électrons favorables dans le champ entre la. grille sélectrice et la grille positive.
En suivant plus minutieusement l'électron défavorable, on observera qu'il quitte la cathode à un moment où la tension oscillante augmente de zéro à la cathode à -90 quand l'élec- tron atteint la grille positive 17. L'électron est accéléré par cette tension répulsive, absorbe de ce fait de l'énergie et est par conséquent défavorable. Quand l'électron passe dans le champ entre les grilles, la tension oscillante à la grille sé- lectrice se trouve à son maximum positif qui réduit le champ retardateur. En traversant ce champ retardateur inférieur à la normale, l'électron absorbe de l'énergie des oscillations, arri- vant à la grille sélectrice alors que la tension oscillante à la dite grille sélectrice diminue vers zéro; mais, ayant acquis de l'énergie, l'électron continuera -vers l'anode et y libérera des électrons secondaires.
Les électrons secondaires sont atti- rés par la grille positive dont le champ continu perce suffisam- ment la grille sélectrice et poursuit sa route sur ce qui est désigné ici sous le nom de chemin de retour. Le temps de par- cours du chemin d'aller et de retour du voyage de l'électron entre la grille sélectrice et l'anode absorbe pratiquement un décalage de phase de 1800 de la période d'oscillation, de sorte que l'entrée des électrons secondaires dans la région grille positive-grille sélectrice a lieu à un moment où la grille sélectrice commence à être affectée par une-, augmentation de la tension oscillante positive, ce qui diminue algébriquement l'effet de la tension continue positive et crée de la sorte un champ accélérateur inférieur à la normale.
L'électron perd de la vitesse, donnant ainsi une partie de son énergie au champ
<Desc/Clms Page number 11>
oscillant, passe dans la région entre la grille positive et la cathode où il se trouve de nouveau dans un champ retardateur, fait demi-tour et oscille d'arrière en avant à travers la grille positive, pomme dans les cas décrits précédemment. La transformation et l'emploi d'électrons primitivement défavo- rables sont par conséquent accomplis dans les diverses réalisa- tions illustrées et désignées ou décrites ci-dessus.
Bien que la description détaillée ci-dessus ne con- cernait qu'un oscillateur, par raison de simplicité, il doit être entendu que l'invention est d'application plus générale, par exemple à un amplificateur. Ainsi, la fig. 4 représente un circuit ou dispositif oscillant d'entrée 29, dans les limites d'oscillation de l'oscillateur décrit ci-dessus. Cette.tension oscillante est amplifiée ensuite par l'oscillateur et passe utilement par un dispositif ou circuit de sortie 30. L'oscilla- teur particulier représenté sur la fig. 4 est un oscillateur ayant une anode 18 à émission secondaire et l'écartement entre les différentes électrodes correspond, comme dans la fig.4, entre chaque électrode et la suivante, à l'intervalle de 90 du temps du parcours électronique.
On fait observer que, tandis que l'oscillateur décrit dans l'article de "Electronics" doit nécessairement fonction- ner avec la cathode limitée autrement que par la charge d'es- pace, la présente invention n'est pas limitée de la sorte et peut fonctionner soit avec une charge d'espace limitée soit avec une émission limitée, parce que les électrons défavora- bles deviennent finalement des électrons favorables, comme décrit ici.
En plus de l'augmentation du rendement et de l'effica- cité d'un oscillateur, obtenue par les perfectionnements dé- crits ci-dessus, l'invention permet aussi l'emploi de courants et de tensions plus élevés, à la fois pour tirer avantage de ces courants accrûs et pour augmenter la puissance. L'invention
<Desc/Clms Page number 12>
proposé de rendre la tension de grille pulsée, augmentant donc les courants limités par la charge non spatiale, et d'utiliser une tension beaucoup plus élevée qu'auparavant dans les oscilla- teurs à grille positive, permettant ainsi à l'oscillateur de traiter des puissances de crête beaucoup plus grandes pour la même valeur d'échauffement de l'électrode.
La création d'une tension de grille pulsatoire ne permet pas seulement d'employer des tensions de crête beaucoup plus élevées, pour la même puis- sance moyenne, mais aura pour résultat une longueur d'onde con- sidérablement et avantageusement plus courte, pour une lampe de construction donnée.
Les oscillateurs à grille positive suivant l'invention peuvent avoir les éléments du tube diversement disposés: on peut faire usage d'électrodes coaxiales, comme le montre la fig.6, ou de constructions résonnantes à corps creux montrées sur les figs. 7 et 8. Sur les figures 6 et 8, toutes les électrodes sont isolées les unes des autres afin d'appliquer toute tension désirée à n'importe quelle électrode, tandis que la cathode 16b et la grille sélectrice 19b se trouvent à un potentiel commun sur la fig.7. Sur la fig.8 la cathode, l'anode et la grille sé- lectrice, peuvent être ajustées par rapport à la grille positive.
Sur les figs. 6 et 7, les électrodes se trouvent dans une posi- tion fixe prédéterminée, de sorte que l'accord est parachevé par le réglage des tensions appliquées.
Le tube de l'oscillateur de la fig. 6 comprend des élec- trodes coaxiales: une cathode cylindrique 16a avec à l'intérieur un filament, consistant en un enroulement porté par une tige isolante 32. Son extrémité supérieure s'engage dans une pièce isolante en forme de fiche glissée elle-même dans le bout supé- rieur de la cathode. Une autre pièce d'écartement 34 est installée à l'extrémité inférieure de la cathode dans laquelle elle s'engage et reçoit l'autre extrémité de la dite tige. Les deux pièces d'écartement servent également de support à une grille cylindrique positive 17a dont l'extrémité supérieure
<Desc/Clms Page number 13>
porte un capuchon métallique 35 recouvrant le dessus et la péri- phérie supérieure de la pièce 33.
La pièce d'écartement infé- rieure s'étend sous la cathode et les épaulements extérieurs du cylindre de grille et sert de support à l'extrémité inférieure d'une grille sélectrice cylindrique 19a. L'extrémité supérieure de la grille sélectrice s'adapte sur une troisième pièce d'écarte- ment 36 montée sur le capuchon 35. Une anode cylindrique 18a entoure concentriquement la grille sélectrice tout en étant écartée d'elle. L'intervalle radial de la cathode à la grille positive, de la grille positive à la grille sélectrice et de la grille sélectrice à l'anode est exécuté comme décrit à propos des figs.. 1 à 5. L'anode peut être réflectrice ou capable d'émis- sion secondaire, également suivant la description prcdente.
.La fixation des électrodes et le scellement de l'en- veloppe vidéeppeuvent sefaire de la manière classique... Ici, l'ano- de forme une partie de la. paroi de l'enveloppe et porte à ses extrémités des anneaux 37 soudés. Ces anneaux sont prolonges par des colliers métalliques soudés ou fixés d'une autre manière et se présentant sous la forme de prolongements cylindriques de l'anode. Ces colliers sont en matière appropriée, telle celle vendue dans le commerce sous le nom de "kovar". L'extrémité su- périeure des colliers porte un capuchon en verre 39 oui y est scellé.
Une tige métallique- de connexion 40 scellée dans le capuchon et concentrique, au collier porte, à son extrémité in- férieure, le capuchon métallique 35 décrit auparavant et qui fait partie de la grille positive. Le collier inférieur 38 porte également un capuchon en verre 41 qui y est scell. Les con- nexions d'amenée 43, 44 et 45 pour le courant de chauffage du filament, la cathode, et la grille sélectrice sont scellées dans le capuchon 41.
L'adaptation de l'invention à des résonateurs creux est illustrée par les réalisations représentées aux figs. 7 et
8. La fig.7 montre un résonateur creux, dont la carcasse 50 est entièrement métallique. Il comprend une paroi cylindriaue 51 et
<Desc/Clms Page number 14>
des parois d'extrémité 52, 53 oui ménagent respectivement 'des parties rentra.ntes 54, 55, concentriques à la paroi cylindrique 51 et dirigées l'une vers l'autre mais espacées. A l'extrémité de la partie rentrante 54, une cathode 16b chauffée par un filament 32b est disposée transversalement. A la base de l'autre partie rentrante 55, une anode 18b sous forme d'un disque plat est disposée transversalement à l'intfrieur de lA partie 55 et parallèlement à la cathode.
Tout à l'extrémité de cette partie rentrante contenant l'anode se trouve une grille sélectrice 19b parallèle à l'anode ; la dite grille sélectrice et la ca- thode se trouve une grille positive 17b également parallèle à l'a.node, à la cathode, à la grille sélectrice, et isolée de ces diverses électrodes. L'intervalle desdifférentes électrodes correspond à la description ci-dessus et le fonctionnement est le même, le résonateur alimentant le champ oscillant et recevant 1'énergie engendrée. Une boucle de sortie 56 sert à. transmettre l'énergie vers l'extérieur.
La fig.8 est semblable à la. fig.7 et comporte les mêmes chiffres de référence nais affectas de la lettre C pour plus de clartc. La fig. 8 montre la possibilité d'ajuster les électrodes de part et d'autre de la grille positive 17c, pour les besoins de l'accord.
REVENDICATIONS
1) Oscillateur à grille positive avant une cathode et une grille établissant un champ oscillant travers par des élec- trons venant de la dite cathode au moment où la polarité du champ a un sens donné, caractérisé par une électrode addition- nelle servant à renvoyer les électrons dans le champ au moment où sa polarité a le sens oppose.
<Desc / Clms Page number 1>
Positive gate oscillators.
The invention relates to positive gate oscillators, also known under the name of retarding field oscillators for the reason that the gate is polarized more positively than the anode and a retarding field is thus opposed to the flux. electronic.
An article on "Positive gate or delay field oscillators" by RI Sarbacher and WA Edson, published in "Electronics" of August 1943 volume 16, N 8, page 108 and following, explains for a simple case that we can match the transit time of an electron from cathode to gate and from gate to anode to one half cycle of the generated frequency, making the cathode-gate and gate-anode spaces practically equal and having appropriate grid, cathode and anode bias voltages.
<Desc / Clms Page number 2>
The explanation of the operation is given first of all by considering the movement of an electron in phase with the oscillating field, that is to say of an electron which leaves the cathode at the moment when the oscillating voltage at the grid is zero but grows from zero to a positive value. The electron therefore crosses a more than normal accelerating field when it moves towards the grid, arriving there with a higher speed (with more energy) than it would have in the absence of the oscillating field. . As the electron passes through the grid, the field oscillation cycle has progressed until it has changed polarity, so that the electron that has passed through the grid now passes into a lower than normal retarding field, arriving to the plate with an energy comprising that of the oscillating field absorbed during the complete cycle.
This represents a loss of energy, since the electron simply gives up energy to the anode in the form of heat and is therefore referred to as the unfavorable electron for the operation of the device.
In the operation of previous positive gate oscillators, the best efficiency is obtained by the electrons which leave cathode 180 (half a cycle) later than the aforementioned electron and which are referred to as electrons. favorable. A favorable electron passes through an accelerating field which is lower than normal as a result of the negative HF voltage at the gate and therefore gives up energy to the oscillating field and passes through the gate with less than normal energy . As before, by virtue of the reversal of the cycle of oscillation, the electron arrives between gate and anode as the field gradually becomes retarder, and the electron continues to give up energy to the oscillating field.
Since the electron has given up energy to the field during its entire journey, it has less energy than normal as it approaches the anode and does not reach the anode but stops and reverses its energy. run, return-
<Desc / Clms Page number 3>
nant towards the positive grid. However, as the electron comes to rest and reverses its course, the oscillating field between plate and grid also changes polarity, causing the electron to again encounter a lower than normal accelerating field. The electron therefore continues to be favorable, relinquishing energy to the oscillating field.
It can pass through the grid again and continue to maintain the oscillating field, reversing and repeating the process again until it finally hits the grid and is lost to a later useful destination.
It is an axiom that the favorable electrons must transmit to the oscillating field a higher energy than that which is absorbed from the field by the unfavorable electrons, so that the oscillating field is maintained by itself, so that the efficiency is increased. by increasing the favorable electrons or by decreasing the unfavorable electrons. In practice, an advantageous proportion has been obtained by employing emission maintained by a limited temperature rather than a limited space charge. However, this prevents increasing the input current or power, and the prior art delay gate oscillators have low efficiency and small operating power.
In general, an object of the invention is to overcome the shortcomings of the positive gate oscillators of the prior art.
More specifically, the main aim of the invention is to increase the proportion of favorable electrons working in a positive gate oscillator.
The invention will become clear from the detailed description below of several of its preferred embodiments, shown by way of example in the accompanying drawings.
Figures 1 to 4 are typical representations of electronic devices and circuits according to the in-
EMI3.1
mention, mention
<Desc / Clms Page number 4>
figs. 5a, 5b and 5c are diagrams of the action of the electron in the oscillator of the present invention; and figs. 6 to 8 are longitudinal sectional views of various oscillating lamps where the invention is applied.
An oscillator according to the invention may be shown schematically, as in Figures 1 to 4. It comprises a vacuum envelope 15 containing a source of primary electrons, which is indicated therein in the form of a cathode. 16, distant from a positive or usual control grid 17, beyond which is an anode 18. The known oscillators contained these three electrodes, namely the cathode, the grid and the anode, with a spacing proportional to the electron travel time to take advantage of the preponderance of energy of favorable electrons over unfavorable electrons and thus maintain oscillations.
As explained more fully in the aforementioned "Electronics" article, the result depends on the spacing or dimensions of the electrodes as well as the voltages under which they operate and suffers from limitations as well. construction than in operation, resulting in low efficiency.
According to the present invention, the prior art anode electrode is replaced by an electrode referred to herein as selector gate 19, and an electrode referred to herein as anode 18 is installed beyond said electrode. selector grid. The gate 19 replacing the anode is maintained at a negative voltage corresponding to that of the anode of the prior art, and plays, as in the prior art, the role of anode vis-à-vis the electrons which. leave the cathode in a favorable phase relation. The electrode here referred to as the anode 18 is placed a predetermined distance beyond the selector grid 19, functions as an anode for electrons which emanate from the cathode with an unfavorable phase relationship, and transform them into electrons
<Desc / Clms Page number 5>
favorable.
By this construction, the initially favorable electrons remain so and the unfavorable electrons become favorable. As a result, the yield is greatly increased, not only thanks to the presence of an increased number of favorable electrons, but also thanks to the elimination of the effect of cancellation of favorable electrons by the favorable electrons. unfavorable electrons.
In detail, Figure 1 shows an oscillator in which a cathode 16 and a positive grid 17 exhibit the usual relationship of spacing and cathode and grid voltages generally employed in positive gate oscillators. Selector gate 19 has the usual spacing and approximate anode voltage of a conventional positive gate oscillator. These two spacings are generally equal and, in relation to the phase and the transit time of the electron, are arranged at a distance such that bn electron, leaving the cathode at a defined moment of the phase, reaches the positive grid when the phase is advanced 180, and, continuing through the grid, arrives at the selector grid when the phase has advanced 180 more.
An electron passing through the selector gate approaches the anode and its position is such that the electron reaches the anode when the phase has again advanced by an amount of 90 or a quarter of a cycle of time of course. The selector gate is preferably at least approximately at the potential of the cathode, while the anode is at a sufficiently negative potential, with respect to the cathode or the selector gate, to repel incoming electrons. in the selector anode-gate region. DC voltage from a source such as battery '20 is applied between cathode and positive grid 17 and a similar but opposite voltage is applied between positive grid and selector grid by a source such as battery 21.
A tension continues a little
<Desc / Clms Page number 6>
more negative is applied to the anode from a suitable source, such as battery 22, if desired. The load or -output circuit is designated by 30.
The operation of the oscillator shown in. fig.l is given by the diagrams of figs. 5a and 5: .. Referring first to fig. 5a, an electron which leaves cathode 16 at a favorable moment gives up energy to the field oscillate during the two half-cycles of the travel of. the cathode in the vicinity of the selector grid. Since these favorable electrons have lost somewhat of their energy during the journey towards the retarding field, they are repelled by the selector grid 19 which acts as a virtual anode to these electrons. The action is repeated, so the electrons oscillate back and forth through the positive grid 17, releasing energy to the retarding field.
The oscillating path of the favorable electron is indicated by line 23;
Referring next to fig. 5b, an electron which leaves the cathode at an unfavorable moment absorbs energy from the oscillating field during the initial two half-cycles of the path, arriving at the selector grid with a speed determined by the amount of energy it has absorbed. This additional speed results in the electron continuing through or beyond the selector gate, in the retarding field between selector gate 19 and anode 18, which slows the electron down to what happens at rest before having reached the anode or its vicinity. Thereupon, as a result of the DC field, the electron takes a reverse direction and is accelerated back towards the selector grid, passing again through this grid.
Of course, a few electrons hit the grid and will be lost for later use, but here we consider the majority which crosses the grid on the way back and which constitutes by far the largest number because of the openings in the grid. selector and the action of concentrating the electric field existing in the vicinity of
<Desc / Clms Page number 7>
this grid. Since the anode is located at a distance from the electron path, relative to the selector grid, matching a phase cycle change of almost 90, the outward and return travel of the electron in the region between the grid selector and the anode occupies a migration period corresponding to practically a phase change of 180.
As a result, the Electron returns and passes through the selector grid 180 later than in its forward path and, as a result of the delay of 180, is then a favorable electron in the region between the cathode and the selector grid and acts like the aforementioned favorable electrons, oscillating back and forth through the positive gate 17 and releasing energy to the retarding field. The course of this electron initially unfavorable and finally favorable is indicated by line 24 in fig. 5b.
It is now clear that the invention provides means of increasing the ratio of the number of electronic paths to. favorable half-cycles and the number of unfavorable ones and a corresponding increase in the efficiency of the oscillation is therefore obtained.
As indicated above, the object of the invention is to increase the proportion of favorable electrons. In addition to the transformation of unfavorable electrons into favorable electrons, further multiplication can be carried out by the use of secondary emission. As an example of this feature, the anode 18 of Fig. 1 may be of relatively high secondary emission material. In order for the primary electrons to travel to the anode to release the secondary electrons, the anode voltage is preferably equal to or close to the voltage of the selector gate 19.
The additional voltage applied by the battery 22 in fig.l will therefore be reduced, reversed or eliminated when the secondary emission is desired; as an example of the total absence of potential difference,
<Desc / Clms Page number 8>
the representation in fig. 2 indicates that the selector grid. and the anode are at the same potential but spaced, as before, by an electronic path spacing providing approximately a quarter-cycle phase change, or, more accurately, to provide a round trip time of and towards the selector grid, practically 180.
With regard to the question of secondary electrons, when one considers electrons leaving the cathode at favorable times, their behavior is identical to that given above in correlation with Figures 1 and 5a.
For electrons leaving cathode 19 at unfavorable times, the operation is analogous to that given above for unfavorable electrons, but in addition the primary electrons reach the anode and secondary electrons accompany the path. back and that in greater number than the primary electrons. The operation of the oscillator either in fig.l or in fig. 2, with secondary emission from the anode, is shown in fig.5c ..
Referring more specifically to fig. 5c, an electron which leaves cathode 16 at a disadvantageous moment absorbs, as described above, energy from the oscillating field during the initial 2 half-cycles of the cathode path. 16 to the selector grid 19. Considering only electrons passing through the grids, the primary electron coming from the cathode is accelerated by the energy taken from the oscillating field and strikes the anode 18.
As a result of the impact on the anode, the primary electron releases several secondary electrons which, as a result of the DC field, travel to and through the selector grid where they are themselves in a favorable phase because the oscillating field has advanced by 1800 since the moment the unfavorable primary electron passed through the selector gate. The secondary electrons are then favorable electrons and act as described above, oscillating in
<Desc / Clms Page number 9>
back and forth through the positive gate 17 and relinquishing energy to the delay field. The unfavorable primary electron path is shown on the. fig.5c by a solid line 25a and the path of one of the secondary electrons is indicated by the dotted line 25b.
Since there are many secondary electrons for each primary electron, it is now becoming apparent that a corresponding increase in the efficiency of the oscillation is obtained.
The previous examples of the invention (Figs. 1 and 2) for increasing the energy either by primary electrons or by primary and secondary electrons, have been based on a consideration of oscillating gate voltage.
However, the invention is also applicable with the grid voltage fixed or zero, while the cathode and / or the anode oscillate electrically.
In the example of fig. 3, the type of secondary emission anode of fig. 2 has been arbitrarily chosen, but it should be understood that the anode and polarization system of fig.l is also applicable. In fig. 3, by connecting the anode 18 and cathode 16 at the opposite ends of the secondary 26 of the transformer, the oscillating voltage at their terminals switches from back to front, the grid 17 being voltage neutral. oscillating due to the middle tap 27 on the secondary 26. A suitable source, such as the battery 28, supplies said gate 17 with a positive DC voltage.
The gap between the cathode 16 and the positive grid 17 and between the positive grid 17 and the selector grid 19 is now 90 in the travel time interval, while the gap between the selector grid 19 and the selector grid 19. anode 18 remains as before at the interval of 90 of the travel time.
Unfavorable electrons are therefore pushed, as before, with the energy they have absorbed, through the selector gate, practically in phase opposition.
<Desc / Clms Page number 10>
with favorable electrons; by crossing the gap of approximately 90 to the anode, these primary electrons produce secondary electrons which travel this distance in the other direction, travel a round trip distance of nearly 1800, as before, and therefore come into phase with the favorable electrons in the field between the. selector grid and positive grid.
By monitoring the unfavorable electron more carefully, it will be observed that it leaves the cathode at a time when the oscillating voltage increases from zero at the cathode to -90 when the electron reaches the positive grid 17. The electron is accelerated. by this repulsive tension, therefore absorbs energy and is therefore unfavorable. As the electron passes through the field between the gates, the oscillating voltage at the selector gate is at its positive maximum which reduces the retarding field. By crossing this lower than normal delay field, the electron absorbs energy from the oscillations, arriving at the selector gate while the oscillating voltage at said selector gate decreases towards zero; but, having acquired energy, the electron will continue towards the anode and liberate secondary electrons there.
The secondary electrons are attracted by the positive grid, the DC field of which sufficiently pierces the selector grid and continues its route on what is referred to here as the return path. The travel time of the outward and return path of the electron travel between the selector gate and the anode practically absorbs a phase shift of 1800 of the oscillation period, so that the input of the secondary electrons in the positive gate-selector gate region takes place at a time when the selector gate begins to be affected by an increase in positive oscillating voltage, which algebraically decreases the effect of positive DC voltage and creates leaves an accelerating field lower than normal.
The electron loses speed, giving part of its energy to the field
<Desc / Clms Page number 11>
oscillating, passes through the region between the positive grid and the cathode where it is again in a retarding field, turns around and oscillates back and forth through the positive grid, apple in the cases previously described. The transformation and use of originally unfavorable electrons is therefore accomplished in the various embodiments illustrated and designated or described above.
Although the above detailed description only relates to an oscillator, for the sake of simplicity, it should be understood that the invention has more general application, for example to an amplifier. Thus, FIG. 4 shows an input oscillating circuit or device 29, within the oscillation limits of the oscillator described above. This oscillating voltage is then amplified by the oscillator and usefully passes through an output device or circuit 30. The particular oscillator shown in FIG. 4 is an oscillator having an anode 18 with secondary emission and the spacing between the different electrodes corresponds, as in FIG. 4, between each electrode and the next, to the interval of 90 of the time of the electronic journey.
It is observed that while the oscillator described in the "Electronics" article must necessarily operate with the cathode limited other than by space charge, the present invention is not so limited. and can operate either with limited space charge or with limited emission, because unfavorable electrons eventually become favorable electrons, as described herein.
In addition to the increase in the efficiency and the efficiency of an oscillator, obtained by the improvements described above, the invention also allows the use of higher currents and voltages, both. to take advantage of these increased currents and to increase power. The invention
<Desc / Clms Page number 12>
proposed to make the gate voltage pulsed, thus increasing the currents limited by the nonspatial charge, and to use a much higher voltage than before in positive gate oscillators, thus allowing the oscillator to process much greater peak powers for the same electrode heating value.
The creation of a pulsating gate voltage not only allows the use of much higher peak voltages, for the same average power, but will result in a considerably and advantageously shorter wavelength, for a given construction lamp.
The positive gate oscillators according to the invention can have the elements of the tube differently arranged: one can make use of coaxial electrodes, as shown in fig.6, or of resonant constructions with hollow bodies shown in figs. 7 and 8. In Figures 6 and 8, all electrodes are isolated from each other in order to apply any desired voltage to any electrode, while cathode 16b and selector grid 19b are at a common potential. in fig. 7. In fig.8 the cathode, the anode and the selector grid can be adjusted with respect to the positive grid.
In figs. 6 and 7, the electrodes are in a predetermined fixed position, so that tuning is completed by adjusting the applied voltages.
The oscillator tube of FIG. 6 comprises coaxial electrodes: a cylindrical cathode 16a with inside a filament, consisting of a winding carried by an insulating rod 32. Its upper end engages in an insulating piece in the form of a plug itself slipped into the upper end of the cathode. Another spacer 34 is installed at the lower end of the cathode in which it engages and receives the other end of said rod. The two spacers also serve as a support for a positive cylindrical grid 17a, the upper end of which
<Desc / Clms Page number 13>
carries a metal cap 35 covering the top and the upper periphery of the part 33.
The lower spacer extends under the cathode and the outer shoulders of the grid cylinder and serves as a support for the lower end of a cylindrical selector grid 19a. The upper end of the selector grid fits over a third spacer 36 mounted on the cap 35. A cylindrical anode 18a concentrically surrounds the selector grid while being spaced from it. The radial gap from cathode to positive grid, positive grid to selector grid and selector grid to anode is performed as described in connection with Figs. 1 to 5. The anode may be reflective or capable of secondary emission, also as described above.
The attachment of the electrodes and the sealing of the emptied envelope can be done in the conventional manner ... Here, the anode forms part of the. wall of the casing and has welded rings 37 at its ends. These rings are extended by metal collars welded or fixed in another way and in the form of cylindrical extensions of the anode. These necklaces are made of suitable material, such as that sold commercially under the name "kovar". The upper end of the collars has a glass cap 39 yes sealed therein.
A metal connecting rod 40 sealed in the cap and concentric with the collar carries, at its lower end, the metal cap 35 previously described and which forms part of the positive grid. The lower collar 38 also carries a glass cap 41 sealed therein. The feed connections 43, 44 and 45 for the heating current of the filament, the cathode, and the selector grid are sealed in the cap 41.
The adaptation of the invention to hollow resonators is illustrated by the embodiments shown in FIGS. 7 and
8. Fig.7 shows a hollow resonator, the carcass 50 of which is entirely metallic. It includes a cylindrical wall 51 and
<Desc / Clms Page number 14>
end walls 52, 53 yes respectively spare 'reentra.ntes parts 54, 55, concentric with the cylindrical wall 51 and directed towards one another but spaced apart. At the end of the re-entrant part 54, a cathode 16b heated by a filament 32b is arranged transversely. At the base of the other re-entrant part 55, an anode 18b in the form of a flat disc is arranged transversely inside the part 55 and parallel to the cathode.
At the very end of this re-entrant part containing the anode is a selector grid 19b parallel to the anode; said selector grid and the cathode there is a positive grid 17b also parallel to the anode, to the cathode, to the selector grid, and isolated from these various electrodes. The interval of the different electrodes corresponds to the above description and the operation is the same, the resonator feeding the oscillating field and receiving the energy generated. An output loop 56 is used for. transmit energy to the outside.
Fig. 8 is similar to the. fig.7 and has the same reference numbers but with the letter C for clarity. Fig. 8 shows the possibility of adjusting the electrodes on either side of the positive grid 17c, for the needs of the tuning.
CLAIMS
1) Oscillator with positive grid before a cathode and a grid establishing an oscillating field through by electrons coming from said cathode at the moment when the polarity of the field has a given direction, characterized by an additional electrode serving to return the electrons in the field at the moment when its polarity has the opposite direction.