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Tube à décharge comportant une cathode à oxydes.
L'invention concerne un tube à décharge comportant une cathode à oxyde de baryum, en particulier une cathode à chauffage direct, à faible consommation.
La pratique a montré que, pendant la durée de vie des tubes comportant une cathode à oxyde de baryum, la caractéristi- que Ia-Vg (dans le cas d'une diode, la caractéristique la-Va) se déplace. C'est ainsi que la caractéristique Ia-V d'un tube à une ou plusieurs grilles se déplace vers la zone de plus grande ten- sions de grilles positives, ce qui nécessite une réduction de la tension de polarisation négative pour rétablir les conditions de fonctionnement initiales. Ce phénomène gênant se manifeste sur- tout dans les tubes à alimentation par batterie c'est-à-dire des tubes à chauffage direct, en particulier dans ceux dont la con- sommation est faible.
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Des essais ont prouvé que ce phénomène est dû au fait que de la matière émissive, en particulier du baryum, qui, pendant la formation de la cathode et/ou la vaporisation de ce baryum utilisé comme getter, qui s'est déposée sur l'électrode de comman- de ou, dans le cas d'une diode, sur l'anode, peut disparaître graduellement par suite d'une combinaison avec les gaz libérés.
De ce fait, le potentiel de sortie de l'électrode mentionnée augmente, ce qui nécessite une même augmentation de la tension appliquée pour rétablir les conditions de fonctionnement initiales Si le phénomène mentionné est plus marqué dans les tubes à chauf- fage direct, à faible consommation, que dans ceux à chauffage indirect c'est que, dans ce dernier cas, la quantité de baryum vaporisée suffit à compenser les pertes de baryum de l'électrode en cause, ce qui supprime le déplacement gênant de la caractéris- tique. Dans les tubes à alimentation par batterie, le phénomène décrit peut être très gênant, surtout dans les diodes.
Aussi, pour obtenir un bon fonctionnement d'une diode détectrice, est- il désirable que le courant circule déjà lorsque l'anode se trou- ve encore à une faible tension négative par rapport à la cathode; le phénomène précité déplace la caractéristique la-va vers les valeurs positives de Va, de sorte que le coude de la caractéris- tique du courant de la diode se trouve alors dans la zone positive ce qui entraîne une distorsion du signal à basse fréquence. Pour obvier aux inconvénients précités, il suffit que, conformément à l'invention, le tube à décharge à vide poussé dont le système d'électrodes comporte au moins une cathode à base d'oxyde de baryum et une anode, renferme un ou plusieurs métaux alcalins à l'état libre.
En général, il suffit que le tube contienne un de ces métaux à l'état de vapeur; la tension de vapeur peut alors être inférieure à la tension de vapeur saturée. Les électrodes froides sont alors en contact permanent avec des atomes du métal mentionné, ce qui entretient une couche d'épaisseur atomique de ce métal sur l'électrode. Le césium fournit de très bons résul-
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tats. On peut aussi utiliser d'autres métaux alcalins tels que le lithium, le potassium, le sodium, ou le rubidium. La tension de vapeur de ces métaux est suffisamment élevée pour entretenir la couche mentionnée sur les électrodes froides, et de plus, leur potentiel de sortie est suffisamment bas.
L'emploi de césium dans les tubes à décharge est connu.
C'est ainsi qu'autrefois on utilisait des cathodes au tungstène- oxygène-césium qui ont été supplantées par les cathodes à oxyde de baryum.
De plus, les électrodes à émission secondaire peuvent com- porter du césium à l'état combiné.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée, les particularités qui res- sortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
Les figures 1 et 2 sont des graphiques;
La figure 3 montre un tube conforme à l'invention.
La figure 1 est la caractéristique La'V d'un tube à grille de commande. Le point de fonctionnement A s'obtient en appliquant à la grille de commande une tension de polarisation de -2,5 V. La disparition de la couche de baryum de la grille de commande pendant la vie du tube, déplace la caractéristique vers la droite, de sorte que finalement le point de fonctionnement est en B. Pour rétablir les conditions de fonctionnement initiales, la grille devrait être portée à une tension qui est, par exemple, moins négative de 0,3 V, donc à environ -2,2 V. Il est évidemment indé- sirable de devoir modifier le réglage des tensions d'un appareil pendant sa durée de vie.
Or, si le tube conforme à l'invention, contient, par exemple, du césium à l'état non combiné, le poten- tiel de sortie de la grille s'en trouve influencé d'une manière telle que la caractéristique se déplace d'environ 0,V vers de plus grandes valeurs négatives de la tension de grille.
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Par suite de la tension de vapeur assez élevée du césium, la couche superficielle généralement d'épaisseur atomique, est entretenue même lorsque les gaz libérés se combinent avec une partie du césium. Aussi, une modification de la quantité de ba- ryum se trouvant sur la surface de grille, ne provoque-t-elle pas un déplacement notable de la caractéristique.
Dans une diode, une variation du potentiel de sortie est néfaste. Pour obtenir une détection sans distorsion de signaux profondement modulée, le coude de la caractéristique de la diode (courbe 1 de la figure 2) doit se trouver dans la zone négative, c'est-à-dire que la diode doit déjà être conductrice pour une faible tension anodique négative. En pratique, le courant anodique doit déjà atteindre une intensité de 0,3 A (point de naissance du courant) pour une tension anodique négative de 0,1 à 0,3 V.
Cependant, lorsque la surface anodique est en nickel pur, le cou- rant de 0,3A ne s'obtient que pour une tension anodique posi- tive de 0,2 V environ (courbe II). Les crêtes négatives des ten- sions modulées atteignent alors le coude de la courbe Ia-Vg; ces tensions sont donc déformés, voire bloquées. Dans le cas où la surface anodique est recouverte de césium, du courant circulera dès que l'anode se trouve à un potentiel négatif extérieur de 0,3 V. La détection s'effectue alors suivant la partie droite de la caractéristique la-Va (courbe II).
La figure 3 montre un tube comportant une cathode à chauffa- ge direct, constitué par une ampoule 1, un fond 2 dans lequel sont scellées les broches de contact, un système pant ode 3 et un système diode 4. Dans le tube est fixée une plaque 7 pourtant deux manchons 5 contenant du baryum et du magnésium, et un man- chon 6 contenant un composé de césium. Lors du chauffage le césium se vaporise d'abord, puis à une température plus élevée, le Ba et le Mg. Le tube ne contenant qu'une petite quantité de césium et la tension de vapeur de ce dernier étant assez élevée, du césium reste à l'état de vapeur, ce qui permet de maintenir une couche de
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l'épaisseur d'un atome de césium sur la surface des électrodes froides sans qu'un miroir de césium ne se forme sur la paroi de l'anode.
La quantité de césium peut même être si petite que tout le césium reste à l'état de vapeur, sauf la couche qui se forme sur les surfaces des électrodes froides. Cependant, dans une telle couche,le césium ne se trouve plus à l'état libre, mais il est fixé à la surface de sorte que la tension de la vapeur de césium dans le tube peut être inférieure à la tension de vapeur saturée.
Ce tube offre donc les avantages décrits à l'aide des caractéristiques tracées sur les figures 1 et 2, pour le système pent-ode et le système diode. La cathode à- chauffage direct est alors constituée par un fil de 0 d'épaisseur et consomme moins de 0,3 Watt (1,4 V, 0,025 A). Un aussi mince filament n'est pas à même d'entrenir, par vaporisation de baryum, une couche de baryum sur la surface des électrodes froides, surtout lorsque l'amélioration de la couche émissive a permis d'utiliser une très basse température de régime.
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Discharge tube comprising an oxide cathode.
The invention relates to a discharge tube comprising a barium oxide cathode, in particular a directly heated, low consumption cathode.
Practice has shown that during the lifetime of tubes with a barium oxide cathode the characteristic Ia-Vg (in the case of a diode, the characteristic la-Va) shifts. This is how the Ia-V characteristic of a tube with one or more gates shifts to the area of greatest positive gate voltages, which necessitates a reduction in the negative bias voltage to reestablish the conditions of. initial operation. This annoying phenomenon manifests itself above all in battery-powered tubes, that is to say tubes with direct heating, in particular in those whose consumption is low.
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Tests have shown that this phenomenon is due to the fact that the emissive material, in particular barium, which, during the formation of the cathode and / or the vaporization of this barium used as getter, which is deposited on the control electrode or, in the case of a diode, on the anode, may gradually disappear as a result of a combination with the liberated gases.
As a result, the output potential of the mentioned electrode increases, which necessitates a same increase in the applied voltage to restore the initial operating conditions. If the mentioned phenomenon is more marked in the tubes with direct heating, at low consumption, that in those with indirect heating is that, in the latter case, the quantity of vaporized barium is sufficient to compensate for the losses of barium from the electrode in question, which eliminates the troublesome displacement of the characteristic. In battery-powered tubes, the phenomenon described can be very troublesome, especially in diodes.
Also, in order to obtain good operation of a detector diode, it is desirable that the current already flow when the anode is still at a low negative voltage with respect to the cathode; the aforementioned phenomenon shifts the la-va characteristic towards the positive values of Va, so that the knee of the current characteristic of the diode is then in the positive zone which causes a distortion of the low frequency signal. To overcome the aforementioned drawbacks, it suffices that, in accordance with the invention, the high vacuum discharge tube, the electrode system of which comprises at least one barium oxide-based cathode and one anode, contains one or more metals. alkaline in the free state.
In general, it suffices for the tube to contain one of these metals in the vapor state; the vapor pressure can then be less than the saturated vapor pressure. The cold electrodes are then in permanent contact with atoms of the mentioned metal, which maintains an atomic thickness layer of this metal on the electrode. Cesium provides very good results.
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states. It is also possible to use other alkali metals such as lithium, potassium, sodium, or rubidium. The vapor pressure of these metals is high enough to maintain the mentioned layer on the cold electrodes, and moreover, their output potential is low enough.
The use of cesium in discharge tubes is known.
Thus, in the past, tungsten-oxygen-cesium cathodes were used, which have been replaced by barium oxide cathodes.
In addition, the secondary emission electrodes may contain cesium in the combined state.
The description which will follow with regard to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of the description. of said invention.
Figures 1 and 2 are graphs;
Figure 3 shows a tube according to the invention.
Figure 1 is the La'V characteristic of a control grid tube. The operating point A is obtained by applying to the control grid a bias voltage of -2.5 V. The disappearance of the barium layer from the control grid during the life of the tube, shifts the characteristic to the right , so that finally the operating point is at B. To restore the initial operating conditions, the gate should be brought to a voltage which is, for example, less negative by 0.3 V, therefore at about -2.2 V. It is obviously undesirable to have to change the voltage setting of a device during its lifetime.
Now, if the tube according to the invention contains, for example, cesium in the uncombined state, the output potential of the grid is influenced in such a way that the characteristic shifts d 'approximately 0, V towards larger negative values of the gate voltage.
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Due to the fairly high vapor pressure of cesium, the surface layer, generally of atomic thickness, is maintained even when the liberated gases combine with part of the cesium. Also, a change in the amount of baryum on the grid surface does not cause a significant shift in the characteristic.
In a diode, a variation of the output potential is harmful. To achieve deeply modulated signal distortion-free detection, the characteristic curve of the diode (curve 1 in figure 2) must be in the negative region, i.e. the diode must already be conductive for a low negative anode voltage. In practice, the anode current must already reach an intensity of 0.3 A (point of origin of the current) for a negative anode voltage of 0.1 to 0.3 V.
However, when the anode surface is pure nickel, the current of 0.3A is only obtained for a positive anode voltage of about 0.2 V (curve II). The negative peaks of the modulated voltages then reach the bend of the curve Ia-Vg; these tensions are therefore distorted, or even blocked. If the anode surface is covered with cesium, current will flow as soon as the anode is at an external negative potential of 0.3 V. Detection is then carried out according to the right part of the characteristic la-Va ( curve II).
FIG. 3 shows a tube comprising a cathode with direct heating, consisting of a bulb 1, a bottom 2 in which the contact pins are sealed, a pant ode system 3 and a diode system 4. In the tube is fixed a plate 7 yet two sleeves 5 containing barium and magnesium, and a sleeve 6 containing a cesium compound. On heating the cesium vaporizes first, then at a higher temperature, the Ba and Mg. The tube containing only a small quantity of cesium and the vapor pressure of the latter being quite high, cesium remains in the vapor state, which makes it possible to maintain a layer of
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the thickness of a cesium atom on the surface of the cold electrodes without a cesium mirror forming on the anode wall.
The amount of cesium can even be so small that all the cesium remains in a vapor state except the layer that forms on the surfaces of the cold electrodes. However, in such a layer, the cesium is no longer in the free state, but is fixed to the surface so that the tension of the cesium vapor in the tube can be lower than the saturated vapor pressure.
This tube therefore offers the advantages described with the aid of the characteristics plotted in FIGS. 1 and 2, for the pent-ode system and the diode system. The directly heated cathode is then formed by a wire 0 thick and consumes less than 0.3 Watt (1.4 V, 0.025 A). Such a thin filament is not able to enter, by vaporization of barium, a layer of barium on the surface of the cold electrodes, especially when the improvement of the emissive layer has made it possible to use a very low operating temperature. .