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Une alimentation stabilisée haute tension. Application
aux klystrons millimétriques
J. Mevel
To cite this version:
A.
UNE
ALIMENTATION
STABILISÉE
HAUTE TENSION. APPLICATION AUX KLYSTRONSMILLIMÉTRIQUES
Par J. MEVEL,
Faculté des Sciences de Rennes.
Sommaire. 2014
Application à l’alimentation de klystrons millimétriques d’un procédé spécial de stabilisation de tension. L’appareil décrit peut fournir des débits importants (20 mA) sous tension élevée (4 kV), avec un intervalle de variation considérable.
Introduction. - La
production
d’ondesmillimé-triques
au moyen deklystrons
reflex nécessitel’uti-lisation de tensions
continues,
très stables et assezélevées. Les différents
types
deklystrons Raytheon
pour ondesmillimétriques
pourlesquels
a été réaliséel’alimentation que nous allons décrire ont des
tensions d’accélération s’échelonnant de 1800 V
(2 K 33, ~=
I,2J~
cm)
à 3 6oo V(QK
295,
~, = 5mm)
avec des débits de 8 à 20 mA. Des tensions accessoires
de
chauffage
filament(en
courant continu filtréstabilisé)
depolarisation
réflecteur et Wehnelt sontaussi nécessaires. Toutes doiverit être très
stables,
(stabilisation
supérieure
àIooo)
lalongueur
d’ondeet l’intensité de la radiation émise en
dépendant
étroitement.
Rappel
duprincipe
des stabilisateurs detension à tube série. - De très nombreux
appareils
ont
déjà
été réalisés pour la stabilisation des tensionsFig. i. -
Principe du stabilisateur à tube à réactance série.
continues
[1].
Le seulprincipe applicable
aux tensions considéréesici,
est celui du stabilisateur à tube à réactancesérie,
que nous décrirons brièvement ci-dessous :En un
point
C convenablement choisi sur lepoten-tiomètre
AB,
onprélève
une fraction de la tensionde sortie de
l’appareil,
que l’on compare à unetension de
référence,
produite
ici par lapile
P. Ladifférence
algébrique
de ces deux tensions ou «ten-sion d’erreur »
après
amplification
en courantcontinu,
est
appliquée
à lagrille
de commande du tube àréactance,
dans un senstel,
qu’à
uneaugmentation
de la tension de
sortie,
corresponde
uneaugmen-tation de la réactance du tube. Dans ces
conditions,
l’appareil
tend às’opposer
à toute variation de la tension de sortie.Paramètres définissant le fonctionnement.
- On
’définit
généralement
[3]
le fonctionnementdu stabilisateur par la donnée de trois
paramètres
le facteur de stabilisation
(ou
coefficientd’atté-rapport
des variations relatives des tensions d’entrée et desortie;
la résistance interne Ri = 2013
-.2013 ?
rapport
des variations de la tension et de l’intensitédébitée;
la
régulation
ReAEi
rapport
de la variation de tension de sortie à la variation de tension d’entrée. Soient :BE0
la tension recueillie aupoint
C dupotentiomètre
AB;
G legain
del’amplificateur;
1-j- le coefficient
d’amplification
de lalampe
àréac-tance ; Ri
l’impédance
de la source d’alimentation nonstabilisée;
Rj,
la résistanceplaque
de lalampe
àréactance;
on a, enpremière approximation [3], [4]
Ces relations servent à calculer le
gain
d’ampli-ficateur nécessaire pour obtenir une stabilisationdonnée. Pour fixer les
idées,
pour a,voir un facteurde
stabilisation
de Iooo, la tension de sortie étantde
4 kV,
lecoefficient
de 12
(tension
deréfé-rence 3oo
V)
et lecoefficient ~.
de30,
en admettant une chute de tension de 2 ooo V aux bornes du tubeà
réactance,
il suffit d’avoir ungain d’amplificateur
de
670,
ce que l’onpeut
aisément obtenir avec deuxétages.
Inconvénients du
montage
pour la stabili-sation de hautes tensions. - Lemontage
simple
décrit ci-dessus ne se
prête
pas aisément à lastabi-lisation de tensions
élevées,
surtout si elles doiventêtre
réglables
dans ungrand
intervalle. D’unepart,
la liaison directe
qui
existe entre lagrille
du tube série et la source dusignal
d’erreur, peut
obliger
à-mettre toutl’amplificateur
à la hautetension;
d’autrepart,
si l’intervalle d’utilisation de la tension de sortie estétendu,
il faudra modifiersimultané-ment les chaines de résistance de
l’amplificateur
et la
position
du curseur sur lepotentiomètre
pourobtenir une stabilisation correcte
quelle
que soit latension de sortie
[2].
Lemontage
devient d’une réalisation et d’un entretien trèsdélicats,
du fait de lacomplexité
des chaines de commutation et despossibilités
de fuitesqui
en résultent.Le stabilisateur à liaison inductive. -
Cher-chant à stabiliser la tension d’accélération d’un tube
à rayons
X,
Pepinsky
et Jarmotz[5]
ont décritFig. 2. -
Principe du stabilisateur
à liaison inductive.
un nouveau mode de liaison entre le
signal
d’erreuret la
grille
du tube à réactance.Aprés amplification
en courant continu commeci-dessus,
lesignal
d’erreur module enamplitude
un oscillateur hautefréquence.
Le courant
produit
est transmis parcouplage
inductif à un circuit résonnant où il est redressé. La tensioncontinue
produite polarise
lagrille
du tube à réac-tance.Propriétés
du stabilisateur à liaison inductive.- La méthode de liaison inductive
présente
de trèsimportants
avantages
sur leprocédé classique
à résistances :10 il
n’y
a aucune liaison directe entre le tube àréactance et les
amplificateurs
d’erreur,
donc cesderniers
peuvent
être à unpotentiel
voisin de celuidu
sol;
20 le
gain
del’amplificateur
étantindépendant
de la tension de
sortie,
larégulation
reste constantequelle
que soit la tension utilisée.Caractéristiques
d’une alimentation pourklystrons
millimétriques.
- L’alimentation
réa-lisée sur ce
principe
a lescaractéristiques
suivantesindiquées
sur son schéma bloc.Le
point
0 des tensionsfilament,
Wehnelt et’
Fig. 3. - Schéma de
réflecteur est connecté au - de la tension
d’accé-lération dont le + est au sol.
Détails de réalisation. - Alimentation H. T.
non
atabilisée,
chassis no 1. - C’est un doubleurclassique
dont la tension de sortie varie de o à - 6 kV.Dans le même chassis sont montés les
interrupteurs
et les relais de commande.
Stabilisateur H.
T.,
chassis no 2. - Leprincipe
enayant
étéindiqué
ci-dessus nous ne traiteronsici que
quelques
points
de détails. Tout d’abord,les
équations
de stabilisation données ci-dessussupposaient
une tension de référence absolument fixe. Si cette tensionvarie,
la tension de sortie varieproportionnellement,
d’où la nécessité dedisposer
d’une tension de référence extrêmement stable. Ceci nous a conduit à éliminer les tubes àdécharge
sujets
à des dérives de toutes sortes. Nous avonsutilisé des
piles
(trois
batteries de Ioo v ensérie)
qui
ne débitent pas et dont latempérature
estmain-tenue constante par un
épais
isolementthermique.
La même considération de stabilité
s’applique
à la chaîne des résistances
potentiométriques
etprohibe complètement l’emploi
de résistances aucarbone. Toute la chaîne est formée de résistances
bobinées de
grande
dissipation.
Le choix du tube à réactance est fixé par deux
considérations :
D’une
part,
son coefficientd’amplification qui
doit être élevé
puisqu’il multiplie
legain
del’am-plificateur.
D’autre
part,
l’étendue de sescaractéristiques.
Une variation de 10 pour Ioo de la tension
d’ali-mentation fait varier de
près
de I ooo-V la chute de tension aux bornes du tube à réactance.Néanmoins,
le
point
de fonctionnement de ce tube ne doit pasquitter
larégion
linéaire descaractéristiques
pourqu’il
continue à assurer larégulation.
Ces deux considérations nous ont conduit à
sélec-tionner le tubc Eimac 250 TH de
gain
élevé(37)
ut dont les
caractéristiques
sont linéaires entre 1000et 6 ooo V environ de tension
plaque.
Le transformateur de liaison est construit avec de
faibles
capacités réparties
selon les données dePepinsky
et Jarmotz[5].
Nousreproduisons
ci-dessousson schéma de
câblage.
Il est réalisé sur noyau de
polystyrène
à très fort isolement pour éviter les fuites entregrilles
et masse.Nous n’avons pas
employé
de noyaumagnétique.
Fig. 4. -
Section par l’axe du transformateur H. F.
montrant le câblage à faible capacité.
Alimentations auxiliaires, chassis no 3.
-Le stabilisateur Wehnelt réflecteur est
classique
[3],
son coefficient de stabilisation est de l’ordre de 1200.
Les tensions Wehnelt et réflecteur sont
prises
surdes
potentiomètres
cequi
neprésente
paspour
produire
une modulation de lafréquence
de sortie. La diode V 6 sert àempêcher
le réflecteur de devenirpositif,
cequi
détériorerait leklystron [6].
La stabilisation filament est obtenue par tube
fer-hydrogène
suivi de deuxétages
de filtres.Tout le chassis
stabilisateur,
entouré depoin-tillés,
chassis no3,
est monté sur colonnes isolanteset connecté au - du stabilisateur
principal.
Résultats obtenus. - Faute de matériel
spé-cialisé,
nous n’avons pas effectué de mesuresysté-matique
de la stabilité des diverses alimentations.Néanmoins,
le fait que leklystron millimétrique
alimenté par cet
appareil
neprésentait plus après
chauffage qu’une
dériveinsignifiante
est une preuvede la
qualité
de la stabilisation. Cesklystrons
sonten effet extrêmement sensibles aux variations de la
tension d’alimentation.
Manuscrit reçu le 3 août 1953.
BIBLIOGRAPHIE.
[1] MEVEL. 2014 Mise au point et revue bibliographique (en
préparation).
[2] PERILHOU et CAYSAC. - Une alimentation stabi-lisée 5 000 V, 50 mA, Rev. Tech. Philips, 13-10-302-20,
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[3] LIDENHOVIUS et RINIA. 2014 Un
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[4] ELMORE et SANDS. 2014
Electronics, Mac Graw Hill,
New-York, 1949.
[5] PEPINSKY et JARMOTZ. 2014 An inductively
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[6] WARNECKE et GUÉNARD. 2014 Les tubes électroniques à commande par modulation de vitesse, Paris,
