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Montage d'amplificateur de tension,
L'invention se rapporte aux dimensions à donner aux élé- ments de couplage dans un montage d'amplification par résistance, spécialement pour l'amplification des variations de tension à basse fréquence, et à une construction des lampes amplificatrices spécialement appropriée à ces amplificateurs.
Dans la construction des amplificateurs par résistance à basse fréquence les progrès en ces dernières années ont consis- té, sur la base des travaux de von Ardenne, à employer des lam- pes amplificatrices à pente descendant jusqu'à 3% en coopération avec des résistances anodiques de quelques megohms. Toutefois il est à remarquer qu'en général on n'est pas descendu en des- sous de cette valeur de 3% de la pente. La conséquence en fut qu'il n'est pas possible d'augmenter les degrés d'amplification dans chacun des étages au-delà d'Orne valeur déterminée.
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Au contraire la présente invention se rapporte à l'emploi de lampes de pentes extrêmement minimes dans les montages d'am- plificateurs de résistance. L'inventeur a constaté qu'il pou- vait être très utile, contrairement à la conception régnant an- térieurement, d'employer dans les montages d'amplificateurs de résistance, des lampes ayant une pente de moins de 11. et des- cendant même lorsqu'à l'ordre de grandeur de 1 pour mille et même moins.
On a déjà exprimé antérieurement l'opinion que par une di- minution de pente on pouvait obtenir une augmentation du degré d'amplification d'un montage amplificateur de résistance. Cette opinion s'est imposée dans la langue courante en ce sens que dans beaucoup de langues on a l'habitude de considérer la va- leur réciproque de la pente comme facteur d'amplification.
Bien qu'on ait appris que le degré réel d'amplification (coefficient d'amplification) n'est jamais égal mais toujours un peu plus petit que le coefficient d'amplification, puisque les facteurs d'amplification constituent seulement une limite supérieure du degré d'amplification, indépendante du montage, donc une cons- tante de la lampe, qui n'a pas à tenir compte des influences ré- duisant le degré d'amplification (résistance d'anode) l'expérien- ce a démontré toutefois qu'avec une pente d'environ 2% déjà on n'obtenait plus de résultats d'amplification meilleurs qu'avec une pente de 3%.
D'après la présente invention il a été reconnu avantageux non seulement de choisir la pente aussi minime que possible, mais encore en choisissant cette pente de tenir compte du res- tant du montage. Et spécialement dans la valeur de la résistan- ce anodique et dans la grandeur de la batterie d'anodes, de la grandeur de l'émission de la cathode du système amplificateur en question et éventuellement aussi de l'amplitude de la tension de grille donnée à la grille de ce système d'amplificateur,
L'inventeur a constaté notamment qu'avec des valeurs de
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couplage données, en présence d'une tension déterminée des bat- teries d'anodes, et en employant des résistances d'anodes de dimensions déterminées, et en supposant une émission cathodique déterminée,
il existe une pente jusqu'à laquelle on peut descen- dre avec ce résultat qu'en même temps le degré d'amplification des étages correspondant d'amplificateurs de résistance s'élè- ve, tandis qu'une diminution plus forte de la pente, surtout en tenant compte des effets de réaction d'anodes, (chute de ten- sion à la résistance d'anode) dont on ne tenait pas suffisamment compte jusque présent, il se produit de nouveau un amoindrisse- ment du degré d'amplification.
C' est pourquoi d'après la pré- sente invention on calcule de préférence la pente des lampes de façon qu'en maintenant constantes les amplitudes de la résis- tance d'anode R, de l'émission cathodique, et de la tension de batterie d'anode Eb, une diminution aussi bien qu'une augmenta- tion de la pente D produirait une diminution du degré d'amplifi- cation V, ce qui fait que pour obtenir un degré d'amplification réellement élevé comparativement à celui connu, on devra choi- sir à l'avance le couplage de façon à ce que la pente favorable ainsi réalisée soit déterminée de la façon expliquée au début, c-à-d. en-dessous de 1 à 2% et le plus possible dans l'ordre de graveur de 1 pour mille.
On peut obtenir des degrés d'amplification particulièrement élevés en prenant la tension primaire de grille égale à zéro.
Contrairement à la conception répandue jusqu'ici, la chose est très possible pour des amplificateurs à basse fréquence, du moins lorsqu'on emploie des pentes extrêmement minimes* La chose est particulièrement faisable dans les étages d'amplifica- tion d'entrée par l'amplificateur de résistance à plusieurs é- tages (et spécialement dans le premier étage à basse fréquence) sans provoquer des difficultés par suite des grandes amplitudes des variations de tension de grille.
Même si l'emploi d'une ten- sion primaire de grille égal zéro n'était pas possible, peut être
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parce que dans ce cas, par suite des grandes amplitudes d'entrée, il passerait un courant de grille trop considérable, il serait recommandable sous ce rapport d'employer éventuellement de plus petites différences de potentiel de grille que celles que l'on obtient en général au moyen de batteries électrolytiques, par exemple par l'emploi d'un potentiomètre. En général on devra choisir la tension négative de grille éventuelle Eg aussi petite que possible car alors que des tensions primaires de grille mi- nimes. entraînent fréquemment le désagrément d'un courant de gril- le, une tension primaire de grille trop élevée, surtout avec une petite pente, diminue très considérablement le degré d'am- plification.
Toutefois si on ne peut pas réussir sans tension primaire négative de grille, on doit tenir compte d'âpres la suite de l'invention, que la pente optima se modifie par le fait même. On a reconnu qu'en général la pente optima avec une tension primaire négative de grille est plus grande que sans tension primaire. Il en résulte d'autre part que l'emploi d'une tension primaire de grille abaisse considérablement le degré optima d'am- plification (d'une part parce qu'avec de fortes pentes, le degré d'amplification s'abaisse mens avec une tension primaire de gril- le fugituve, et d'autre part parce qu'en outre avec la même pen- te et la même tension primaire négative de grille, le degré d'amplification baisse encore plus). La tension primaire néga- tive de grille doit être choisie tout au moins inférieure à D Eb.
Le Choix avantageux de la pente et la détermination précise de la tension primaire de grille seront de préférence déterminés pour les lampes à cathode équipotentielle de la fagon usitée jusqu'à présent par exemple pour le chauffage indirect des lam- pes à électrons par alimentation par le réseau. Dans la présen- te invention on emploie de préférence des lampes de ce genre, ce qui fait qu'éventuellement un autre avantage vient s'ajouter à l'avantage précédemment connu.
La construction des lampes s'effectue avantageusement en
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maintenant constante, dans la.comparaison de plusieurs lampes de pente différente, la distance entre la grille et la cathode, par exemple en se rapprochant de la cathode autant que c'est pos- sible sans crainte de court circuit et,sans risquer de troubles trop forts par les variations du filament dans sa position (effet microphonique ) . un autre avantage de ce que, par cette invention, l'écarte- ment de grille et la capacité d'émission du filament peuvent ainsi être considérés comme constants et que le seul problème qui se présente au constructeur est de compléter ce système en des lampes ayant une pente minime déterminée,
c'est qu'ainsi la fabrication de lampes à petite pente n'offre pas de diffi- culté essentielle tandis que dans le cas contraire, c-à-d. quand on doit faire la pente minime avec un diamètre donné du cylindre d'anode, il peut se produire de très grandes difficul- tés de construction comme par exemple un écartement-trop minime entre la grille et le filament.
L'inventeur a constaté que par exemple dans des systèmes d'amplificateurs dont le courant d'émission Ja augmente à peu près au carré de la tension appliquée (tension de réglage Est):
1).- Ja = c x Est 2
EMI5.1
la pente favorable se calcule d'âpres la formule: 2).. - D =V 1 -'-V5" = o 6Y d c R Eb VeR Eb dans laquelle R est la force de la résistance d'anode et Eb la tension des batteries d'anodes. Le degré d'amplification le plus favorable qu'on peut ainsi obtenir comporte: 3). - Vo =0,38
De
Dans ce cas le degré d'amplification est à peu près égal
EMI5.2
à un tiers du coefficient d*amplification 0-à-d environ un tiers du degré de l'amplification qu'il ne serait .tramais possible d'ob- tenir dans aucun montage en cascade avec les mêmes lampes.
On
EMI5.3
choisira done,trantaeusement dans un couplage d'apnlificateur
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de tension, spécialement pour l'amplification à basse fréquence une pente qui soit en dessous de
EMI6.1
4)* - 4h - VeR Rb c R Ri, mais de préférence pas inférieure à 1/5 de cette valeur.
Il est important pour comparer le couplage identique de lampes ayant des pentes différentes, de maintenir constante la tension des batteries d'anodes et non pas la tension d'anodes.
Avec une même tension d'anodes ainsi qu'avec une même constante d'émission c le courant d'émission Ja est tout différent pour les lampes de pentes différentes. C'est pourquoi dans ce cas la chute de tension à la résistance d'anode varie dans la même proportion de même que la tension effective d'anode Ea (tension entre l'anode et la cathode) dans une mesure très considérable.
Si on maintenait constante cette tension d'anode ci% obtiendrait une autre position de l'optimum de la pente.
Dans les lampes amplificatrices de tension, connues jusqu'au jour de dépôt de la demande de brevet originale correspondante, la constante d'émission c était de l'ordre de grandeur: 1/50 mil- liampère: Volt 2.
De ceci découle en général la règle selon cette invention, que lorsqu'on quadruple la résistance d'anode on fait bien de diminuer de moitié la pente car de cette façon on obtient un re- doublement du degré d'amplification. Il en est de même lorsqu- on quadruple la tension de batterie d'anodes ou lorsqu'on aug- mente l'émission (la longueur du filament etc..), En augmentant la tension de batterie d'anodes on obtient -encore une augmenta- tion du degré d'amplification même dans le cas où. pour d'autres raisons (présence de capacités nuisibles dans les résistances) il ne serait plus possible d'augmenter la résistance d'anodes. les. dessins annexés représentent un exemple d'exécution de l'invention.
Fig.l montre à titre d'exemple un. schéma de montage à un seul étage d'amplification de résistance.
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Fig.2 montre le montage d'un récepteur à plusieurs étages dans lequel l'étage d' amplification de tension de la partie à basse fréquence est établi selon l'invention.
Fig.3 montre sur une plus grande échelle la construction d'un système d'électrodes de l'étage d'amplification de tension à basse fréquence selon la Fig.2, et Fig.4 montre quelques lignes caractéristiques d'un système d'amplificateur selon la Fig.3.
Le montage selon la Fig.l est connu en soi*
La lampe à électrons 1 pourra consister en l'anode 2, la grille 3 et la cathode équipotentielle 4 qui est portée à l'in- candescence par l'intermédiaire du filament 5 par la batterie de chauffage 6. La disposition des électrodes de la lampe 1 par rapport les uns aux autres doit être telle que la pente du sys- tème amplificateur soit minime, par exemple supérieure à 1%.
L'invention n'est pas bornée à l'emploi d'une cathode équipoten- tielle; toutefois pour obtenir des différences de potentiel cons- tantes bien définies entre les diverses électrodes il est bon d'éviter une chute de tension à la cathode provoquée par le courant de chauffage, ceci peut'être obtenu par l'emploi d'une alimentation de courant bifilaire., ou bien par l'emploi d'une cathode équipotentielle. Dans la figure 1 est représentée la cathode équipotentielle $.
Dans le circuit d'anode de la lampe amplificatrice 1 le filament est relié à la batterie d'anodes 7 d'une tension % et en série avec lui, la résistance ohmique d'anode 8 très forte d'une valeur R (ordre de grandeur de un megohm). La grille 3 se trouve sous une tension non positive ou bien sous une tension négative par l'intermédiaire d'une bat- terie de grille 9 de tension Eg ou de tension zéro par rapport la cathode, en négligeant la batterie de grille. Le point de raccord 10 de la grille et le point de raccord 11 de la batte- rie de grille et de la cathode contiennent interpolé entre eux un dispositif pour l'amenée de petites variations de tension à
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amplifier, valeur eg.
Ce dispositif peut consister en un genre quelconque de résistance électrique qui soit reliée avec un dis- positif récepteur, antenne ou autre, qui le précède, et par e- xemple même en l'étage précédent d'une cascade amplificatrices deux étages.
Soit 5). - E1 = R x Ja la chute de tension à la résistance d'anode 8, qui peut être provoquée par le courant d'anode Ja lorsque les points 10 et 11 sont court-circuités, c-à-d. lorsqu'il n'y a pas d'autres dif- férences de tension entre la grille 3 et la cathode 4 que la ten- sion primaire éventuelle de grille Eg.
E2 pourrait être la différence de tension qui se produit dans la même résistance R lorsque la tension additionnelle à renforcer eg agit entre les bornes 10 et 11.
S'il est disposé aux deux extrémités de la résistance d'a- node 8 deux bornes 12 et 13, leur degré d'amplification atteint l'ordre d'amplification que contient la paire de bornes 10. Il comme coté d'entrée et la paire de bornes 12, 13 comme côté de sortie:
6). - V = E2- El eg
Si ce quotient devait être indépendant de la valeur de eg, par exemple par suite de l'intervention d'un effet de redresse- ment, le degré d'amplification serait égal à la valeur limite de ce quotient pour eg = o.
La détermination de la pente optima d'après la formule 2). - pour un montage selon la figure 1 peut être expliquée par exem- ple: si la constante d'émission de la cathode correspondant à l'exemple donné ci-dessus comporte 1/50 milliampères par Volt 2, et si en outre on emploie une batterie d'anodes de Eb = 64 volts et une résistance d'anodes de R = 3,2 megohms, on obtient d'après 2).-,la pente optima Do = 1%;
d'après (3), un degré d'applifica- t ion d'environ 38 (en supposant que l'on néglige les influences
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capacitatives dont il n'y a pas lieu de tenir compte ici par suite de leur indépendance de la fréquence)* '
Dans cet exemple d'exécution spécial de l'invention on de- vrait employer une tension de batterie de 64 volts avec une ré- sistance d'anodes de 3,2 megohms pour une lampe à pente de 1%.
Avec des résistances d'anodes plus fortes éventuellement des émissions plus fortes et une batterie d'anodes plus forte, on obtiendrait une pente optima minime. Les essais ont égale- ment donné de bons résultats pour des montages dont les pentes optima étaient de l'ordre de grandeur de 1 pour mille, même avec des lampes monogrille et dans tous les cas des amplifications plus efficaces que celles qu'on obtenait jusqu'à présent avec les lampes monogrille.
En employant des systèmes amplificateurs à plus de trois électrodes on peut déterminer de la même façon la pente optima.
En tenant compte qu'on peut construire par des moyens très sim- ples des lampes amplificatrices à plusieurs grilles à pente très petite, il est recommandé d'employer des lampes à plusieurs grilles avec une pente en-dessous de 1 pour 1000 dans lesquelles le montage (amplitude de la résistance ou de la tension de bat- terie) donne un optimum minime de la pente.
Toutefois si quelques-unes de ces va.leurs, par exemple la tension de batterie d'anodes, variaient en un intervalle déter- miné, il serait recommandable, selon la suite de l'invention, d'employer la pente optima qui correspond à la plus minime ten- sion de batterie d'anodes respectivement aux plus petits coef- ficients c des pouvoirs émetteurs (dans le cas par exemple ou celui-ci varierait par suite d'un chauffage variable). De cette façon on obtient une amplification relativement régulière. Pour la plus petite valeur de la grandeur en question, on obtient l'amplification optima¯, lorsqu'on utilise pour cela une pente optima.
Pour les autres grandeurs, on n'obtiendrait pas il est vrai l'amplification optima, mais ependant une amplification
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plus mute que celle obtenue avec une petite valeur de la gran- deur en question. un exemple, se rapportant à l'exemple précé- dent, en donnera 1'explication.
Quand par exemple la tension de batterie d'anode Eb varie entre la valeur précédemment supposée de 64 volts et le quadru- ple de cette valeur, c-à-d. 256 volts, la pente optima dans un cas sera Do-1%. et dans l'autre cas Do = 1/2%. Mais si on em- ploie, comme nous l'avons proposé ci-dessus, même dans ce cas la pente de 1%. on obtient pour une petite tension d'anode le degré d'amplification Vo = 38. Avec une tension d'anode plus grande le degré d'applification atteint, d'après la formule (3)
V = 64. La tension d'anode plus grande donne donc également dans ce cas une amplification plus forte.
Mais si on veut uti- liser la présence d'une tension d'anode plus forte, on risque d'obtenir ainsi une amplification très irrégulière, on choisira la pente optima Do = 1/2% qui correspond à la tension d'anode plus élevée et on obtient alors ainsi le degré d'amplification
Vo = 76 tandis que pour la petite tension d'anode on n'obtient que le degré d'amplification V = 33. Le degré d'amplification est donc dans un cas, avec une pente de 1%. entre 38 et 64 et dans l'autre cas, avec une pente de 1/2% entre 33 et 76. Dans le premier cas la régularité de l'amplification est plus grande et dans le second cas l'amplification varie entre de plus gran- des limites dont l'une 33, est moindre que la plus minime, 38, du premier cas, tandis que la plus élevée, 76, est plus grande que la plus élevée 64 du premier cas.
Ce coefficient d'ampli- fication 76 est donc plus grand que celui qui peut être obtenu à aucune tension et avec les résistances en question à l.
La Fig.2 montre le montage d'un récepteur dans lequel l'in- vention peut être. employée. A une antenne 14 est accouplé un circuit oscillant 15 aboutissant à un amplificateur à haute fréquence 16 à deux étages couplés à une résistance, dans le- quel les résistances d'anodes .17,et 18 sont calculées en la fa-
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gon la plus favorable pour l'amplification à haute fréquence soit environ 20000 ohms avec des condensateurs de couplage 19 et 20 d'environ 100 cms.
Au second condensateur de couplage 20 est couplé l'aide de la résistance de dérivation de grille 21, une lampe campolifica- trice à basse fréquence à deux étages 22, dont le premier étage est monté selon l'invention tandis que le second étatge fonc- tionne comme étage d'amplification à rendement normal 23 pour actionner le haut parleur 24. La liaison de deux étages dans la lampe diode 22 s'opère par une résistance d'anode 8 de la valeur R = 5 megohms par un condensateur 25 de 200 cms et une résistance de dérivation de grille 26 de la valeur de 8 megohms.
Un tel système d'amplificateur dans lequel le coefficient d'am- plification du premier système g était de 150, est représenté en détail dans la Fig.3. L'anode est de forme cylindrique et a un diamètre d'environ 12 mm et une longueur de 18 mm, La gril- le présente un diamètre d'environ 3 mm et une longueur de 25 mm.
On obtient de cette façon que la pente soit suffisamment minime.
Le prolongement de la grille a pour effet que les électrons ne peuvent pas passer de la cathode à la plaque en contournant la grille. La cathode est à chauffage indirect et consiste en un cylindre de cathode de 0,8 mm de diamètre à travers lequel pas- se un filament mince pour le chauffage de la cathode. Un sys- tème amplificateur de ce genre présente les caractéristiques données dans la Fig.4. La Fig.4 montre, pour des tensions de batterie d'anodes de 100, 150 et 200 volts, la courbe du courant d'anode en milliampères comme fonction de la tension de grilles La Fig.4 montre donc ce qu'on appelle la caractéristique dynami- que avec une résistance d'anode de 4 negohms.
Cette résistance d'anode produit dans les divers courants d'anodes Ja des chutes de tension différentes et par conséquent produit des tensions d'anode Ea de diverses amplitudes entre la plaque et le filament.
Par les courbes statiques normales connues de tension d'anode
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dont on peut conclure directement la constante c du courant d'émission qui est obtenue en faisant une réduction aux ten- sions de batteries d'anodes Eb, les tensions Ea régnant réel- lement aux électrodes.
La valeur approximative de la pente du système selon la Fig.3 peut au demeurant être trouvée par la Fig.4.. on y voit que le même courant d'émission de un centième de milliampère est produit par des tensions de batterie de 150 et 200 volts par une tension de grille différente de 1/3 de volt. La pente de la lampe est essentiellement identique à la différence de tension de grille divisée par la différence de la tension d'a- node donnée par un même courant d'émission Ja c-à-d.:
D = 1/3: 50 =1= 0,7%.
150
Avec un système d'amplification selon la Fig.3 dont les propriétés sont expliquées par la Fig.4,on obtiendrait une ré- ception particulièrement favorable en employant une tension pri- maire de grille de 0,6 volt.
L'invention n'est pas limitée 4 un domaine déterminé de fréquences ni de variations de tension à renforcer. Les calculs effectués se rapportent au cas spécial où les influences capa- citatives sont le plus minimes possible. La mesure dans laquelle elles le sont dépend du montage et de la fréquence. Par consé- quant l'invention est surtout avantageusement applicable pour le renforcement de basse fréquence, mais peut être appliquée aus- si pour les hautes fréquences lorsqu'on a employé un montage dans lequel les influences capacitatives ont été rendues minimes.
On sait que précisément dans la construction en plusieurs lampes multiples, ces capacités nuisibles peuvent être considé- rablement diminuées. Ces influences capacitatives ont pour ob- jet qu'en général le degré d'amplification est moindre que 0,38.
Do Toutefois, la valeur de Do qu'il sera avantageux d'employer ne sera pas influencée d'une manière décisive par ces rapports ca-
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pacitatifs, dans l'intervalle indiqué de 1 : 5.
Résumé.
En résumé l'invention concerne:
1. Montage amplificateur à résistance au moyen de lampes à électrons, caractérisé par l'emploi de lampes ayant une pente de 1% au moins qui est calculée à peu près de façon qu'en main- tenant constantes les grandeurs de la résistance d'anode R, de l'émission de cathode (c-à-d. de la constante d'émission c) et de la tension de batterie d'anode (Eb) une diminution aussi bien qu'une augmentation de la pente produirait une diminution du de- gré d'amplification.
2. Lampes à électrons pour couplage amplificateur à résis- tance selon 1, dont la caractéristique est qu'elles ne présen- tent avec une seule grille qu'une pente d'en dessous de 1%.
3. Montage selon 1 ou 2, pour l'amplification de basse fréquence caractérisé par une tension de grille égale à zéro.
4 Montage selon 1 ou 2 pour l'amplification des basses fréquences dont la caractéristique est qu'il est employé une tension primaire négative de grille, inférieure à 1,5 volt, par exemple par l'emploi d'éléments électrolytiques en employant un potentiomètre.
5. Montage selon 1, 2,3 ou 4 caractérisé par l'emploi de systèmes de déchargement à cathodes équipotentielles.
6. Montage d'amplificateurs de tension selon l'un des pa- ragraphes 1 à 5, spécialement pour l'amplification de basse fré- quence, par exemple pour des cathodes ayant dans la partie de travail un rapport d'émission à peu près au carre J'a = c Est 2 dont la caractéristique est qu'il est employé une pente inférieu- re à 2 : @c R Eb mais de préférence pas inférieure à 1/5 de cet- te valeur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.