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Transformateur à haute fréquence.
La présente invention est relative aux transforma- teurs à haute fréquence et elle a pour objet un mode de cons- truction tel qu'on obtienne une courbe caractéristique ayant une allure unie pour une large zone de fréquences.
On sait qu'une bobine de self-inductance ne peut pas exclusivement être considérée comme porteur d'une self-induc- tion concentrée mais que, surtout pour les hautes fréquences, on doit tenir compte du fait que la bobine possède une self- induction et une capacité réparties, ce qui a pour résultat que, sur toute la longueur de la bobine, l'intensité du courant traversant cette bobine, n'a pas la même phase. Il est uni-
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versellement connu qu'une bobine de self-inductance a une longueur d'onde propre qui est déterminée par la self-in- duction et la capacité réparties.
Dans ce cas, la bobine de self-inductance peut être assimilée à une ligne sur la- quelle, par suite de réflexion aux extrémités, se produi- sent des ondes stationnaires dont la présence peut être démontrée distinctivement à l'aide d'une bobine Tesla.
Il est évident que si la bobine comprend, par exemple, une longueur d'onde entière, l'effet inducteur exercé sur une seconde bobine est pratiquement nul. Si la bobine est connectée de telle façon qu'aux extrémités il se produise des noeuds de tension, la bobine, dès qu'elle comprend une demi-longueur d'onde, n'induira plus sur une seconde bobine qui constitue, par exemple, le secondaire d'un transforma- teur dont le primaire est formé par la première bobine.
Si la fréquence avec'laquelle la bobine primaire est excitée, augmente de sorte que celle-ci comprend plus d'une demi- longueur d'onde, une tension est de nouveau induite, dans l'enroulement secondaire. Il est évident, toutefois, que chaque fois que la bobine comprend un nombre entier de demi-lon- gueurs d'onde, l'enroulement secondaire est pratiquement inactif.
Conformément à l'invention, pour étendre la zone de fréquences pour laquelle le transformateur est actif, on monte en série avec l'enroulement primaire une résistance ohmique dont la valeur est égale à la racine carrée du quo- tient de la self-induction par la capacité de l'unité de longueur ou, en d'autres termes, dont la valeur est égale à la résistance d'ondes (en anglais "surge impedance") de la bobine considérée comme ligne de transmission.
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Si comme enroulement secondaire on utilise une bobine composée d'un petit nombre de spires et ayant une longueur d'onde propre très faible, on peut obtenir une forte intensité de courant pour toutes les fréquences infé- rieures à la fréquence pour laquelle l'enroulement primaire comprend une longueur d'onde entière. En effet, par suite du montage en série de cette résistance, le courant traver- sant l'enroulement primaire du transformateur devient un courant progressif et, par conséquent, un courant d'amplitu- de constante, et la phase tourne de 2 # radians par lon- gueur d'onde. Le courant primaire est alors complètement indépendant de la fréquence, du fait que la bobine et la résistance en série constituent ensemble une résistance dont la valeur est égale à ladite résistance pour toutes les fréquences.
Conformément à l'invention, de l'enroulement secon- daire on peut aussi faire une ligne de transmission fermée à travers' sa résistance caractéristique. Ainsi, par exemple, l'enroulement secondaire peut être relié en plusieurs en- droits à des capacités dont les autres estrémités sont re- liées à un conducteur commun, tandis que les extrémités de l'enroulement secondaire sont reliées, chacune à tra- vers une résistance dont la valeur est égale à la résistance d'onde, au même conducteur commun. Si on le désire, on peut utiliser une résistance arbitraire à laquelle on donne, par exemple, la valeur de zéro ou de #.
Conformément à l'invention, on peut prévoir un écran en matière conductrice qui peut être considéré comme étant le second conducteur de la ligne de transmission dont
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le premier conducteur est. constitué par la bobine. Cet écran doit être construit de telle façon qu'il ne présente pas de parties fermées entourant une partie du flux magnétique; il peut présenter, par exemple, des fentes longitudinales.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple, quelques modes de réalisation. Sur le dessin : la figure 1 représente un transformateur à haute fréquence destiné à fournir une forte intensité de courant.
La figure 2 est une variante du transformateur de la figure 1.
La figure 3 représente un transformateur dont }'en- roulement primaire et l'enroulement secondaire sont parcou- rus tous les deux par un courant progressif.
Sur la figure 1, le chiffre 1 désigne un tube à trois électrodes et Li est l'enroulement primaire d'un trans- formateur. En série avec cet enroulement est connectée une résistance R reliée à la terre A. Sur les figures, C désigne les capacités que possèdent les différentes parties de l'en- roulement L1 par rapport à la terre. L'enroulement primaire peut être assimilé, par conséquent, à une ligne de transmis- sion à capacité et self-induction réparties. Si la capacité et la self-induction par unité de longueur sont désignées, respectivement, par C et par L, la résistance d'onde de la ligne est égale à #L : C. Si la résistance R est égale à la résistance d'onde, l'enroulement primaire se comporte comme une ligne de transmission de longueur infinie qui a une résistance d'onde R.
Sur la figure 1, l'enroulement se-- condaire est désigné par L2 . Si l'on suppose que le nombre de spires de la bobine L2 esttrès inférieur à celui de la bo- bine L1,la bobine L2 peut être considérée comme une self- induction concentrée. Tant que la longueur électrique de 'enroulement primaire est inférieure à une longueur d'onde/
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une tension est induite dans l'enroulement L2 . Lorsque la longueur électrique devient égale à la longueur d'onde, la force électro-motrice totale induite dans l'enroulement
L2 est égale à zéro. En l'absence de la résistance R, toute- fois, la force électro-motrice induite serait nulle déjà pour une longueur de l'enroulement primaire égale à la demi- longueur d'onde.
Le mode de construction représenté sur la figure 1, permet, par conséquent, de transmettre une zône de fréquences plus étendue.
Le mode de réalisation représenté sur la figure 2 comprend un écran S qui peut être considéré comme le second conducteur de la ligne. L'écran peut tre disposé à l'inté- rieur ou à l'extérieur de l'enroulement primaire, mais il est évident qu'on doit veiller à ce qu'il ne puisse pas jouer le rôle d'anneau de court-circuit pour l'enroulement primaire. L'écran présente, à cet effet, des fentes longitu- dinales, et on a soin qu'il ne comporte pas de parties con- ductrices fermées entourant le champ de force de la bobine primaire.
Sur la figure 3, l'enroulement secondaire est éga- lement établi comme ligne de transmission. A cet effet, on a prévu en plusieurs points de l'enroulement secondaire de k petites capacités artificielles/reliées, de l'autre côté, à un conducteur commun 2. Les extrémités de l'enroulement secondaire eont reliées à ce conducteur par l'intermédiaire de résistances R. Il est évident que les extrémités des résistances,R peuvent aussi être-reliées entre elles et que, dans ce cas, les extrémités des capacités qui ne sont pas reliées à la bobine, sont réunies au même point. La tension secondaire peut être prise à l'une des résistances R . Les @
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résistances R sont ici aussi égales à la résistance d'onde de la bobine.
Le transformateur représenté sur la figure 3, fonc- tionne comme suit :
Dans la bobine L1 il se produit un courant progres- sif. Si l'on considère deux parties exactement opposées de la bobine primaire et de la bobine secondaire, par exemple les parties se trouvant aux points 3 et 4, le point 3 engen- dre au point 4 une force électro-motrice qui donne naissance à un courant se propageant, à partir du point 4, en deux directions.
Si sur la figure 3 le sens dans lequel le cou- rant se propage est celui de la flèche, il se produit dans la résistance R, à l'extrémité 5 de l'enroulement secondaire, . un courant proportionnel à la fréquence, tandis que dans la résistance R, à l'extrémité 6 de la bobine secondaire, il se produit un courant qui ne varie pas de façon régulière avec la fréquence et montre une succession rapide de maxima et de minima. Pour cette raison, la tension est prise à la ré- sistance R montée à l'extrémité 5 de la bobine.
Si la vitesse de propagation le long de l'enroule- ment secondaire n'est pas égale à celle le long de l'enrou- lement primaire, on obtient aussi une amélioration sur les transformateurs connus, mais, dans ce cas, le courant n'est indépendant de la fréquence à aucune des deux extrémités. Il est évident que, du fait que le nombre de capacités artificiel. les k est toujours limité, il est impossible en pratique d'obtenir une complète indépendance de la fréquence, mais on a constaté que, même pour un nombre relativement limité de ca- pacités k' la dépendance de la fréquence n'est que faible.
Ce qui suit permet de.se rendre compte des phéno-
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mènes se produisant dans les résistances R aux extrémités de l'enroulement secondaire du transformateur de la figure 3.
Le courant traversant l'enroulement primaire est un courant progressif et la propagation ne se fait que dans un seul sens. Dans 1'enroulement secondaire est induite, par conséquent, une force électro-motrice qui est également pro- gressive et qui ne se propage que dans un seul sens.
Si la longueur totale de l'enroulement secondaire est désignée par h, la vitesse de propagation dans l'enrou- lement primaire par cl, celle dans l'enroulement secondaire par c2, l'amplitude de la force électro-motrice induite par E, la fréquence # et la coordonnée progressive le long de l'enroulement secondaire par x , la force électro-motrice induite dans un élément dx peut être représentée par : Ext = Ee iw(t- x ) c1 dx
Cette force électro-motrice donne naissance à deux courants J1 et J2 qui se propagent en sens opposés à une vitesse c2 et dont l'amplitude peut être supposée être aE.
Pour calculer l'intensité de cousant résultante à l'extrémité de l'enroulement secondaire, on procède comme suit :
L'intensité de courant J2 dans l'élément dx au moment t - h-x est au moment t à cette extrémité c2
Ce que l'élément dx contribue à l'intensité de cou- rant en h au moment t peut être représenté,par conséquent,par :
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J2 x aEx(t- h-x) c2 = aEe iW(t - 1 - x ¯ c2 cl dx et, par conséquent, si c1 = c2 = c, aEe i# (t - h/c) dx
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L.'intensité de courant totale en 1 est, par conséquent,
EMI8.1
h J 1 = lh i " ( t - ,!1 ) c 1w(t-,!1) oaEe dx=alEe
Du fait que E se produit par induction magnétique, E est proportionnel à #, de sorte que l'amplitude du courant traversant la résistance, est proportionnelle à la fréquence.
D'une manière analogue on trouve 'Jour le courant, pour x = o :
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-3hl so = c jazz (1 - e C ) e îlot 2 i
L'amplitude montre, par conséquent, des maxima pour les fréquences.
# - c/b # (2n - 1) # = h (2n - 1), n = 0,1,2,3, etc. et des minima pour : # = c/h # n, n = 0,1,2,3, etc. h
La production de maxima et de minima pour x = 1 est seulement complètement supprimée si la vitesse de propa- gation dans l'enroulement secondaire est égale à celle dans l'enroulement primaire.
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High frequency transformer.
The present invention relates to high frequency transformers and its object is a method of construction such that a characteristic curve having a uniform appearance is obtained for a wide frequency zone.
We know that a self-inductance coil cannot exclusively be considered as carrying a concentrated self-induction but that, especially for high frequencies, we must take into account the fact that the coil has a self-induction and a distributed capacitance, which has the result that, over the entire length of the coil, the intensity of the current passing through this coil does not have the same phase. It is uni-
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It is commonly known that a self-inductance coil has its own wavelength which is determined by the distributed self-induction and capacitance.
In this case, the self-inductance coil can be assimilated to a line on which, as a result of reflection at the ends, standing waves are produced, the presence of which can be distinctly demonstrated using a coil. You're here.
It is obvious that if the coil comprises, for example, an entire wavelength, the inductive effect exerted on a second coil is practically zero. If the coil is connected in such a way that at the ends there are voltage nodes, the coil, as soon as it comprises half a wavelength, will no longer induce on a second coil which constitutes, for example, the secondary of a transformer whose primary is formed by the first coil.
If the frequency with which the primary coil is energized increases so that it comprises more than half a wavelength, a voltage is again induced in the secondary winding. It is evident, however, that whenever the coil comprises an integer number of half wavelengths, the secondary winding is substantially inactive.
In accordance with the invention, in order to extend the frequency zone for which the transformer is active, an ohmic resistance is connected in series with the primary winding, the value of which is equal to the square root of the quo- quint of the self-induction by the capacitance of the unit of length or, in other words, the value of which is equal to the wave resistance (in English "surge impedance") of the coil considered as the transmission line.
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If, as the secondary winding, a coil composed of a small number of turns and having a very low intrinsic wavelength is used, a high current intensity can be obtained for all frequencies below the frequency for which the winding primary comprises an entire wavelength. In fact, as a result of the series connection of this resistor, the current passing through the primary winding of the transformer becomes a progressive current and, consequently, a current of constant amplitude, and the phase turns by 2 # radians. by wavelength. The primary current is then completely independent of the frequency, owing to the fact that the coil and the resistance in series together constitute a resistance whose value is equal to said resistance for all frequencies.
According to the invention, from the secondary winding it is also possible to make a closed transmission line through its characteristic resistance. Thus, for example, the secondary winding can be connected in several places to capacitors, the other ends of which are connected to a common conductor, while the ends of the secondary winding are connected, each through a resistance whose value is equal to the wave resistance, to the same common conductor. If desired, we can use an arbitrary resistance to which we give, for example, the value of zero or #.
According to the invention, there can be provided a screen made of conductive material which can be considered as being the second conductor of the transmission line of which
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the first driver is. constituted by the coil. This screen must be constructed in such a way that it does not have closed parts surrounding part of the magnetic flux; it may have, for example, longitudinal slits.
The invention will be better understood by referring to the appended drawing which shows, by way of example, some embodiments thereof. In the drawing: FIG. 1 represents a high frequency transformer intended to supply a high current intensity.
Figure 2 is a variant of the transformer of Figure 1.
FIG. 3 shows a transformer of which the primary winding and the secondary winding are both traversed by a progressive current.
In Figure 1, the numeral 1 denotes a three-electrode tube and Li is the primary winding of a transformer. In series with this winding is connected a resistor R connected to the earth A. In the figures, C denotes the capacities that the different parts of the winding L1 have with respect to the earth. The primary winding can therefore be likened to a transmission line with distributed capacitance and self-induction. If the capacitance and the self-induction per unit length are denoted, respectively, by C and by L, the wave resistance of the line is equal to #L: C. If the resistance R is equal to the resistance of wave, the primary winding behaves like a transmission line of infinite length which has a wave resistance R.
In Figure 1, the secondary winding is designated L2. If it is assumed that the number of turns of coil L2 is much lower than that of coil L1, coil L2 can be considered as a concentrated self-induction. As long as the electrical length of the primary winding is less than one wavelength /
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a voltage is induced in the winding L2. When the electrical length becomes equal to the wavelength, the total electro-motive force induced in the winding
L2 is equal to zero. In the absence of resistance R, however, the induced electro-motive force would already be zero for a length of the primary winding equal to half the wavelength.
The construction mode shown in FIG. 1, therefore, makes it possible to transmit a wider frequency zone.
The embodiment shown in FIG. 2 comprises a screen S which can be considered as the second conductor of the line. The screen can be placed inside or outside the primary winding, but it is obvious that care must be taken to ensure that it cannot act as a short-circuit ring. for the primary winding. The screen has, for this purpose, longitudinal slots, and care must be taken that it does not include closed conductive parts surrounding the force field of the primary coil.
In Figure 3, the secondary winding is also established as the transmission line. For this purpose, k small artificial capacitors are provided at several points of the secondary winding / connected, on the other side, to a common conductor 2. The ends of the secondary winding are connected to this conductor by the intermediary of resistors R. It is obvious that the ends of the resistors, R can also be-linked together and that, in this case, the ends of the capacitors which are not connected to the coil, are joined at the same point. The secondary voltage can be taken from one of the resistors R. The @
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resistances R are here also equal to the wave resistance of the coil.
The transformer shown in figure 3 operates as follows:
In coil L1 there is a progressive current. If we consider two exactly opposite parts of the primary coil and the secondary coil, for example the parts located at points 3 and 4, point 3 generates at point 4 an electro-motive force which gives rise to a current propagating from point 4 in two directions.
If in figure 3 the direction in which the current is propagated is that of the arrow, it occurs in resistor R, at the end 5 of the secondary winding,. a current proportional to the frequency, while in the resistor R, at the end 6 of the secondary coil, a current occurs which does not vary regularly with the frequency and shows a rapid succession of maxima and minima. For this reason, the voltage is taken from resistor R mounted at end 5 of the coil.
If the speed of propagation along the secondary winding is not equal to that along the primary winding, an improvement is also obtained on known transformers, but, in this case, the current n 'is independent of the frequency at neither end. It is obvious that, due to the fact that the number of artificial capacities. the k is always limited, it is impossible in practice to obtain complete frequency independence, but it has been found that, even for a relatively limited number of capacities k 'the frequency dependence is only weak.
What follows helps to understand the phenomena
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leads occurring in the resistors R at the ends of the secondary winding of the transformer in Figure 3.
The current flowing through the primary winding is a progressive current and the propagation is only done in one direction. In the secondary winding, therefore, an electro-motive force is induced which is also progressive and which propagates only in one direction.
If the total length of the secondary winding is denoted by h, the speed of propagation in the primary winding by cl, that in the secondary winding by c2, the amplitude of the electro-motive force induced by E, the frequency # and the progressive coordinate along the secondary winding by x, the electro-motive force induced in an element dx can be represented by: Ext = Ee iw (t- x) c1 dx
This electro-motive force gives rise to two currents J1 and J2 which propagate in opposite directions at a speed c2 and whose amplitude can be assumed to be aE.
To calculate the resulting sewing intensity at the end of the secondary winding, proceed as follows:
The current intensity J2 in the element dx at the moment t - h-x is at the moment t at this end c2
That the element dx contributes to the current intensity in h at time t can be represented, therefore, by:
EMI7.1
J2 x aEx (t- h-x) c2 = aEe iW (t - 1 - x ¯ c2 cl dx and, therefore, if c1 = c2 = c, aEe i # (t - h / c) dx
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The total current intensity at 1 is, therefore,
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h J 1 = lh i "(t -,! 1) c 1w (t - ,! 1) oaEe dx = alEe
Because E occurs by magnetic induction, E is proportional to #, so that the magnitude of the current flowing through the resistance, is proportional to the frequency.
In a similar way we find 'Day the current, for x = o:
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-3hl so = c jazz (1 - e C) e islet 2 i
Amplitude therefore shows maxima for frequencies.
# - c / b # (2n - 1) # = h (2n - 1), n = 0,1,2,3, etc. and minima for: # = c / h # n, n = 0,1,2,3, etc. h
The production of maxima and minima for x = 1 is only completely suppressed if the speed of propagation in the secondary winding is equal to that in the primary winding.