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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 :
EMI7.1
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 :
EMI8.2
-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.