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APPAREIL DE TELEVISION ELECTRIQUE
La présente invention concerne les appareils de télévision électrique dans lesquels les éléments de l'image à transmettre sont analysés successivement dans le temps.
Les dispositifs connus de ce genre sont tous basés sur un procédé consistant à impressionner l'émetteur successi- vement et d'une manière continue avec les différents points de l'objet, dont l'image doit être transmise, à l'aide d'une opération de balayage consistant à parcourir l'objet d'un
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point au point voisin sur la même ligne d'exploration d'une façon continue et graduelle. On n'émet donc pas, à proprement parler, un signal pour chaque point, mais un signal pour chaque ligne d'exploration, ce signal étant soumis à des variations continues dans le temps, traduisant les variations d'éclairement de long de la ligne d'exploration.
Cette modulation continue d'un signal correspondant à chaque ligne d'exploration présente un très grave inconvénient qui est le suivante
On sait qu'une onde de fréquence F, modulée à la fréquence f, donne des oscillations de fréquence F + f et F - f ; si la fréquence f varie de 0 à f', la modulation donnera naissance à deux bandes de fréquences symétriques par rapport à F s'étendant de F à F + f' et de F à F - f'. En télévision, la largeur de ces bandes de fréquence est très grande, surtout lorsque l'on veut avoir une très grande vitesse d'exploration, ce qui est en particulier nécessaire pour transmettre des images se succédant rapidement, celles d'un film cinématogra- phique par exemple.
En effet, l'intensité d'éclairement de la cellule et par suite celle du courant modulant l'onde porteuse, varie d'une façon non périodique, parfois relativement lente, si l'exploration parcourt sur l'image une grande plage d'éclaire- ment uniforme, et parfois très brusque, si deux éléments consé- cutifs de l'image sont l'un très sombre , l'autre très clair; la loi de variation du courant sera alors très compliquée et, si l'on veut exprimer cette loi par des fonctions sinusoïdales simples au moyen de la série de Fourier, les harmonique s'élevé s comme les harmoniques bas joueront un rôle important.
Alors qu'en radio-téléphonie (les fréquences émises d'ordre acoustique ne dépassant guère 5.000 cycles), l'étendue F - f' à F + f' est suffisamment faible pour que l'on puisse
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recevoir ces deux bandes de fréquences tout en ayant une bonne sélectivité, en télévision, au contraire, par suite des raisons exposées ci-dessus, on voit que, d'une part, le poste émetteur émettra des ondes dont la fréquence variera dans de très larges limites et pourra troubler les communications de postes voisins, d'autre part, on devra avoir des postes récepteurs accordés pour recevoir des ondes dont la fréquence est comprise dans ces limites très étendues et qui verront leur réception troublée par les ondes émises par d'autres postes.
L'appareil, faisant l'objet de la présente invention, a pour but de supprimer l'inconvénient exposé ci-dessus. Il est caractérisé par le fait que l'émetteur comporte des moyens par lesquels l'onde émise à sa modulation brusquement modifiée pendant une partie de la durée correspondant à la transmission de chaque élément (cette interruption de la modulation étant obtenue pendant la durée prévue, soit par des moyens supprimant l'émission, soit par des moyens ramenant son intensité à une veleur constante), et que le dit émetteur comporte également, après l'organe de scandage, des moyens d'amortissement par lesquels il est approximativement ramené au repos ou à son régime d'intensité constante pendant le temps de ladite interruption.
L'émission se trouve donc, pour ainsi dire, scandée à une fréquence bien définie qui déterminera le nombre d'éléments distincts que l'on transmettra par seconde. Ce scandage, c'est à dire l'interruption de la modulation peut évidemment se faire soit sur le circuit lumineux, soit sur le circuit électrique de l'émetteur par des moyens qui seront détaillés au cours de la description et les avantages de ce mode d'émission peuvent être expliqués de la manière suivante : si la courbe de la figure 1 représente par exemple les variations en fonction du
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temps t et de l'intensité I du courant de la cellule photo- électrique et si les longuéurs OA1. A1A2etc.. représentent le temps d'exploration d'un élément, dans le cas du scandage point par point, ce courant n'agira que pendant des temps OB, A1B1etc.
Si ce courant sert à moduler une onde porteuse, on voit sur la figure 2 comment variera l'amplitude de cette onde; on voit que, de 0 en B, l'amplitude de l'onde porteuse aura une grande valeur, proportionnelle à celle du courant modulant, ensuite, cette amplitude tombera rapidement tendant vers un état stationnaire caractérisé par la valeur constante OC (qui pourrait être nulle), jusqu'au temps OA1, où l'amplitude aug- mènera de nouveau pour retomber ensuite à la valeur OC, à peu près au temps OB1 et ainsi de suite.
Il y a lieu de remarquer qu'il est nécessaire, pour que ces brusques augmentations et diminutions de l'amplitude de l'oscillation émise puissent avoir lieu, que le% circuits oscillants de l'émetteur reviennent très rapidement au repos lorsqu'on interrompra le courant qui les excite, c'est à dire que ces circuits soient très amortis, ce qui veut dire qu'ils aient une faible constante de temps ; poste récepteur, ces signaux agiront sur les circuits oscillants à la façon d'une sorte de percussion, analogue à celle que produit l'arrivée d'un parasite atmosphérique;
le poste récepteur pourra être réglé sur la fréquence de l'onde porteuse et avec une grande sélectivitéo
Le scandage étant obtenu dans un étage quelconque de l'émetteur, on veillera, comme il a été dit plus haut, à ce que tous les circuits qui suivent cet étage, jusqu'au dernier qui est l'aérien (ou le dispositif de couplage à une ligne s'il s'agit de transmission par courant porteur), soient suffisamment amortis pour bien suivre les variations du courant à la fréquence de
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scandage.
Si cette condition est remplie, on peut, sans aucun inconvénient pour la qualité de l'image à la réception, filtrer avec des circuits sélectifs et amortis, dont le détail sera donné plus loin à propos des récepteurs, de façon à réduire à un niveau, non pas tout à fait nul, mais négligeable, l'énergie émise sur les fréquences autres que celles de la bande de fré- quence allouée pour la transmission.
Dans ces conditions, la modulation réellement émise ne sera pas rigoureusement semblable à la modulation fournie par la cellule et scandée ensuite, mais grâce à l'amortissement des circuits, elle en aura conserva les deux propriétés essentielles, savoir : le caractère scandé, avec un accident brusque à chaque point'et une amplitude moyenne entre chaque accident brusque proportionnelle à l'éclairement du point à transmettre, Ceci est évidemment nécessaire et suffisant à une bonne transmission de télévision suivant l'invention, et l'on est bien parvenu ainsi à éviter de brouiller les émissions voisines encombrant une bande de fréquence exagérée. Des essais étendus faits sur un poste émetteur de 20 Kw. ont du reste montré l'exactitude de ces vues.
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Le poste récepteur fonctionnera parfaitement sous les conditions ci-après : pour que les courants résultant des signaux successifs émis pendant les temps OB, A1B1, A2B2,etc. soient parfaitement indépendants, il est nécessaire que ce récepteur puisse reprendre sensiblement son régime de repos, entre deux signaux successifs. Pour cela, il faut que l'amortissement soit très grand, ou, autrement dit, sa constante de temps soit très petite.
On sait, en effet, que l'amplitude d'une oscillation amortie dans un circuit oscillant simple, ou circuit-bouchon ,est de la forme :
EMI5.1
t i =, I e' f(t) f (t) étant une fonction périodique et e la base des logarithmes
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Népériens; T est ce qu'on appelle la constante de temps, c'est le temps au bout duquel l'amplitude initiale sera réduite à I. e
D'autre part, avec un circuit simple ou circuit- bouchon, l'amplitude des oscillations forcées provoquées par une émission de fréquence f varie avec cette fréquence et peut être représentée, en fonction de ladite fréquence, par la courbe connue de résonance; comme on le sait, cette courbe est en forme de cloche (figure 3) présentant un maximum lorsque la fréquence de l'oscillation reçue est égale à la fréquence propre fo du circuit.
La sélectivité d'un tel circuit dépend de l'écartement plus ou moins grand des bran- ches MP et MP' de la courbe; on peut par exemple la mesurer par la différence entre les fréquences F" et f"' pour lesquelles l'amplitude est égale à la moitié de l'amplitude maxima; cette différence est parfois appelée "largeur de la bande passante" et l'on sait que cette largeur varie en raison inverse de la constante de temps du circuit bouchon.
Si donc, on veut avoir un poste très sélectif, cette bande devra être très étroite, c'est à dire que la constante de temps devra être très grande; or, on vient de voir plus haut qu'il est nécessaire de la diminuer; il y a là deux con- ditions en apparence contradictoires qui nécessitent l'emploi de circuits spéciaux, faisant aussi l'objet de l'invention et qui seront décrits ultérieurement.
Divers moyens peuvent être employés pour produire l'arrêt de la modulation pendant les temps bA. B1A2,etc..
D'une façon générale, si l'on considère la chaîne des opéra- tions qui donnent lieu à l'émission d'un signal, soit : l'analyse lumineuse d'un objet, la transformation du signal lumineux en courant électrique, l'amplification de ce courant, son application à un dispositif destiné à moduler l'onde
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porteuse, la production de la porteuse elle-même par -Un dispo- sitif oscillateur et amplificateur, il est facile de comprendre que l'opération de scandage, qui est l'objet principal de l'invention , peut s'appliquer à l'une quelconque des opérations de cette chaineo A titre d'exemples, on a décrit ci-dessous et repré- senté au dessin annexé quelques formes d'exécution de l'in- vention.
Les figures 1, 2 et 3 sont, comme dit plus haut, des figures purement théoriques expliquant le principe de l'appareil.
La figure 4 représente schématiquement un dispositif mécanique permettant de faire le scandage sur le faisceau lumineux.
La figure 5 en est un détail à plus grande échelle.
Ia figure 6 est un schéma d'un poste émetteur suivant l'inventiion, dans lequel le scandage est fait électriquement.
La figure 7 est le schéma d'ensemble d'une installa- tion comprenant un poste émetteur, quelque peu différent de celui de la figure 6, le scandage se faisant à un autre point du circuit électrique, et d'un poste récepteur.
La figure 8 représente un dispositif permettant d'assurer le synchronisme entre les deux postes.
La figure 9 est un schéma des dispositifs de coulage.
Les figures 10 et 11 concernent l'adaptation d'un récepteur de télévision suivant l'invention à l'écoute radiotéléphonique ou télégraphique.
Dans le dispositif de la figure 4, l'image 1 est éclairée par un faisceau de lumière parallèle provenant d'une source lumineuse 2, ayant traversé les lentilles 3 et 3';
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ce faisceau rencontre, entre 3 et 3'.deux disques parallèles 4 et 5, tournant autour d'axes décalés 6 et 7 à des vitesses différentes. Ces disques sont percés chacun de fentes circu- laires distinctes décalées les unes par rapport aux autres de façon à former une sorte de spirale.
Les fentes du disque 5 se succèdent l'une à l'autre :sans interruption, c'est à dire qu'elles ne présentent l'une par rapport à l'autre qu'un décalage radial, le rayon de l'arc de cercle limitant une fente du coté du centre étant égal à celui de l'arc de cercle limitant la fente suivante du coté de la périphérie du disque ; lesfentes du disque 4 sont, en outre, disposées de telle sorte que le rayon limitant une de ces fentes fasse un certain angle avec le rayon limitant la fente suivante, de sorte qu'il reste sur le disque 4 des secteurs 11 complètement opaques séparant les diverses fentes 9, 10 ...
Le disque 4 fait un tour entier pendant que le disque 5 avance de l'angle sous-tendu par une de ses fentes, les spirales des deux disques étant tracées de manière à se couper orthogonalement pendant la rotation des disques.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant : tous les rayons lumineux sont arrêtés par les deux disques, sauf l'étroit faisceau de rayons qui passe par les deux fentes 8 et 9 qui se trouvent, à l'instant considéré, en regard l'une de l'autre.
On supposera, pour fixer les idées, qu'au point de croisement des fentes, la fente 8 du disque 5 est sensiblement verticale, et que la fente 9 du disque 4 est sensiblement horizontale.
Si le disque 4 était enlevé, les rayons lumineux passant par la fente 8 éclaireraient une bande 8' de l'image;
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lorsque le disque 4 est en place, seule une petite région 9' de la bande 8' sera éclairée à travers la fente 9, et cette région 9' constituera un élément de décomposition de l'image.
On voit que, lorsque les disques tournent avec les vitesses de rotation indiquées, pendant un tour du disque 4, ce sera toujours la même fente du disque 5 qui permettra le passage de la lumière, et celle-ci éclairera successivement les divers éléments de la bande 8', au fur et à mesure que les fentes du disque 4 croiseront la fente 8.
On voit également que, les fentes étant orthogonales, tant que la lumière passera par les deux mêmes fentes 8 et 9, ce sera le même élément 9' qui sera éclairé, et, d'autre part, qu'entre l'éclairement de deux éléments successifs 9' et 10' , il y aura un intervalle d'obscurité dû au passage du secteur opaque devant la fente 8.
Les éléments transmis seront donc des points voisins les uns des autres sur l'image 1 et leur transmission sera décalée dans le temps comme le veut l'invention.
D'autres procédés pourront être employés pour produire l'exploration lumineuse intermittente de l'image; on pourra par exemple utiliser un dispositif connu quelconque d'analyse continue et prendre une source de lumière intermittente, par exemple une lampe à gaz luminescente alimentée en courant alternatif, à la fréquence qui correspond au nombre d'éléments à transmettre par seconde.
On pourra également, avec le même dispositif d'analyse continu, placer sur le trajet des rayons lumineux, avant ou après l'image, un disque percé de fentes et tournant à une vitesse convenable pour produire à la fréquence voulue les interruptions de lumière,
Toutefois, la réalisation des dispositifs mécaniques présente de Bérieuses difficultés en raison des grandes vitesses
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de rotation à atteindre et à maintenir constantes pour les disques ; il est préférable d'avoir recours à des dispositifs purement électriques, soit un dispositif dans lequel l'éclai- rage et l'exploration de l'image seraient faits par des dispo- sitifs connus tels que la roue de Nipkow ou celle de Weiller, les interruptions portant sur le courant de la cellule photo- électrique ou au besoin sur celui de l'onde porteuse.
La figure 6 schématique montre un dispositif de ce genre
Le poste émetteur représenté sur cette figure 6 comprend plusieurs lampes à trois électrodes dont, pour plus de simplicité, on n'a pas représenté les circuits de chauffage, d'alimentation, et certains circuits de filtrage sur les fils d'alimentation.
La source lumineuse 12 fournit un faisceau dont une partie passe à travers le trou d'un disque de Nipkow 13, l'image de ce trou se formant à l'aide d'un système optique 14 sur l'objet 15, dont on veut transmettre l'image. La lumière diffusée par 15 agit sur la cellule photoélectrique 16, qui, à son tour, agit sur un groupe d'amplificatrices basse fréquence 17, dont la dernière module par contrôle d'anode la lampe 18 excitée directement par l'onde porteuse fournie par l'oscillateur 19. On envoie donc sur la grille de la lampe 20 un signal modulé tout à fait comme dans une émission de télévision classique.
Mais la grille de la lampe 20, fortement polarisée, de manière qu'aucun courant de plaque ne passe au repos, subit en outre les impulsions produites par une hétérodyne 21, dont la fréquence est égale au nombre d'éléments à transmettre par seconde; le courant de la lampe 20, qui aura lieu pendant une partie seulement de la période
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de l'hétérodyne 21, sera donc scandé de cette manière et le courant envoyé à l'antenne 22 sera donc un courant modulé scandé.
La figure 7 représente schématiquement une installation complète comportant en haut un poste d'émission, quelque-peu différent du précédent en ce sens que le scandage est produit, comme on le verra, à un autre point de la chaîne des organes, et en bas un poste récepteur suivant l'invention.
Au poste d'émission, se trouve encore une cellule photoélectrique 23, qui est excitée par la lumière diffusée par l'objet dont on transmet l'image. Cette cellule 23 agit sur l'amplificateur basse fréquence 24. La lampe 26 est une hétéro- dyne qui fournit la fréquence de scandage, par exemple 100.000 cycles, qui est modulée par contrôle d'anode par la lampe 25; la fréquence 100. 000 modulée est amplifiée par la lampe 27.
La lampe 28, dont la grille est fortement polarisée, ne donne un courant-plaque que lorsque les alternances fournies par
27 sont positives ; la lampe 28 fournit donc par ce moyen un courant de plaque scandé, lequel, par contrôle d'anode, module l'émetteur supposé schématiquement réduit à une seule lampe 29.
Le poste récepteur comprend une antenne 30, une lampe bigrille 31, changeuse de fréquence, un amplificateur 32 de la fréquence secondaire créée par 31, une détectrice 33 et un amplificateur basse fréquence 34.
Les courants sortant de cet amplificateur actionnent une lampe luminescente à gaz 35 qui produit ainsi un éclaire- ment qui, à chaque instant, est proportionnel à l'éclairement du point correspondant de l'objet sur lequel se forme l'image d'un trou de la roue de Nipkow du poste d'émission.
Il suffit, pour voir l'image de l'objet, que l'observa- teur 36 regarde cette lampe 35, à travers une roue de Nipkow
37, identioue à celle du poste transmetteur et tournant synchro- niduement avec celle-ci.
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Le maintien du synchronis/me entre le poste trans- metteur et le poste récepteur est un problème très important , la figure 8 montre un dispositif destiné à la résoudre.
A chaaue tour de la roue du poste émetteur, un courant beaucoup plus intense que celui servant à la transmissicn de l'image est créé au poste émetteur; cela est facile à réaliser, par exemple en prévoyant sur la roue de Nipkow des trous supplémentaires plus grands que ceux destinés à l'explo- ration de l'image, les rayons lumineux passant par les trous étant renvoyés directement sur la cellule 23.
Au. poste récepteur, le moteur 38 entraînant la roue 37 (figures 7 et 8) fait touïner à la même vitesse que celle-ci un aimant 39 (figure 8) en fer à cheval, dont les pales passent devant ceux d'un électro-aimant 40 monté en série dans le circuit de la lampe luminescente 35. Ces organes sont disposés de telle sorte que, lorsque le synchronisme existe, les pales de l'aimant 39 soient juste en face des pales de noms contrai- res de l'électro-aimant 40 au moment où le courant renforcé est envoyé.
On voit que, si le moteur 38 prend une légère avance ou un léger retard, l'attraction produite par l'électro-aimant sur l'aimant permanent tendra à ramener ce dernier en avant ou en arrière; il y aura ainsi une correction à chaque tour de la roue et le synchronisme sera parfaitement maintenu.
Sur les schémas 6 et 7, on représenté des couplages quelconques entre les lampes, cela dans le but de simplifier les explications et de faire comprendre clairement le fonction- nement ; toutefois, comme il a été dit plus haut, il est nécessaire, tout en maintenant à l'installation une sélectivité suffisante, de réduire la constante de temps, afin que l'ampli- tude des signaux puisse atteindre sa valeur maxima et décroître jusqu'à une valeur sensiblement inférieure on un temps court,
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par rapport au temps alloué à la transmission d'un élément, le nombre d'éléments à transmettre par seconde étant de l'ordre de 40.000.
Théoriquement, pour que le récepteur puisse reproduire très exactement l'image, il faudrait que sa constante de temps soit très inférieure à la durée de transmission d'un point.
Supposons par exemple que la constante de temps soit moitié moindre que cette durée; après la transmission d'un point, le courant fourni par ce point au récepteur retomberait alors à la fraction 1/e2= 1/7,5 = 0,13 environ de sa valeur pendant la transmission du point suivant cette condition est tout à fait acceptable. Il vaudrait mieux naturellement, pour la qualité, que la constante de temps soit encore plus faible.
Cependant, il faut faire observer que l'oeil, quand il examine une reproduction (tableau, photographie ..) dans des conditions d'éclairage très éloignées de la réalité, ne demande nullement que la reproduction lui restitue la vraie valeur des contrastes.
Pour les objets en premier plan, il s'arrange en particulier de contrastes sensiblement plus faibles sur la reproduction. Dans le système de télévision de l'invention, cette circonstance a l'effet très favorable de rendre tolérable une constante de temps notablement plus grande que celle correspondant à la qualité parfaite, et la pratique montre qu'une constante de l'ordre de grandeur de la durée de transmission d'un point est tout à fait adaptée t la qualité moyenne requise .
On a rappelé plus haut que, pour un circuit accordé simple, la constante de temps est inversement proportionnelle à la largeur de la bande passante que l'on a également définie plus haut. Il est d'autre part connu que, quand un récepteur est constitué par plusieurs circuits sélectifs couplés par des lampes-relais, la constante de temps globale,du récepteur est
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sensiblement égale à la somme des constantes de temps des divers circuits.
Ceci n'est pas gênant pour la réception radiotéléphonique, car celle-ci ne met guère en jeu des fré- quences acoustiques au-delà de 9.000 périodes et l'on peut concilier une bonne qualité de réception (c'est à dire une réception convenable de toutes les fréquences de la bande passante) avec une grande constante de temps (c'est à dire avec une courbe de résonance aigüe).
C'est ainsi que, pour avoir un affaiblissement de 1/e c'est à dire 1/3 environ aux limites des deux bandes passantes symétriques de 5.000 périodes, on peut admettre en radiotélé- phonie les valeurs suivantes de la constante de temps T :
T1 = 50 microsecondes avec un seul circuit
T2 = 32 x 2 avec deux circuits de 32 microsecondes chacun, accordés l'un sur l'autre
T3- 25 x 3 microsecondes avec trois circuits accordés de 25 microsecondes chacun.
Toutefois, ces chiffres ne sont en pratique que des limites inférieures, car on est enclin en radiotéléphonie ou télégraphie à augmenter encore la constante de temps des récepteurs, afin d'augmenter le plus possible l'amplification, en diminuant l'amortissement des circuits et en sacrifiant ainsi la qualité de la réception.
Tout compte fait, on ne connait pas de récepteur de radiotéléphonie ou télégraphie doués d'une sélection raisonnable, dont la constante de temps soit inférieure à 80 microsecondes environ, quand le réglage est fait en vue du maximum desélécti- vité.
Si on constituait un récepteur de télévision au moyen d'un ensemble amplificateur haute-fréquence, détecteur et basse fréquence, semblable chacun aux éléments correspondants des appareils de radiotéléphonie ou télégraphie usuels ayant une
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constante de temps de l'ordre de 80 microsecondes, on n'aurait la possibilité de recevoir au maximum que
EMI15.1
80 1 x 10-6 = 12.500 éléments par seconde, ce qui est très peu.
La présente invention donne le moyen d'augmenter beaucoup ce nombre d'éléments, tout en conservant la sélec- tivité des appareils de radiodiffusion qui sont de même classe quant au nombre des circuits et des éléments tels que selfs, capacités, etc...
Ce résultat est obtenu par l'emploi de circuits complexes, c'est à dire d'ensembles de circuits accordés simples formés chacun par une self et une capacité et couplés directe- ment entre eux sans relais.
La figure 9 montre un mode de couplage entre la plaque d'une lampe et la grille g de la suivante qui donne ce résultat: un premier circuit oscillant L.G amorti par une résistance R, dans lequel débite la plaque 12. d'une lampe, présente une induc- tance mutuelle M avec un autre circuit intermédiaire (L'.C',R'). lui-même couplé par l'inductance mutuelle M' avec le circuit (L",C",R") d'attaque de la grille ± de la lampe suivante.
Si on donne aux constantes des circuits les valeurs suivantes :
R = Rt = R" = 7000 Ohms
L = L = L" = 0,06 Henrys
C = C'= C" = 0,14.10 Microfarads
M -. M' =,0,0084 Henrys et si on suppose que les lampes ainsi couplées sont des lampes à résistance interne infinie, l'ensemble jouit des propriétés suivantes :
1 L'extinction des courants s'y fait sensiblement comme e-60.000 t, ce qui donne pour l'ensemble une constante de temps de 16 microsecondes environ.
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2 Le courbe d'amplification de l'étape comportant ce circuit comme couplage d'une lampe à la suivante présente une bande passante bien définie de 10000 cycles environ autour de la fréquence de 55.000 cycles environ.
On voit qu'on peut utiliser un tel circuit comme moyen sélectif dans un amplificateur moyenne fréquence pour la télé- vision scandée. On peut envisager, par exemple, un récepteur de télévision comportant une bigrille changeuse de fréquence précédée par un cadre très amorti de constante de temps 10 microsecondes par exemple, suivi par un amplificateur moyenne fréquence comportant le circuit de la figure 9 ; l'ensemble aura une constante de temps de 10 + 16 = 26 microsecondes et permettra de recevoir :
EMI16.1
- I -& = 40.000 environ 26 x 10- points par seconde, avec une netteté parfaite.
En utilisant, au lieu de lampes écrans,des lampes à faible résistance intérieure, par exemple 9.000 ohms, la constante de temps tomberait à 2 microsecondes.
En employant dans le récepteur trois circuits complexes convenables, on aurait une sélectivité très grande jointe à la constante de temps très faible 3 x 2 = 6 microsecondes, permettant de recevoir jusqu'à :
EMI16.2
1 - 63.000 pointa par seconde environ (10 + 6) x 10 -
Une autre caractéristique de l'invention consiste en ceci, que le poste récepteur ci-dessus décrit est aménagé de façon à ce qu'il puisse être également utilisé pour la réception radio- téléphonique ou télégraphique;
en effet, les circuits de ce poste, tels que décrits ci-dessus, se trouvent amortis à un degré tout à fait inutile pour cet usage, car la sensibilité se trouve, dans le cas de l'écoute radiotéléphonique, diminuée pour le
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signal et augmentée pour les parasites par cet amortissement excessif,
L'invention prévoit donc des moyens pour faire varier, de préférence par l'emploi d'une manette ou d'un bouton de commande unique, l'amortissement des circuits à haute fréquence du poste.
Ainsi, on pourra disposer, comme le montre la figure 10, en série dans les circuits accordés du poste (accordés sur la haute et la moyenne fréquences)une résistance, relativement petite, qui sera court-cir cuitée pour l'écoute téléphonique et mise en circuit pour la télévision à l'aide des interrup- teurs 41 et 42 à commande unique.
On pourra de même (figure 11) disposer en parallèle sur chacun des dits circuits une résistance relativement élevée qui sera laissée en circuit pour la télévision et déconnectée pour l'écoute téléphonique à l'aide d'interrupteurs appropriés 44 et 45.
Les interrupteurs permettent de passer du régime très amorti au régime peu amorti pourront, suivant l'invention, être commandés soit à la main, soit automatiquement par l'in- termédiaire d'un relais 43 (figure 10) actionné par un signal spécial lancé par l'émetteur et mettant les récepteurs dans l'état voulu pour la réception de télévision. Ce signal pourra, en outre, par l'intermédiaire d'un relais, commander la mise en marche de tous les organes auxiliaires, moteurs, lampes au néon et autres, utilisés pour la télévision.
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ELECTRIC TELEVISION DEVICE
The present invention relates to electric television apparatus in which the elements of the image to be transmitted are analyzed successively over time.
The known devices of this kind are all based on a method consisting in impressing the transmitter successively and continuously with the various points of the object, the image of which is to be transmitted, using a scanning operation consisting of traversing the object of a
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point at the neighboring point on the same exploration line in a continuous and gradual manner. Strictly speaking, therefore, a signal is not emitted for each point, but a signal for each scanning line, this signal being subjected to continuous variations over time, reflecting the variations in illumination along the line. exploration.
This continuous modulation of a signal corresponding to each exploration line has a very serious drawback which is as follows:
We know that a wave of frequency F, modulated at frequency f, gives oscillations of frequency F + f and F - f; if the frequency f varies from 0 to f ', the modulation will give rise to two frequency bands symmetrical with respect to F extending from F to F + f' and from F to F - f '. In television, the width of these frequency bands is very large, especially when we want to have a very high speed of exploration, which is in particular necessary to transmit images that follow each other quickly, those of a cinematographic film. phique for example.
Indeed, the illumination intensity of the cell and consequently that of the current modulating the carrier wave, varies in a non-periodic way, sometimes relatively slowly, if the exploration covers a large range of uniform illumination, and sometimes very abrupt, if two consecutive elements of the image are one very dark, the other very light; the law of variation of the current will then be very complicated and, if we want to express this law by simple sinusoidal functions by means of the Fourier series, the high harmonics as the low harmonics will play an important role.
While in radio-telephony (the frequencies emitted of an acoustic nature hardly exceeding 5,000 cycles), the range F - f 'to F + f' is sufficiently low so that one can
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receive these two frequency bands while having good selectivity, in television, on the contrary, as a result of the reasons given above, it can be seen that, on the one hand, the transmitting station will emit waves, the frequency of which will vary greatly wide limits and may disturb the communications of neighboring stations, on the other hand, it will be necessary to have receiving stations tuned to receive waves whose frequency is included in these very wide limits and which will see their reception disturbed by the waves emitted by other positions.
The object of the present invention is to eliminate the drawback described above. It is characterized by the fact that the transmitter comprises means by which the wave emitted with its abruptly modified modulation for part of the duration corresponding to the transmission of each element (this interruption of the modulation being obtained during the planned duration, either by means suppressing the emission, or by means reducing its intensity to a constant velor), and that said emitter also comprises, after the scandage member, damping means by which it is brought back to rest approximately or at its constant intensity regime during the time of said interruption.
The program is therefore, so to speak, punctuated at a well-defined frequency which will determine the number of distinct elements which will be transmitted per second. This scandage, that is to say the interruption of the modulation can obviously be done either on the light circuit or on the electric circuit of the transmitter by means which will be detailed during the description and the advantages of this mode. emission can be explained as follows: if the curve in figure 1 represents for example the variations according to the
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time t and intensity I of the current of the photoelectric cell and if the lengths OA1. A1A2etc .. represent the exploration time of an element, in the case of point-by-point scandage, this current will only act during OB, A1B1etc times.
If this current is used to modulate a carrier wave, we see in Figure 2 how the amplitude of this wave will vary; we see that, from 0 to B, the amplitude of the carrier wave will have a large value, proportional to that of the modulating current, then, this amplitude will fall rapidly tending towards a stationary state characterized by the constant value OC (which could be zero), until time OA1, where the amplitude will increase again and then fall back to the value OC, approximately at time OB1 and so on.
It should be noted that it is necessary, so that these abrupt increases and decreases in the amplitude of the oscillation emitted can take place, that the oscillating circuits of the transmitter return very quickly to rest when interrupted. the current which excites them, that is to say that these circuits are very damped, which means that they have a low time constant; receiving station, these signals will act on the oscillating circuits in the manner of a sort of percussion, analogous to that produced by the arrival of an atmospheric parasite;
the receiving station can be set to the frequency of the carrier wave and with great selectivity.
The scandage being obtained in any stage of the transmitter, it will be ensured, as it was said above, that all the circuits which follow this stage, until the last which is the aerial (or the coupling device to a line in the case of transmission by carrier current), are sufficiently damped to follow the variations of the current at the frequency of
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scandal.
If this condition is fulfilled, it is possible, without any inconvenience for the quality of the image on reception, to filter with selective and damped circuits, the details of which will be given further on concerning the receivers, so as to reduce to a level , not completely zero, but negligible, the energy emitted on frequencies other than those of the frequency band allocated for transmission.
Under these conditions, the modulation actually emitted will not be rigorously similar to the modulation supplied by the cell and then scanned, but thanks to the damping of the circuits, it will have retained its two essential properties, namely: the scribed character, with a sudden accident at each point 'and an average amplitude between each sudden accident proportional to the illumination of the point to be transmitted, This is obviously necessary and sufficient for good television transmission according to the invention, and it has thus been achieved avoid jamming neighboring transmissions encumbering an exaggerated frequency band. Extensive tests carried out on a 20 kW transmitter station. have moreover shown the correctness of these views.
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The receiving station will function perfectly under the following conditions: so that the currents resulting from the successive signals emitted during times OB, A1B1, A2B2, etc. are perfectly independent, it is necessary for this receiver to be able to substantially resume its idle regime, between two successive signals. For that, it is necessary that the damping is very large, or, in other words, its time constant is very small.
We know, in fact, that the amplitude of a damped oscillation in a simple oscillating circuit, or trap circuit, is of the form:
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t i =, I e 'f (t) f (t) being a periodic function and e the base of the logarithms
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Neperians; T is what is called the time constant, it is the time after which the initial amplitude will be reduced to I. e
On the other hand, with a simple circuit or trap circuit, the amplitude of the forced oscillations caused by an emission of frequency f varies with this frequency and can be represented, as a function of said frequency, by the known resonance curve; as is known, this curve is bell-shaped (FIG. 3) exhibiting a maximum when the frequency of the oscillation received is equal to the natural frequency fo of the circuit.
The selectivity of such a circuit depends on the greater or lesser separation of the MP and MP 'branches of the curve; it can for example be measured by the difference between the frequencies F "and f" 'for which the amplitude is equal to half of the maximum amplitude; this difference is sometimes called "width of the passband" and it is known that this width varies inversely with the time constant of the trap circuit.
If therefore, we want to have a very selective station, this band will have to be very narrow, that is to say that the time constant will have to be very large; however, we have just seen above that it is necessary to reduce it; there are two apparently contradictory conditions which necessitate the use of special circuits, also forming the subject of the invention and which will be described later.
Various means can be employed to cause the modulation to stop during times bA. B1A2, etc.
In general, if we consider the chain of operations which give rise to the emission of a signal, namely: the light analysis of an object, the transformation of the light signal into an electric current, amplification of this current, its application to a device intended to modulate the wave
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carrier, the production of the carrier itself by an oscillator and amplifier device, it is easy to understand that the scandage operation, which is the main object of the invention, can be applied to the Any of the operations of this chain By way of examples, some embodiments of the invention have been described below and shown in the accompanying drawing.
Figures 1, 2 and 3 are, as said above, purely theoretical figures explaining the principle of the device.
FIG. 4 schematically represents a mechanical device making it possible to make the scoring on the light beam.
Figure 5 is a detail on a larger scale.
Ia 6 is a diagram of a transmitting station according to the invention, in which the scoring is done electrically.
FIG. 7 is the overall diagram of an installation comprising a transmitting station, somewhat different from that of FIG. 6, the scoring taking place at another point in the electrical circuit, and of a receiving station.
FIG. 8 represents a device making it possible to ensure synchronism between the two stations.
Figure 9 is a diagram of the casting devices.
FIGS. 10 and 11 relate to the adaptation of a television receiver according to the invention to radio or telegraph listening.
In the device of FIG. 4, the image 1 is illuminated by a parallel beam of light coming from a light source 2, having passed through the lenses 3 and 3 ';
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this beam encounters, between 3 and 3 '. two parallel disks 4 and 5, rotating around offset axes 6 and 7 at different speeds. These discs are each pierced with distinct circular slits offset from one another so as to form a sort of spiral.
The slots of the disc 5 follow one another: without interruption, that is to say that they only present a radial offset with respect to each other, the radius of the arc of circle limiting a slot on the side of the center being equal to that of the arc of a circle limiting the next slot on the side of the periphery of the disc; the slots of the disc 4 are, moreover, arranged so that the radius limiting one of these slots makes a certain angle with the radius limiting the following slot, so that there remain on the disc 4 completely opaque sectors 11 separating the various slots 9, 10 ...
The disc 4 makes a full revolution as the disc 5 advances by the angle subtended by one of its slots, the spirals of the two discs being traced so as to intersect orthogonally during the rotation of the discs.
The operation of the device is as follows: all the light rays are stopped by the two discs, except the narrow beam of rays which passes through the two slits 8 and 9 which are, at the moment considered, opposite one the other.
It will be assumed, for the sake of clarity, that at the point of intersection of the slots, the slot 8 of the disc 5 is substantially vertical, and that the slot 9 of the disc 4 is substantially horizontal.
If disc 4 were removed, light rays passing through slit 8 would illuminate a strip 8 'of the image;
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when the disc 4 is in place, only a small region 9 'of the strip 8' will be illuminated through the slit 9, and this region 9 'will constitute an element of decomposition of the image.
It can be seen that, when the discs rotate with the rotational speeds indicated, during one revolution of disc 4, it will always be the same slot of disc 5 which will allow the passage of light, and this will successively illuminate the various elements of the tape 8 ', as the slots of disc 4 cross slot 8.
It can also be seen that, the slits being orthogonal, as long as the light passes through the same two slits 8 and 9, it will be the same element 9 'which will be illuminated, and, on the other hand, that between the illumination of two successive elements 9 'and 10', there will be a dark interval due to the passage of the opaque sector in front of the slot 8.
The elements transmitted will therefore be points close to each other on image 1 and their transmission will be shifted in time as required by the invention.
Other methods could be used to produce intermittent light exploration of the image; one could for example use any known device for continuous analysis and take an intermittent light source, for example a luminescent gas lamp supplied with alternating current, at the frequency which corresponds to the number of elements to be transmitted per second.
It is also possible, with the same continuous analysis device, to place on the path of the light rays, before or after the image, a disc pierced with slits and rotating at a suitable speed to produce the light interruptions at the desired frequency,
However, the realization of the mechanical devices presents serious difficulties because of the high speeds
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of rotation to reach and maintain constant for the discs; it is preferable to have recourse to purely electric devices, that is to say a device in which the illumination and exploration of the image would be made by known devices such as the Nipkow wheel or that of Weiller, interruptions relating to the current of the photoelectric cell or, if necessary, to that of the carrier wave.
Schematic figure 6 shows a device of this kind
The transmitter station shown in this FIG. 6 comprises several lamps with three electrodes, of which, for the sake of simplicity, the heating and power circuits and certain filter circuits on the power supply wires have not been shown.
The light source 12 provides a beam, part of which passes through the hole of a Nipkow disc 13, the image of this hole being formed using an optical system 14 on the object 15, which is desired transmit the image. The light scattered by 15 acts on the photoelectric cell 16, which in turn acts on a group of low-frequency amplifiers 17, the last of which modulates by anode control the lamp 18 excited directly by the carrier wave supplied by oscillator 19. A modulated signal is therefore sent to the grid of lamp 20, quite as in a conventional television program.
But the gate of the lamp 20, strongly polarized, so that no plate current passes at rest, is also subjected to the pulses produced by a heterodyne 21, the frequency of which is equal to the number of elements to be transmitted per second; the current of the lamp 20, which will take place during only part of the period
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of the heterodyne 21, will therefore be punctuated in this way and the current sent to the antenna 22 will therefore be a modulated scanned current.
FIG. 7 diagrammatically represents a complete installation comprising a transmission station at the top, somewhat different from the previous one in that the scoring is produced, as will be seen, at another point in the chain of components, and at the bottom a receiving station according to the invention.
At the transmitting station, there is also a photoelectric cell 23, which is excited by the light scattered by the object whose image is transmitted. This cell 23 acts on the low frequency amplifier 24. The lamp 26 is a heterodyne which provides the pitch frequency, for example 100,000 cycles, which is modulated by anode control by the lamp 25; the modulated frequency 100,000 is amplified by the lamp 27.
The lamp 28, whose grid is strongly polarized, only gives a plate current when the alternations supplied by
27 are positive; the lamp 28 therefore provides by this means a timed plate current, which, by anode control, modulates the emitter supposedly reduced to a single lamp 29.
The receiving station comprises an antenna 30, a bigrille lamp 31, frequency changer, an amplifier 32 of the secondary frequency created by 31, a detector 33 and a low frequency amplifier 34.
The currents leaving this amplifier actuate a luminescent gas lamp 35 which thus produces an illumination which, at each instant, is proportional to the illumination of the corresponding point of the object on which the image of a hole is formed. of the Nipkow wheel from the transmitting station.
To see the image of the object, it suffices for the observer 36 to look at this lamp 35, through a Nipkow wheel.
37, identiou with that of the transmitter station and rotating synchronously with it.
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Maintaining synchronization between the transmitting station and the receiving station is a very important problem, FIG. 8 shows a device intended to solve it.
At each turn of the wheel of the transmitter station, a current much more intense than that used for the transmission of the image is created at the transmitter station; this is easy to achieve, for example by providing on the Nipkow wheel additional holes larger than those intended for the exploration of the image, the light rays passing through the holes being returned directly to cell 23.
At. receiving station, the motor 38 driving the wheel 37 (figures 7 and 8) causes a horseshoe-shaped magnet 39 (figure 8) to rotate at the same speed as the latter, the blades of which pass in front of those of an electromagnet 40 mounted in series in the circuit of the luminescent lamp 35. These members are arranged so that, when synchronism exists, the blades of the magnet 39 are just opposite the blades of opposite names of the electro- magnet 40 at the moment when the reinforced current is sent.
It can be seen that, if the motor 38 takes a slight advance or a slight delay, the attraction produced by the electromagnet on the permanent magnet will tend to bring the latter forward or backward; there will thus be a correction at each revolution of the wheel and the synchronism will be perfectly maintained.
In diagrams 6 and 7, any couplings between the lamps are shown, with the aim of simplifying the explanations and making the operation clearly understood; however, as stated above, it is necessary, while maintaining sufficient selectivity in the installation, to reduce the time constant, so that the amplitude of the signals can reach its maximum value and decrease up to at a significantly lower value for a short time,
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compared to the time allocated to the transmission of an element, the number of elements to be transmitted per second being of the order of 40,000.
Theoretically, for the receiver to be able to reproduce the image very exactly, its time constant would have to be much less than the duration of transmission of a point.
Suppose for example that the time constant is half less than this duration; after the transmission of a point, the current supplied by this point to the receiver would then fall back to the fraction 1 / e2 = 1 / 7.5 = 0.13 approximately of its value during the transmission of the point following this condition is completely acceptable. It would naturally be better for the quality if the time constant was even lower.
However, it should be noted that the eye, when it examines a reproduction (painting, photograph, etc.) in lighting conditions very far from reality, does not ask for the reproduction to restore to it the true value of the contrasts.
For foreground objects, it is particularly suited to significantly weaker contrasts on the reproduction. In the television system of the invention, this circumstance has the very favorable effect of making a time constant significantly greater than that corresponding to perfect quality tolerable, and practice shows that a constant of the order of magnitude of the duration of transmission of a point is quite suitable t the required average quality.
It was recalled above that, for a simple tuned circuit, the time constant is inversely proportional to the width of the passband which was also defined above. It is also known that, when a receiver is constituted by several selective circuits coupled by relay lamps, the overall time constant of the receiver is
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substantially equal to the sum of the time constants of the various circuits.
This is not a problem for radiotelephone reception, because this hardly involves acoustic frequencies beyond 9,000 periods and it is possible to reconcile good reception quality (that is to say reception suitable for all frequencies of the passband) with a large time constant (ie with a sharp resonance curve).
Thus, in order to have an attenuation of 1 / e, that is to say approximately 1/3 at the limits of the two symmetrical pass bands of 5,000 periods, the following values of the time constant T can be accepted in radiotelephony :
T1 = 50 microseconds with a single circuit
T2 = 32 x 2 with two circuits of 32 microseconds each, tuned to each other
T3- 25 x 3 microseconds with three tuned circuits of 25 microseconds each.
However, these figures are in practice only lower limits, because one is inclined in radiotelephony or telegraphy to further increase the time constant of the receivers, in order to increase the amplification as much as possible, by decreasing the damping of the circuits and thus sacrificing the quality of reception.
All in all, there is no known radiotelephone or telegraph receiver endowed with a reasonable selection, the time constant of which is less than about 80 microseconds, when the adjustment is made with a view to the maximum of the telegraphy.
If one constituted a television receiver by means of a high-frequency amplifier, detector and low-frequency assembly, each similar to the corresponding elements of the usual radiotelephony or telegraph apparatus having a
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time constant of the order of 80 microseconds, we would have the possibility of receiving at most only
EMI15.1
80 1 x 10-6 = 12,500 elements per second, which is very little.
The present invention provides the means of greatly increasing this number of elements, while retaining the selectivity of broadcasting devices which are of the same class as regards the number of circuits and elements such as chokes, capacitors, etc.
This result is obtained by the use of complex circuits, that is to say of sets of simple tuned circuits each formed by an inductor and a capacitor and coupled directly to each other without relays.
FIG. 9 shows a mode of coupling between the plate of a lamp and the grid g of the following which gives this result: a first oscillating circuit LG damped by a resistor R, in which the plate 12 of a lamp delivers, has a mutual inductance M with another intermediate circuit (L'.C ', R'). itself coupled by mutual inductance M 'with the circuit (L ", C", R ") for driving the gate ± of the following lamp.
If we give the circuit constants the following values:
R = Rt = R "= 7000 Ohms
L = L = L "= 0.06 Henrys
C = C '= C "= 0.14.10 Microfarads
M -. M '=, 0.0084 Henrys and if we assume that the lamps thus coupled are lamps with infinite internal resistance, the set has the following properties:
1 The extinction of the currents is done there roughly like e-60,000 t, which gives for the whole a time constant of about 16 microseconds.
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2 The amplification curve of the step comprising this circuit as coupling from one lamp to the next has a well-defined passband of approximately 10,000 cycles around the frequency of approximately 55,000 cycles.
It can be seen that such a circuit can be used as a selective means in a medium frequency amplifier for timed television. It is possible, for example, to envisage a television receiver comprising a frequency changing bigrille preceded by a very damped frame with a time constant of 10 microseconds for example, followed by a medium frequency amplifier comprising the circuit of FIG. 9; the whole will have a time constant of 10 + 16 = 26 microseconds and will allow to receive:
EMI16.1
- I - & = 40,000 approximately 26 x 10- points per second, with perfect sharpness.
By using lamps with low internal resistance, for example 9,000 ohms, instead of screen lamps, the time constant would drop to 2 microseconds.
By employing in the receiver three suitable complex circuits, one would have a very high selectivity together with the very low time constant 3 x 2 = 6 microseconds, allowing to receive up to:
EMI16.2
1 - 63,000 pointa per second approximately (10 + 6) x 10 -
Another characteristic of the invention consists in this, that the receiver station described above is arranged so that it can also be used for radio-telephone or telegraph reception;
in fact, the circuits of this station, as described above, are damped to an entirely unnecessary degree for this use, because the sensitivity is, in the case of radio listening, reduced for the
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signal and increased for parasites by this excessive damping,
The invention therefore provides means for varying, preferably by the use of a handle or a single control button, the damping of the high-frequency circuits of the station.
Thus, as shown in Figure 10, we can have in series in the tuned circuits of the station (tuned to high and medium frequencies) a resistor, relatively small, which will be short-circuited for wiretapping and setting. circuit for television using switches 41 and 42 with single control.
Likewise (FIG. 11), a relatively high resistance can be placed in parallel on each of said circuits, which will be left in circuit for television and disconnected for telephone monitoring using appropriate switches 44 and 45.
The switches make it possible to switch from the very damped speed to the little damped speed can, according to the invention, be controlled either by hand or automatically via a relay 43 (FIG. 10) actuated by a special signal launched. by the transmitter and putting the receivers in the state desired for television reception. This signal may, moreover, via a relay, control the start-up of all the auxiliary devices, motors, neon lamps and others, used for television.