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"Dispositif pour régler la fréquence d'un système oscillant au moyen d'un tube électronique couplé avec lui".
La présente invention se rapporte à un dispositif pour régler la fréquence d'un système oscillant électrique composé, ce système étant constitué par un circuit oscillant et par un circuit électrique couplé avec lui et comprenant un tube élec- tronique sur la résistance intérieure duquel on agit d'une manière connue en soi.
Suivant l'invention, on réalise un dispositif de réglage perfectionné du fait que le circuit électrique comprenant le tube électronique, quelle que soit la grandeur électrique par laquelle il est couplé avec le circuit oscillant, est accordé sensiblement sur la fréquence à régler.
La disposition est alors conçue de préférence de façon
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telle que le circuit électrique qui comprend le tube électro- nique, quelle que soit la grandeur électrique par laquelle il est couplé avec le circuit oscillant, renferme également une réactance de dérivation en parallèle avec le tube et une autre réactance en série avec lui, ces réactances ayant des valeurs telles que la réactance en série d'une part et le montage en parallèle du tube et de la réactance de dérivation d'autre part se compensent approximativement.
L'avantage de l'invention réside avant tout dans la très grande sensibilité du réglage. De plus, l'invention aboutit à un montage simple qui est très efficace et qui permet un réglage très rapide de la fréquence, ce qui a une importance considérable pour le réglage et la stabilisation des émetteurs à tubes. Enfin, ce réglage est utilisable également pour les ondes ultra-courtes.
On va pouvoir décrire le principe et les autres parti- cularités de l'invention en se référant à la fig. 1 du dessin.
Celle-ci est l'exemple d'une forme d'exécution simple de l'invention.
Le circuit oscillant couplé avec le circuit du tube se compose d'un condensateur 1 et de deux bobines 2 et 3. L'anode 7 du tube électronique 4 est reliée à l'une des extrémités de la bobine 3 par l'intermédiaire d'une bobine réglable 6, tandis que la cathode 9 du tube est connectée à l'autre ex- trémité de la bobine 3. Au moyen d'une source électrique 10 et d'un potentiomètre 8 on applique une tension réglable entre la grille et la cathode du tube 4. C'est par le réglage de cette tension qu'on fait varier la fréquence de l'ensemble du système oscillant.
Cette action peut s'expliquer de la manière suivante:
On va supposer qu'on dispose d'un système oscillant composé de la capacité C du condensateur 1, de la self-induction
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L de la bobine 2 et de la self-induction lp de la bobine 3, ainsi que de la résistance intérieure rp du tube électronique 4.
On peut concevoir,le remplacement du montage parallèle de la self-induction 1 et de la résistance rp par le montage en série d'une self-induction 1s et d'une résistance rs Pour une fréquence # dans le circuit on a :
EMI3.1
1 = Z., Z,4 'z 6 C.-) 2 'é62 1s = C,, 'l ."e / 1 - t/lb 2 '9Vs=ci , -,eb , bzz
En représentant graphiquement ± en fonction de rp pour une certaine fréquence # dans le circuit et pour une valeur déterminée de 1 on obtient une courbe telle qu'elle est re- présentée à la fig. 2. ls y varie de 0 à lp (pour rp = #), et avec elle par conséquent la fréquence propre du système oscillant composé.
Dans certaines limites rp est proportion- nelle à la tension négative de la grille du tube 4; de plus, la variation de la longueur d'onde est proportionnelle à la variation de la' de sorte que la fig. 2, à une échelle diffé- rente, représente la variation de la longueur d'onde en fonc- tion de la tension négative de la grille du tube 4. Il en résulte que par le réglage de rp' c'est-à-dire par le réglage de la résistance intérieure du tube, on peut agir sur la longueur d'onde. Strictement considérée, la fig. 2 n'est va- lable que pour une fréquence unique; toutefois, la configura- tion de la courbe ne varie que peu pour des variations faibles (pour lesquelles le réglage est avant tout prévu).
La grandeur de l'action produite dépend du rapport de 1p à L, c'est-à-dire du degré de couplage entre l'une et l'autre. Pour une variation maximum d'environ 1 % de la longueur d'onde, qui est généralement suffisante pour plusieurs fins pratiques, par exemple pour la stabilisation d'un émet- teur, il faut que 1 ait une valeur approximativement égale
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à 2 % de la self-induction totale du circuit 1, 2,3. Il y a intérêt d'autre part à ce que rp ait une valeur moyenne telle que le réglage se déroule dans la partie la plus abrupte de la courbe suivant la fig. 2.
Or il résulte du calcul que pour y parvenir il faut que la résistance rp demeure de préférence comprise entre 0,2 et 3 fois la valeur de l'impédance de lp pour la zone de fréquences dans laquelle le réglage se déroule.
Or l'invention permet de satisfaire à cette condition.
Certaines mesures sont nécessaires pour cela, en l'absence desquelles il n'est pas possible, de loin, de réaliser l'état de choses désiré.
En effet, le circuit électrique dans lequel est compris le tube électronique comprend des inductivités et des capaci- tés dont la réactance, notamment dans le cas d'ondes courtes, est telle que la résistance du tube, relativement élevée dans la plupart des cas, n'exerce pour ainsi dire aucune influence sur le circuit oscillant à régler lorsqu'on fait varier sa grandeur.
Suivant l'invention, on remédie à cette difficulté en accordant le circuit du tube, quelle que soit la grandeur électrique par laquelle il est couplé avec le circuit oscil- lant, sensiblement sur la fréquence à régler. Cet accord a pour effet de compenser les réactances présentes dans le cir- cuit du tube, ce qui permet d'obtenir plus facilement le ré- glage efficace désiré.
Toutefois, même après qu'on a réalisé cette compensation, il se trouve souvent que la résistance intérieure du tube est trop forte pour qu'on puisse obtenir le réglage favorable dans la plupart des cas; c'est seulement lorsque le circuit du tube est couplé par une forte réactance (c'est-à-dire par une faible capacité ou une forte inductivité) avec l'ensemble
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ou une partie du circuit oscillant qu'on obtient dans certaines conditions un effet relativement satisfaisant.
En conséquence et suivant une autre particularité de l'invention, on branche en parallèle avec la résistance inté- rieure r du tube 4 une réactance de dérivation, par exemple une capacité. On peut concevoir la substitution, au montage de cette réactance de dérivation en parallèle avec la résis- tance intérieure r du tube, du montage en s.érie équivalent d'aune résistance Rs et d'une capacité Cs. Suivant l'invention, la réactance de dérivation est choisie de façon telle que Rs soit beaucoup plus faible que r. On s'arrangera de préférence pour que RS soit de l'ordre de grandeur qu'on a indiqué ci- dessus comme condition pour l'obtention d'un bon réglage de rp.
Mais cette résistance de remplacement Rs est en outre montée en série avec la capacité de remplacement Cs. Suivant l'in- vention, on élimine maintenant l'influence de cette capacité, c'est-à-dire l'influence de la fraction imaginaire constituée en commun par le tube et par la résistance de dérivation, en intercalant sous forme de la bobine 6 une réactance de série convenablement choisie, de manière que cette réactance de série compense la capacité de remplacement Cs à la fréquence moyenne de la zone de réglage. En ce cas l'ensemble de Cs et de 6 n'a pratiquement plus aucune impédance, si bien qu'on ne conserve plus, en parallèle avec 1p, que la résistance de remplacement faible et favorable Rs. On obtient ainsi que le réglage se dé- roule sur la partie la plus abrupte de la courbe représentée à la fig. 2.
Le circuit électrique du tube, quelles que soient les grandeurs électriques qu'il ait en commun avec le circuit oscillant, possède maintenant une résistance efficace qui, à la fréquence moyenne, est du même ordre de grandeur que l'im- pédance de la partie du circuit oscillant avec laquelle le
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circuit électrique du tube est couplé.
Pratiquement, pour les ondes courtes, l'état de choses dans certaines conditions est tel qu'il est possiblé de trouver dans la capacité intérieure du tube la réactance de dérivation optimum., de sorte qu'il n'est pas nécessaire de brancher une réactance de dérivation spéciale en parallèle avec le tube.
Si, dans le cas d'ondes très courtes, la capacité in- térieure du tube est trop forte, il peut être désirable en certains cas de brancher une self-induction convenable en parallèle avec le tube ; cettemême mesure sera souvent aussi désirable lorsque le circuit élèctrique du tube est couplé au moyen d'une forte réactance avec l'ensemble ou une partie du circuit oscillant.
En particulier dans le cas d'ondes longues, alors que la capacité intérieure du tube, à cause de sa forte réactance, joue un rôle relativement minime, il sera nécessaire pour ob- tenir le meilleur résultat d'augmenter artificiellement la capacité intérieure,et cela par le montage d'un condensateur en parallèle.
Si la capacité du tube joue un rôle minime, il est clair qu'au lieu d'un condensateur on peut aussi brancher une bobine en parallèle avec le tube; cette bobine doit alors avoir pour la fréquence considérée la même réactance que le condensateur susindiqué. Si c'est un condènsateur qu'on emploie comme réac- tance de dérivation, il faut que l'influence de la fraction imaginaire de l'impédance constituée par le tube et par la ré- actance de dérivation soit compensée par une bobine (6), et c'est par un condensateur que s'effectuera la compensation lorsqu'on emploiera une bobine comme réactance de dérivation.
Sur la fig. 1 et en cas de besoin, par exemple pour la stabilisation d'un émetteur couplé avec le circuit oscillant
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1, 2, 3, des moyens connus en eux-mêmes peuvent être employés pour empêcher que des tensions à haùte fréquence se produisent à la grille du tube 4 (par exemple neutrodynisation, interposi- tion, entre la grille et la cathode du tube, d'un fort condensa- teur ou d'un montage composé d'un condensateur et d'une bobine en série et accordé sur la fréquence à régler, emploi d'un tube 4 à grille-écran, etc. )
Il va sans dire qu'il n'est pas absolument nécessaire que le réglage s'effectue précisément à l'aide de la tension de grille du tube 4.
L'important est simplement de faire varier la résistance intérieure du tube ; le cas de tubes à élec- trodes multiples on peut également y parvenir en faisant varier la tension de l'une des autres électrodes, ou encore en faisant varier le courant de chauffage, ceci toutefois dans le cas seulement où l'on ne désire pas un réglage rapide.
Le réglage suivant l'invention peut aussi s'obtenir d'une façon extrêmement simple en intercalant une résistance variable entre la grille et la cathode du tube de réglage. En ce cas l'ap- parition de tensions à haute fréquence à la grille du tube de réglage ne doit pas être empêchée, ou ne doit l'être que par- tiellement. En conséquence dù fait que l'intervalle grille-cathode fonctionne comme redresseur, il se produit alors à la grille une tension négative qui est d'autant plus élevée que la résistance réglable est plus forte. Cette tension négative agit sur la résistance intérieure du tube. On peut donc régler la résistance intérieure en faisant varier la résistance additionnelle réglable.
De préférence et suivant l'invention on emploie comme résistance réglable un tube auxiliaire dont on règle la résis- tance au moyen d'une tension appliquée entre une grille et la cathode.
Un montage de ce genre est représenté à titre d'exemple
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à la fig. 3. Les numéros de référence sont les mêmes que sur la fig. 1. En parallèle avec l'intervalle grille-cathode du tube de réglage 4 est monté le tube auxiliaire 21. On règle la ré- sistance de ce tube au moyen d'une' tension appliquée entre la grille 22 et la cathode 25. Cette tension émane de la batterie 24 et du potentiomètre 23 qui la shunte. Une manipulation de ce potentiomètre permet donc de régler la résistance intérieure du tube principal 4. Il va sans dire que la batterie 24 et le potentiomètre 23 ne sont pas essentiels. Suivant l'objet du montage représenté, la tension appliquée entre la grille 22 et la cathode 25 du tube auxiliaire 21 peut se régler aussi dtautre manière.
Le condensateur 20 sur la fig. 3 sert à amener à la valeur désirée la tension à haute fréquence qui apparaît à la grille 5 du tube principal 4, et la bobine 26 maintient la tension à haute fréquence à l'écart du tube auxiliaire 21.
L'avantage du montage représenté à la fig. 3 est qu'on peut dans la plupart des cas utiliser comme tube auxiliaire 21 un simple tube récepteur. En effet, l'énergie consommée par le tube auxiliaire est la plupart du temps faible. Un autre avan- tage de la fig. 3 est que le réglage du tube principal devient bien plus sensible, car les tensions nécessaires à la grille du tube auxiliaire pour contrôler la totalité de la zone de réglage du tube 4 sont en général sensiblement plus faibles que les tensions appliquées directement à la grille 5 du tube 4 sur la fig. 1.
Bien que sur les figs. 1 et 3 on ait représenté un cir- cuit oscillant simple 1, 2,3, il est clair que dans la mise en oeuvre de l'invention on peut employer au lieu du circuit oscillant représenté n'importe quel système possédant une fréquence propre.
L'invention est également applicable lorsque le circuit électrique du tube est branché en parallèle non pas avec une
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partie de la self-induction du circuit oscillant comme c'est le cas pour les figs. 1 et 3 mais avec une partie de la capacité de ce circuit. En ce cas on trouve, comme condition pour le réglage favorable dans la plupart des cas à une valeur appropriée, que la résistance efficace du tube doit de même être de 0,2 à 3 fois l'impédance de la capacité considérée pour là fréquence dont il s'agit. Le calcul de la self-induction de la bobine 6 s'effectue en ce cas, d'après des considérations analogues à celles qui ont valu pour la fig. 1.
Au lieu des deux couplages susindiqués entre le tube de réglage 4 et le circuit oscillant on peut aussi en employer un autre quelconque. On peut citer par exemple le couplage purement inductif ; on peut le concevoir comme réalisé en envisageant sur la fig. 1 la bobine 3 comme un auto-transformateur (transforma- teur à un seul enroulement) et en remplaçant ce transformateur par un couplage purement inductif équivalent. En ce cas, dans le choix de la résistance efficace du circuit électrique du tube, il faut partir à peu près de l'impédance de la self-induction com- mune au circuit oscillant et au circuit du tube, telle que cette impédance résulte du montage de remplacement du transformateur.
On peut aussi prévoir entre le tube 4 et le système oscil- lant un couplage capacitif, par exemple en reliant le tube à l'ensemble ou à une partie du système oscillant par l'intermé- diaire d'un condensateur de couplage. Lorsqu'on ne désire pas obtenir une zone de réglage relativement étendue; le condensateur de couplage sera en ce cas la plupart du temps de faible valeur, c'est-à-dire possédera une grande réactance pour la fréquence employée. On peut obtenir le même effet en prenant une bobine ayant une réactance de même valeur.
Si, comme cela peut se produire dans le cas des'ondes courtes, la capacité propre du tube (de laquelle on se sert pour modifier la résistance du tube)
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était trop élevée, on pourrait neutraliser une partie de cette capacité en branchant une self-induction convenable en parallèle avec le tube. Cette self-induction compense alors l'excès de capacité du tube.
L'emploi d'une bobine supplémentaire 6 suivant la fig. 1 pour accorder la capacité intérieure modifiée Cs du tube n'est pas toujours nécessaire. La self-induction nécessaire peut aussi s'obtenir par exemple en prévoyant entre le tube 4 et le système oscillant un couplage inductif; la self-induction de dispersion de ce couplage se trouve alors en série avec le tube 4 et, si elle est convenablement calculée, elle peut remplacer la bobine supplémentaire 6. Si la self-induction de dispersion est trop forte, on peut en compenser l'excès par une capacité, de sorte que lorsque le montage est terminé la totalité de la résistance apparente est compensée dans le circuit électrique du tube, in- dépendamment toutefois de la grandeur électrique qui couple le circuit électrique du tube avec le circuit oscillant.
De même, dans la réalisation de tous les autres modes de couplage, il peut se produire des capacités ou des self-inductions indési- rables, par exemple dans les conducteurs de liaison. Il est clair que toutes ces résistances apparentes sont à compenser, de sorte qu'on ne laisse subsister que la grandeur assurant le couplage et une résistance ohmique.
Comme l'a d'ailleurs révélé la pratique, une compensation précise n'est nullement nécessaire. S'il en était ainsi, un ré- glage dans une zone de fréquences déterminée serait absolument impossible. Il importe seulement que la réactance résiduelle à la fréquence moyenne ne soit pas beaucoup supérieure à la. résistance ohmique efficace relativement faible, ce qui sans cela nuirait par trop à l'influence de cette résistance. Le cal- cul, dans lequel on envisage une réactance résiduelle, montre .d'ailleurs qu'une réactance résiduelle -toutefois relativement
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très faible- devrait constituer un avantage en certains cas.
'Comme la rapidité du réglage à laquelle on peut parvenir grâce aux dispositifs suivant l'invention peut être portée pratiquement à une valeur quelconque, ce réglage peut être uti- lisé pour la modulation de la fréquence et aussi pour la sta- bilisation des émetteurs. Dans ce dernier cas on assure le ré- glage de la résistance intérieure du tube 4 (c'est-à-dire par exemple la commande de la grille de ce tube) au moyen des varia- tions mêmes de la fréquence de l'émetteur couplé avec le système o scillant .
On va décrire en se référant à la fig. 4 du dessin et à titre d'exemple l'une des nombreuses possibilités qui se pré- sentent à cet effet.
En l'absence délibérée de tout ce qui est superflu pour l'intelligence de l'action, la fig. 4 montre en principXe un montage destiné à la stabilisation d'un émetteur. On a supposé en ce cas que le rôle que joue la bobine 6 sur la fig. 1 est assume par la self-induction de dispersion du couplage inductif entre la génératrice 11 et le tube de réglage 4.
Comme il a été dit, 11 désigne la génératrice à stabili- ser. 12 désigne une source auxiliaire de fréquence pratiquement constante, c'est-à-dire de fréquence plus constante que celle de la génératrice. 3 désigne le couplage entre la génératrice 11 et le tube de réglage 4. 14 et 15 désignent des couplages réalisés de façon quelconque entre la génératrice 11 et la source auxiliaire 12 d'une part et un circuit électrique dans lequel les tensions se composent et dans lequel 16 désigne un redresseur et 17, 18 un système amortisseur (aplatisseur).
C'est par ce circuit que les tensions composées sont appliquées à la grille du tube 4. 19 désigne une résistance de fuite qui a pour objet de dériver les charges éventuelles de la grille.
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Il va sans dire qu'au lieu d'un redresseur spécial on peut aussi utiliser l'effet de redressement du tube lui-même.
On voit d'après la fige 4- qu'il se produit dans le cir- cuit de grille du tube 4 deux tensions qui s'additionnent vec- toriellement lorsque la fréquence est la même pour la génératrice 11 et pour la source auxiliaire 12 et dont la résultante est la tension qui se manifeste à la grille du tube 4. Si maintenant, par suite d'un changement quelconque survenu à l'émetteur (par exemple par suite d'un défaut de constance de la tension de chauffage, de la tension anodique, etc., ou d'un balancement de l'antenne) il se produit une variation de fréquence, il se pro- duit une variation dans le déphasage entre la tension de la génératrice et celle de la source auxiliaire, et par conséquent dans la somme vectorielle de ces tensions et dans la tension appliquée à la grille du tube 4, modifiant ainsi la résistance de ce tube.
Du fait que le tube 4 est couplé avec la génératrice, la fréquence propre du circuit oscillant de la génératrice 11 se trouve corrigée jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre avec modi- fication du déphasage entre la tension de la génératrice et celle de la source auxiliaire se soit établi.
En principe, cet effet peut également s'obtenir sans redressement.
La génératrice se trouve donc synchronisée par une source auxiliaire, de sorte que celle-ci maintient la fréquence de l'émetteur constante, ou bien lui transmet des variations éven- tuelles de sa fréquence, par exemple dans le cas d'une modulation de la fréquence. Bien entendu, il est nécessaire que la source auxiliaire soit aussi peu que possible influencée par la généra- trice. En conséquence, les couplages 14 ou 15 (ou les deux) sont de préférence choisis aussi lâches que possible. Le cas échéant on peu; employer à cet effet un montage en pont dans les dia- gonales duquel se trouvent la génératrice 11 et la source
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auxiliaire 12.
Il est également possible d'employer une souroe auxiliaire de fréquence différente ou de fréquence harmonique.
On peut également obtenir une stabilisation extrêmement simple en prévoyant sur la fig. 3, au lieu de la source'auxi- liaire 12 et du couplage 15, un simple circuit oscillant couplé avec la génératrice 11 et accordé de façon telle que la fréquence de la génératrice tombe dans la zone abrupte de la courbe de résonance du circuit oscillant. Les tensions qui se produisent alors dans le circuit oscillant dépendent fortement de la fré- quence instantanée de la génératrice 11, et après redressement on emploie ces tensions pour assurer le réglage du tube 4. On obtient ainsi par des moyens des plus simples une stabilisation extrêmement efficace.
Le cas échéant on peut aussi prévoir, au lieu'd'un circuit oscillant unique, deux circuits oscillants en montage différentiel, l'un deux étant accordé légèrement au-dessus et l'autre légèrement au-dessous de la fréquence de génératrice à stabiliser.
Il est clair que l'application de l'invention n'est pas limitée aux génératrices et aux émetteurs. Dans divers cas on peut obtenir de grands avantages en l'appliquant à des récep- teurs, par exemple en télémécanique ou pour corriger à la ré- ception l'influence d'une variation de la fréquence à l'émission.
Ceci peut s'obtenir de la manière suivante:
Le tube 4 destiné au réglage de la fréquence agit sur le système oscillant d'une génératrice locale, tandis que la résis- tance du tube de réglage est régie par les signaux reçus et dont la fréquence varie. Dans ces conditions la fréquence de la géné- ratrice placée à la réception se trouve constamment adaptée à celle de l'émetteur, de sorte que la fréquence des oscillations de battement qui se forment au poste de réception demeure con- stante ou sensiblement telle malgré les variations de la
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fréquence à l'émission.
De cette façon il est possible, même pour la réception d'un émetteur non constant, d'employer une réception à batte- ments (réception en superhétérodyne).
Les faibles variations d'amplitude des oscillations à recevoir, ou de l'émetteur lorsque c'est lui qu'on stabilise, sont sans influence ou à peu près sur le réglage suivant l'in- vention. C'est seulement dans le cas de fortes variations, comme il s'en produit par exemple dans le cas d'émetteurs radiopho- niques avec modulation de l'amplitude, qu'il est nécessaire des de maintenir constante dans/limites déterminées la tension ap- pliquée au dispositif de réglage. La limitation de cette ten- sion peut s'effectuer de manière connue en soi, par exemple au moyen de tubes au néon ou de tubes thermoioniques (compen- sation du fading).
Bien que pour la description du dispositif suivant l'invention il n'ait été question sur les figures que de tubes triodes, pour la mise en oeuvre de l'invention on peut utiliser tous les tubes électroniques dont il est possible de régler la résistance inférieure, c'est-à-dire également les tubes à atmosphère de gaz ou de vapeur.