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"PERFECTIONNEMENTS AUX FILTRES ELECTRIQUES"
La présente invention se rapporte aux filtres électriques et a pour but la prévision de filtres perfectionnés du type à bande passante, propres à fournir des caractéristiques de passebande à "sommet" bien plat et à côtés à pente raide, à "coupure" nette.
L'invention 'trouve une application importante, bien que
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non exclusive, dans les récepteurs radiophoniques et, en particulier, aux étages M.F. des récepteurs superhétérodynes pour la radiodiffusion où, comme on le sait, il est nécessaire d'obtenir des caractéristiques de bande passante à "sommet plat" et à cotés à "coupure" nette.
On utilise souvent, dans un étage M.F. d'un superhétérodyne par exemple, un filtre de bande comprenant essentiellement deux circuits accordés fortement couplés l'un à l'autre (et constituant un transformateur accordé à couplage très élevé), un de ces circuits accordés étant inséré dans le circuit anodique d'une lampe, et l'autre, dans le circuit de grille de la lampe suivante; ces circuits (qui sont des circuits M.F.) sont disposés, d'après la méthode classique, de façon à produire un effet de passe-bande.
Si on désire augmenter la rapidité des pentes latérales de la caractéristique d'un circuit passe-bande de ce type, communément employé, en réduisant l'amortissement de l'ensemble du circuit, par l'emploi de bobines à très faible résistance ohmique et à inductance élevée, on se heurte à une difficulté qui consiste dans le fait que la courbe caractéristique se rapproche de plus en plus du type à "double bosse" bien connu, ce qui est indésirable pour différentes raisons.
Grâce à cette invention, on obtient un meilleur eifet de filtre passe-bande par l'emploi, en combinaison avec un filtre de bande passante, d'une lampe soumise à un couplage inverse, en relation avec la fréquence, de telle façon que le pourcentage de couplage inverse est faible ou approximativement nul au ou près du milieu de la bande passante désirée, mais augmente aux et près des extrémités de la bande passante de façon à réduire l'amplification totale pour ces parties du spectre de fréquence. Le filtre de bande est de préférence du type comportant un couplage variable entre ses deux parties, de telle sorte
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que la largeur de la bande passante peut être réglée en modi- fiant ce couplage, de façon à obtenir une sélectivité variable.
De préférence, également, la lampe à laquelle est appliqué le couplage inverse est celle qui alimente et qui précède immédia- tement la filtre de bande, et le couplage inverse est obtenu par des circuits accordés insérés dans l'amenée de cathode de la dite lampe ou par des transformateurs accordés montés en série.
Une particularité importante de l'invention consiste en ce que le couplage inverse peut servir à la fois à obtenir une atténuation très rapide et à "aplanir"' la réponse dans la bande passante, ce qui permet l'emploi, dans le filtre, de bobines à faibles pertes (à "Q" élevé) qui peuvent parfois avoir une inductance élevée et une capacité faible (ce qui augmente l'effi- cacité), sans produire l'effet caractéristique à "double bosse" qui résulterait de l'emploi de telles bobines en l'absence de couplage inverse.
Il est possible d'établir le système de telle façon que le rapport du changement de la réponse due au circuit cathodique considéré seul, soit (dans la bande passante), pra- tiquement égal et opposé au rapport du changement de la réponse dû à un transformateur surcouplé (considéré seul), compris dans le filtre de bande ; ilen résulte que la réponse totale présente pratiquement une uniformité parfaite dans toute la bande pas- sante .
L'invention est représentée dans les dessins schématiques annexés :
Dans la. Fig. 1, laquelle représente un mode de réalisa- tion de l'invention dans son application à un étage M.F. d'un récepteur superhétérodyne, l'entrée M.F.est appliquée entre la grille de commande 1 d'une lampe M.F. normale, par exemple, une pentode 2 et un point 3 mis à la terre et connecté à la @ .cathode 4 de cette lampe par l'intermédiaire de l'ensemble
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habituel 5, 6 formé par une résistance d.'autopolarisation shuntée par un condensateur en série avec deux circuits parallèles accor- clés 7, 8 connectés en série entre eux.
Si, par exemple, la fré- quence médiane prédéterminée de la bande passante M.F. doit être égale à 450 Kc, l'un des circuits accordés (soit 7) peut être rendu résonnant sur 461 Kc, et l'autre,sur 439 Kco L'anode 9 de la lampe alimente un circuit parallèle accordé 10 dont l'induc- @ tance est couplée en totalité ou en partie (généralement assez faible) à, une partie équivalente de l'inductance d'un circuit parallèle accordé 11 qui fait suite au précédent et qui est inséré dans le circuit d'entrée de la lampe suivante (non repré- sentée) du récepteur.
Les deux circuits accordés 10, 11 qui sont ainsi couplés l'un à l'autre forment un filtre de bande de la Manière connue en soi et peuvent être "surcouplés"'; ils peuvent également comprendre des enrouler:lents à inductance élevée et à résistance et capacité faibles, de sorte qu'on aurait obtenu une caractéristique ayant deux bosses prononcées aux environs de 456 et de 444 Kc si 7.' on n'appliquait pas la présente inven- tion. Toutefois, grâce au fait que, conformément à la présente invention, les deux circuits parallèles accordés 7, 8 connectés en série et intercalés dans l'amenée de cathode de la lampe qui alimente le filtre de bande, on évite l'effet de la double bosse, tout en augmentant la rapidité des côtés de la caracté- ristique.
La raison en est que ces circuits accordés 7, 8 pro,- duisent un couplage inverse dont la valeur est très faible au milieu de la bande passante M.F., mais augmente suffisamment pour "aplatir" les "bosses" aux extrémités de la dite bande passante, et est maximumjuste en dehors de la bande passante, pour les fréquences auxquelles résonnent les circuits de cathode (dans l'exemple donné 461Kc et 439 Kc), ce qui produit une atténuation rapide.
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Le couplage entre les deux circuits accordés 10, 11 qui font partie du filtre de bande proprement dit, est de préfé- rence variable; il a été établi que la largeur de la bande passante peut être réglée en modifiant ce couplage, tout en conservant une caractéristique à sommet pratiquement plat et à côtés à pente rapide. la largeur de la bande passante augmente avec le coefficient de couplage. Lorsque le couplage est rendu plus lâche, la hauteur des côtés de la caractéristique augmente mais la pente reste à peu près inchangée. Le couplage variable fournit, par conséquent, une méthode très satisfaisante de sélectivité variable.
Les conditions de haute fidélité sont réalisées au couplage maximum, tandis que, lorsque les couplages sont plus lâches, le couplage inverse augmente l'atténuation dans la zone de "coupure"', par rapport aux fréquences médianes.
Si on la désire, le contrôle automatique du volume peut être appliqué facilement à la lampe 2, comme représenté dans la Fig. 1, en appliquant la polarisation'd'A.V.C. à la grille de suppression 13 de la dite lampe 2, par l'intermédiaire de la résistance 12. Avec le circuit d'A.V.C. de la Fig. l, le courant anodique est variable, mais le courant cathodique reste pratiquement constant. Cette méthode d'A.V.C. doit cependant être utilisée avec discernement lorsque la lampe 2 est une pentode, étant donné que l'impédance anode-cathode des pentodes actuellement disponibles, sur le marché diminue, lorsque la grille de suppression est polarisée davantage.
De ce fait, on constatera que;lorsque l'impédance de la lampe tombe à une valeur comparable à celle de l'impédance extérieure du circuit anodique, la lampe constitue un trajet conducteur direct qui couple le circuit d'anode à celui de cathode et, par conséquent, la tension existant aux bornes du circuit cathodique est appliquée
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au circuit anodique par l'intennédiaire de l'impédance de la lampe. Pour cette raison, le circuit d'A.V.C. de la Fig. 1 ne doit être utilisé que lorsque ce dernier phénomène de couplage peut être considéré comme négligeable.
Dans la Fig. 1, le système qui peut être dénommé l'impédance de couplage inverse comprise dans l'amenée de la lampe 2 consiste en les deux circuits accordés 7, 8 en série. L'invention ne se limite cependant pas à ce mode de réalisation, et l'impédance constituée par les circuits 7, 8 peut au besoin être remplacée par d'autres formes d'impédance- de couplage inverse. Ainsi, les circuits des Fig. 2 et 3 peuvent être insérés à la place des circuits 7, 8 entre les points désignés par X, Y dans la Fig. 1. Les Figs. 2 et 3 ne nécessitent pas d'ex- plications et il y a seulement lieu de remarquer que, dans la Fig. 2, un circuit série accordé 8' en parallèle avec le circuit 7, remplace un circuit parallèle accordé, en série avec le dit circuit 7.
L'impédance de couplage inverse ne doit pas être nécessairement insérée directement dans le circuit terrecathode, mais peut être couplée à ce dernier par transformateur.
Ainsi, les Figs. 4,5 et 6 représentent des dispositions à couplage par transformateur, qui sont équivalentes respectiveillent aux systèmesd'impédance des Figs. 1, 2 et 3.
De plus, il n'est pas nécessaire d'employer plusieurs impédances de couplage inverse à fréquence de résonance. La Fig. 7 représente à titre d'exemple un circuit terre-cathode (4) qui peut remplacer celui de la Fig. l, le circuit série accordé 7'' résonnant à la M.F. ou à une fréquence très rapprochée. 14 est une self de choc qui maintient la continuité du circuit terre-cathode au point de vue du courant continu.
Dans le cas d'un circuit comme celui montré dans la Fig.4, les couplages mutuels peuvent créer dans le circuit cathodique
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des composantes de réactance indésirables, mais celles-ci peuvent être au besoin neutralisées en insérant une inductance série supplémentaire dans le conducteur entre 2 et Y et/ou en connectant un condensateur shunt approprié entre ces points. L'inductance série sert à obtenir que la résonance série de tout le circuit cathodique vienne se produire à mi-distance des deux résonances parallèles, tandis que le condensateur de shunt af- fecte la symétrie des deux circuits résonnants parallèles.
La Fig. 8 représente un circuit complet à sélectivité variable. Vu les explications déjà données, cette Fig. peut être considérée comme pouvant se comprendre d'elle-même. On notera la commande de sélectivité simultanée des filtres basse-bande d'entrée et de sortie de la lampe 2.
On peut démontrer que la modification de la conductance mutuelle de la lampe 2 (par exemple pour la commande automatique du volume) a pour effet de changer non seulement l'amplification mais aussi la sélectivité si l'impédance interne de la lampe 2 est élevée par rapport à son impédance externe, d'anode (ce qui est certainement le cas lorsque la lampe 2 est une pentode) et si l'impédance de couplage inverse est de l'un des types représentés dans les Figs. 1, 3, 4, 6 ou 8 (c'est-à-dire com- -prend deux circuits accordés ayant une impédance élevée à la résonance et résonnant respectivement sur les côtés opposés de la fréquence porteuse, à peu près aux limites de la bande de modulation désirée qui peut être considérée.comme étant égale à la M.F. ¯ 9 Kc. dans la partie M.F. d'un récepteur de radiodiffusion);
ceci parce qu'on peut constater que les caractéristiques d'atténuation de fréquence des circuits accordés insérés dans le circuit terre-cathode dépendent, dans les circonstances mentionnées ci-dessus'. de la conductance mutuelle de la lampe. Si, par conséquent, le gain de, la lampe 2
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de la Fig. 1 est augmenté, la sélectivité du circuit croît également;
un choix convenable des constantes du circuit permet d'obtenir une excellente commande combinée et automatique de l'amplification et de la sélectivité en prenant une tension à direction constante proportionnelle à la puissance des signaux reçus et en 1.'appliquant à la lampe 2 pour en commander l'ampli- fication; cela a pour résultat d'augmenter (ou de diminuer) si- multanément l'amplification et la sélectivité.
L'invention ne s'applique pas seulement aux récepteurs de radiodiffusion, tuais également à ceux pour usages commerciaux, qui sont appelés à recevoir de la radiotéléphonie et de la radio- télégraphie dans des conditions de réception variables. L'emploi a'un couplage variable dans le filtre de bande est très avanta- geux pour ces récepteurs commerciaux., la caractéristique produite par un couplage lâche étant de nature à faciliter beaucoup la réception télégraphique, tandis qu'en resserrant le couplage on peut augmenter facilement la largeur de bande de façon à obtenir, pour la radio-téléphonie, la qualité maximum réalisa- ble dans les conditions de réception existant à un moulent donné quelconque.
REVENDICATIONS.
1 - Dans un récepteur radiophonique ou similaire, la combinais on d'un filtre passe-bande et d'une lampe à laquelle est appliqué un couplage inverse variable avec la fréquence de façon à être faible ou à peu près nul ou au milieu ou aux environs du milieu de la bande passante désirée et à augmenter au et près des extrémités de la dite bande passante, afin de diminuer le gain total dans ces.parties du spectre de fréquence.
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"IMPROVEMENTS TO ELECTRICAL FILTERS"
The present invention relates to electric filters and has as its object the provision of improved filters of the passband type, capable of providing pass-pass characteristics with a very flat "top" and with sides with a steep slope, with a sharp "cut-off".
The invention finds an important application, although
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non-exclusive, in radio receivers and, in particular, at the FM stages of superheterodyne receivers for broadcasting where, as is known, it is necessary to obtain "flat top" and "cutoff" bandwidth characteristics "clear.
Often used in an MF stage of a superheterodyne for example, a band filter comprising essentially two tuned circuits strongly coupled to each other (and constituting a tuned transformer with very high coupling), one of these tuned circuits being inserted in the anode circuit of one lamp, and the other, in the gate circuit of the next lamp; these circuits (which are M.F. circuits) are arranged, according to the conventional method, so as to produce a band-pass effect.
If one wishes to increase the rapidity of the lateral slopes of the characteristic of a band-pass circuit of this type, commonly employed, by reducing the damping of the entire circuit, by the use of coils with very low ohmic resistance and At high inductance, a difficulty is encountered which is that the characteristic curve increasingly approaches the well-known "double hump" type, which is undesirable for various reasons.
By virtue of this invention, a better band-pass filter eifet is obtained by the use, in combination with a pass-band filter, of a lamp subjected to reverse coupling, in relation to frequency, such that the percentage reverse coupling is low or approximately zero at or near the middle of the desired bandwidth, but increases at and near the ends of the bandwidth so as to reduce the total amplification for those parts of the frequency spectrum. The band filter is preferably of the type comprising a variable coupling between its two parts, such
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that the width of the pass band can be adjusted by modifying this coupling, so as to obtain variable selectivity.
Preferably also, the lamp to which the reverse coupling is applied is the one which feeds and which immediately precedes the band filter, and the reverse coupling is obtained by tuned circuits inserted into the cathode supply of said lamp. or by tuned transformers mounted in series.
An important feature of the invention is that the reverse coupling can serve both to obtain a very fast attenuation and to "flatten" the response in the passband, which allows the use, in the filter, of low loss coils (at high "Q") which can sometimes have high inductance and low capacitance (which increases efficiency), without producing the characteristic "double hump" effect which would result from use such coils in the absence of reverse coupling.
It is possible to set up the system in such a way that the ratio of the change in response due to the cathode circuit considered alone, is (in the passband), practically equal and opposite to the ratio of the change in response due to a over-coupled transformer (considered alone), included in the band filter; As a result, the total response exhibits virtually perfect uniformity throughout the bandwidth.
The invention is shown in the accompanying schematic drawings:
In the. Fig. 1, which represents an embodiment of the invention in its application to an MF stage of a superheterodyne receiver, the input MF is applied between the control gate 1 of a normal MF lamp, for example, a pentode 2 and a point 3 grounded and connected to @ .cathode 4 of this lamp through the assembly
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usual 5, 6 formed by a self-biasing resistor shunted by a capacitor in series with two parallel circuits 7, 8 connected in series with each other.
If, for example, the predetermined median frequency of the passband MF is to be equal to 450 Kc, one of the tuned circuits (i.e. 7) can be made resonant at 461 Kc, and the other at 439 Kc L The anode 9 of the lamp feeds a parallel tuned circuit 10 whose inductance is coupled in whole or in part (generally quite small) to an equivalent part of the inductance of a parallel tuned circuit 11 which follows to the previous one and which is inserted into the input circuit of the next lamp (not shown) of the receiver.
The two tuned circuits 10, 11 which are thus coupled to each other form a band filter in the manner known per se and can be "over-coupled"; they may also include high inductance, low resistance and capacitance slow coils, so that we would have obtained a characteristic having two pronounced bumps around 456 and 444 Kc if 7. ' the present invention was not applied. However, thanks to the fact that, in accordance with the present invention, the two tuned parallel circuits 7, 8 connected in series and interposed in the cathode supply of the lamp which feeds the band filter, the effect of the double bump, while increasing the speed of the sides of the feature.
The reason for this is that these tuned circuits 7, 8 pro, - result in reverse coupling whose value is very low in the middle of the MF bandwidth, but increases enough to "flatten" the "bumps" at the ends of said bandwidth. , and is maximum just outside the passband, for the frequencies at which the cathode circuits resonate (in the example given 461Kc and 439 Kc), which produces rapid attenuation.
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The coupling between the two tuned circuits 10, 11 which form part of the band filter proper, is preferably variable; it has been established that the width of the passband can be adjusted by varying this coupling, while retaining a feature of substantially flat top and steeply sloping sides. the width of the passband increases with the coupling coefficient. When the coupling is made looser, the height of the sides of the feature increases but the slope remains roughly unchanged. Variable coupling therefore provides a very satisfactory method of variable selectivity.
The high fidelity conditions are achieved at maximum coupling, whereas, when the couplings are looser, the reverse coupling increases the attenuation in the "cutoff" area, relative to the mid frequencies.
If desired, automatic volume control can be easily applied to the lamp 2, as shown in FIG. 1, applying the A.V.C. bias. to the suppression grid 13 of said lamp 2, via resistor 12. With the A.V.C. circuit. of Fig. 1, the anode current is variable, but the cathode current remains practically constant. This method of A.V.C. should be used with care, however, when the lamp 2 is a pentode, since the anode-cathode impedance of pentodes currently available on the market decreases when the suppression grid is polarized more.
Therefore, it will be seen that; when the impedance of the lamp drops to a value comparable to that of the external impedance of the anode circuit, the lamp constitutes a direct conductive path which couples the anode circuit to that of the cathode and , therefore, the voltage existing across the cathode circuit is applied
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to the anode circuit through the impedance of the lamp. For this reason, the A.V.C. of Fig. 1 should only be used when the latter coupling phenomenon can be considered negligible.
In Fig. 1, the system which may be referred to as the reverse coupling impedance included in the supply of the lamp 2 consists of the two tuned circuits 7, 8 in series. The invention is not, however, limited to this embodiment, and the impedance constituted by the circuits 7, 8 can if necessary be replaced by other forms of reverse coupling impedance. Thus, the circuits of Figs. 2 and 3 can be inserted in place of circuits 7, 8 between the points designated by X, Y in Fig. 1. Figs. 2 and 3 do not require explanation and it should only be noted that in FIG. 2, a series circuit tuned 8 'in parallel with the circuit 7, replaces a parallel circuit tuned, in series with said circuit 7.
The reverse coupling impedance does not need to be inserted directly into the terrecathode circuit, but can be coupled to the latter by transformer.
Thus, Figs. 4, 5 and 6 represent transformer-coupled arrangements, which are respectively equivalent to the impedance systems of Figs. 1, 2 and 3.
In addition, it is not necessary to employ multiple resonant frequency reverse coupling impedances. Fig. 7 shows by way of example an earth-cathode circuit (4) which can replace that of FIG. 1, the tuned series circuit 7 '' resonating at M.F. or at a very close frequency. 14 is a shock choke which maintains the continuity of the earth-cathode circuit from the point of view of direct current.
In the case of a circuit like that shown in Fig. 4, mutual couplings can create in the cathode circuit
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unwanted reactance components, but these can be neutralized if necessary by inserting an additional series inductor in the conductor between 2 and Y and / or by connecting an appropriate shunt capacitor between these points. The series inductance is used to obtain that the series resonance of the whole cathode circuit comes to occur halfway between the two parallel resonances, while the shunt capacitor affects the symmetry of the two parallel resonant circuits.
Fig. 8 represents a complete circuit with variable selectivity. Considering the explanations already given, this FIG. can be seen as self-explanatory. Note the simultaneous selectivity control of the input and output low-band filters of lamp 2.
It can be shown that changing the mutual conductance of lamp 2 (e.g. for automatic volume control) has the effect of changing not only the amplification but also the selectivity if the internal impedance of lamp 2 is high by compared to its external impedance, anode (which is certainly the case when the lamp 2 is a pentode) and if the reverse coupling impedance is of one of the types shown in Figs. 1, 3, 4, 6 or 8 (i.e. comprises two tuned circuits having high impedance at resonance and resonating respectively on opposite sides of the carrier frequency, roughly at the limits of the desired modulation band which can be considered as equal to the FM ¯ 9 Kc. in the FM part of a broadcast receiver);
This is because it can be seen that the frequency attenuation characteristics of the tuned circuits inserted into the earth-cathode circuit depend, under the circumstances mentioned above. mutual conductance of the lamp. If, therefore, the gain of, lamp 2
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of Fig. 1 is increased, the selectivity of the circuit also increases;
proper choice of circuit constants provides excellent combined and automatic control of amplification and selectivity by taking a constant direction voltage proportional to the power of the received signals and applying to lamp 2 for to control its amplification; this has the result of simultaneously increasing (or decreasing) amplification and selectivity.
The invention is not only applicable to broadcast receivers, but also to those for commercial use, which are called upon to receive radiotelephony and radiotelegraphy under varying reception conditions. The use of variable coupling in the band filter is very advantageous for these commercial receivers, the characteristic produced by loose coupling being such as to greatly facilitate telegraph reception, while by tightening the coupling one can. easily increase the bandwidth so as to obtain, for radio telephony, the maximum quality achievable under the reception conditions existing at any given mold.
CLAIMS.
1 - In a radio receiver or similar, the combination of a bandpass filter and a lamp to which is applied a variable reverse coupling with the frequency so as to be weak or almost zero or in the middle or around the middle of the desired passband and to increase at and near the ends of said passband, in order to decrease the total gain in these parts of the frequency spectrum.
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