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Dispositif de couplage.
La présente invention concerne des systèmes électriques et plus particulièrement des systèmes dans lesquels il est dési- rable ou nécessaire de prévoir une variation du degré de coupla- ge entre deux ou plusieurs circuits ou réseaux. L'invention est spécialement destinée aux cas dans lesquels il est préférable de faire varier le couplage sans produire aucun autre change- ment appréciable dans les conditions du système. Coume c'est bien connu, si on change le couplage entre deux réseaux simple- @ ment en réglant la liaison inductive entre eux, il y a une al- tération simultanée dans les réactances inductives de chaque réseau, ce qui peut affecter défavorablement leur fonctionne7
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ment.
La présente invention fournit un moyen par lequel les al- térations inévitables autrement dans les réseaux couplés sont évitées.
Dans un type commun de dispositif de couplage à haute fré- quence par exemple, dans lequel on emploie une paire de cir- cuits résonants, le couplage inductif entre les circuits est modifié par changement des positions relatives des bobines.Dans le cas de bobines à grand rendement, pour obtenir les degrés très bas requis de couplage inductif, on a l'habitude de placer les bobines exactement à angle droit avec leurs axes se coupant au centre géométrique d'une des bobines. Supplémentairement, le couplage capacitif entre les bobines et leurs conducteurs de liaison a une valeur minima définie dont il faut tenir compte.
Par conséquent l'obtention du degré désiré de couplage entre les circuits dans un semblable dispositif de couplage est diffi- cile et une variation du couplage dans une gamme désirée de va- leurs est presque impossible à réaliser dans un dispositif in- dustriellement pratique.
Des dispositifs de couplage du type combiné à des paires de circuits résonants fonctionnent habituellement au couplage critique ou un peu au-dessus de celui-ci. Si les circuits ré- sonants individuels ont un rendement élevé, le degré de coupla- ge est relativement bas et un pe tit changement dans celui-ci produit un changement marqué dans le fonctionnement du disposi- tif. Des dispositifs connus de ce genre n'ont pas été capables de fournir une variation uniforme de couplage dans la gamme étroite désirée mais très importante.
Dans les dispositifs antérieurs destinés à surmonter ces difficultés, le moyen de faire varier le couplage entre les circuits, par exemple d'élargir la caractéristique de sélecti- vité, produisait fréquemment en même temps des changements non désirés dans les inductances individuelles des circuits. Ceci modifiait à son tour la fréquence résonante de chacun des cir- cuits résonants, avec ce résultat que la caractéristique de
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sélectivité du dispositif était dissymétrique sur au moins une partie de la gamme de variation de couplage.
Dans les amplificateurs de fréquences intermédiaires de récepteurs du type superhétérodyne, le problème du réglage du couplage sans troubler les conditions dans les circuits indivi- duels est d'une importance particulière parce qu'une semblable variation de couplage peut être utilisée pour régler la largeur de bande d'amplificateur, c'est à dire la gamme de fréquence de modulation musicale ou de voix qui peut passer à travers le haut-parleur. Différentes méthodes de variation de la largeur de bande de ces amplificateurs ont déjà été proposées, mais la présente inyention apporte une solution nouvelle, simple et for- tement efficace du problème.
Un des buts de l'invention est de fournir un moyen de cou- plage qui est susceptible de réglage précis de couplage sans affecter l'inductance effective totale des circuits avec les- quels il est employé.
Un but supplémentaire de l'invention est de fournir un moyen par lequel à la fois le sens et le degré de couplage in- ductif entre deux circuits ou réseaux peuvent être modifiés sans influencer les valeurs d'inductance effectives dans aucun des circuits ou réseaux.
Conformément à la présente invention, ces buts et d'autres encore sont atteints par le fait qu'on procure des moyens com- prenant de petits inducteurs qui sont couplés ensemble et montés respectivement en série par paires. Ces petits inducteurs sont disposés de telle façon que le degré de couplage entre eux peut être modifié sans qu'on change la valeur effective d'inductance de chaque paire. De cette manière le couplage inductif entre @ deux circuits renfermant respectivement les paires de petits inducteurs peut être modifié sans qu'on change les inductances individuelles des circuits et sans nécessité de réglages méca- niques critiques.
L'invention sera mieux comprise avec référence aux dessins
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annexés dans lesquels:
La fig. I est une vue schématique du circuit de moyens de couplage suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue en élévation d'une forme de réali- sation du moyen de couplage représenté schématiquement à la fig. I.
La fig. 3 est une vue en élevation d'une forme de réali- sation modifiée du moyen de couplage représenté schématiquement à la fig. I.
La fig. 4 est une vue en élévation d'une troisième forme de réalisation du moyen de couplage représenté schématiquement à la fig. I.
La fig. 5 est une vue schématique des circuits d'un am- plificateur à, tubes à vide utilisant les moyens de couplage suivant la présente invention.
Si l'on se reporte à la fig. 1 du dessin qui montre sché- matiquement le principe essentiel de l'invention, les bobines 1 et 2 sont montées en série et sont couplées à des bobines 3 et 4 respectivement qui sont également montées en série. Les bobines I et 3 sont enroulées de telle façon qu'elles aient un degré relativement élevé de couplage entre elles et les bobines 2 et 4 sont enroulées de même. Le degré élevé de couplage peut être obtenu par exemple en enroulant les bobines I et 3 et de même les bobines 2 et 4 d'une manière bifilaire, c'est à dire avec les conducteurs des deux bobines côte à côte dans les spi- res successives. Les bobines 1 et 2 sont montées de façon à s'aider réciproquement et les bobines 3 et 4 sont montées en opposition.
Un noyau ferro-magnétique 5 est placé à l'intérieur des bobines 1, 2, 3 et 4 et de préférence coaxialement à celles- ci et disposé de façon à être mobile axialement par rapport aux bobines.
Le noyau ferro-magnétique 5 peut être établi conformément au brevet américain N 1.982.689 de Polydoroff ou d'une manière analogue. Il est fait en une matière ferro-magnétique en petites
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parcelles comprimées et est sensiblement homogène dans toute sa longueur, le seul écart par rapport à l'homogénéité étant celui qui est inhérent au procédé de moulage.
En fonctionnement, on peut régler le couplage inductif procuré par le moyen de couplage en faisant varier le couplage inductif entre les bobines I et 3 et entre les bobines 2 et 4.
Ces couplages dépendent de la position du noyau 5 vu que la présence du noyau à l'intérieur des bobines 1,3 augmente le couplage inductif entre ces bobines et qu'un résultat analogue se produit lorsque le noyau 5 est à l'intérieur des bobines 2,4. Le couplage inductif minimum se produit lorsque le noyau 5 est à mi-distance entre les bobines 1, 3 et les bobines 2, 4 et le couplage inductif maximum est réalisé lorsque le noyau 5 est concentrique aux bobines 1,3 ou aux bobines 2,4. Le noyau 5 est de préférence un peu plus long que chacune des bobines 1,3 ou des bobines 2,4 et est aussi de préférence un peu plus long que l'espace entre les bobines 1,3 et les bobines 2,4.
Lorsque le noyau 5 est déplacé dans les bobines 1,3, les inductances individuelles des bobines 1 et 3 sont augmentées en même temps que l'augmentation de couplage inductif entre elles.
En même temps, toutefois, le noyau 5 est retiré des bobines 2,4. Ceci diminue à son tour les inductances individuelles des bobines 2 et 4, d'une quantité qui compense sensiblement l'aug- mentation dans les inductances des bobines 1 et 3. Une compen- sation analogue se produit si le noyau 5 est amené dans les bobines 2,4 au lieu des bobines 1,3, mais dans ce cas le sens du couplage inductif fourni par le moyen de couplage est ren- versé.
Il doit être bien entendu que la variation de couplage dé- s.ré, sans changement dans l'inductance effective des bobines I et 2 en série ou des bobines 3 et 4, également en série, est réalisée conformément à la présente invention par la coopéra- tion des bobines 1,3 et 2,4 avec le noyau magnétique 5 comme on l'a décrit ci-dessus. L'emploi du noyau mobile rend possible
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l'obtention du nouveau résultat en fournissant simultanément un changement dans l'accouplement entre les bobines 1 et 3 et les bobines 2 et 4 et dans l'inductance de celles-ci, tout en maintenant sensiblement constante l'inductance totale des bobi- nes 1 et 2 en série, et l'inductance totale des bobines 3 et 4 en série.
On se rapportera maintenant à la fig. 2 qui montre une forme de réalisation du moyen de couplage réglable de la fig.I.
Les bobines 6,8 et 7,9 sont enroulées sur un tube isolant 10 qui est supporté par les organes II. Le noyau 12 se meut libre- ment dans le tube 10 et peut être actionné par une poignée 13 qui est attachée au noyau 12 par un ciment ou une atre matière analogue.Les connexions vers les bobines 6 et 7 en série s'ai- dant l'une l'autre, et vers les bobines 8 et 9 en série en op- position, sont faites, à des pattes 14 qui sont fixées aux or- ganes II. Cette forme de réalisation est caractérisée par sa compacité et le bas prix de fabrication.
Dans la forme de réalisation modifiée de la fig. 3, les bobines 15,17 et 16,18 sont enroulées sur un tube isolant 19, qui est un peu plus long que le tube 10 de la fig. 2. Les bobines 15 et 16 sont montées en série s'aidant l'une l'autre et les bobines 17 et 18 sont montées en série en opposition. Au lieu d'un seul noyau comme à la fig. 2, on emploie deux noyaux plus courts 20,21 qui sont assemblés au moyen d'une tige 22 de telle manière qu'on peut les déplacer simultanément à l'aide d'une poignée 23. Lorsque le noyau 20 est centré dans les bobines 15, 17, le noyau 21 est entier ement retiré des bobines 16,18, et vice-versa.
Par conséquent lorsque le couplage inductif entre les bobines 15,17 est augmenté par un mouvement axial des noyaux 20,21, le couplage inductif entre les bobines 16,18 est simul- tanément diminué et vice-versa. Lorsque les noyaux sont à mi- chemin de leur trajet, le couplage inductif fourni par le moyen de couplage est sensiblement nul, vu que les couplages inductifs individuels des bobines 15,17 et des bobines 16,18 sont égaux en
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degré et opposés de sens. Le couplage inductif fourni par le moyen de couplage est au maximum lorsqu'un des noyaux 20 et 21 est centré dans les bobines 15,17 ou dans les bobines 16,18.
En outre, comme l'inductance d'une bobine dans chaque paire de bobines montées en série est augmentée par suite d'un des noyaux 20,21 de la même quantité que l'inductance de l'autre bobine dans la paire est diminuée par l'autre des noyaux 20,21, l'in- ductance effective totale des bobines 15,16 en série et des bobines 17,18 en série, reste sensiblement sans changement.
Dans la forme de réalisation de la fig. 4, la bobine 24 est faite d'une bobine à enroulement universel montée sur un tube isolant 25 et est reliée en série, en relation s'aidant l'une l'autre, à une bobine semblable 26. Les bobines 27 et 28 montées de chaque côté de la bobine 24 sont reliées en série s'aidant l'une l'autre pour former l'équivàlent de la bobine 3 de la fig. I. Des bobines 29 et 30 sont placées de façon analogue par rapport à la bobine 26 et sont reliées en série s'aidant l'une l'autre pour former l'équivalent de la bobine 4 de la fig. I. Les bobines 27 et 28 sont montées en série en opposition par rapport aux bobines 29,30.
Le noyau 31 est mo- bile axialement pour augmenter le couplage inductif entre les bobines 27,24,28 ou entre les bobines 29,26,50 sans modifier de façon appréciable les valeurs d'inductance des bobines 24, 26 en série ou des bobines 27,28,29,30 en série, comme on l'a expliqué ci-dessus à propos des fig. 2 et 3 du dessin. Le noyau 31 peut être actionné par une poignée 32 attachée à celui-ci.
On décrira maintenant une application de l'invention dans l'amplificateur de fréquence intermédiaire d'un récepteur su- perhétérodyne. Il doit être bien entendu toutefois que ceci est fait simplement pour donner à titre d'exemple une autre forme de réalisation de l'invention dans un système bien connu de ceux s'occupant de l'industrie des communications et que de ce fait on ne limite pas l'invention à une application par- ticulière, la portée et l'utilité de l'invention devant être
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prises telles qu'elles sont limitées seulement par les re- vehdications annexées.
La fig. 5 du dessin montre un amplificateur à tubes àvi- de. Le circuit de débit du tube à vide 33 renferme un induc- teur principal 34, les bobines 1 et 2 montées en série s'ai- dant l'une l'autre etune capacité d'accord 35 pour former un circuit résonant I. Le circuit d'entrée du tube à vide 36 ren- ferme le conducteur principal 37, les bobines 3 et 4 montées en série en opposition et la capacité d'accord 38 pour former le circuit résonant II.Les inducteurs 34 et 37 peuvent employé. des noyaux ferro-magnétiques et être disposés de telle façon l'un par rapport à l'autre qu'il y a un degré désiré de coupla- ge inductif entre eux ou bien suivant une variante de façon qu'il y ait entre eux un couplage inductif sensiblement nul.
Le noyau 5 est disposé de façon à se mouvoir axialement à l'in- térieur des bobines 1,2,3 et 4 comme à la fig. I.
En fonctionnement, on peut régler le couplage inductif entre les circuits résonants 1 et II en variant les couplages inductifs entre les bobines 1,3 et les bobines 2,4 respecti- vement. Ces couplages dépendent de la position du noyau 5 par rapport aux bobines 1,3 et 2,4 vu que la présence du noyau dans l'une ou l'autre des bobines 1,3 et 2,4 augmente consi- dérablement le couplage inductif entre elles. Outre le couplage inductif entre les circuits 1 et II par suite des bobines 1,3 et 2,4 il peut y avoir un couplage inductif entre les circuits 1 et II à cause des positions relatives des inducteurs 34 et 37. La question de savoir si le couplage inductif dû aux bobi- nes 1,3 et 2,4 aide ou combat le couplage inductif dû aux induc. teurs 34 et 37 dépend de savoir laquelle des bobines 1,3 et 2,4 est plus fortement influencée par le noyau 5.
Par consé- quent non seulement le degré mais également le sens du couplage inductif entre les circuits I et II peuvent être modifiés par le réglage axial au noyau 5.
Les renseignements ci-dessous sont donnés à titre d'exem-
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ple pour une forme de réalisation avantageuse de l'invention dans l'amplificateur de fréquence intermédiaire d'un récepteur superhétérodynesuivant la fig. 5. Un tube de 0,34 pouce est entouré d'enroulements bifilaires consistant chacun en 21 spi- res de fil de cuivre émaillé N 36 couvert de soie, les enrou- lements étant espacés d'environ 2/3 de la longueur d'un enrou- lement. Le noyau a 0,3125 pouce de diamètre et 0,812 pouce de long et est du type décrit.
Avec le noyau centré dans les bobi- nes 1,3, l'inductance des bobines 1 et 2 en série est de 17,0 micro-henrys, l'inductance des bobines 3,4 en série est de 19,2 micro-henrys et l'inductance mutuelle entre les bobines 1 et 2 en série et les bobines 3 et 4 en série est de 11, 3 micro- henrys. Avec le noyau centré dans les bobines 2,4 , l'inductance des bobines 1 et 2 en série est de 16,0 micro-henrys, l'induc- tance-des bobines 3 et 4 en série est de 19,5 micro-henrys et l'inductance mutuelle entre les bobines 1 et 2 en série et les bobines 3 et 4 en série est de 10,0 micro-henrys.
Les inducteurs 34 et 37 sont chacun de 1,0 micro-henry et le changement dans l'inductance totale de chaque cir cuit, changement dû au mouvement du noyau pour régler le couplage en- tre les circuits, est par conséquent seulement de 0,1 %, ce qui est négligeable. Le changement d'inductance peut être rendu mé- me moindre par un léger changement dans le nombre de spires d'u- ne ou de plusieurs des bobines.
Le Q mesuré du circuit résonant 1 ou II en lui-même vaut 168 et devient 153 lors de l'introduction des bobines 1 et 2 ou des bobines 3 et 4 dans le circuit qui est mesuré. Ceci est une diminution d'au moins de 9 %. La valeur du couplage criti- que dans ce cas est d'environ 0,65 %. Les positions relatives des inducteurs 34 et 37 sont choisies pour fournir une induc- tance mutuelle entre elles de 6,5 micro-henrys, de sorte que le couplage critique entre les circuits 1 et II est réalisé lorsque le couplage entre les bobines 1 et 2 en série et les bobines 3 et 4 en série est nul. Le couplage maximum qui est disponible entre les circuits 1 et II est de 1,78 % dans ces conditions.
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Le couplage entre les circuits I et II peut être rendu nul p ar un réglage approprié du noyau. On comprend que la valeur du couplage critique sera un peu plus grande que celle indiquée ci-dessus lorsque le dispositif de couplage est associé à des tubes à vide dans un amplificateur.
Ainsi, dans l'exemple décrit ci-dessus, il est possible d'augmenter le couplage inductif considérablement au-delà de la valeur critique pour obtenir un état surcouplé désiré. Ceci est suffisant pour fournir l'élargissement nécessaire de la carac- téristique de sélectivité du dispositif de couplage dans la plupart des cas. Si des degrés encore plus élevés de couplage inductif sont requis, on les obtient facilement en munissant les bobines 1,3 et 2,4 de spires supplémentaires.
Comme cela apparaitra aux personnes au courant de l'indus- trie électrique, la présente invention s'applique avantageuse- ment à de nombreux problèmes dans l'établissement de circuits électriques. Ses applications dans l'industrie des communica- tions et particulièrement dans les branches de haute fréquence et de la radio sont d'une importance spéciale vu que c'est dans ce champ d'action que des changements dans le fonctionne- ment de réseaux entre lesquels on désire utiliser un couplage variable deviennent les plus désagréables.
A titre d'exemple supplémentaire de systèmes particuliers dans ce domaine, au perfectionnement desquels la présente invention est particuliè- rement adaptée, on peut mentionner les réseaux de circuits ré- sonants à fréquence de signal de radio-récepteurs et les ré- seaux de circuits résonants de tr ansmetteurs, d'oscillateurs et de générateurs de signaux.
Dans les parties à fréquence de signal de radio-récepteurs, la présenteinvention peut être employée pour faire varier le couplage entre les paires de cir- cuits couplés dont chacun ou tous les deux sont accordables de façon variable sur une gamme de fréquences, et par des dis- positions mécaniques appropriées, la variation du couplage peut être actionnée par la commande d'accord de manière à produire
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n'importe quelle relation désirée entre les fréquences résonan- tes des circuits et le couplage entre eux. L'invention peut être utilisée aussi avantageusement pour produire un couplage varia- ble régénératif ou dégénératif entre le circuit de plaque et le circuit de grille d'un tube thermionique ou entre une antenne ou un système de pick-up et le premier circuit résonant d'un radio- récepteur.
Dans des oscillateurs, des générateurs de signaux, etc., l'invention peut être employée pour fournir une atténua- tion variable entre de larges limites de l'oscillation ou dusi- gnal débité aux bornes de sortie du circuit de charge.
D'autres applications avantageuses de l'invention se pré- senteront immédiatement à l'esprit des personnes du métier ainsi que différentes modifications des constructions ici décrites et représentées à titre d'exemples de formes de réalisation avanta- geuses. Ces applications et ces modifications rentrent dans la portée de l'invention telle qu'elle est exposée aux revendica- tions annexées.