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" Disposition pour modulateurs à redresseurs "
Un modulateur à redresseurs, qui est intercalé entre un circuit qui amène du courant de modulation au modulateur et un cirpuit de consommation, dans le but derecuelllir les produits de modulation désirés, introduit un certain amortissement. Dans la plupart des cas, cet amortissement dépend de la conductibilité dans la direction de passage (direction d'avancement) dans les redresseurs conjugués avec le modulateur par rapport aux admit- tances des circuits raccordés. La conductibilité dans la direc- tion de barrage ou d'arrêt du redresseur est alors tellement faible par rapport aux autres admittances qu'elle est sans im- portance pour l'amortissement du modulateur.
Certains types connus de modulateurs sont connectés et neutralisés de façon telle que du courant porteur non modulé ne puisse pas passer dans le circuit de consommation. Souvent l'équilibre dépend en
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pratique exclusivement du rapport entre les conductibilités des différents redresseurs dans la direction d'avancement.
La conductibilité d'un redresseur tant dans la direction de passage que dans la direction d'arrêt change peu à peu, en particulier à cause du vieillissement du redresseur. Il en ré- sulte que l'amortissement du modulateur est modifié et que les connexions neutralisées du modulateur eessent d'être en équili- bre, ce qui fait que du courant porteur non modulé arrive au circuit de consommation. Ce dernier fait est dû à ce que le vieillissement des redresseurs ne s'accomplit pas à la même vi- tesse ou dans la même mesure pour tous les redresseurs.
Pour diminuer l'effet de l'inégalité des .redresseurs, on connecte, selon la présente invention, à chaque redresseur une résistance en série, qui est grande par rapport à la résistance du rèdresseur dans la direction de passage. De ce fait, le re- dresseur fonctionne principalement comme soupape pure, qui est fermée pendant une des demi-périodes du courant porteur et ou- verte pendant l'autre, la résistance dans le second cas étant déterminée principalement par la résistance intercalée en avant et seulement pour une faible partie par le redresseur.
Cette idée a été appliquée antérieurement dans les montages ou con- nexions de redresseurs de la manière consistant en ce que la résistance a été connectée en série à tout l'ensemble de re- dresseurs comme tel, par exemple à un pont à redresseurs, cepen dant que suivant la présente invention, qui se rapporte aux mo- dulateurs, les résistances sont connectées en série avec les redresseurs de chaque branche du pont.
L'invention va être décrite plus en détail à l'aide des dessins ci-annexés, dont la fig. 1 illustre le principe d'un modulateur à pont ; fig. 2, 3 et 4 représentent différents diagrammes; la fig. 6, un modulateur connu ; les fig. 5 et 7, différents exemples de modulateurs selon l'invention.
Comme exemple d'un modulateur à redresseurs, on a pris un modulateur annulaire selon la fig. 1. De la source de courant
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de modulation e', dont la force électromotrice est également e', le courant de modulation est conduit à travers le filtre F' et le transformateur T'au modulateur, qui consiste en quatre branches 1, 2, 3, 4 à redresseurs. Le côté de sortie du modula- teur est, d'une manière correspondante, connecté à une résis- tance R", représentant par exemple un récepteur, par l'intermé- diaire d'un transformateur T" et d'un filtre F". Entre les points médians a et b de ceux des enroulements des transforma- teurs T'et T" qui sont tournés vers le modulateur, se trouve connectée la source de courant porteur ec de force électromo- trice ec.
Une partie des produits de modulation est conduite à tra- vers le transformateur T" et le filtre F" à la résistance R".
D'autres produits de la modulation passent au filtre F' et d'autres encore à la source de courant porteur ec. Le pont du modulateur est délimité par les quatre pôles a', b', a" et b".
On admet par hypothèse que les quatre branches à redresseurs sont exactement égales entre elles.
Lorsqu'aucun courant de modulation n'est amené au modula- teur, c'est-à-dire lorsque e'= 0, la source de courant porteur engendre la même tension Vc aux quatre branches à redresseurs.
Pour la simplicité on admet que la tension Vc est alternée dans le temps de la manière montrée à la fig.2 ; pratique il se présente souvent des formes de courbes qui se rapprochent de cette forme idéalisée. Pendant l'une des demi-périodes Vc= Vc, où Vc est une constante positive; pendant la demi-période sui- vante Vc = -Vc etc. Pendant une demi-période, où a est positif par rapport à b, les branches 1 et 3 sont parcourues par du cou rant, cependant que 2 et 4 arrêtent ; pendant la demi-période suivante, 2 et 4 sont conductrices, cependant que 1 et arrê- tent.
La fig. 3 représente la relation i = f (v) entre arrêt ou barrage v et courant 1 dans une branche à redresseurs, l'échel- le pour le courant dans la direction d'arrêt ayant toutefois une longueur multiple de l'échelle pour le courant dans la direc- tion d'avancement. Pour les branches à redresseurs conductrices:
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le courant est indiqué par le point A1 de la courbe i = f (v) et pour les redresseurs qui arrêtent, il est indiqué par le point A2. Comme le courant ic alterne évidemment entre une valeur constante Ic pendant l'une des demi-périodes et -Ic pendant la deuxième et puisque le courant dans la direction d'arrêt des re- dresseurs peut être négligé, le courant passant par chacune des branches à redresseurs conductrices = Ic.
2
Par suite de la symétrie du montage, la source de courant porteur ec ne peut produire aucune tension entre les points a' et b' ou entre a" et b".
Lorsqu'un courant de modulation est amené au modulateur, une tension v' prend naissance entre les bornes d'entrée a' et b' du pont du modulateur, et une deuxième tension v" entre les bornes de sortie a" et b". En outre, des tensions alternatives superposées vx et vy, provenant de la source de courant de modu- lation e', prennent naissance respectivement dans les branches à redresseurs conductrices et d'arrêt selon la fig. 3.
Ces ten- sions superposées engendrent des courants alternatifs correspon- dants ix et iy, dont les grandeurs par rapport à vx et vy dépen- dent, en première approximation, du degré d'inclinaison de la courbe respectivement en A1 et en A , c'est-à-dire des conducti- bilités différentielles, soit respectivement:
EMI4.1
Pour des tensions superposées modérées, les redresseurs agissent donc comme des conducteurs linéaires.
On peut poser avec une très bonne approximation
EMI4.2
Le courant superposé i" qui quitte le pont du modulateur en a", b", est donc égal en grandeur au courant superposé i', qui est amené en a', b'. La seule différence est que i", d'une manière connue, change de direction par rapport à i' pour chaque demi-période de la tension du courant porteur, selon la fig. 4.
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Si l'= I' sin wt, l'expression pour i" devient comme on le sait
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Les courants des premières bandes latérales sont donc
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Par la division du courant initial en différents produits de modulation, il se produit un amortissement depuis le courant total I jusqu'à un courant de bande latérale, par exemple Il" calculé, cet amortissement étant
EMI5.3
A cet amortissement s'ajoute un amortissement par suite de la chute de tension dans le modulateur et cet amortissement est calculé entre autres ci-après.
D'après le théorème de Thévénin, on peut peser
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où e1' est la tension de marche à vide du secondaire du transformateur T', provenant de e' et mesurée entre a' et b' alors que le pont du modulateur est déconnecté, et R' est l'impédance mesurée vers la gauche entre a' et b' alors que le pont du mo- dulateur est déconnecté et pour e' - O. En outre v"= R" i", où R" est l'impédance du circuit de consommation, mesurée entre a" et b" au transformateur T". Pour la simplicité, il est admis que R' et R" sont des résistances ohmiques constantes pour tou- tes les fréquences. En outre, on suppose que R' = R" = R.
La résistance différentielle dans la direction d'avancement dans une branche à redresseurs est r= 1/g (Vc) et la résistance de cette branche pour le courant porteur est
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Les calculs donnés ci-après portent sur les amplitudes des courants et des tensions, qui sont désignées par des majuscules, et les minuscules correspondent aux valeurs momentanées; E1' est donc l'amplitude de e1' etc. La grandeur I" est la valeur maximum du courant i". Comme mentionné plus haut, I" = I'. De même, V" est la valeur maximum de la tension v".
Il en résulte les équations suivantes
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L'amortissement du.modulateur calculé pour une bande la- térale est donc
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L'amortissement par suite de la chute de tension dans le modulateur est donc
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et dépend, comme on l'a fait ressortir dans l'introduction-.,du rapport entre la résistance vers l'avant r d'une branche à re- dresseurs et la résistance R des circuits raccordés.
On peut donc manifestement faire descendre b à une valeur aussi faible qu'on le désire en augmentant R de façon illimitée, c'est-à-dire par augmentation illimitée du nombre d'enroulements entre a' et b' ou a" et b" des transformateurs T' et T".
Ceci n'est pas réalisable en pratique. Un obstacle à cette réa- lisation, c'est le fait que le modulateur, lorsqu'il est inter- calé, comme dans la pratique, entre des filtres qui ordinairement n'ont pas des impédances ohmiques constantes pour toutes les fréquences, mais ont au contraire des impédances soit infiniment petites, soit infiniment grandes en dehors de la zone de passa- ge, agit comme un dispositif tétrapolaire à caractéristique fi- nie, qui, au moyen des transformateurs T' et T" doit être adapté aux impédances des filtres, afin que la relation de dépendance de l'amortissement par rapport à la fréquence devienne aussi constante que possible dans toute la zone de passage.
Un autre obstacle important pour la présente invention, c'est le fait que
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si devait être augmenté jusqu'à l'infini, pourrait retidevait être augmenté jusqu'à l'infini, on ne pourrait reti- rer du modulateur qu'un débit modulé infiniment petit, si l'on veut que ce modulateur ne soit pas surchargé.
Il est en effet évident que si l'on veut que le modulateur fonctionne sans déformation, on ne peut retenir, selon la fig.3, que des parties rectilignes de la courbe i = f (y). La zone aux alentours de v = 0 est toutefois fortement arquée et ne peut donc pas être touchée. On obtient donc les conditions
EMI7.1
ILL Ix = lU 2 c, 0 = lU = 2 VY V c 0 = r-.....
= 1 Or) x y - 2r y" y 2 Donc V' - V" = /u rI ( 1 ) + V" = 2 À V c (8) On en déduit V' - 7 rc fur Vit - Il r c - ur ( 3 ) D'autre part, à cause de la division de la tension dans les cir- cuits du modulateur, on a
EMI7.2
De cette équation et de (3), on obtient
EMI7.3
En multipliant (1) par (2), on obtient
EMI7.4
Si l'on introduit la puissance consommée à la fréquence porteuse dans les redresseurs, soit
EMI7.5
et si la puissance apparente totale enlevée (la puissance réel- le par bande latérale est P1"= () pu), on obtient après quel ques calculs intermédiaires
EMI7.6
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L'amortissement b enfin est pour R selon (4)
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On peut fixer une certaine valeur de 2, par exemple À = 0,9, et déterminer /u de telle manière qu'une condition secondaire quelconque soit remplie.
Si, par exemple, on veut que R soit infiniment grand,/u doit selon (4) être égal à zéro et, d'après cela, selon (5) on a aussi p" = 0. Si l'on devait désirer la valeur maximum possible pour @", on déduirait de (5) que t " a une valeur maximum pour
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à condition toutefois que @= 1. Si c'est le cas, la valeur maximum devient
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et d'après (4) la valeur correspondante de R devient
R = r et b = ln2 0,69 Neper de sorte que l'amortissement de régime (fonctionnement) pour une bande latérale est
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Pour stabiliser le modulateur, on doit selon la présente invention intercaler quatre résistances rl' comme cela ressort de la fig.5, en série dans les branches à redresseurs.
Toute- fois, puisque deux seulement des branches à redresseurs sont chaque fois conductrices cependant que les autres sont non con- ductrices, c'est-à-dire peuvent être considérées comme inexis- tantes, on peut obtenir le même résultat en montant en série d'une manière connue deux résistances r1 avec l'ensemble du pont du modulateur comme tel, selon la fig.6. La disposition selon la fig. 5 a toutefois certains avantages par rapport à la disposition selon la fig.6. La tension Vc du courant porteur, qui est engendrée dans les branches à redresseurs, est en effet limitée par le fait que le courant correspondant 1 1 ne peut dépasser une certaine valeur admissible pour le fonctionnement
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de longue durée pour le type de redresseurs employé.
La tension Vc devient par conséquent égale à une fraction seulement de la tension d'entretien des redresseurs dans la direction de barra.= ou d'arrêt, et en conséquence le modulateur est mal utilisé.
Comme cela ressort de (5), la puissance ou wattage du courant modulé est en effet directement proportionnelle au wattage du courant porteur, sous lequel le modulateur peut être alimenté.
Par un choix convenable des résistances en série r1 selon la fig.5, on peut augmenter la chute de tension dans chaque bran- che à redresseurs jusqu'à une valeur qui corresponde à la ten- sion maximum de service dans la direction de barrage pour une branche à redresseurs. Ceci n'est pas possible avec le montage connu selon la fig.6.
L'invention peut être appliquée non seulement au montage de modulateur selon la fig.l, mais encore à tous les montages dans lesquels la tension du courant porteur aux bornes des branches à redresseurs barrées est déterminée essentiellement par la chute de tension du courant porteur dans les branches à redresseurs qui conduisent le courant. Un exemple est le modu- lateur Graetz selon la fig.7, si dans celui-ci le circuit de consommation F" a des impédances relativement faibles pour le courant porteur, ce qui fait que la chute de tension se produit principalement dans les branches à redresseurs qui conduisent le courant.
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"Arrangement for modulators with rectifiers"
A rectifier modulator, which is interposed between a circuit which supplies modulating current to the modulator and a consumption circuit, for the purpose of collecting the desired modulation products, introduces a certain damping. In most cases, this damping depends on the conductivity in the direction of passage (direction of advance) in the rectifiers combined with the modulator with respect to the admissions of the circuits connected. The conductivity in the direction of blocking or stopping of the rectifier is then so low compared to the other admittances that it is of no importance for the damping of the modulator.
Certain known types of modulators are connected and neutralized in such a way that unmodulated carrier current cannot pass through the consumption circuit. Often the balance depends on
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practice exclusively of the ratio between the conductivities of the various rectifiers in the direction of advance.
The conductivity of a rectifier both in the direction of passage and in the direction of stop changes gradually, in particular due to the aging of the rectifier. As a result, the damping of the modulator is modified and the neutralized connections of the modulator try to be in equilibrium, so that unmodulated carrier current arrives at the consumption circuit. This last fact is due to the fact that the aging of the rectifiers does not take place at the same speed or to the same extent for all the rectifiers.
To reduce the effect of the inequality of the rectifiers, according to the present invention, a series resistor is connected to each rectifier, which is large compared to the resistance of the rectifier in the direction of passage. Therefore, the rectifier functions mainly as a pure valve, which is closed during one of the half-periods of the carrier current and open during the other, the resistance in the second case being determined mainly by the resistance inserted in front. and only for a small part by the rectifier.
This idea has been applied previously in the fixtures or connections of rectifiers in the way that the resistor has been connected in series to the whole set of rectifiers as such, for example to a bridge with rectifiers, however. Whereas according to the present invention, which relates to modulators, the resistors are connected in series with the rectifiers of each branch of the bridge.
The invention will be described in more detail with the aid of the accompanying drawings, of which FIG. 1 illustrates the principle of a bridge modulator; fig. 2, 3 and 4 represent different diagrams; fig. 6, a known modulator; figs. 5 and 7, various examples of modulators according to the invention.
As an example of a rectifier modulator, an annular modulator according to FIG. 1. From the current source
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modulation e ', whose electromotive force is also e', the modulation current is conducted through the filter F 'and the transformer T' to the modulator, which consists of four branches 1, 2, 3, 4 with rectifiers. The output side of the modulator is correspondingly connected to a resistor R ", representing for example a receiver, through a transformer T" and a filter F " Between the midpoints a and b of those of the windings of the transformers T ′ and T ″ which face the modulator, is connected the carrier current source ec of electromotive force ec.
Part of the modulation products are conducted through transformer T "and filter F" at resistor R ".
Other products of the modulation pass to the filter F 'and still others to the carrier current source ec. The modulator bridge is delimited by the four poles a ', b', a "and b".
It is assumed that the four branches with rectifiers are exactly equal to each other.
When no modulating current is supplied to the modulator, that is to say when e '= 0, the carrier current source generates the same voltage Vc at the four rectifier branches.
For simplicity, it is assumed that the voltage Vc is alternated in time in the manner shown in fig.2; in practice, there are often forms of curves which approach this idealized form. During one of the half-periods Vc = Vc, where Vc is a positive constant; during the next half-period Vc = -Vc etc. During a half-period, where a is positive with respect to b, branches 1 and 3 are traversed by current, while 2 and 4 stop; during the next half-period, 2 and 4 are conductive, while 1 and stop.
Fig. 3 represents the relation i = f (v) between stop or barrier v and current 1 in a branch with rectifiers, the scale for the current in the stop direction having, however, a multiple length of the scale for the current in the direction of advancement. For branches with conductive rectifiers:
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the current is indicated by point A1 of the curve i = f (v) and for rectifiers which stop, it is indicated by point A2. As the current ic obviously alternates between a constant value Ic during one of the half-periods and -Ic during the second and since the current in the stop direction of the rectifiers can be neglected, the current passing through each of the branches with conductive rectifiers = Ic.
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Due to the symmetry of the assembly, the carrier current source ec cannot produce any voltage between points a 'and b' or between a "and b".
When a modulating current is supplied to the modulator, a voltage v 'arises between the input terminals a' and b 'of the modulator bridge, and a second voltage v "between the output terminals a" and b ". In addition, superimposed alternating voltages vx and vy, originating from the modulating current source e ', arise in the conductive and stop rectifier branches respectively according to Fig. 3.
These superimposed voltages generate corresponding alternating currents ix and iy, the magnitudes of which with respect to vx and vy depend, as a first approximation, on the degree of inclination of the curve respectively in A1 and in A, c ' that is to say differential conductivities, that is respectively:
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For moderate superimposed voltages, rectifiers therefore act as linear conductors.
We can pose with a very good approximation
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The superimposed current i "which leaves the modulator bridge at a", b ", is therefore equal in magnitude to the superimposed current i ', which is brought to a', b '. The only difference is that i", of a known manner, changes direction with respect to i 'for each half-period of the voltage of the carrier current, according to FIG. 4.
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If l '= I' sin wt, the expression for i "becomes as we know
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The currents of the first lateral bands are therefore
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By dividing the initial current into different modulation products, there is a damping from the total current I to a sideband current, for example II "calculated, this damping being
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To this damping is added damping as a result of the voltage drop in the modulator and this damping is calculated, inter alia, below.
According to Thévénin's theorem, we can weigh
EMI5.4
where e1 'is the no-load voltage of the transformer secondary T', coming from e 'and measured between a' and b 'while the modulator bridge is disconnected, and R' is the impedance measured to the left between a 'and b' while the modulator bridge is disconnected and for e '- O. In addition v "= R" i ", where R" is the impedance of the consumption circuit, measured between a "and b "to transformer T". For simplicity, it is assumed that R 'and R "are constant ohmic resistances for all frequencies. Further, assume that R '= R "= R.
The differential resistance in the direction of advance in a branch with rectifiers is r = 1 / g (Vc) and the resistance of this branch for the carrier current is
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The calculations given below relate to the amplitudes of the currents and the voltages, which are designated by upper case letters, and the lower case letters correspond to the momentary values; E1 'is therefore the amplitude of e1' etc. The quantity I "is the maximum value of the current i". As mentioned above, I "= I '. Likewise, V" is the maximum value of the voltage v ".
This results in the following equations
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The damping of the modulator calculated for a sideband is therefore
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The damping as a result of the voltage drop in the modulator is therefore
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and depends, as was pointed out in the introduction -., on the ratio between the forward resistance r of a branch with rectifiers and the resistance R of the connected circuits.
We can therefore clearly reduce b to a value as low as desired by increasing R indefinitely, that is to say by unlimited increase in the number of windings between a 'and b' or a "and b "transformers T 'and T".
This is not feasible in practice. An obstacle to this realization is the fact that the modulator, when interposed, as in practice, between filters which ordinarily do not have constant ohmic impedances for all frequencies, but have on the contrary of the impedances which are either infinitely small or infinitely large outside the passage zone, acts as a four-pole device with finite characteristic, which, by means of transformers T 'and T "must be matched to the impedances of the filters , so that the dependence relation of damping on the frequency becomes as constant as possible throughout the passage area.
Another important obstacle for the present invention is the fact that
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if it had to be increased to infinity, could again be increased to infinity, we could only remove from the modulator an infinitely small modulated flow, if we want this modulator not to be overloaded .
It is in fact obvious that if we want the modulator to operate without deformation, we can only retain, according to fig. 3, the rectilinear parts of the curve i = f (y). The area around v = 0 is, however, strongly arched and therefore cannot be touched. We therefore obtain the conditions
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ILL Ix = lU 2 c, 0 = lU = 2 VY V c 0 = r -.....
= 1 Or) xy - 2r y "y 2 So V '- V" = / u rI (1) + V "= 2 To V c (8) We deduce V' - 7 rc fur Vit - Il rc - ur (3) On the other hand, because of the division of the voltage in the circuits of the modulator, we have
EMI7.2
From this equation and from (3), we get
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By multiplying (1) by (2), we get
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If we introduce the power consumed at the carrier frequency in the rectifiers, either
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and if the total apparent power removed (the real power per sideband is P1 "= () pu), we obtain after a few intermediate calculations
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Damping b finally is for R according to (4)
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One can fix a certain value of 2, for example λ = 0.9, and determine / u such that any secondary condition is fulfilled.
If, for example, we want R to be infinitely large, / u must according to (4) be equal to zero and, according to that, according to (5) we also have p "= 0. If we were to desire the maximum possible value for @ ", we would deduce from (5) that t" has a maximum value for
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provided however that @ = 1. If so, the maximum value becomes
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and according to (4) the corresponding value of R becomes
R = r and b = ln2 0.69 Neper so that the speed (running) damping for a sideband is
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In order to stabilize the modulator, according to the present invention, four resistors r1 'must be inserted as shown in FIG. 5, in series in the branches with rectifiers.
However, since only two of the branches with rectifiers are each time conducting while the others are non-conducting, that is to say can be considered as non-existent, the same result can be obtained by mounting in series. in a known manner two resistors r1 with the whole of the modulator bridge as such, according to fig.6. The arrangement according to FIG. 5, however, has certain advantages over the arrangement according to fig.6. The voltage Vc of the carrier current, which is generated in the branches with rectifiers, is in fact limited by the fact that the corresponding current 1 1 cannot exceed a certain value admissible for operation.
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long life for the type of rectifiers used.
The voltage Vc consequently becomes equal to only a fraction of the maintenance voltage of the rectifiers in the direction of barra. = Or stop, and consequently the modulator is misused.
As emerges from (5), the power or wattage of the modulated current is in fact directly proportional to the wattage of the carrier current, under which the modulator can be supplied.
By a suitable choice of the series resistors r1 according to fig. 5, it is possible to increase the voltage drop in each rectifier branch up to a value which corresponds to the maximum operating voltage in the blocking direction for a branch with rectifiers. This is not possible with the known assembly according to fig. 6.
The invention can be applied not only to the modulator assembly according to FIG. 1, but also to all the assemblies in which the voltage of the carrier current at the terminals of the branches with crossed out rectifiers is determined essentially by the voltage drop of the carrier current in branches with rectifiers which conduct current. An example is the Graetz modulator according to fig. 7, if in it the consumption circuit F "has relatively low impedances for the carrier current, so that the voltage drop occurs mainly in the branches with rectifiers that conduct current.