<Desc/Clms Page number 1>
Limiteur d'amplitude
La présente invention concerne des dispositifs limiteurs d'amplitude de signaux oscillants, et plus particulièrement, de tels dispositifs ayant un niveau de limitation variant avec l'amplitude moyenne du signal oscillant appliqué au dis- positif. Bien que l'invention soit d'application générale, elle est particulièrement destinée à être utilisée comme dispositif limiteur dans un récepteur de signaux d"ondes modulés en fréquence, et sera décrite à ce point de vue.
Les récepteurs de signaux d'ondes modulés en fréquence utilisent fréquemment un dispositif limiteur d'amplitude pour réduire les effets indésirables de perturbations variées, du type qui se manifeste sous forme de phénomènes transitoi- res, mu d'autres variations d'amplitude parasites du signal @
<Desc/Clms Page number 2>
d'ondes reçu, généralement classées sous le nom de modulation d'amplitude. La majorité des dispositifs limiteurs d'amplitu- de proposés jusqu'à présent sont construits de façon à avoir un niveau de limitation choisi d'avance, auquel on limite l'amplitude d'un signal appliqué quand il dépasse le dit ni- veau de limitation choisi d'avance.
Il est ordinairement avantageux que ces dispositifs limiteurs à niveau choisi d'avance limitent à un niveau relativement élevé, quand le signal d'ondes reçu est d'intensité élevée, dans le but que l'on puisse retirer tous les avantages des meilleurs caracté- ristiques des détecteurs correspondant à de tels niveaux, pour les signaux suffisamment forts pour être amplifias à ces niveaux.
Cependant, dans le cas où un signal d'ondes reçu est d'intensité relativement faible, ou d'une intensité variant dans de larges limites, il est avantageux que les variations d'amplitude parasites du signal d'ondes reçu puissent être supprimées, même si cela nécessite une limitation à des ni- veaux inférieurs. Autrement, les bruits parasites sont repro- duits juste quand ils sont les plus gênants, quand ils cor- respondent à des signaux d'ondes relativement faibles. Les systèmes limiteurs d'amplitude mentionnés jusqu'à présent, et qui limitent seulement à un niveau prédéterminé sont explici- tement construits et mis en oeuvre pour limiter seulement les signaux d'ondes d'intensité relativement grande, comme on l'a mentionné ci-dessus.
Ceci produit une limitation nette de la gamme des intensités de signaux d'ondes qui peuvent être reproduits de façon satisfaisante par un récepteur de signaux d'ondes à modulation de fréquence comportant de tels dispo- sitifs limiteurs.
L'incapacité de tels dispositifs limiteurs à fournir une limitation d'amplitude convenable pour les signaux d'ondes forts et faibles reçus, est évitée en grande partie par un dispositif limiteur connu ayant un niveau de limitation fixé
<Desc/Clms Page number 3>
d'avance pour tous les signaux d'ondes reçus délassant une intensité choisie d'avance, mais abaissant automatiquement le niveau de limitation quand ils reçoivent des signaux d'on- des d'intensité inférieure à celle choisie d'avance. On obtient ainsi une limitation d'amplitude pour les signaux d'ondes, tant forts que faibles, reçus.
Il y a de nombreuses applications où il est désirable @ de prévoir un dispositif limiteur qui n'a pas de niveau de limitation fixe, mais plutôt un niveau de limitation variant avec l'amplitude moyenne'du signal d'ondes reçu. Ceci offre l'avantage de fournir une limitation convenant aux signaux faibles sans réduire, en même temps, exagérément le gain gé- néral du récept-eur pour les signaux forts. Il est, en outre, avantageux de prévoir un dispositif limiteur d'amplitude ca- ractérisé par une plus grande simplicité et un coût peu élevé.
Conformément à l'invention, un système limiteur d'am- plitude de signaux d'ondes comporte une voie transmettant les signaux oscillants comportant un circuit résonant comportant une inductance et une capacité en parallèle, résonant sensi- blement au centre de la bande passante de la voie et d'amor- tissement bien inférieur à l'amortissement critique. Le système comporte un élément détecteur et un élément condensateur en série dans un circuit couplé effectivement en parallèle avec le circuit résonant, et ayant dans le sens de passage, à la fréquence ci-dessus mentionnée, une impédance bien inférieure à celle du circuit résonant.
Le système comporte également une résistance en parallèle sur l'un des éléments mentionnés ci- dessus, et de valeur beaucoup plus élevée que l'impédance, dans le sens conducteur, du circuit série, de façon à effectuer un redressement de pointes, mais suffisamment inférieur à l'im- pédance du circuit résonant, de façon à produire, en chargeant le système redresseur ; uneconductance moyenne fournissant la plus grande partie de l'amortissement total du circuit rédonant, cet amortissement restant toutefois bien inférieur à l'amor-
<Desc/Clms Page number 4>
tissement critique de celui-ci.
Le condensateur a une capacité choisie de façon à obtenir, avec la résistance, une constante de temps sensiblement plus grande que la pé¯riode la plus grande de la modulation d'amplitude, devant être éliminée du signal d'ondes transmis par la voie, grâce à laquelle la tension de polarisation développée aux bornes du condensateur par la dé- tection varie avec l'amplitude moyenne du signal d'ondes trans- mis, de façon à faire varier le niveau de limitation du systè- me conformément à la dite amplitude moyenne et a sensiblement une valeur constante pour la modulation d'amplitude, de façon à produire la limitation d'amplitude par le dispositif au ni- veau de limitation indiqué ci-dessus.
Afin de mieux comprendre la présente invention, on se reportera à la description ci-dessous faite en regard du dessin annexé dans lequel :
La fig. 1 représente les circuits, partiellement sché- matiquement, d'un récepteur complet de signaux d'ondes modulés en fréquence qui comporte un dispositif limiteur d'amplitude de signaux d'ondes, qui sera désigné dans le reste de la pré- sente demande sous le nom de "limiteur", qui est une forme particulière de réalisation de la présente invention, et la fige 2 représente les circuits d'un limiteur selon une forme de réalisation modifiée de la présente invention.
En se reportant plus particulièrement à la figure 1, le récepteur comprend un oscillateur-modulateur 10, ayant un circuit d'entrée couplé au dispositif d'antenne 11, 12 et ayant un circuit de sortie relié à un amplificateur moyenne fréquence 13, à un ou plusieurs étages. Reliés en cascade avec l'amplificateur 13, et dans l'ordre indiqué se trouve un limiteur 14 combiné à un étage amplificateur moyenne fré- quence, décrit plus en détail ci-après, un discriminateur de fréquence 15, qui renferme un système redresseur 16; un am- plificateur basse fréquence 17, à un ou plusieurs étages, et
<Desc/Clms Page number 5>
un reproducteur de sons 18.
Une tension de "commande automa- tique de volume" ou de C-A-V. prend naissance dans l'élé- ment 14, et est appliquée, par un circuit 52 au circuit d'entrée d'une ou plusieurs des lampes de l'oscillateur-modu- lateur 10 et de l'amplificateur moyenne fréquence I3 de la façon habituelle.
Il est entendu que les divers éléments qui viennent d'être décrits peuvent, à l'exception du limiteur de 1' élé- ment 14, être construits et utilisés de la manière habituelle, leurs détails étant connus, ce qui rend une description plus complète de ceux-ci inutile.
Considérant brièvement le fonctionnement du récepteur dans son ensemble, et négligeant, pour le moment, le fonc- tionnement détaillé du limiteur de l'élément 14 qui doit $tare décrit ci-après, un signal d'ondes désiré modulé en fréquence est sélectionné et transformé en signal moyenne fréquence modulé en fréquence dans l'oscillateur-modulateur 10, amplifié dans l'amplificateur moyenne fréquence 13, en- core amplifié et soumis à l'action du limiteur dans l'élé- ment 14, en étant limité à un niveau variant en fonction de l'amplitude moyenne du signal moyenne-fréquence, et détecté par le discriminateur 15, de façon à tirer les composantes de la modulation à fréquence acoustique.
Ces composantes sont amplifiées, à leur tour, dans l'amplificateur basse- fréquence 17, et sont reproduites par le reproducteur de sons 18 de la manière habituelle. La polarisation de C.A.V. déve- loppée dans l'élément 14 effectue le réglage'de l'amplifica- tion d'un ou plusieurs des éléments 10 et 13 de façon à mainte- nir l'amplitude du signal entrant dans l'élément 14 dans des limites relativement étroites pour un signal reçu dont l'in- tensité varie dans de larges limites.
En se reportant maintenant plus particulièrement à la partie du récepteur correspondant à la présente invention, l'étage 14 renferme deux limiteurs 20 et 20' qui sont à peu
<Desc/Clms Page number 6>
près semblables et constituent une forme de réalisation par- ticulière de la présente invention. Ces limiteurs sont compris dans la voie transmettant le signal d'ondes à moyenne fréquen- ce, qui comporte l'élément 13, l'amplificateur de l'élément 14 et le discriminateur 15. Le dispositif 20 renferme un cir-cuit résonant 21 résonant sensiblement à la fréquence qui est située au milieu de la bande passante des filtres moyenne fréquence de la voie. Le circuit résonant 21 renferme un enroulement se- condaite 22 d'un transformateur 23, et un condensateur 24, en parallèle sur l'enroulement 22.
Le circuit résonant 21 est for- mé d'éléments 22, 24 à faibles pertes, de sorte qu'il présente une surtension Q élevée, ou uh amortissement bien inférieur à m'amortissement critique ; Q étant défini comme le rapport de la réactance à la résistance, une valeur typique du Q de ce circuit pouvant être de l'ordre de 100.
Le limiteur 20 renferme également un redresseur 25, d'impédance relativement faible, qui peut être un tube à vide, thermoionique diode ordinaire, ou une diode à cristal ayant des propriétés semblables, comme une diode à cristal de ger- manium, ayant la composition et les caractéristiques décrites dans le numéro de février 1946 d' "Electronics", pages 118- 123. De telles diodes à cristaux ont une impédance, dans le sens conducteur, qui ne dépasse pas plusieurs centaines d'ohms.
Un condensateur 27 est relié avec le redresseur 25 de façon à former un circuit série, en parallèle sur le circuit réso- nant 21. Dans le sens conducteur du redresseur 25 et à la fréquence moyenne de la voie, ce circuit a une impédance bien inférieure à celle du circuit résonant 21.
Le limiteur renferme également une résistance 28, connectée en parallèle sur le condensateur 27. La valeur de la résistance 28 est bien plus grande que l'impédance, dans le sens conducteur, du circuit série mentionné en dernier, de façon à effectuer un redressement de pointes du signal moyenne fréquence, étant néanmoins suffisamment inférieure à l'imper
<Desc/Clms Page number 7>
dance du circuit résonant 21 pour provoquer, par la charge du redresseur 25, une conductance moyenne fournissant la majeure partie de l'amortissement total du circuit 21, bien inférieur toutefois à l'amortissement critique de ce dernier.
On peut mentionner que, bien que la résistance 28 soit représentée en parallèle sur le condensateur 27, cette résistance peut, en manière d'alternative, être branchée en parallèle sur le dé- tecteur diode 25, disposition de circuit dans laquelle la résistance est aussi réellement en parallèle sur le condensa- teur 27, par l'enroulement 22 du circuit résonant 21. La capa- cité du condensateur 27 est déterminée de manière à obtenir, avec la résistance 28, une constante de temps sensiblement plus grande que la période la plus grande en radians de la mo- dulation d'amplitude devant être éliminée du signal à moyenne fréquence transmis par le circuit.
La tension de polarisation, développée aux bornes du condensateur 27 par le redressement varie ainsi avec l'amplitude moyenne du signal d'ondes moyenne fréquence transmis, de façon à faire varier le niveau de limi- tation du limiteur 20 en accord avec ladite amplitude moyenne et la dite tension a une valeur sensiblement constante pour la modulation d'amplitude à éliminer de façon à limiter, par le dispositif 20, l'amplitude au dit niveau de limitation.
Comme il a été indiqué précédemment, la voie des signaux d'onde moyenne fréquence renfermant les éléments 10 et 13 a une caractéristique de gain réglable. La tension de polarisa- tion développée aux bornes du condensateur 27 sert, par le circuit 52, à régler le gain des éléments 10 et 13, de façon à réduire l'étendue des variations d'amplitude moyenne du signal moyenne fréquence transmis. En particulier, comme il est re- présenté, le gain de la voie est réglé en un point précédant le circuit résonant 21 de façon à réduire les limites des variations d'amplitude moyenne d'un signal oscillant appliqué au circuit résonant 21.
L'électrode de commande de la lampe 33 est reliée,
<Desc/Clms Page number 8>
par un condensateur 34, au circuit résonant 21, et à la masse par une résistance de grille 30, de façon à amplifier le signal moyenne fréquence transmis par ce dernier.
Le limiteur 20' fait partie du circuit de sortie de la lampe à vide amplificatrice 33, et est à peu près semblable au limiteur 20, les éléments semblables étant désignés par les mêmes numéros de référence munis d'un indice (prime) avec l'ex- ception que le circuit résonant 21' renferme le primaire 35 d'un transformateur de sortie 36. Ce dernier comporte deux en- roulements secondaires 37 et 38, qui sont accordés respective- ment par des condensateurs 39 et 40 sur des fréquences de part et d'autre de la fréquence médiane de la voie de signaux d'ondes moyenne fréquence. Les circuits résonants 37, 39 et 38,40 sont couplés individuellement à des circuits redresseurs de l'élément 16, pour constituer un discriminateur de fréquence 15 du type habituel à accord latéral.
La capacitance du condensateur 24 et celle du condensa- teur 24' doivent être suffisantes pour que les tensions de si- gnaux oscillants développées aux bornes des circuits accordés respectifs 21 et 21' soient de forme sinusoïdale, même si le circuit accordé en question est amorti par la conductance moyenne des circuits série associés, qui comprennent le redresseur.
Considérant maintenant le fonctionnement du limiteur qui vient d'être décrit, le redresseur 25 redresse les pointes du signal oscillant développé aux bornes du cir¯cuit résonant 21, de façon à produire aux bornes du condensateur 27 une tension de polarisation variant avec l'amplitude moyenne du signal oscillant. Dans ce redressement par la pointe du si- gnal oscillant, le circuit série qui comprend le redresseur 25 et le condensateur 27 présente une conductance moyenne qui amortit le circuit résonant 21.
La valeur de 1' amortissement produit est déterminée par la quantité d'énergie tirée de la portion de crête de l'oxcil-
<Desc/Clms Page number 9>
lation correspondant au signal oscillant durant chaque période.
Celle-ci, à son tour, est déterminée par la quantité d'énergie correspondant à la décharge, pendant chaque période, du conden- sateur 27 par la résistance 28. Le redressement de pointes né- cessite que le circuit série qui renferme le redresseur 25, les condensateurs 27 et 24 ne comporte pas d'impédance addi- tionnelle qui suffirait à réduire le courant de crête qui tra- verse le redresseur 25 pendant les instants où il est conduc- teur.
Puisque le circuit résonant,21 est peu amorti, ayant un facteur de puissance de 1 % par exemple, en l'absence de tout amortissement par le relresseur 25 et, puisque le condensa- teur 24 de ce cir-cuit a une capacitance suffisamment élevée, comme on l'a déjà signalé, le redressement de pointes du signal oscillant par le redresseur 25 peut accroitre le facteur de puissance du circuit résonant 21 jusqu'à par exemple, 10 %.
Même ce facteur de puissance plus grand est toujours inférieur à 100 % (amortissement critique), de telle façon que les ten- sions de signaux oscillants développées aux bornes du circuit résonant 21 ont toujours une forme approximativement sinusoïdale Dans ces conditions, le facteur de puissance du circuit réso- nant 21 est augmenté par l'amortissement jusqu'à une valeur égale à la racine carrée de 3: sa valeur en l'absence de charge, par exemple il atteint jusqu'à 10 % si le facteur de puissance du cir¯cuit résonant non amorti est de 1 %. L'amplitude des ten- sions des signaux oscillants aux bornes du circuit résonant est réduite de façon correspondante.
Lorsque le condensateur 27 et la résistance 28 ont les valeurs indiquées plus haut, les rapports de charge indiqués ci-dessus permettent à l'amplitude des tensions de signaux oscillants développées aux bornes du circuit résonant 21 d'aug- menter et de décroitre lentement an fonction des variations de l'amplitude moyenne du signal oscillant. C'est-à-dire que, pen- dant les variations lentes de l'amplitude du signal os-cillant,
<Desc/Clms Page number 10>
le condensateur 27 a le temps de se charger ou de se décharger lentement. D'autre part, la constante de temps du condensateur 27 et de la résistance 28 est sensiblement plus grande que la période la plus grande en radians de la modulation d'amplitude qui doit être éliminée du signal oscillant.
Cette constante de temps empêche le condensateur 27 de se charger ou de se dé- charger à une vitesse aussi rapide que la modulation d'ampli- tude, si bien que le condensateur agit comme une tension de polarisation fixe pour ladite modulation. Il en résulte que la polarisation règle ou modifie le niveau de limitation du limiteur 20 selon l'amplitude moyenne du signal d'ondes moyenne fréquence transmis, a sensiblement une valeur constante par rapport à la modulation d'amplitude indésirable devant être éliminée, et effectue ainsi une limitation d'amplitude audit niveau dans le dispositif 20.
Si cette tension de polarisation est appliquée comme tension de C.A.V. aux éléments 10 et 13, comme décrit précédemment elle a pour effet de limiter l'éten- due des variations d'amplitude moyenne du signal oscillant ap- pliqué au limiteur 20.
Le signal à fréquence intermédiaire d'amplitude limitée transmis par le limiteur 20 est appliqué à la lampe à vide de l'amplificateur 33, où il est amplifié et appliqué au li- miteur 20'. Le fonctionnement de ce limiteur est sensiblement celui décrit à propos du limiteur 20, le limiteur 20' agissant de plus de façon à limiter toute modulation d'amplitude indé- sirable qui aurait pu passer par suite de l'action incomplète du limiteur 20? On peut mentionner que le limiteur 20' fonc- tionne à un niveau de signal oscillant plus élevé que le li- miteur 20 à cause de l'amplification du signal oscillant four- nie par la lampe amplificatrice 33. Pour cette raison, le li- miteur 20' peut, dans les mêmes conditions, produire un meil- leur effet limiteur d'amplitude que le limiteur 20.
<Desc/Clms Page number 11>
Le signal oscillant transmis par le limiteur 20' est appliqué au discriminateur de fréquence 15 qui en extrait les composantes de modulation désirées et les applique à l'ampli- ficateur 13 pour qu'elles soient finalement reproduites par le reproducteur 18, comme déjà indiqué.
Bien que l'on figure deux limiteurs 20 et 20' dans l'élé- ment 14, il est évident que l'on peut, si on le désire, em- ployer seulement un seul limiteur, et, de plus, que un ou plusieurs tels limiteurs peuvent être utilisés pour chaque étage de l'amplificateur moyenne fréquence de l'élément 13.
La figure 2 représente le schéma d'un limiteur selon une forme modifiée de réalisation de la présente invention, à peu près semblable à celle de la figure 1, les éléments semblables étant désignés par des numéros de référence semblables, et les éléments analogues par des numéros de référence semblables muni de l'indice "seconde". Le limiteur du présent appareil renferme un redresseur 25", tel que celui au germanium mention- né précédemment, et un condensateur 27, qui sont reliés en série dans un circuit couplé inductivement par un enroulement de transformateur 42, effectivement en parallèle avec un cir- cuit résonant.
Le dernier circuit renferme un enroulement de transformateur 43, accordé par variation de perméabilité, et un condensateur 44 représenté en traits interrompus du fait qu'il peut être inclus en tout ou partie dans la capacité pro- pre apparaissant dans le circuit de sortie de la lampe amplifi- catrice 33. L'enroulement de transformateur 43, comporte un enroulement d'un transformateur muni d'un circuit résonant 45, couplé inductivement à l'enroulement 43, et renfermant un en- roulement de transformateur 46 qui est couplé par un organe d'accord par variation de perméabilité 47 à un enroulement de transformateur 48. Ce dernier a une prise médiane 49 reliée à un circuit résonant 50, de façon à former un circuit discrimina- teur de fréquence à trois bornes.
Le circuit résonant 50 comprend un enroulement 51 accordé par variation de perméabilité couplé
<Desc/Clms Page number 12>
inductivement à l'enroulement de transformateur 46. L'organe d'accord par variation de perméabilité 47 peut se déplacer de façon à accorder le circuit résonant 45 pax variation de l'inductance de l'enroulement de transformateur 46, tout en évitant toute variation fâcheuse du couplage entre les enrou- lements 46 et 48, ou de l'équilibre désiré de l'enroulement 48.
Le transformateur de signaux oscillants renfermant les élé- ments 43 à 51, inclus, est couplé au dispositif redresseur 16 de façon à obtenir un discriminateur de fréquence 15".
Le fonctionnement de la forme de réalisation de l'in- vention suivant la figure 2 est à peu près semblable à celui décrit à propos de la figure 1, le limiteur 20" fonctionnant de façon à établir un niveau de limitation, aux bornes du cir- cuit résonant 43-44 variant avec l'amplitude moyenne du signal oscillant transmis par la lampe amplificatrice 33, mais ef- fectuant une limitation d'amplitude pour des variations d'am- plitude plus rapides du signal oscillant transmis. En limi- tant ainsi l'amplitude du signal oscillant transmis, une tension de signal oscillant relativement constante.est déve- loppée aux bornes du circuit résonant 43-44, et une tension constante de signal oscillant est ainsi induite dans le circuit résonant 45.
Les circuits résonants 43,44,45 et 50 sont ac- cordés de façon à résoner sur la fréquence médiane du signal moyenne fréquence modulé en fréquence de façon à appliquer aux circuits redresseurs individuels de l'élément 16 des si- gnaux oscillants variant en amplitude en sens inverse des dé- viations de fréquence des signaux oscillants par rapport à leur fréquence moyenne. Les circuits redresseurs de l'élément 16 redressent ces derniers signaux oscillants de façon à obte- nir, dans un circuit de sortie du discriminateur de fréquence 15", les composantes de la modulation du signal moyenne fré- quence.
Il est évident, de la description précédente de l'in- vention, qu'un limiteur conforme à l'invention a l'avantage
<Desc/Clms Page number 13>
de fournir automatiquement un niveau de limitation variant avec l'amplitude moyenne du signal oscillant qui lui est ap- pliqué, fournissant ainsi une limitation appropriée des in- tensités des signaux oscillants faibles sans réduire, en même temps, exagérément le gain global du récepteur pour les si- gnaux forts. Le limiteur objet de la présente invention offre les avantages additionnels d'une grande simplicité et d'un faible prix. Il y a l'avantage additionnel que le limiteur ob- jet de l'invention fournit une bonne limitation pour toute valeur moyenne de l'amplitude d'un signal oscillant appliqué à l'intérieur de limites étendues des valeurs de la dite am- plitude.
Grâce au niveau changeant de limitation de l'ampli- tude du présent limiteur, l'accord d'un récepteur de signaux d'ondes sur un signal d'ondes désiré est grandement facilité du fait que le niveau de,sortie acoustique du récepteur est maximum dans la position d'accord correct, et décrott de cha- que côté de celle-ci.