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SYSTEME DE REGULATION AUTOMATIQUE ET DE CONTROLE DE LA FREQUENCE=
L'invention concerne des moyens permettant de régler automatique. ment la fréquence d'émettars modulés en fréquence et des dispositifs de contrôle de la fréquence d'un système.
Elle permet de stabiliser la fréquence d'un oscillateur par compa- raison avec une fréquence de référence, suivant un procédé ne faisant pas appel à des circuits accordés. Les variations parasites d'inductan- ce et de èapacité n'ont, par conséquent, aucune influence sur la stabi- lité de la fréquence centrale. - @
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L'invention sera bien comprise si l'on se reporte à la description qui suit et aux dessins qui l'accompagnent à titre d'exemples non limi- tatifs et dans lesquels: @ La figure 1 représente un schéma d'émetteur conforme à l'inven- tion ; - Les figures 2 et 3 illustrent son fonctionnement; - La figure 1+ représente la caractéristique d'un élément de l'é- metteur;
- Les figures 5 à 9, et 11, sont des modifications de 1?invention, et - La figure 10 illustre le fonctionnement des circuits des figu. res 8 et 9.
L'invention permet de stabiliser la fréquence d'un oscillateur ou d'indiquer la dérive de fréquence du système par comparaison de la fré- quence de l'oscillateur avec la fréquence d'une source de référence, un oscillateur à cristal par exemple, suivant un procédé dont la précision ne dépend pas de circuits accordés,
Un tel circuit stabilisateur est représenté sur la figure 1, dans laquelle les tensions RF provenant respectivement de l'oscillateur 10 et de l'oscillateur à cristal 11, utilisé comme générateur de fréquence étalonné, sont appliquées périodiquement et alternativement à un cir- cuit 12, tel qu'un discriminateur fournissant un courant continu dont l'amplitude est fonction de la fréquence de l'oscillateur qui l'alimen- te.
Ce contrôle est effectué au moyen d'une paire de tubes 13 et 14, la tension de commutation est obtenue à partir d'un multivibrateur 15.
Le circuit 12 est, de préférence, linéaire, c'est-à-dire que la tension de sortie est une fonction linéaire de la fréquence, dans la gamme pour laquelle on effectue le contrôle. La caractéristique d'un tel circuit est représentée par la figure 4 dans laquelle la fréquence du signal d'entrée est portée en abscisses et la tension de sortie en or- données.
Si la fréquence de l'oscillateur 10 est égale à la fréquence de référence, la tension à la sortie du détecteur 16 du filtre 12 est
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constante. Si la fréquence de l'oscillateur s'écarte de la fréquence de référence il en résulte une,variation de la tension de sortie du dé- tecteur; la fréquence de cette'variation périodique est égale à celle du multivibrateur et son amplitude crête à crête est proportionnelle à la dérive de fréquence.-
Ce signal est rectangulaire. Il est combiné dans un circuit de détection 18 avec une tension en phase avec(la tension de commande des tubes 13 et 14 et proportionnelle à celle-ci, obtenue au moyen d'un en- roulement supplémentaire 80 du transformateur 17.
Cette opération a pour but de fournir une tension continue dont lamplitude soit propor- tionnelle a la dérive de fréquence et qui peut être utilisée dans un circuit, tel qu'un modulateur de fréquence 19, disposé en parallèle sur l'oscillateur 10. Cette tension de correction tend à empêcher toute va- riation de fréquence de l'oscillateur, par rapport à la fréquence de ré- férence et, éventuellement, à ramener la fréquence de l'oscillateur à la valeur désirée.-
S'il s'agit d'effectuer le réglage automatique de l'émeiteur modu- -le en fréquence, à distance ou, si l'on n'a pas besoin de régler pré- sentement la fréquence, la tension continue peut être utilisée pour ac- tionner un dispositif indicateur au lieu d'être appliquée directement au modulateur de fréquence de l'émetteur.
D'une façon plus précise, on aperçoit sur la figure 1, un émetteur modulé en fréquence utilisant un modulateur à réactance 19, disposé en parallèle sur un maitre oscillateur 10, qu'il module en fréquence à la fréquence du signal audio provenant d'une source représentée en 20. Le modulateur comprend un tube 21, du type à grille écran ayant une anode 22, une grille écran 23, une grille de commande 24 et une cathode 25, et un circuit déphaseur constitué par un condensateur 26, entre la gril- le de commande et l'anode du tube, et une résistance 27 entre cette gril. le et la cathode,par l'intermédiaire d'un condensateur 28, dont la capa- citance est faible pour les fréquences radio.
La tension aux bornes du condensateur est déphasée de 90 par rap- port au courant, la composante HF du courant anodique est en phase avec
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la tension HF de la grille de commande et, par conséquent, déphasée de 90 en arrière, par rapport au courant qui traverse le condensateur 26, et 90 en arrière de la tension anodique. Le tube secomporte donc comme une réactance variable en parallèle sur le circuit oscillant 10' de l'oscillateur 10.
Il en résulte que la fréquence de celui-ci varie avec le courant anodique qui traverse le modulateur et puisque ce der nier dépend lui-même de la tension appliquée à la grille de commande 24, la fréquence de l'oscillateur varie avec l'amplitude du signal B.F. de modulât ion
L'énergie HF produite par l'oscillateur est rayonnée par une anten- ne, suivant tout procédé connu Cette dernière partie n'étant pas spé- cifiquement du domaine de l'invention, les organes terminaux de l'émet- teur n'ont pas été représentés en détail sur le dessin.
Comme on l'a déjà dit, la fréquence de l'oscillateur est comparée à la fréquence d'une source 11, considérée comme générateur de frêquen- ce de référence. Pour cela, une fraction de la tension HF issue de l'oscillateur 10 est appliquée à la grille de commande 30 du tube 13, la tension à fréquence de référence 11 est appliquée à la grille de cor- mande 31 du tube 14. Les tubes commutateurs 13 et 14 comportent, de pré- férence, une grille écran: 32 et 33 respectivement. Ils comportent aus- si des cathodes 34, 35 et des anodes 36 et 37.-
Les grilles écrans sont reliées aux extrémités opposées de l'en- roulement secondaire 40 à prise médiane, du transformateur 17. La prise médiane est, de préférence, mise à la masse, bien qu'elle puisse être reliée à une source de tension positive.
Les anodes 36 et 37 sont re- liées aux extrémités opposées de l'enroulement primaire du transforma- teur 41. Les cathodes des tubes de commutation sont reliées à la masse à travers les résistances 42 et 43, respectivement découplées par les condensateurs 44 et 45.
La commande des tubes 13 et 14, alternativement, est obtenue au moyen d'un multivibrateur 15, comprenant les tubes 50 et 51, dont les anodes 52 et 53, respectivement, sont reliées . la borne haute tension, par l'intermédiaire des résistances 54 et 55. Les grilles de commande
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56 et 57 sont reliées par des condensateurs 58 et 59, respectivement, aux anodes 53 et 52, les résistances de fuite de grille 60 et 61 étant reliées aux grilles de commandé 56 et 57, respectivement et à la masse.
Le multivibrateur 15 est classique. On sait que les deux tubes sont alternativement bloqués et débloqués. Il en résulte des variations de tension de chaque anode qui fournissent un signal rectangulaire dont la largeur dépend des valeurs du condensateur de liaison de la grille du tube considéré, avec la plaque de l'autre tube, et de la valeur de la résistance de fuite de gille de ce tube, entre-autres.-
Les constantes de temps du multivibrateur sont choisies de telle façon que la fréquence des impulsions soit supérieure ou inférieure à la fréquence de modulation; on évite ainsi une interférence des opéra- tions de modulation et de stabilisation. Ceci est important, puisque sans cela la modulation peut même être supprimée par suite du fonction- nement du stabilisateur.
Cette fréquence de répétition sera inférieure à la fréquence B.F. puisque,en pratique, on n'a guère à corriger que des dérives assez faibles. Le multivibrateur fournit, de préférence, des signaux carrés.
Le multivibrateur fournit des courants alternativement positifs et négatifs à l'enroulement primaire 62 du transformateur 17, par l'inter- médiaire d'un condensateur de couplage 63 ; ces courants sont rectangu- laires. La tension aux bornes de l'enroulement secondaire 40 est appli- quée aux grilles écrans.
Les tubes 13 et 14 sont habituellement bloqués par suite de polari- sations-grilles négatives. Cependant, lorsque la tension de grille-écran est suffisante, par suite de l'action du multivibrateur, la conductibi- lité des tubes est contr8lée par les polarisations des gril les de com- mande.-
La tension anodique des tubes est obtenue en reliant la prise mé- diane de l'enroulement primaire du transformateur 41 à une source de tension positive 41 a. Lorsque la tension d'écran sur un des tubes aug- mente suffisamment pour débloquer le tube, le courant circule dans l'une des moitiés supérieure ou inférieure de l'enroulement primaire du trans-
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-formateur suivant le tube débloqué.
Il en résulte un courant dans l'en- roulement Secondaire du transformateur 41, dispose dans le circuit de grille de commande cathode d'un tube limiteur 66, convenablement pola- risé pour atteindre la saturation et. limiter ainsi la tension anodique-
Afin de traduire les variations de fréquence de l'oscillateur 10 en variations de tension, on utilise un discriminateur 12, comprenant un transformateur 67 dont le primaire et le secondaire sont accordes en moyen d'un condensateur 67a. Le primaire est relié au circuit anode- cathode du limiteur 65; l'extrémité supérieure de l'enroulement primai- re est aussi reliée au point milieu de l'enroulement secondaire au mo- yen d'un condensateur 6'8.
Les extrémités opposées de cet enroulement sont reliées aux anodes 69 et 70, des diodes 71 et 72, constituant le circuit détecteur 16 du discriminateur- .Les cathodes des diodes sont décuplées,au''point de vue alternatif, par un condensateur 73; elles sont reliées parune résistance convenable 71. Une des cathodes est mise à la masse, l'autre est reliée par l'in- termédiaire d'un condensateur 75 à une extrémité de l'enroulement pri.- maire 76 du transformateur 77, dont l'autre extrémité 76 est mise à la masse.
La tension aux bornes du secondaire du transformateur 67 est dé- phasée dé 90 , par rapport à la tension aux bornes de l'enroulement primaire; la tension primaire est en série avec la moitié de la tension secondaire à travers la diode 71 et en série avec l'autre moitié de l'enroulement à travers l'autre diode 72. En raison de la quadrature entre les tensions primaire et secondaire, la tension sur une moitié du secondaire est déphasée de 90 en avant par rapport à la tension primaire, celle sur l'autre moitié est déphasée de 90 en arrière, par rapport à la tension primaire.
La différence de potentiel entre les cathodes est égale 1 la dif- férence entre les tensions sur chaque diode. Ces tensions sont égales lorsque la fréquence des oscillations appliquées est égale à celle des circuits accordés, elles sont inégales dans le cas contraire, le sens de l'inégalité dépendant du sens de la variation de fréquence. En addi-
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-tionnant ces deux tensions de sens opposé, la tension résultante a une polarité qui dépend du sens de la variation. A la résonance, les ten- sions sont égales et opposées,.de sorte que la différence est nulle si le discriminateur est accordé pour opérer normalement avec une tension nulle ; elle est constante si le point de fonctionnement est situé ail- leurs sur la caractéristique du discriminateur (voir figure 4).
Le con- densateur 73 sert également à filtrer les tensions BF de modulation ap- paraissant à la sortie.
Ainsi, lorsque la fréquence de l'émetteur s'écarte de la fréquence centrale, on obtient une tension parce que la phase de la tension se- condaire n'est plus de 90 par rapport à la tension primaire, mais va- rie dans un sens qui dépend du sens de la dérive de fréquence de l'os- cillateur par rapport à la fréquence de 'référence.
La figure 4 montre que si la fréquence de l'émetteur diminue de # f, il en résulte une tension de sortie à E à la sortie du discri- minateur. Ainsi la tension à la sortie du discriminateur traduit la va- riation de fréquence en grandeur et en signe. Le rôle du limiteur 66 est d'assurer une tension de sortie fonction de la fréquence uniquement et indépendante de l'amplitude des oscillations appliquées.
Si le discriminatcur est stable, auquel cas la caractéristique est toujours représentée par la ligne en trait plein sur la figure 4, on pourrait sans inconvénient n'utiliser que le discriminateur dans le cir- cuit correcteur ou indicateur. Cependant, en raison des variations de température, etc.., les constantes du circuit discriminateur peuvent varier et la caractéristique se déplacer en a ou b (en pointillé), fi- gure 4. Alors, le discriminateur fournira une tension continue, même si l'émetteur est accordé sur la fréquence correcte.-
Lorsqu'on utilise le circuit ci-dessus, en comparant alternative- ment les fréquences de l'émetteur et de référence standard, la tension de sortie peut être constante, pour un accord correct de l'oscillateur, il n'y aura, malgré tout, pas de tension induite dans le secondaire 78 du transformateur 77.
C'est ce que l'on a représenté sur la figure 2, dans laquelle le
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temps est porté en abscisses etla tension en ordonnées; a représente les impulsions à. la sortie du discriminateur lorsqu'on applique à celui- ci l'onde provenant de la source à fréquence de référence; sur la même figure: représente les impulsions correspondant au maître-oscilla- teur. Tant que l'amplitude des deux impulsions est la même, la tension résultante est constante comme cela est indiqué en c.
Si la fréquence de l'émetteur dérive, il apparait des impulsions rectangulaires de courant dans le primaire 76 du transformateur 77, dont l'effet est analogue à celui d'un courant alternatif dont les de- mi-cycles seraient carrés ou rectangulaires. Ceci est représenta sur la figure 3, dans laquelle le temps est porté en abscisses et la tension en ordonnées.
La tension à la sortie du discriminateur, lorsqu'il est commandé par les oscillations à fréquence de référence , a même saleur qu'aupara- vant: a figure 3.-
Si la fréquence centrale de l'oscillateur s'est élevée, la tendon obtenue sur la diode 71 sera plus faible que la tension sur la diode 72 et, par conséquent, l'amplitude de la tension représentée en ± sur la figure 3, sera plus faible que l'amplitude du signal représenté en b sur la figure 2. c représente la tension résultante; on peut la consi- dérer comme égale à la somme d'un courant alternatif et d'un courant continu, représenté par la ligna en pointillé.
On remarquera que les figues 2 et 3 représentent les tenstons de sortie du discriminateur lorsque celui-ci fonctionne dans une bande de fréquence pour laquelle la tension de sortie reste positive pour tou- tes les fréquences inférieures à la fréquence centrale. Si le discrimi- nateur est réglé pour qu'à la résonance la tension de sortie soit nulle la tension de sortie, lorsqu'on applique les oscillations à la fréquen- ce de référence, est nulle.
Si la fréquence d'accord du discriminateur était située dans la partie supérieure de la bande de fréquences de l'émetteur, les deux tensions a et b, pourraient être négatives. Dans les deux cas, cepen- dant, la tension de sortie du discriminateur est constante si la fréquen
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-ce de l'oscillateur est égale à la fréquence de référence, Toute dé- rive se traduit par une tension'de sortie rectangulaire.
Cette tension ne permet pourtant pas de savoir quel est le sens de la dérive de l'oscillateur-
Cette détermination est effectuée dans un circuit sélecteur 18, disposé aux bornes del'enroulement 80 du transformateur 17 et qui per- met de savoir si les impulsions positives de la tension appliquée au transformateur 77 correspondent à l'oscillateur ou à la source de fré- quence de référence Standard. L'enroulement secondaire 78 est relié à un tube double-diode 81: anodes 82 et 83,cathodes 84 et 85.- Les résis- tances 86 et 87 reliant les cathodes sont découplées par des condensa- teurs 88 et 89.-
Une des extrémités de l'enroulement secondaire 78 est reliée au point commun aux condensateurs et aux résistances; l'autre extrémité est reliée au point milieu de l'enroulement 80 du transformateur 17.
Cet enroulement est relié aux anodes 82 et 83.
Le circuit de sélection est un circuit du type pont, dans lequel les résistances et les condensateurs forment deux bras, les deux moi- tiés inférjeure et supérieure de l'enroulement 80 constituant les deux autres bras. L'enroulement secondaire 78 est relié aux deux extrémités d'une diagonale du pont, une des cathodes est mise à la masse, l'autre est liée à la grille de commande 24 du modulateur 19, à travers un filtre convenable 93.
On va supposer que le discriminateur soit accordé sur une fréquence supérieure à la fréquence de l'oscillateur standard, comme cela est le cas dans lesfigures 2 et 3; on va supposer que la fréquence moyenne de l'oscillateur devienne inférieure à la fréquence requise. Il en résulte une tension alternée à la sortie du discriminateur (voir figure 3). Cett te tension est appliquée à l'enroulement 76 et puisqu'une augmentation c de la tension à la sortie du discriminateur correspond à une diminution de la fréquence (voir figure 4), les demi-cycles positifs correspondent donc aux périodes où le tube 13 est conducteur-
Les enroulements 76 et 78 sont disposés de telle façon que le cou-
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-plage est négatif.
Lorsque la tension sur l'extrémité supérieure de l'enroulement primaire 76 tend à augmenter, la tension tend à diminuer sur l'extrémité supérieure de l'enroulement secondaire et à augmenter sur l'extrémité inférieure. Pour que le tube 13 soit conducteur, la tension appliquée à sa grille 32 doit être suffisamment positive; pour satisfaire cette condition, l'extrémité inférieure de l'enroulement se- condaire 40 du transformateur 17 doit être à un potentiel positif.
Les enroulements 62, 40 et 80 sont couplas pour que, dans les con- ditions ci-dessus, l'extrémité inférieure de l'enroulement 80 soit aus- si à un potentiel positif à cet instant. Dans ces conditions, la ten- sion aux bornes de l'enroulement 78 est dans le même sens que la ten- sion sur la moitié inférieure de l'enroulement 80 et, par conséquent, l'anode 83 est à un potentiel positif..
En même temps, la tension sur l'enroulement secondaire 78 est en opposition avec la tension dans la moitié supérieure de l'enroulement 80 et, par conséquent, la tension sur l'annde 82 est inférieure à cel- le sur l'anode 83.-
Par conséquent, la moitié droite du tube débite davantage de cou- rant, la moitié droite de la résistance 87 est à un potentiel plus po- sitif et, par conséquent, un potentiel négatif est appliqué au circuit de filtrage'93. L'impulsion filtrée est appliquée à la grille de com- mande 24 du modulateur 19. Pendant l'intervalle de temps suivant, pen- dant lequel la fréquence de la source de référence est contrôlée, le tube 14 est conducteur, comme on l'a déjà expliqué.
En conséquence, la tension aux bornes de la moitié supérieure de l'enroulement 80 du trans- formateur 17 est positive, celle aux bornes de la moitié inférieure est négative, Puisque, dans ces conditions, la tension, lorsque le tube 13 est conducteur, est plus grande que celle produite lorsque c'est le tu- be 14 qui conduit, l'extrémité supérieure de l'enroulement primaire sc- ra maintenant négative par rapport à la masse et, par conséquent,
l'ex- trêmité inférieure de l'enroulement 78 sera à un potentiel négatif.-*
Mais la tension anodique 82 est égale à la somie de la tension né- gative dans l'enroulement 78 et de la tension positive dans la moitié
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supérieure de l'enroulement 80.- En dimensionnant convenablement les en- roulements 80 et 77, la tension'sur l'enroulement 78 peut être supé- rieure à la tension aux bornes de la moitié de l'enroulement 80, auquel cas, la tension anodique 82 est négative, La tension sur l'anode 83 est égale à la tension négative aux bornes de l'enroulement 78, en série a- vec la tension négative sur la moitié inférieure de l'enroulement 80 et, par conséquent, l'anode 83 est aussi négative, de sorte qu'aucune des deux diodes du redresseur 81 ne laisse passer le courant;
par. consé- quant, seules les impulsions négatives de correction sont appliquées au modulateur 19.
Dans le cas où la fréquence de l'émetteur tend à augmenter, la ten- sion à la sortie du discriminateur, lorsqu'on lui applique le signal provenant de l'oscillateur, est inférieure à celle qui résulte de l'ap- plication du signal provenant de l'oscillateur à cristal. Dans ces con- ditions, lorsqu'on contrôle la tension de l'oscillateur, l'extrémité in- férieure de l'enroulement 78 est à un potentiel négatif; de même, l'ex- trêmité inférieure de l'enroulement 80 doit être positive, afin que le tube 13 soit conducteur-
Dans ces conditions, la tension anodique 82 est égale à la somme des tensions négatives aux bornes de l'enroulement 78 et aux bornes de la moitié supérieure de l'enroulement 80;
la tension anodique 83 est égale à la somme de la tension négative aux bornes de l'enroulement 78 et de la tension positive aux bornes de la moitié inférieure de l'enroulement 80 .
Tant que la tension aux bornes de l'enroulement 78 est plus grande que celle aux bornes de la moitié inférieure de l'enroulement 80, la tension de l'anode 83 et l'effet de redressement n'a pas, uo presque pas, lieu. Un instant après, lorsqu'on contrôle la fréquence de la source de référence, le tube 14 est conducteur, de sorte que l'extrémité supérieu- re de l'enroulement 80 du transformateur 17 et l'extrémité inférieure de l'enroulement 78 sont à un potentiel positif. Dans ce cas, la tension 17 sur l'anode 82 est positive et la tension sur l'anode 83 est infé- rieure, de sorte que la partie gauche du redresseur 81 conduit davanta-
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-gc le courant; il en résulte une impulsion positive qui est filtrée et appliquée ^ la grille de contrôle 24 du modulateur 19.
Ainsi, le tube 18 redresse la tension de sortie du discriminateur.
Si les impulsions positives de cette tension correspondent au cas où la fréquence de l'oscillateur est trop basse, des impulsions positives seront envoyées au modulateur afin d'élever la polarisation de la gril- le de commande. Si les impulsions positives correspondent au cas où la fréquence de l'oscillateur est relativementélevée, la tension de corrpc- tion est de sens contraire.-
Ainsi la tension de modulaticn appliquée '0 le grille 24 comporte
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une tension de modulation BIP audio correspondant aux. signaux 8 trétL;;
- mettre,et parfois une tension de correction contjnue, dont l'amplitude et la direction dépendent de la dérive de fréquence de l'oscillateur-
L'invention peut également être appliquée aux émetteurs modulés
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en fréquence,dans lesquels on contrôle la fréquence sur indicAteur 90, par exemple, disposé à, la sortie du filtre.
La figure 5' représente un autre schéma de contrôleur, utilisble
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à l'émission. Les composantes sont représentées sc?14mnt,lqu?llentj le si- gnal provenant de l'oscillateur 100 qui ost à fréquence porteuse et le
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signal provenant d'une source de référence 101, un 05en J At8;Jr cris- tal, par exempleg sont appliques alternativement à un circu3t l3miteur lOla un discriminateur 102 et un circuit de sélection 1 3. La tension de sortie redressée est appliquée a un dispositif mesureur 10s de pré- férence un appareil du type diffcrent3elR comportant deux enroulements 105 et 106.
Un organe de commutatinn convenable permnt 1'appliqu8Y' it- tension redressée à. l'enroulement 105 lorsque c'est le signai à fré- quence porteuse qui est applique au discriminateur, et à l'autre enrou-
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lement 106.lorsque c'est le signal provenant de la source 8 fir6q<:e;<cc de référence qui est appliqué au discriminateur.
Cette opération peut être accomplieen utilisant un commutateur à bras mobiles et conducteurs, 107 et 108 et deux groupes de contacts
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109-1lo et 111-112, respectivement. Ces bras peuvent "tre assemblés mécaniquement, de sorte que les contacts soient établis et coupés en
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même temps. Le commutateur est manipulé à une cadence convenable, de l'ordre de 1 à 10 fois par seconde, et le dispositif peut être du type relais-
La résultante des forces créées par les courant.s circulant dans les enroulements 105 et 106, détermine la position de l'organe d'indica.. tion 113 du contrôleur 104.
Si la fréquence porteuse de l'émetteur et la fréquence de référence sont les mêmes, la tension redressée est con- tinue et les forces électrodynamiques égales et opposées, et l'aiguille 113 se fixe au centre de l'échelle. Elle se déplacera d'autant plus à droite ou à gauche que la différence des deux tensions redressées se- ra plus grande.
On a représenté schématiquement figure 6, un moniteur utilisàble dans un récepteur que l'on a choisi du type superhétérodyne. Le signal à fréquence porteuse provenant de l'émetteur 100 est mélangé au signal fourni par un oscillateur local 99, dans un mélangeur 101 ; signal à fréquence Intermédiaire est amplifié en 102 et comparé avec le signal provenant d'une source à fréquence de référence 101 et de l'amplifica- teur 103, dans un discriminateur 105, précédé d'un limiteur 104. La tension redressée à la sortie du circuit de sélection est appliquée à un appareil indicateur 106 de la même manière décrite figure 5...
Le diagramme de la figure 7 est semblable à celui de la figure '6, les organes correspondants portent le même numéro. Il utilise un or.. gane visuel de contrôle, par exemple un tube cathodique 130. La tension sortant de l'ensemble 105 discriminateur et circuit de sélection, est appliquée entre les plaques de déflect.ion horizontale du tube.
Entre les plaques de déflection verticale on appljque une tension en dents de scie provenant d'une source 132.-
Afin de distinguer entre la fréquence de référence et les indica- tions de l'émetteur, on peut moduler la grille du tube au moyen d'un générateur de fréquence 133, un relais 134, servant de contrôle, de fa- çon que lorsqu'on applique sur le tube le signal correspondant à la fréquence intermédiaire, il n'y ait pas de modulé,'on obtient alors une ligne en trait plein représentée en 136, sur l'écran du tube;
tan- dis que lorsqu'on applique au tube le signal correspondant au signal
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d'entrée à fréquence de référence, le commutateur 134 (qui peut être synchronisé avec le 'commutateur 135 ou relie directement celui-ci) soit ferme. Dans ce cas, il y a modulation et on aperçoit une ljgne pointillée 137. La position respective et la distance entre ces lignes indique la polarité et la grandeur de la déviation de fréquence.
On peut aussi utiliser un oscillographe du typa mécanique et sup- primer'une partie de la lumière, lorsqu'on mesure la fréquence d'une source, telle que celle d'un oscillateur ou d'une portion d'émetteur..
Avec un tel arrangement, l'oscillographe peut produire un rayon lumi- neux long et un rayon lumineux court, et la distance entre les deux est proportionnelle à la déviation.
Le dispositif de contrôle représente sur la figure 8 est semblât-? à celui de la figure 6, mais utilise un multivibrateur asymétrique 140, pour déclencher les tubes de commutation 141 et 142, correspondant aux tubes 13 et 14 de la figure 1. Un oscillateur à cristal 143 est utilisé comme source de fréquence de référence d'une part, et dans l'oscilla- teur local,d'un récepteur superhétérodyne, d'autre part.
Lorsque l'oscillateur à cristal est utilisé dans l'oscillateur local, la fré- quence peut être multipliée dans un multiplicateur de fréquence 144; les signaux à fréquence porteuse provenant de la source 148 et à fréquer- ce locale,. sont mélangés en 145.- Le tube de contrôle 142 sert pour ap- pliquer le signal à fréquence intermédiaire au limiteur lt5a et, de là, au discriminateur de fréquence 146, des instants déterminés par le multivibrateur 140. Le signal sortant du discriminateur est amplifié en 156, appliqué à un filtre passe bas facultatif et à un disposait détec- teur 157 qui fournit une tension adéquate pour actionner l'appareil in- dicateur 147.
La figure 9 représente un détecteur utilisable dans le circuit de la figure 8. Le tension provenant du discriminateur 146, amplifiée en 156, est appliquée au moyen d'un condensateur 189, à un ensemble de deux diodes 190 et 191, montées en opposition, et comportant les anodes 192 et 193 et les cathodes 194 et 195.
L'anode 192 est reliée à la cathode 195 et la cathode 194 à l'ano= -
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-de 193, au moyen de résistances en série 197 et 198.- Une des extrêmi- tés du discriminateur est reliée à l'anode 192, et à la cathode 195 par l'intermédiaire do l'amplificateur 155 et lefiltre si on le désire; l'autre extrémité est reliée au point commun aux résistances 197 et 198, par l'intermédiaire de la résistance 196.-
Un condensateur 199 shunte les résistances 196 et 198, et un con- densateur semblable 200 shunte les résistances 196 et 197, afin de maintenir sensiblement constante la tension sur le contrôleur.
On dis- pose d'un appareil indicateur 147, disposé en shunt sur la résistance 196, cet appareil 147 indique évidemment la résultante de tension re- dressée apparaissant aux bornes du condensateurs-
Pour réaliser un contrôle précis, il est nécessaire de vérifier la largeur des impulsions du multivibrateur. Ceci apparaîtra mieux en regardant la figure 10 dans laquelle les lignes en trait plein représen. tent la tension provenant du discriminateur, en fonction du temps. Sur la figure 10a, les impulsions relativement intenses, étroites, positi ves, correspondent à la source de référence ; les impulsions négatives de faible intensité et larges correspondent à l'émetteur..
En b on a représenté la condition in verse. Ces impulsions a ou b sont appliquées au détecteur. Les lignes pointillées sur les figures 10a et lOb représentent les tensions araissant aux bornes des cônden- sateurs 199 et 200. Si le rapport des impulsions respectives est grand, comme c'est le cas sur la figure 10, la tension moyenne aux bornes d'un des condensateurs due à une des sources d'impulsions est beaucoup plus grande que celle qui résulte du contrôle de l'autre source aux bornes de l'autre condensateur,et la lecture de l'appareil indicateur corrospond sensiblement à la hauteur de l'impulsion positive.
Si l'on suppose que la largeur des impulsions dues à l'émetteur est la même que celle des impulsions dues à la source de référence, la dif- férence entre les valeurs moyennes sera nulle. Si les impulsions cor- respondant à l'émetteur sont trop longues par rapport aux impulsions à la source de référence, les tensions provenant de l'émetteur et de la source à cristal sont plus voisines et la différence estkelativement
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faible,de sorte que la déviation sur 1¯'appareil indicateur sera compa- rativement plus faible pour une même dérive de fréquence que si les im- pulsions correspondant à l'émetteur étaient beaucoup plus courtes que celles correspondant à la source de fréquence de référence.
D'un autre côté, si l'impulsion correspondant l'émetteur est trop courte, les condensateurs du détecteur ne sont pas complètement chargés;il en résulte que pour la variation maximum de l'appareil in- dicateur, et par conquent la plus grande sensibilité de lecture, la largeur des impulsions correspondant à l'émetteur doit être aussi fai- ble que possible, compatible avec la charge complète des condensateurs-
Une largeur des impulsions correspondant à la fréquence de réfé- rence égale approximativement à 5 à 15% de celles correspondant à la fréquence à transmettre, convient.
Avec cette méthode, une déviation nulle se traduit toujours par une indication nulle sur l'instrument-
Si lon se reporte à la figure 8, on peut désirer vérifier l'éta- lonnage de l'instrument 147. A cet effet, on dispose d'un amplificateur à gain variable 156 et d'un ensemble de contacteurs à trois positions.
Ils peuvent être portés par le même axe. L'interrupteur 150 relie le dispositif de contrle 142 à la masse lorsqu'il est en position 1 et 2; il applique le signal sortant du mélangeur au dispositif 142 lorsqu'il est en position 3.
L'interrupteur 151 est ouvert dans les positions 1 et 3 et relic le multivibrateur au relais 152 lorsqu'il est en position 2. L'interrup- teur 153 est ouvert dans les positLcns 1 et 2 et relie le dispositif de contrôle 141 au multivibrateur 140 lorsqu'il est en position 3.- L'interrupteur 154 relie le tube 142 au contact 1 de 1'interrupteur 155 en position 1, il est ouvert en position 2 et il relie le dispositif 142 au limiteur lorsqu'il est en position 3. L'interrupteur 155 relie l'amplificateur 156 par l'intermédiaire do l'interrupteur 154 au dispo- sitif 142 lorsqu'il est en position 1, et relie le discriminateur à l'amplificateur lorsqu'il est en positicn 2,ou 3.
Lorsque tous les in- terrupteurs sont on position 1, l'appareil contrôle la largeur des im- pulsions du multivibrateur; aucun des signaux correspondant à l'émetteur
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ou à la source de référence n'est appliqué à l'indicateur. Le multivi- brateur est relié par le dispositif 142 à l'amplificateur et au détec- teur,et la lecture sur l'indicateur 147 correspond à la'largeur de l'im- pulsion-
Lorsque tous les interrupteurs sont en position 2, le dispositif 142 est encore à la masse, de sorte que le signal à fréquence porteuse provenant de l'émetteur, n'est pas appliqué au discriminateur;
le re- lais 152 est relié au multivibrateur et le signal provenant de la sour- ce de référence est appliqué au discriminateur- Afin d'étalonner l'ins- trument 147 et de régler l'amplificateur pour obtenir un gain désiré, on dispose du relais 152 qui est utilisé pour faire varier la fréquence d'oscillateur 143, en introduisant un condensateur 157 dans le cir- cuit da'oscillateur ou en changeant, par conséquent, la fréquence de ' fonctionnement du circuit d'une quantité connue, dépendant de la fré- quence du multivibrateur. La valeur du déréglage est connue, il suffira d'ajuster le gain de l'amplificateur jusqu'à ce que l'indication lue sur l'instrument corresponde à la valeur du déréglage.
Lorsque les interrupteurs sont en position 3, l'appareil est utili- sé pour contrôler la fréquence de l'émetteur. Dans cette position, le mélangeur est relié au dispositif 142, le multivibrateur est relié aux deux dispositifs de contrôle, lesquels sont reliés au discriminateur par l'intermédiaire du limiteur 145a; le signal sortant du discrimina- teur est amplifié, appliqué à un filtre passe-bas et un circuit de sé- lection et, de là, à l'appareil de mesure 147.
La figure 11 représente une autre réalisation de l'invention com- portant un appareil de lecture,qui fournit une indication lorsque la fréquence porteuse s'écarte de la fréquence centrale. Le circuit de sé- lection est quelque peu différent des circuits déjà étudiés. Les tubes de contrôle 160 et 161, comportent respectivement les anodes 162 et 163, les cathodes 164 et 165 et les grilles de commande 166 et 167, polari- sées convenablement au moyen d'une batterie 168 dont la tension positi- ve est appliquée alternativement à chaque grille par un relais 169. Ce relais vibre à une fréquence convenable, par exemple 1 à 10 cycles par seconde.
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Les signaux à comparer sont appliquas à un second groupe de gril- les 171 et 172.Le signal provenant d3 la sourceà fréquence porteuse 170 est applique à la grille 171; le signal provenant de la source de référence 173 est applique à la grille 172. Ni les impulsions positi- ves de la batterie 168, ni les signaux positifs appliquas aux grilles 171 ou 172, suffisent à amener la conduction, il faut que les poten- tiels sur les grilles soient simultanément positifs-
Le relais de la figure 11 étant dans la position représentée, le potentiel positif de la batterie est appliqué à la grille de commande 166 et le tube 160 est conducteur.
La tension de sortie est appliquée à un limiteur 145, puis à un discrimina leur 146.- Pendant ce tenps, au- cune polarisation positive n'est "appliquée à la grille de commande 167 et, par conséquent-, le tube 161 n'est pas conducteur-
Lorsque le relais 169 est vers le droite, le tube e 161 est conduc, teur et le tube 160 bloque; la tension de sortie est de même appliqua. au discriminateur-
Le signal sortant du discriminateur est appliqua aux diodes 174 et 175 comportant les cathodes 176 et 177, et les anodes 178 et 179 respectivement.
Lorsque le relais est vers la gauche, une polarisation positive est appliquée à la cathode 176, qui bloque la dinde 174;en même temps, la cathode 177 est reliée à la masse par l'enroulement de droite de l'instrument 180 et les résistances 181 et 182. Par consé- quent,pour les alternances positives de la tension de sortie du dis- criminateur,le courant passera dans la diode 175; la tens ion apparais- sant dans l'enroulement de droite de l'instrument 180 etla résistance 181, estutilisée pour charger un condensateur 183.-
Lorsque le relais 169 est vers la gauche', la diode 174 conduit de courant au moment des alternances négatives de la tension de sortie du discriminateur.
Le circuit comporte l'enrouement de gauche de l'ins- trument 180, les résistances 185 et 186.- Un condensateur 187, disposé aux bornes du circuit comprenant l'enroulement gauche de l'instrument 180 et la résistance 185, se charge lorsque le tube 174 est conducteur-
Les résistances 181 et 185 et les condensateurs 183 et 187, sont
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choisis de façon que la constante de temps des circuits associés soit grande. Par conséquent, pendant les périodes de blocage des diodes, la tension reste sensiblement constante à travers les enroulements de l'ins trument et,sous l'action de la force résultante, celui-ci indiquera la déviation de fréquence.
Si la déviation est nulle, les forces dévelop- pées dans l'instrument seront égales et opposées et l'aiguille sera au centre de l'échelle. Si la fréquence de référence est plus élevée que la fréquence de l'émetteur, la tension développée dans l'enroulement de gauche de l'instrument sera plus grande et l'aiguille ira vers la gau- che et vice-versa.
Bien que l'on ait décrit une réalisation particulière de l'inven- tion, il est évident que l'on peut apporter des modifications tout en restant dans l'esprit de celle-ci; la fréquence de sortie de la source de référence peut être, par exemple, une harmonique de la fréquence fon- damentale du cristal. -
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AUTOMATIC REGULATION AND FREQUENCY CONTROL SYSTEM =
The invention relates to means for automatic adjustment. The frequency of frequency modulated transmitters and frequency control devices of a system.
It makes it possible to stabilize the frequency of an oscillator by comparison with a reference frequency, according to a process that does not make use of tuned circuits. Parasitic variations of inductance and capacitance therefore have no influence on the stability of the center frequency. - @
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The invention will be clearly understood if reference is made to the following description and to the drawings which accompany it by way of nonlimiting examples and in which: FIG. 1 represents a diagram of the transmitter in accordance with invention; - Figures 2 and 3 illustrate its operation; - Figure 1+ shows the characteristic of an element of the transmitter;
- Figures 5 to 9, and 11, are modifications of the invention, and - Figure 10 illustrates the operation of the circuits of figs. res 8 and 9.
The invention makes it possible to stabilize the frequency of an oscillator or to indicate the frequency drift of the system by comparison of the frequency of the oscillator with the frequency of a reference source, a crystal oscillator for example, according to a process whose precision does not depend on tuned circuits,
Such a stabilizer circuit is shown in FIG. 1, in which the RF voltages originating respectively from oscillator 10 and crystal oscillator 11, used as a calibrated frequency generator, are periodically and alternately applied to a circuit 12. , such as a discriminator supplying a direct current whose amplitude is a function of the frequency of the oscillator which supplies it.
This control is carried out by means of a pair of tubes 13 and 14, the switching voltage is obtained from a multivibrator 15.
Circuit 12 is preferably linear, ie the output voltage is a linear function of the frequency, in the range for which the control is carried out. The characteristic of such a circuit is represented by FIG. 4 in which the frequency of the input signal is plotted on the abscissa and the output voltage on the ordinate.
If the frequency of oscillator 10 is equal to the reference frequency, the voltage at the output of detector 16 of filter 12 is
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constant. If the frequency of the oscillator deviates from the reference frequency this results in a variation in the output voltage of the detector; the frequency of this periodic variation is equal to that of the multivibrator and its peak-to-peak amplitude is proportional to the frequency drift.
This signal is rectangular. It is combined in a detection circuit 18 with a voltage in phase with (the control voltage of the tubes 13 and 14 and proportional to this, obtained by means of an additional winding 80 of the transformer 17.
The purpose of this operation is to supply a DC voltage the amplitude of which is proportional to the frequency drift and which can be used in a circuit, such as a frequency modulator 19, arranged in parallel with the oscillator 10. This voltage This correction tends to prevent any variation in the frequency of the oscillator with respect to the reference frequency and, possibly, to bring the frequency of the oscillator back to the desired value.
If it is a question of carrying out the automatic adjustment of the frequency modulator, remotely or, if it is not necessary to adjust the frequency presently, the direct voltage can be used. to activate an indicating device instead of being applied directly to the frequency modulator of the transmitter.
More precisely, we see in Figure 1, a frequency modulated transmitter using a reactance modulator 19, arranged in parallel on a master oscillator 10, which it frequency modulates at the frequency of the audio signal coming from a source shown at 20. The modulator comprises a tube 21, of the screen grid type having an anode 22, a screen grid 23, a control grid 24 and a cathode 25, and a phase shifter circuit formed by a capacitor 26, between the the control grill and the anode of the tube, and a resistor 27 between this grill. the and the cathode, via a capacitor 28, the capacity of which is low for radio frequencies.
The voltage across the capacitor is 90 out of phase with the current, the HF component of the anode current is in phase with
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the HF voltage of the control gate and, consequently, phase shifted 90 back, with respect to the current flowing through the capacitor 26, and 90 back from the anode voltage. The tube therefore acts as a variable reactance in parallel on the oscillating circuit 10 ′ of the oscillator 10.
It follows that the frequency of the latter varies with the anode current flowing through the modulator and since the latter itself depends on the voltage applied to the control gate 24, the frequency of the oscillator varies with the amplitude of the LF modulating signal
The HF energy produced by the oscillator is radiated by an antenna, according to any known process. This last part not being specifically within the scope of the invention, the terminal members of the transmitter have no not shown in detail in the drawing.
As has already been said, the frequency of the oscillator is compared with the frequency of a source 11, considered as a reference frequency generator. For this, a fraction of the HF voltage issuing from oscillator 10 is applied to control grid 30 of tube 13, the voltage at reference frequency 11 is applied to control grid 31 of tube 14. The tubes switches 13 and 14 preferably include a screen grid: 32 and 33 respectively. They also include cathodes 34, 35 and anodes 36 and 37.
The screen grids are connected to opposite ends of the mid-tap secondary winding 40 of transformer 17. The mid-tap is preferably grounded, although it may be connected to a positive voltage source. .
The anodes 36 and 37 are connected to the opposite ends of the primary winding of the transformer 41. The cathodes of the switching tubes are connected to ground through the resistors 42 and 43, respectively decoupled by the capacitors 44 and 45. .
The control of the tubes 13 and 14, alternatively, is obtained by means of a multivibrator 15, comprising the tubes 50 and 51, of which the anodes 52 and 53, respectively, are connected. the high voltage terminal, via resistors 54 and 55. The control gates
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56 and 57 are connected by capacitors 58 and 59, respectively, to anodes 53 and 52, gate leakage resistors 60 and 61 being connected to control gates 56 and 57, respectively and to ground.
The multivibrator 15 is classic. We know that the two tubes are alternately blocked and unblocked. This results in variations in the voltage of each anode which provide a rectangular signal whose width depends on the values of the connecting capacitor of the grid of the tube considered, with the plate of the other tube, and on the value of the leakage resistance of gille of this tube, among others.
The time constants of the multivibrator are chosen such that the frequency of the pulses is higher or lower than the modulation frequency; interference in the modulation and stabilization operations is thus avoided. This is important, since without it the modulation may even be suppressed as a result of the operation of the stabilizer.
This repetition frequency will be lower than the B.F. frequency since, in practice, only fairly small drifts have to be corrected. The multivibrator preferably provides square waves.
The multivibrator supplies alternating positive and negative currents to the primary winding 62 of the transformer 17, via a coupling capacitor 63; these currents are rectangular. The voltage across the secondary winding 40 is applied to the screen gates.
Tubes 13 and 14 are usually blocked as a result of negative grid polarizations. However, when the grid-screen voltage is sufficient, as a result of the action of the multivibrator, the conductivity of the tubes is controlled by the polarizations of the control grills.
The anode voltage of the tubes is obtained by connecting the middle tap of the primary winding of the transformer 41 to a positive voltage source 41 a. When the screen voltage on one of the tubes increases enough to unblock the tube, current flows through one of the upper or lower halves of the primary winding of the trans-.
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-formator following the unlocked tube.
This results in a current in the secondary winding of transformer 41, which has a limiter tube 66 in the cathode control grid circuit, suitably polarized to reach saturation and. thus limit the anode voltage
In order to translate the frequency variations of oscillator 10 into voltage variations, a discriminator 12 is used, comprising a transformer 67, the primary and the secondary of which are tuned by means of a capacitor 67a. The primary is connected to the anode-cathode circuit of limiter 65; the upper end of the primary winding is also connected to the midpoint of the secondary winding by means of a capacitor 6'8.
The opposite ends of this winding are connected to the anodes 69 and 70, diodes 71 and 72, constituting the detector circuit 16 of the discriminator. The cathodes of the diodes are increased tenfold, at the alternating point of view, by a capacitor 73; they are connected by a suitable resistor 71. One of the cathodes is grounded, the other is connected via a capacitor 75 to one end of the primary winding 76 of the transformer 77, of which the other end 76 is grounded.
The voltage across the secondary of transformer 67 is out of phase by 90 relative to the voltage across the primary winding; the primary voltage is in series with half of the secondary voltage across diode 71 and in series with the other half of the winding through the other diode 72. Due to the quadrature between the primary and secondary voltages, the voltage on one half of the secondary is 90 out of phase forward with respect to the primary voltage, that on the other half is out of phase 90 back in relation to the primary voltage.
The potential difference between the cathodes is equal to the difference between the voltages on each diode. These voltages are equal when the frequency of the applied oscillations is equal to that of the tuned circuits, otherwise they are unequal, the direction of the inequality depending on the direction of the frequency variation. In addition
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-tionnant these two voltages of opposite direction, the resulting voltage has a polarity which depends on the direction of the variation. At resonance, the voltages are equal and opposite, so that the difference is zero if the discriminator is tuned to operate normally with zero voltage; it is constant if the operating point is located elsewhere on the characteristic of the discriminator (see figure 4).
The capacitor 73 also serves to filter the LF modulating voltages appearing at the output.
Thus, when the frequency of the transmitter deviates from the central frequency, a voltage is obtained because the phase of the secondary voltage is no longer 90 with respect to the primary voltage, but varies in a direction which depends on the direction of the frequency drift of the oscillator with respect to the reference frequency.
Figure 4 shows that if the frequency of the transmitter decreases by # f, the result is an output voltage of E at the output of the discriminator. Thus the voltage at the output of the discriminator translates the frequency variation in magnitude and sign. The role of limiter 66 is to ensure an output voltage which is a function of frequency only and independent of the amplitude of the oscillations applied.
If the discriminator is stable, in which case the characteristic is always represented by the solid line in FIG. 4, one could without disadvantage only use the discriminator in the correction or indicator circuit. However, due to variations in temperature, etc., the constants of the discriminator circuit may vary and the characteristic will move in a or b (dotted line), Figure 4. Then the discriminator will supply a DC voltage, even though the transmitter is tuned to the correct frequency.
When using the above circuit, by comparing alternately the frequencies of the transmitter and standard reference, the output voltage can be constant, for correct tuning of the oscillator there will be, despite all, no voltage induced in the secondary 78 of the transformer 77.
This is what has been shown in FIG. 2, in which the
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time is plotted on the abscissa and the voltage on the ordinate; a represents the pulses to. the output of the discriminator when the wave from the source at reference frequency is applied to it; in the same figure: represents the pulses corresponding to the master oscillator. As long as the amplitude of the two pulses is the same, the resulting voltage is constant as indicated in c.
If the frequency of the transmitter drifts, rectangular current pulses appear in the primary 76 of transformer 77, the effect of which is analogous to that of an alternating current whose half-cycles would be square or rectangular. This is shown in Figure 3, in which the time is plotted on the abscissa and the voltage on the ordinate.
The voltage at the output of the discriminator, when it is controlled by the reference frequency oscillations, has the same salt as before: a figure 3.-
If the center frequency of the oscillator has risen, the tendon obtained on diode 71 will be lower than the voltage on diode 72 and, therefore, the amplitude of the voltage shown in ± in Figure 3, will be lower than the amplitude of the signal shown at b in Figure 2. c represents the resulting voltage; it can be considered as equal to the sum of an alternating current and a direct current, represented by the dotted line.
It will be noted that figs 2 and 3 represent the output tenstons of the discriminator when the latter operates in a frequency band for which the output voltage remains positive for all frequencies below the central frequency. If the discriminator is set so that at resonance the output voltage is zero the output voltage, when the oscillations are applied to the reference frequency, is zero.
If the discriminator tuning frequency was in the upper part of the transmitter frequency band, both voltages, a and b, could be negative. In both cases, however, the output voltage of the discriminator is constant if the frequency
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-this of the oscillator is equal to the reference frequency. Any deviation results in a rectangular output voltage.
However, this voltage does not allow us to know what is the direction of the drift of the oscillator-
This determination is carried out in a selector circuit 18, arranged at the terminals of the winding 80 of the transformer 17 and which makes it possible to know whether the positive pulses of the voltage applied to the transformer 77 correspond to the oscillator or to the frequency source. Standard reference sequence. The secondary winding 78 is connected to a double-diode tube 81: anodes 82 and 83, cathodes 84 and 85.- The resistors 86 and 87 connecting the cathodes are decoupled by capacitors 88 and 89.-
One of the ends of the secondary winding 78 is connected to the point common to the capacitors and to the resistors; the other end is connected to the midpoint of winding 80 of transformer 17.
This winding is connected to anodes 82 and 83.
The selection circuit is a bridge type circuit, in which the resistors and the capacitors form two arms, the two lower and upper halves of the winding 80 constituting the other two arms. The secondary winding 78 is connected to both ends of a diagonal of the bridge, one of the cathodes is grounded, the other is connected to the control grid 24 of the modulator 19, through a suitable filter 93.
It will be assumed that the discriminator is tuned to a frequency greater than the frequency of the standard oscillator, as is the case in Figures 2 and 3; we will assume that the average frequency of the oscillator becomes lower than the required frequency. This results in an alternating voltage at the output of the discriminator (see figure 3). This voltage is applied to the winding 76 and since an increase c in the voltage at the output of the discriminator corresponds to a decrease in the frequency (see figure 4), the positive half-cycles therefore correspond to the periods when the tube 13 is a driver-
Windings 76 and 78 are arranged such that the neck
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-range is negative.
As the tension on the upper end of the primary winding 76 tends to increase, the tension tends to decrease on the upper end of the secondary winding and to increase on the lower end. For the tube 13 to be conductive, the voltage applied to its grid 32 must be sufficiently positive; to satisfy this condition, the lower end of the secondary winding 40 of transformer 17 must be at positive potential.
Windings 62, 40 and 80 are coupled so that, under the above conditions, the lower end of winding 80 is also at a positive potential at this time. Under these conditions, the voltage across winding 78 is in the same direction as the voltage across the lower half of winding 80, and therefore anode 83 is at positive potential.
At the same time, the voltage on the secondary winding 78 is in opposition to the voltage in the upper half of the winding 80 and therefore the voltage on the ring 82 is lower than that on the anode 83. .-
Consequently, the right half of the tube delivers more current, the right half of resistor 87 is at a more positive potential, and therefore a negative potential is applied to the filter circuit 93. The filtered pulse is applied to the control grid 24 of the modulator 19. During the next time interval, during which the frequency of the reference source is monitored, the tube 14 is conductive, as is the case. has already explained.
Consequently, the voltage across the upper half of winding 80 of transformer 17 is positive, that across the lower half is negative. Since, under these conditions, the voltage when tube 13 is conductive, is larger than that produced when it is the tube 14 which leads, the upper end of the primary winding will now be negative with respect to the mass and, therefore,
the lower end of winding 78 will be at a negative potential .- *
But the anode voltage 82 is equal to the sum of the negative voltage in winding 78 and the positive voltage in half.
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upper winding 80.- By properly sizing windings 80 and 77, the tension on winding 78 can be greater than the voltage across half of winding 80, in which case the tension anode voltage 82 is negative, The voltage on the anode 83 is equal to the negative voltage across the winding 78, in series with the negative voltage on the lower half of the winding 80 and, therefore, l the anode 83 is also negative, so that neither of the two diodes of the rectifier 81 allows current to pass;
through. therefore, only the negative correction pulses are applied to modulator 19.
In the event that the frequency of the transmitter tends to increase, the voltage at the output of the discriminator, when the signal from the oscillator is applied to it, is lower than that which results from the application of the signal from the crystal oscillator. Under these conditions, when controlling the voltage of the oscillator, the lower end of winding 78 is at a negative potential; likewise, the lower end of the winding 80 must be positive, so that the tube 13 is conductive.
Under these conditions, the anode voltage 82 is equal to the sum of the negative voltages at the terminals of the winding 78 and at the terminals of the upper half of the winding 80;
the anode voltage 83 is equal to the sum of the negative voltage across the winding 78 and the positive voltage across the lower half of the winding 80.
As long as the voltage across the winding 78 is larger than that across the lower half of the winding 80, the voltage of the anode 83 and the rectifying effect has no, uo almost no, location. An instant later, when controlling the frequency of the reference source, tube 14 is conductive, so that the upper end of winding 80 of transformer 17 and the lower end of winding 78 are to a positive potential. In this case, the voltage 17 on the anode 82 is positive and the voltage on the anode 83 is lower, so that the left part of the rectifier 81 leads further.
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-gc the current; this results in a positive pulse which is filtered and applied to the control grid 24 of the modulator 19.
Thus, the tube 18 rectifies the output voltage of the discriminator.
If the positive pulses of this voltage correspond to the case where the frequency of the oscillator is too low, positive pulses will be sent to the modulator in order to raise the polarization of the control grill. If the positive pulses correspond to the case where the frequency of the oscillator is relatively high, the correction voltage is in the opposite direction.
Thus the modulating voltage applied '0 to the gate 24 comprises
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an audio BIP modulation voltage corresponding to. signals 8 trétL ;;
- put, and sometimes a contjnue correction voltage, whose amplitude and direction depend on the frequency drift of the oscillator -
The invention can also be applied to modulated transmitters
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in frequency, in which the frequency is controlled on indicAteur 90, for example, disposed at the output of the filter.
Figure 5 'shows another controller diagram, usable
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on the show. The components are represented sc? 14mnt, lqu? Llentj the signal coming from the oscillator 100 which is at carrier frequency and the
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signal coming from a reference source 101, a 05 in J At8; Jr crystal, for exampleg are applied alternately to a circuit l3miter lOla a discriminator 102 and a selection circuit 1 3. The rectified output voltage is applied to a measuring device 10s preferably an apparatus of the diffcrent3elR type comprising two windings 105 and 106.
A suitable switching member allows the rectified voltage to be applied to. winding 105 when the carrier frequency signal is applied to the discriminator, and to the other winding
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lement 106. when it is the signal coming from the reference source 8 fir6q <: e; <cc which is applied to the discriminator.
This can be accomplished using a switch with movable arms and conductors, 107 and 108 and two groups of contacts.
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109-1lo and 111-112, respectively. These arms can be assembled mechanically, so that the contacts are established and cut in
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same time. The switch is manipulated at a suitable rate, of the order of 1 to 10 times per second, and the device may be of the relay type.
The resultant of the forces created by the currents flowing in the windings 105 and 106, determines the position of the indicating member 113 of the controller 104.
If the carrier frequency of the transmitter and the reference frequency are the same, the rectified voltage is continuous and the electrodynamic forces equal and opposite, and the needle 113 fixes to the center of the scale. It will move all the more to the right or to the left as the difference between the two rectified voltages is greater.
There is schematically shown in FIG. 6, a monitor which can be used in a receiver which has been chosen of the superheterodyne type. The carrier frequency signal coming from the transmitter 100 is mixed with the signal supplied by a local oscillator 99, in a mixer 101; Intermediate frequency signal is amplified at 102 and compared with the signal from a reference frequency source 101 and amplifier 103, in a discriminator 105, preceded by a limiter 104. The rectified voltage at the output of the selection circuit is applied to an indicating device 106 in the same manner described in FIG. 5 ...
The diagram of figure 7 is similar to that of figure '6, the corresponding parts have the same number. It uses a visual monitoring device, for example a cathode ray tube 130. The voltage exiting the discriminator and selection circuit assembly 105 is applied between the horizontal deflect.ion plates of the tube.
Between the vertical deflection plates is applied a sawtooth tension coming from a source 132.-
In order to distinguish between the reference frequency and the indications of the transmitter, the grid of the tube can be modulated by means of a frequency generator 133, a relay 134, serving as control, so that when the signal corresponding to the intermediate frequency is applied to the tube, there is no modulated, 'a solid line represented by 136 is then obtained on the screen of the tube;
while when applying to the tube the signal corresponding to the signal
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Frequency reference input switch 134 (which may be synchronized with or directly linked to switch 135) is closed. In this case, there is modulation and we see a dotted line 137. The respective position and the distance between these lines indicates the polarity and the magnitude of the frequency deviation.
It is also possible to use an oscillograph of the mechanical type and suppress a part of the light, when measuring the frequency of a source, such as that of an oscillator or of a portion of an emitter.
With such an arrangement, the oscillograph can produce a long beam of light and a short beam of light, and the distance between the two is proportional to the deviation.
The control device shown in Figure 8 is apparently? to that of Figure 6, but uses an asymmetric multivibrator 140, to trigger switching tubes 141 and 142, corresponding to tubes 13 and 14 of Figure 1. A crystal oscillator 143 is used as the reference frequency source of on the one hand, and in the local oscillator, of a superheterodyne receiver, on the other hand.
When the crystal oscillator is used in the local oscillator, the frequency can be multiplied in a frequency multiplier 144; the carrier frequency signals coming from the source 148 and at local frequency ,. are mixed at 145.- Control tube 142 serves to apply the intermediate frequency signal to limiter lt5a and, from there, to frequency discriminator 146, times determined by multivibrator 140. The signal exiting the discriminator is amplified at 156, applied to an optional low pass filter and detector 157 which provides adequate voltage to actuate indicator apparatus 147.
FIG. 9 represents a detector which can be used in the circuit of FIG. 8. The voltage coming from discriminator 146, amplified at 156, is applied by means of a capacitor 189, to a set of two diodes 190 and 191, mounted in opposition, and comprising the anodes 192 and 193 and the cathodes 194 and 195.
The anode 192 is connected to the cathode 195 and the cathode 194 to the ano = -
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- of 193, by means of series resistors 197 and 198 - One of the ends of the discriminator is connected to the anode 192, and to the cathode 195 by the intermediary of the amplifier 155 and the filter if desired ; the other end is connected to the point common to resistors 197 and 198, through resistor 196.-
A capacitor 199 shunts resistors 196 and 198, and a similar capacitor 200 shunts resistors 196 and 197, in order to keep the voltage on the controller substantially constant.
There is an indicator device 147, arranged as a shunt on resistor 196, this device 147 obviously indicates the resultant of rectified voltage appearing at the terminals of the capacitors.
To achieve accurate control it is necessary to check the pulse width of the multivibrator. This will be best seen by looking at Figure 10 in which the solid lines are shown. The voltage from the discriminator, as a function of time. In Figure 10a, the relatively strong, narrow, positive pulses correspond to the reference source; low intensity and wide negative pulses correspond to the emitter.
In b we have represented the condition in verse. These a or b pulses are applied to the detector. The dotted lines in Figures 10a and 10b represent the voltages growing across the terminals 199 and 200. If the ratio of the respective pulses is large, as is the case in Figure 10, the average voltage across the terminals of one of the capacitors due to one of the pulse sources is much larger than that resulting from the control of the other source across the other capacitor, and the reading of the indicating device corrosponds substantially to the height of the positive impulse.
If it is assumed that the width of the pulses due to the transmitter is the same as that of the pulses due to the reference source, the difference between the average values will be zero. If the pulses corresponding to the emitter are too long compared to the pulses at the reference source, the voltages from the emitter and the crystal source are closer and the difference is correspondingly
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low, so that the deviation on the indicating device will be comparatively smaller for the same frequency drift than if the pulses corresponding to the transmitter were much shorter than those corresponding to the reference frequency source .
On the other hand, if the impulse corresponding to the emitter is too short, the detector capacitors are not fully charged; it follows that for the maximum variation of the indicating device, and therefore the greatest reading sensitivity, the pulse width corresponding to the transmitter must be as low as possible, compatible with the full charge of the capacitors.
A pulse width corresponding to the reference frequency equal to approximately 5 to 15% of those corresponding to the frequency to be transmitted is suitable.
With this method, a zero deviation always results in a zero indication on the instrument-
Referring to Figure 8, one may wish to verify the calibration of instrument 147. For this purpose, a variable gain amplifier 156 and a set of three position switches are available.
They can be carried by the same axis. Switch 150 connects control device 142 to ground when it is in position 1 and 2; it applies the signal coming out of the mixer to device 142 when it is in position 3.
Switch 151 is open in positions 1 and 3 and connects the multivibrator to relay 152 when it is in position 2. Switch 153 is open in positions 1 and 2 and connects control device 141 to the multivibrator 140 when it is in position 3.- The switch 154 connects the tube 142 to the contact 1 of the switch 155 in position 1, it is open in position 2 and it connects the device 142 to the limiter when it is in position. 3. Switch 155 connects amplifier 156 through switch 154 to device 142 when it is in position 1, and connects the discriminator to amplifier when it is in position 2, or 3.
When all the switches are in position 1, the device controls the pulse width of the multivibrator; none of the signals corresponding to the transmitter
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or to the reference source is only applied to the indicator. The multivibrator is connected through device 142 to the amplifier and detector, and the reading on indicator 147 is the pulse width.
When all the switches are in position 2, device 142 is still grounded, so that the carrier frequency signal from the transmitter is not applied to the discriminator;
the relay 152 is connected to the multivibrator and the signal coming from the reference source is applied to the discriminator. In order to calibrate the instrument 147 and to adjust the amplifier to obtain a desired gain, we have the relay 152 which is used to vary the frequency of oscillator 143, by inserting a capacitor 157 into the oscillator circuit or, therefore, changing the operating frequency of the circuit by a known amount, depending on the frequency of the multivibrator. The value of the adjustment is known, it will suffice to adjust the gain of the amplifier until the indication read on the instrument corresponds to the value of the adjustment.
When the switches are in position 3, the device is used to control the frequency of the transmitter. In this position, the mixer is connected to the device 142, the multivibrator is connected to the two control devices, which are connected to the discriminator through the limiter 145a; the signal coming out of the discriminator is amplified, applied to a low-pass filter and a selection circuit and, from there, to the meter 147.
Fig. 11 shows another embodiment of the invention comprising a reading apparatus, which provides an indication when the carrier frequency deviates from the center frequency. The selection circuit is somewhat different from the circuits already studied. The control tubes 160 and 161, respectively comprise the anodes 162 and 163, the cathodes 164 and 165 and the control grids 166 and 167, suitably polarized by means of a battery 168 whose positive voltage is applied alternately. at each gate by a relay 169. This relay vibrates at a suitable frequency, for example 1 to 10 cycles per second.
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The signals to be compared are applied to a second group of grids 171 and 172. The signal from carrier frequency source 170 is applied to grid 171; the signal from the reference source 173 is applied to the gate 172. Neither the positive pulses from the battery 168, nor the positive signals applied to the gates 171 or 172, are sufficient to bring about the conduction, it is necessary that the potentials. on the grids are simultaneously positive
The relay of FIG. 11 being in the position shown, the positive potential of the battery is applied to the control grid 166 and the tube 160 is conductive.
The output voltage is applied to a limiter 145, then to a discriminator 146. During this time, no positive bias is "applied to the control gate 167 and, therefore, the tube 161 is not applied. is not conductive-
When the relay 169 is to the right, the tube 161 is conductive and the tube 160 blocks; the output voltage is likewise applied. to the discriminator-
The signal output from the discriminator is applied to diodes 174 and 175 including cathodes 176 and 177, and anodes 178 and 179 respectively.
When the relay is to the left, a positive bias is applied to cathode 176, which blocks turkey 174; at the same time, cathode 177 is connected to ground through the right winding of instrument 180 and the resistors 181 and 182. Therefore, for the positive half-waves of the output voltage of the discriminator, current will flow through diode 175; the voltage appearing in the right winding of the instrument 180 and the resistor 181, is used to charge a capacitor 183.-
When relay 169 is to the left, diode 174 conducts current at the time of negative half-waves of the discriminator output voltage.
The circuit comprises the left hoarseness of instrument 180, resistors 185 and 186. A capacitor 187, disposed across the circuit comprising the left winding of instrument 180 and resistor 185, charges when tube 174 is conductive
The resistors 181 and 185 and the capacitors 183 and 187, are
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chosen so that the time constant of the associated circuits is large. Therefore, during periods of diode blocking, the voltage remains substantially constant across the windings of the instrument and, under the action of the resulting force, this will indicate the frequency deviation.
If the deviation is zero, the forces developed in the instrument will be equal and opposite and the needle will be in the center of the scale. If the reference frequency is higher than the frequency of the transmitter, the voltage developed in the left winding of the instrument will be greater and the needle will go to the left and vice versa.
Although a particular embodiment of the invention has been described, it is obvious that modifications can be made while remaining within the spirit thereof; the output frequency of the reference source can be, for example, a harmonic of the fundamental frequency of the crystal. -
EMI19.1
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