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B R E V E T D' I N V E N T I O N PERFECTIONNEMENTS AUX CIRCUITS OSCILLANTS.
L'invention se rapporte aux générateurs 3'oscillations à haute fréquence et plus particulièrement à ceux dans lesquels on utilise des cristaux piézo-électriques.
La puissance que peut fournir un oscillateur à cristal est liai tée par l'intensité du courant en haute fréquence. Si les tubes élec troniques du générateur fonctionnent au voisinage de leur maximum de puissance, il peut arriver que la tension H.F. appliquée au cristal soit trop grande ; celui-ci peut être, de ce fait, endommagée
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L'invention a pour objet des moyens nouveaux et perfectionnés, assurant d'une part la régulation de la tension anodique destinés à éviter l'application d'une tension excessive d'autre part, la stabi lité de la tension de sortie de l'oscillateur, ce qui facilite l'attaque des étages amplificateurs d'aval.
Conformément à l'invention, on utilise un tube électronique ayant au moins deux électrodes de commande, l'une d'elles recevant une ten sion redressée de grandeur proportionnelle -CI l'amplitude de la tension H.F. produite par l'oscillateur et prélevée en tout point convenable ment choisi de celui-ci, cette tension redressée étant appliquée dans un sens tel qu'à un accroissement de la tension H.F. corresponde un effet auï en réduise l'amplitude. La tension redressée peut être am - plifiée ou la tension H.F. amplifiée avant d'tre détectée.
Les tubes électroniques à grand gain de puissance, tels que les pentodes, ont déjà été utilisés dans les oscillateurs comportant des cristaux piézo électriques parce qu'à tension égale appliquée sur le cristal, on obtient un courant de sortie plis élevé qu'avec les trio des. Le gain des tubes comportant au moins deux électrodes négatives, tels que les pentodes, dépend en grande partie de la polarisation de la grille d'arrêt,, la polarisation de la grille normale de commande ayant un effet moindre; en effet, bien que la valeur moyenne de la polarisation de la grille d'arrêt soit négative, elle devient forte ment positive au cours de chaque alternance, quand le tube fonction ne en classe C.
L'invention est particulièrement applicable aux tubes électroniques possédant au moins deux électrodes de commande,recevant une polarisation de valeur moyenne,mais dont l'une devient positive au cours de chaque alternance, la seconde grille demeurant constamment très négative ou tout au plus légèrement positive.
Pour faciliter l'exposé de l'invention, on va maintenant décrire un certain nombre de montages qui n'ont bien entendu aucun caractère restrictif quant à sa portée.
La figure 1 représente un générateur d'oscillations à cristal
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piézo électrique comportant une pentode 10, avec anode 11, cathode 12, grille de commande 13, grille écran 14 et grille d'arrêt 15.
Un cristal piézo électrique 16, est relié d'une part à la grille de commande 13, d'autre part à la cathode 12 à travers une capacité 17 de valeur appropriée. Une inductance 18, en dérivation sur le cris tal 16, livre passage au courant continu, mais bloque les courahts de haute fréquence.
L'oscillateur comprend également un circuit d'anode accordé, constitué par un condensateur 19, et une inductance 20; il est inséré entre l'anode 11 et la cathode la,, Un condensateur 22 shunte, du point de vue H.F., la source de courant continu anodique représentée par une batterie 21. Le pôle négatif de celle-ci est réuni à la mas se et à la cathode 12.
La grille écran est reliée à uhe prise appropriée de la source de tension 21. Dans le but d'empêcher les courants de haute fréquence de traverser la source de courant continu 21, un condensateur 24 met la grille écran à la masse du point de vue H.F. et une bobine d'arrêt 23 livre passage au courant continu. Dans ces conditions, lagril... le écran ne participe pas au régime oscillatoire de l'appareil.
La 'capacité grille-anode 25 est généralement suffisante pour assurer le couplage nécessaire à l'entretien des oscillations; si cet te condition n'est pas réalisée, on peut augmenter cette capacité au moyen d'un condensateur extérieur au tube en parallèle avec 25.
Pour maintenir pratiquement constante la tension de sortie de l'oscillateur, il est prévu des moyens pour asservir le potentiel de la grille d'arrêt à la tension H. F* de sortie de façon à en corri ger les variations. A cet effet, la dite grille d'arrt est réunie au curseur d'un potentiomètre 26, inséré dans le retour de grille, c'est-à-dire entre le cristal piézo électrique 16 en parallèle avec la bobine d'arrêt 18 et la masse. Du point de vue H.F. la grille d'arrêt est mise à la masse par un condensateur approprié 27.
Quand le tube oscille, la tension de grille H.F. est détectée
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et l'on sait que le condensateur 17 se charge, l'électrode réunie au point commun des éléments 16 - 18 -26 étant à un potentiel né gatif très voisin de la valeur de crête de la; tension H.F. de grille.
La grille d'arrt peut donc être portée à toute valeur de potentiel continu comprise entre zéro et le potentiel moyen de la grille de commande 13 ; or celui-ci est fonction de l'amplitude des oscilla tions H.F.. Si celle-ci augmente, la grille 13 devient plus négative et la grille d'arrêt 15 également, ce oui tend à ramener l'amplitude de la tension H.F. de sortie à sa valeur initiale et inversement. On con- Çoit aisément que cet asservissement du potentiel de la grille d'errêt stabilise 1-'amplitude de la tension H.F. de sortie et cela, au moins dans une très large mesure, indépendamment des variations de charge d'une part et des conditions d'oscillation du cristal piézo électrique d'autre part.
Cet effet de régulation protège, en outre le cristal contre les excitations qui lui feraient prendre une ampli tude excessive.
Dans certains cas, par exemple quand on utilise des tubes capa bles d'une puissance relativement importante, il peut être nécessai - re d'amplifier la tension de régulation. Sur la figure 2 on a repré sente un amplificateur à courant continu. L'oscillateur est analogue à celui de la .figure 1 et, d'une manière générale,on a conservé les mêmes numéros de référence pour désigner des éléments homologues, Les sources de tension sont représentées séparées pour la clarté du dessin mais il est évident que lon peut employer uhe seule source si on le désire.
L'amplificateur à courant continu comporte deux tubes 30 et 31 ; le premier 30 a une anode 32, une cathode 33, une grille de commande 34. Le tube 31 a une anode 35, une cathode 36 et une grille de comman- de 37. Une partie de la chute de tension aux bornes de la résistance 26 est appliquée entre la cathode 33 et l'électrode de commande 34. En série avec l'électrode de commande, gn prévoit une source de tension de polarisation, telle qu'une batterie 34a,permettant de faire fonctionner le tube en classe A. Tout accroissement de courant dans la
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résistance 26 correspondant à un accroissement de courant H.F. de sortie, a pour effet de rendre l'électrode 34 plus négative. En con séquence, le courant anodique décroît et la différendede potentiel entre cathode et anode du tube 30 croit.
Le courant anodique du tube 30 traverse une résistance 39 ; unesource de tension continue 38 est connectée entre 1-'extrémité supérieure de cette résistance et l'ano- de.
Le couraht dans la résistance 39 diminuant, la grille de commande 37 du tube 31, qui est polarisée par une source appropriée 40 compensant la valeur moyenne, la chute de tension dans la résistance 39 devient moins négative. Le courant anodique du tube 31, qui traverse la résistance 41 augmente donc. L'accroissement de chute de tension aux bornes de la.résistance 41 est appliquée à la grille d'arrêt, à travers une contre batterie 42 dont la tension compense la chute de tension moyenne aux bornes de la résistance 41. Une bobine d'arrêt 43 et un condensateur 27 découple du point de vue H.F., cette électrode.
Les variations de tension sur la résistance 26 sont ainsi amplifiées par deux étages avant d'être appliquées à la grille d'arrêt dans un sens tel qu'il y ait correction des Variations d'amplitude de la tension H. F. de l'oscillateur.
Sur la figure 3 on a représenté une variante de l'amplification à courant continu de la figure 2, dans laquelle on utilise une tétro- de 10b et des diviseurs de tension pour remplacer les sources séparées.
Un diviseur de tension comprenant une résistance 70, est relié à une source appropriée 71, dont la borne négative est mise à la masse. Une seconde résistance 72, est connectée entre la masse et l'anode du tube 31. Lescathodes des tubes électroniques et les résistances 39 et 41 sont reliées à des prises réglables de la résistance 70.
L'anode du tube 10 b est reliée au positif de la source 71. La gril la écran 73 est reliée à un point convenablement choisi sur la résistance 72. Le fonctionnement de l'oscillatéur de la figure 3 @ le
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est le même que celui de la figure 2, à une exception près.Dans le montage de la figure 2, on utilise une pentode comportant deux électrodes de commande polarisées négativement. La grille écran de la tétrode représentée figure 3 est normalement positive, mais pour obtenir la régulation de la tension H.F. on choisit convenablement le point de connexion de la grille écran 73, sur la résistance 72, de telle sorte que le potentiel de cette électrode puisse être soit positif, soit négatif.
La figure 4 représente un autre type d'amplification. Dans cet te forme de l'invention, on utilise un amplificateur à haute fréquence, comportant un tuba électronique 45, un circuit d'anode accordé 46 et un redresseur tel qu'une diode 47 qui transforme la tension haute fréquence amplifiée à régler, en courant continu. Le tube 45 est en l'occurence une tétrode avec une anode 48, une cathode 49,une grille de commande 50 et une grille écran 51. La tension H.F. de la grille de commande 13 de l'oscêllateur 10 est appliqué à la grille de commande 50 à travers un condensateur et cette grille reliée à la cathode par une résistance de fuite 52. La grille écran 51, est re - liée au positif d'une source 53 dont le négatif est mis à la masse.
La grille 'écran est à la masse du pint de vue H.F. par le conden sateur 54. Le circuit accordé 46 est connecté d'une part à l'anode, d'autre part au positif d'une source de tension anodique 65, dont le négatif est relié à la cathode et à la masse. La tension de sortie de l'amplificateur est appliquée à l'anode de la diode 47 par l'in- termédiaire d'un condensateur 57 et la cathode de la diode est à la masse .Une résistance de fuite 56 est reliée entre anode et cathode de la diode. Par détection de la tension H.F. le point de jonction de l'anode 47, du condensateur 57 et de la résistance 56 est à un potentiel continu négatif par rapport à la masse. Celui-ci est appliqué à la grille d'arrêt 15 du tube 10 dont la cathode 12 est à la masse suivant le même processus que dans le cas de la figure 1.
On a représenté figure 5 une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle la tension H.F. est prélevée sur le circuit
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d'anode au lieu du circuit de grille. Le fonctionnement de ce cir - @ cuit est évidemment analogue à celui décrit plus haut. Dans ce mon tage, la grille d'arrêt 15 est découplée du point de vue H.F. au moyen de la résistance 60 et du condensateur 27. Un redresseur appro- prié tel qu'une diode 61, est connecté entre l'anode 11 et la cathode 13 du tube oscillateur 10. La cathode de la diode est reliée à l'a node 11 par l'intermédiaire d'un condensateur variable 64 qui permet de régler l'amplitude de la tension H.F. appliquée au redresseur et, également, la réaction sur le circuit du cristal.
Le courant conti nu détecté psse par la bobine d'arrêt 65 connectée entre l'extrémi té supérieure de la résistance 60 et la cathode de la diode.
Si la tension de sottie de' 1-*oscillateur augmente, le courant détecté dans la résistance 60 augmente corrélativement. La polarisa -. tion de la grille d'arrêt devient donc plus négative et l'accroisse -* ment de la tension de sortie se trouve corrigé.
La figure 6 représente une autre forme de l'invention dans la quelle le tube oscillateur 10a est du type diode-pentode ; les deux fonctions étant réalisées à l'intérieur d'une seule enveloppe.
Pour appliquer le potentiel convenable à la grille d'arrêt, dans le but d'assurer la régulation, on prévoit des résistances connectées en série 60a et 60b entre la grille d'arrêt 15 et la cathode 63 de l'élément diode+ Le point de jonction entre les résistances est relié à l'anode 6 de la diode, par l'intermédiaire d'une source66 desti née à régler le point de fonctionnement de la dite diode.Un condensateur de dérivation 67 évite le passage des courants de haute fréquen- ce à travers la source 66. La tension de sortie du tube 10a est appli- quée à l'élément diode du tube par 1-*intermédiaire du condensateur 68.
Quand la tension haute fréquence appliquée à la diode est supé rieure à la tension de pglarisation négative, fournie par la source 66, le courant traverse l'élément diode du tube et la chute de tension eux bornes de la résistance 60b est appliquée à la grille dar .- rêt par la résistance 60a.
- On a représenté figure 7, une autre forme de réalisation de
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.l'invention qui est une combinaison des circuits des figures 4 et 6. Cet oscillateur comporte une amplification de la tension H.F. a vant détection opérée comme représenté figure 6. La tension H.F. de la grille de commande de l'oscillateur est appliquée à la grille 50a, de l'élément pentode du tube 45a. La tension de sortie de cette pen tode est appliquée à l'élément diodd par l'intermédiaire d'un con densateur 68, et la tension détectée aux bornes de la résistance 60b est appliquée à la grille 'd'arrêtés du tube 10 à travers la résistance 60a.
Dans ce qui précède, on voit que dans les montages decrits, l'amplitude de l'oscillation peut être réduite jusqu'à zéro, si on le juge nécessaire, en appliquant à la grille d'arrêt de l'oscillateur une tension suffisamment négative. Par conséquent, l'amplitude de l'oscillation peut être modifiée ou compensée à l'intérieur d'une gamme dont les limites dépendent iniquement de la sensibilité des dispositifs appliquant la tension de régulation à la grille d'arrêt et par le coefficient de contrôle du flux électronique de celle-ci dans le tube considéré.
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B R E V E T D 'I N V E N T I O N PERFECTION IN OSCILLATING CIRCUITS.
The invention relates to high frequency 3 ′ oscillation generators and more particularly to those in which piezoelectric crystals are used.
The power that a crystal oscillator can deliver is related to the strength of the high frequency current. If the electronic tubes of the generator operate near their maximum power, it may happen that the H.F. voltage applied to the crystal is too high; this can be damaged as a result
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The subject of the invention is new and improved means ensuring, on the one hand, the regulation of the anode voltage intended to avoid the application of an excessive voltage, on the other hand, the stability of the output voltage of the oscillator, which facilitates the attack of the downstream amplifier stages.
In accordance with the invention, an electron tube is used having at least two control electrodes, one of them receiving a rectified voltage of proportional magnitude -CI the amplitude of the HF voltage produced by the oscillator and taken in. any suitably chosen point thereof, this rectified voltage being applied in a direction such that an increase in the HF voltage corresponds to an effect which reduces its amplitude. The rectified voltage can be amplified or the H.F. voltage amplified before being detected.
High power gain electron tubes, such as pentodes, have already been used in oscillators comprising piezoelectric crystals because at equal voltage applied to the crystal, a high ply output current is obtained than with the trio of. The gain of tubes comprising at least two negative electrodes, such as pentodes, largely depends on the polarization of the stop gate, the polarization of the normal control gate having a less effect; indeed, although the average value of the polarization of the stop grid is negative, it becomes strongly positive during each half-wave, when the tube is not in class C.
The invention is particularly applicable to electron tubes having at least two control electrodes, receiving a polarization of average value, but one of which becomes positive during each half-wave, the second grid remaining constantly very negative or at most slightly positive. .
To facilitate the presentation of the invention, a certain number of assemblies will now be described which are of course in no way restrictive as regards its scope.
Figure 1 represents a crystal oscillations generator
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piezoelectric comprising a pentode 10, with anode 11, cathode 12, control grid 13, screen grid 14 and stop grid 15.
A piezoelectric crystal 16 is connected on the one hand to the control grid 13, on the other hand to the cathode 12 through a capacitor 17 of suitable value. An inductor 18, bypassing the cris tal 16, delivers direct current, but blocks the high frequency currents.
The oscillator also comprises a tuned anode circuit, formed by a capacitor 19, and an inductor 20; it is inserted between the anode 11 and the cathode la ,, A capacitor 22 shunts, from the HF point of view, the anode direct current source represented by a battery 21. The negative pole of the latter is joined to the mas se and cathode 12.
The screen grid is connected to a suitable tap of the voltage source 21. In order to prevent high frequency currents from passing through the direct current source 21, a capacitor 24 grounds the screen grid from the point of view. HF and a 23-pound choke switch to direct current. Under these conditions, lagril ... the screen does not participate in the oscillatory regime of the device.
The grid-anode capacitance 25 is generally sufficient to provide the coupling necessary to maintain the oscillations; if this condition is not fulfilled, this capacity can be increased by means of a capacitor outside the tube in parallel with 25.
To keep the output voltage of the oscillator practically constant, means are provided for slaving the potential of the stop gate to the output voltage H. F * so as to correct the variations. For this purpose, said stop gate is joined to the cursor of a potentiometer 26, inserted in the gate return, that is to say between the piezoelectric crystal 16 in parallel with the stop coil 18 and the mass. From the HF point of view, the stop grid is earthed by a suitable capacitor 27.
When the tube oscillates, the H.F. gate voltage is detected
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and it is known that the capacitor 17 is charged, the electrode united at the common point of the elements 16-18-26 being at a negative potential very close to the peak value of the; grid H.F. voltage.
The stop gate can therefore be brought to any DC potential value between zero and the average potential of the control gate 13; however, this depends on the amplitude of the HF oscillations. If this increases, the gate 13 becomes more negative and the stop gate 15 also, this yes tends to reduce the amplitude of the HF output voltage at its initial value and vice versa. It is easy to see that this slaving of the potential of the locking gate stabilizes the amplitude of the output HF voltage and this, at least to a very large extent, independently of the load variations on the one hand and of the conditions. oscillation of the piezoelectric crystal on the other hand.
This regulatory effect also protects the crystal against excitations which would cause it to acquire excessive amplitude.
In some cases, for example when using capable tubes of relatively high power, it may be necessary to boost the regulating voltage. FIG. 2 shows a direct current amplifier. The oscillator is analogous to that of Figure 1 and, in general, the same reference numerals have been retained to designate homologous elements. The voltage sources are shown separate for clarity of the drawing but it is obvious that one can use a single source if desired.
The DC amplifier has two tubes 30 and 31; the first 30 has an anode 32, a cathode 33, a control grid 34. The tube 31 has an anode 35, a cathode 36 and a control grid 37. A portion of the voltage drop across the resistor 26 is applied between the cathode 33 and the control electrode 34. In series with the control electrode, gn provides a source of bias voltage, such as a battery 34a, allowing the tube to operate in class A. Any increase in current in the
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resistor 26 corresponding to an increase in the output H.F. current, has the effect of making the electrode 34 more negative. Accordingly, the anode current decreases and the potential difference between cathode and anode of tube 30 increases.
The anode current from tube 30 passes through resistor 39; a DC voltage source 38 is connected between the upper end of this resistor and the anode.
As the current in resistor 39 decreases, the control grid 37 of tube 31, which is biased by an appropriate source 40 compensating for the average value, the voltage drop across resistor 39 becomes less negative. The anode current of the tube 31, which passes through the resistor 41 therefore increases. The increase in voltage drop across la.résistance 41 is applied to the stop grid, through a counter battery 42, the voltage of which compensates for the average voltage drop across resistor 41. A stop coil 43 and a capacitor 27 decouples from the HF point of view, this electrode.
The voltage variations on resistor 26 are thus amplified by two stages before being applied to the stop gate in a direction such that there is correction of the amplitude variations of the voltage H. F. of the oscillator.
FIG. 3 shows a variant of the DC amplification of FIG. 2, in which a 10b tetrode and voltage dividers are used to replace the separate sources.
A voltage divider comprising a resistor 70 is connected to a suitable source 71, the negative terminal of which is grounded. A second resistor 72 is connected between the ground and the anode of the tube 31. The cathodes of the electron tubes and the resistors 39 and 41 are connected to adjustable taps of the resistor 70.
The anode of the tube 10b is connected to the positive of the source 71. The grill screen 73 is connected to a suitably chosen point on the resistor 72. The operation of the oscillator of FIG.
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is the same as that of Figure 2, with one exception. In the assembly of Figure 2, a pentode is used comprising two negatively polarized control electrodes. The screen grid of the tetrode shown in FIG. 3 is normally positive, but to obtain the regulation of the HF voltage, the connection point of the screen grid 73 is suitably chosen on the resistor 72, so that the potential of this electrode can be either positive or negative.
FIG. 4 represents another type of amplification. In this form of the invention, a high frequency amplifier is used, comprising an electronic tuba 45, a tuned anode circuit 46 and a rectifier such as a diode 47 which transforms the amplified high frequency voltage to be adjusted into direct current. The tube 45 is in this case a tetrode with an anode 48, a cathode 49, a control grid 50 and a screen grid 51. The HF voltage of the control grid 13 of the oscillator 10 is applied to the control grid. controls 50 through a capacitor and this grid connected to the cathode by a leakage resistor 52. The screen grid 51 is re-linked to the positive of a source 53, the negative of which is grounded.
The screen grid is grounded to the HF viewpoint by the capacitor 54. The tuned circuit 46 is connected on the one hand to the anode, on the other hand to the positive of an anode voltage source 65, of which the negative is connected to the cathode and to the ground. The output voltage of the amplifier is applied to the anode of the diode 47 through a capacitor 57 and the cathode of the diode is earthed. A leakage resistor 56 is connected between anode and cathode of the diode. By detection of the HF voltage, the junction point of the anode 47, of the capacitor 57 and of the resistor 56 is at a negative direct potential with respect to the ground. This is applied to the stop grid 15 of the tube 10, the cathode 12 of which is grounded, following the same process as in the case of FIG. 1.
FIG. 5 shows another embodiment of the invention in which the H.F. voltage is taken from the circuit
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anode instead of the gate circuit. The operation of this cir - @ cooked is obviously similar to that described above. In this arrangement, the stop gate 15 is decoupled from the HF point of view by means of the resistor 60 and the capacitor 27. A suitable rectifier, such as a diode 61, is connected between the anode 11 and the capacitor. cathode 13 of the oscillator tube 10. The cathode of the diode is connected to a node 11 by means of a variable capacitor 64 which makes it possible to adjust the amplitude of the HF voltage applied to the rectifier and, also, the reaction on the crystal circuit.
The direct current detected by the choke coil 65 connected between the upper end of the resistor 60 and the cathode of the diode.
If the oscillator sottie voltage increases, the current sensed in resistor 60 increases correspondingly. The polarized -. The stop gate therefore becomes more negative and the increase in the output voltage is corrected.
FIG. 6 represents another form of the invention in which the oscillator tube 10a is of the diode-pentode type; both functions being performed within a single envelope.
To apply the suitable potential to the stop grid, in order to ensure regulation, resistors connected in series 60a and 60b between the stop grid 15 and the cathode 63 of the diode element + are provided. junction between the resistors is connected to the anode 6 of the diode, via a source 66 intended to adjust the operating point of said diode. A bypass capacitor 67 prevents the passage of high frequency currents. this through source 66. The output voltage of tube 10a is applied to the diode element of the tube through capacitor 68.
When the high frequency voltage applied to the diode is greater than the negative pglarization voltage, supplied by the source 66, the current passes through the diode element of the tube and the voltage drop across resistor 60b is applied to the grid dar .- stop by resistance 60a.
- There is shown in Figure 7, another embodiment of
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.l'invention which is a combination of the circuits of Figures 4 and 6. This oscillator comprises an amplification of the HF voltage before detection operated as shown in Figure 6. The HF voltage of the control gate of the oscillator is applied to the grid 50a, of the pentode element of the tube 45a. The output voltage of this pen tode is applied to the diodd element through a capacitor 68, and the voltage detected across resistor 60b is applied to the gate of tube 10 across. resistance 60a.
In the foregoing, it can be seen that in the arrangements described, the amplitude of the oscillation can be reduced to zero, if it is deemed necessary, by applying a sufficiently negative voltage to the stop gate of the oscillator. . Consequently, the amplitude of the oscillation can be modified or compensated within a range whose limits depend inically on the sensitivity of the devices applying the regulating voltage to the stop gate and by the control coefficient. of the electronic flux of the latter in the tube considered.