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La présente invention se rapporte à des générateurs d'oscillations électriques du genre dans lequel l'élément oscillateur est un dispositif semi-conducteur.
On a assisté ces dernières années au développement des dispositifs amplificateurs utilisant des matériaux semi-conducteurs connus sous le nom de triodes à cristal ou transistors, et il est évident qu'une triode à cris- tal peut être adaptée pour produire des oscillations du même ordre que les tubes thermioniques. En conséquence, des circuits d'oscillations à triodes à cristal ont déjà été proposés. Cependant, les propriétés des triodes à cristal sont différentes de celles des tubes thermioniques et les circuits d'oscillations doivent être convenablement réalisés pour donner des résul- tats satisfaisants.
Un des principaux objets de la présente invention est, en consé - quence, de fournir un générateur d'oscillations perfectionné comprenant une triode à cristal comme élément actif.
Puisque le gain et les impédances internes d'une triode à cristal dépendent des courants de fonctionnement, l'amplitude et les oscillations pro duites peuvent être variables, et, en conséquence, un autre objet de ' l'invention est de prévoir des mos pour stabiliser cette amplitude. Puis- que, pour le moment, on peut seulement obtenir des triodes à cristal qui soient fabriquées pour satisfaire à une gamme étendue en ce qui concerne les caractéristiques de travail, différents échantillons peuvent produire des résultats différents dans le même circuit d'oscillations. Un autre ob- jet de l'invention est donc de fournir des dispositifs au moyen desquels on puise obtenir des résultats pratiquement uniformes avec différents échan- tillons de triodes à cristal d'un type donné.
Le principal objet mentionné ci-dessus est réalisé, d'après la pré- sente invention, en prévoyant un générateur d'oscillations électriques com- prenant une triode à cristal comportant une électrode émettrice, une élec- trode collectrice et une électrode de base, des moyens pour polariser les électrodes émettrice..
et collectrice par rapport à l' électrode de base res- pectivement dans les directions de résistance faible et élevée des contacts correspondants, un dispositif pour déterminer la fréquence formant une con- nexion à contre-réaction entre les électrodes émettrice et collectrice, des moyens pour introduire une transformation d'impédance entre le dit dis- positif et le circuit des électrodes émettrice ou collectrice de la triode à cristal, et des moyens pour obtenir les oscillations produites venant du circuit de l'électrode collectrice de la dite trio de à cristal.
L'invention sera décrite en se référant aux aessins annexés, dans lesquels :
La Fig. 1 représente sous forme schématique un circuit de principe d'un générateur d'oscillations à triode à cristal, suivant la présente in- vention; ta Fig. 2 représente un circuit oscillateur et des moyens pour sta- bilisèr l'amplitude des oscillations de sortie;
La Fig. 3 représente une autre forme de circuit oscillateur et une variante pour stabiliser l'amplitude des oscillations ainsi que des moyens pour régler le circuit pour qu'il puisse convenir avec différents échantil- lons de triodes à cristal, et
La Fig. 4 représente une forme de circuit oscillateur, suivant la présente invention, c onvenable plus spécialement pour les fréquences rela- tivement basses, et pourvu de moyens facultatifs pour stabiliser l'amplitude
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des oscillations.
La Fig. 1 représente un circuit oscillateur de principe suivant la présente invention. Il comprend une triode à cristal 1, comprenant une électrode émettrice 2, une électrode collectrice 3, et une électrode de ba- se 4.
L'électrode émettrice se distingue de l'électrode de base par une pointe de flèche. La fréquence des oscillations est déterminée par un dis- positif résonateur convenable représenté, par exemple, par une inductance 5 et un condensateur 6 connectés en série entre les circuits de l'électrode collectrice et de l'électrode émettrice de la triode à cristal. On compren- dra qu'un dispositif résonateur électro-mécanique convenable tel qu'un cris- tal piézo-électrique (non représenté) pourrait être utilisé au lieu des élé- ments 5 et 6. Il est bien connu que le circuit aura une stabilité de fré- quence bien supérieure si un cristal piézo-électrique est utilisé au lieu d'un circuit résonnant comprenant une inductance et un condensateur.
Quel que soit le dispositif résonateur utilisé pour déterminer la fréquence, il devrait se comporter comme un circuit de résonance série, c'est-à-dire un circuit dont l'impédance est un minimum à la fréquence de résonance.
On suppose que la triode à cristal 1 utilise un semi-conducteur de type N, et ainsi l'électrode émettrice 2 est polarisée positivement par rapport à l'électrode de base qui est mise à la terre par une source de cou- rant 7 mise à la terre à travers une résistance 8 et à travers une partie d'une inductance 9 formant avec un condensateur 10 un circuit de charge ré- sonnant d'entrée qui devrait être accordé à la même fréquence que les élé- ments 5 et 6. Un grand condensateur de détournement 11 connecte le point de jonction des éléments 8 et 9 à la terre.
L'électrode collectrice 3 est polarisée négativement par rapport à l'électrode de base 4 par une source de courant continu 1,2 mise à la ter- re à travers une résistance 13 et à travers un circuit de charge résonnant parallèle de sortie comprenant une inductance 14 et un condensateur 15 qui devrait être accordé à la même fréquence que les éléments 5 et 6. Un grand condensateur de détournement 16 connecte la jonction des éléments 14 et 15 à la terre, Les oscillations produites sont obtenues à partir d'une paire de bornes 17,18 connectées à un enroulement de sortie 19 inductivement cou- plé à l'inductance 14. Suivant une variante, la sortie peut être prise à partir d'une borne 21 directement connectée à l'électrode collectrice, et à une borne 22 mise à la terre.
La résistance 13 n'es-c pas toujours nécessai- re, mais elle est prévue pour limiter le courant de l'électrode collectrice au cas où la résistance interne du circuit de l'électrode collectrice est insuffisante pour limiter le courant de l'électrode collectrice à une va- leur convenable.
Les éléments résonateurs 5, 6 sont représentés connectés entre l'ex- trémité supérieure de l'inductance 9 et une prise de l'inductance 14. Cette dernière connexion fournit une transformation d'abaissement de tension entre l'impédance relativement élevée du circuit de l'électrode collectrice et celle présentée par les éléments résonnants 5, 6 qui peut être plutôt faible à certaines fréquences. D'une façon similaire, l'électrode émettrice 2 est représentée connectée à la prise de l'inductance 9.
Cette connexion est particulièrement utile aux fréquences relativement basses (par exemple 5.000 Hz) quand les éléments 5,6 sont remplacés par un cristal piézo-électrique, parce que, alors l'impédance du circuit de l'électrode émettrice est faible comparée à celle présentée par le cristal piézo-électrique, et la connexion représentée, fournit une transformation élévatrice d'impédance entre le cir-
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cuit de l'électrode émettrice et le cristal piézo-électrique.
On comprendra, cependant, que bien que les transformations d'impé- dance soient représentées aux deux extrémités des éléments résonnants 5, 6 de façon à montrer les possibilités du circuit, en pratique, les deux trans- formations ne seront pas nécessaires ensemble. Ainsi, dans les circuits représentés dans les Figs. 2 et 3, qui vont être décrits ci-après, aucune transformation n'est nécessaire pour le circuit de l'électrode émettrice et, en conséquence, les éléments 9 et 10 ne sont pas nécessaires,et le con- densateur 6 (ou la borne correspondante d'un dispositif résonateur équiva- lent) sera connecté à l'électrode émettrice 2. D'une façon similaire, dans une variante représentée dans la Fig. 4, les éléments 9 et 10 subsistent et l'inductance 5 (ou le dispositif équivalent) est connectée directement à l'électrode collectrice 4.
Dans ce cas, les éléments 14, 15 sont utili- sés comme un circuit à bobine d'induction résonnant parallèle, en série avec la source 12, et la sortie peut être prise à partir des bornes 21 et 22, l'enroulement 19 n'étant pas nécessaire.
La forme du circuit de principe représenté dans la Fig. 2 comprend des moyens pour stabiliser l'amplitude des oscillations. 'L'amplitude des oscillations s'accroît avec l'augmentation du courant continu de l'électro- de émettrice et vice-versa et ceci donne une base convenable pour stabili- ser l'amplitude.
Dans la Fig. 2 (et aussi dans les Figs. 3 et 4 qui seront décrites par la suite), on a donné les mêmes désignations numériques aux éléments qui sont semblables à ceux de la Fig. 1), L'électrode émettrice 2 est con- nectée à la résistance 8 à travers une résistance additionnelle 23. Connec- tés en série à travers la source 7 se trouvent un thermistor 24 chauffé di- rectement (connecté à la terre), une inductance 25 et une résistance 26.
Un redresseur 27 connecte le point de jonction des éléments 25 et 26 avec le point de jonction des éléments 8 et 23, et il est dirigé de façon à être bloqué quand ce dernier point de jonction est à son potentiel le plus bas.
Un enroulement 28 couplé inductivement à l'inductance 14 est connecté à tra- vers le thermistor 24, un condensateur de blocage 29 étant compris dans la connexion. On suppose que le therm istor 24 est d'un type classique ayant un coefficient de température négatif de résistance. Les oscillations pro- duites sont appliquées par l'intermédiaire du condensateur 29 pour chauf- fer le thermistor 24, qui aura une résistance relativement élevée quand l'am- plitude des oscillations est faible. La résistance 26 est choisie de maniè- re à ce que le redresseur 27 soit bloqué dans cette condition, de sorte que le courant fourni par la source 7 à l'électrode émettrice à travers la ré- sistance 8 n'est pas affecté par le circuit shunt de* éléments 24, 25 et 26.
Quand l'amplitude des oscillations augmente, la résistance du thermis- tor 24 diminue jusqu'à ce que le redresseur 27 devienne.,non bloqué. Quand l'amplitude des oscillations augmente encore, une quantité accrue du courant de l'électrode émettrice est shuntée à travers le redresseur 27 et les élé- ments 24 et 2, jusqu'à ce que la réduction de gain de la triode à cristal qui provient de la réduction du courant de l' électrode émettrice arrête mo- mentanément toute augmentation supplémentaire en amplitude, et ce courant devient alors stabilis é. Toute tendance ultérieure pour l'amplitude à aug- menter ou à diminuer produira une diminution ou une augmentation correspon- dante dans la résistance du thermistor, qui, à son tour,
pro duit une modi- f ication du courant de l'électrode émettrice qui neutralise le changement en ce qui concerne l'amplitude.
L'inductance 25 est prévue sous la forme d'une bobine d'induction pour maintenir les oscillations hors du circuit d'alimentation à courant continu, et le condensateur 29 est prévu pour empêcher le courant continu
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d'être shunté à travers l'enroulement 28.
De façon à ce que le circuit fonctionne d'une façon satisfaisante, la résistance 26 devrait être beaucoup plus grande que la résistance 8.
Le redresseur 27 et la résistance 26 sontprévus pour empêcher le contrôle de la stabilisation de fonctionner jusqu'à ce que l'amplitude des oscillations ait atteint une certaine valeur minimum. Cette disposition est généralement nécessaire si la triode à cristal a un gain de courant fai- ble car autrement les oscillations ne peuvent jamais atteindre l'amplitude désirée.
Si la triode à cristal a un gain de courant élevé, cet inconvénient ne se pro duit pas, et les éléments 26 et 27 peuvent alors être omis, la borne supérieure de l'inductance 25 étant alors connectée directement au point de jonction des éléments 8 et 23.
La Fig. 3 représente un oscillateur avec un circuit de principe si- milaire à celui de la Fig. 2 mais avec une variante dans le dispositif de stabilisation, et avec des moyens pour régler le courant de l'électrode émettrice pour différents échantillons de triode à cristal, de manière à ce qu'une onde de sortie pratiquement sinusoïdale puisse toujours être ob- tenue.
Dans la fig. 3 l'élément qui détermine la fréquence est représen- té sous la forme d'un cristal piézo-électrique 30 qui prend la place des éléments 5, 6 représentés dans la Fig. 2, L'électrode émettrice est con- nectée à la terre à travers un potentiomètre 31 et une résistance 32 con- nectés en série; la résistance 8 et le cristal piézo-électrique 30 sont con- necté au contact mobile du potentiomètre, comme représenté.
Le thermistor 24 est connecté en série avec une résistance 33 et un commutateur 45 aux bornes de l'enroulement 28. De cette manière, le thermistor n'est pas associé au circuit d'alimentation en courant de l'élec- trode émettrice comme dans la Fig. 2. A travers l'enroulement 28 se trouve connecté un simple circuit redresseur pour mesurer le niveau des oscillations engendrées, comprenant un redresseur 35, une résistance 36, un compteur à courant continu 37 et un commutateur 38, tous connectés en série, et un con- densateur shunt 39.
Pendant le fonctionnement normal, le commutateur 34 est fermé et le commutateur 38 est ouvert, comme montré. Par cette disposition, l'impé- dance série du thermistor 24 et la résistance 33 sont effectivement connec- tées à travers le circuit résonnant 14, 15,mais transformées suivant le rap- port de transformation d'impédance des enroulements 19 e@ 28. Il est bien connu que la valeur de la résistance 33 peut être choisie en relation avec la caractéristique d'impédance du thermistor 24, de sorte que la tension à travers les deux éléments est presque indépendante du courant qui y circu- le sur une gamme relativement large de courants.
Ainsi, on verra que quand les oscillations de sortie ont atteint un niveau correspondant à l'extrémi- té inférieure de cette gamme de courants, la tension des oscillations de sortie à travers l'enroulement 14 ou 19 se maintiàndra ensuite pratiquement constante à l'aide du circuit thermistor, .toute augmentation supplémentaire de la puissance d'oscillations étant absorbée par le thermistor. Cet arran- gement stabilise, en conséquence, la tension de sortie des oscillations con- tre des variations dûes à toute cause, dans une certaine gamme de puissance des oscillations produites.
La fonction du potentiomètre 31 sera expliquée maintenant. Par sui- te des variations dans les caractéristiques qui peuvent se produire entre différents échantillons du même type de triode à cristal, des valeurs diffé-
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rentes de courant de polarisation de 1 électrode émettrice sont demandées pour obtenir une amplitude d'oscillation maximum sans produire une forme d'onde incorrecte. Les oscillations renvoyées à travers le cristal piézo- électrique 30 sont redressées par le contact de l'électrode émettrice et augmentent le courant de polarisation de l'électrode émettrice.
Si la ten- sion à contre réaction est trop grande, le courant de l'électrode collectri- ce est amené à la coupure pendant chaque période des oscillations, et les boucles positives de l'onde de sortie de l'électrode collectrice sont apla- ties. On verra que si le contact mobile du potentiomètre 31 est enlevé de l'électrode émettrice 2, le courant de l'électrode émettrice fourni à par- tir de la source 7 est réduit et, en même temps, la tension à contre réac- tion appliquée à l'électrode émettrice 2 est également réduite.
On a trou- vé que quand le contact mobile du potentiomètre 31 est enlevé de l'électro- de émettrice 2, la largeur de la partie plate des boucles positives de l'onde de sortie de l'électrode collectrice est réduite progressivement sans en même temps réduire l'amplitude de pointe, jusqu'à ce qu'une forme sensi- blement sinusoidale soit produite. En conséquence, de façon à régler le po- tentiomètre 31 pour tout échantillon donné de triode à cristal, 1, le com- mutateur 24 est ouvert pour déconnecter le circuit du thermistor, et le com- mutateur 38 est fermé pour connecter le compteur 37, qui alors donne une lecture qui est une mesure du niveau de sortie des oscillations produites.
En démarrant avec le contact mobile du potentiomètre 31 à l'extrémité de l'électrode émettrice, il est constamment enlevé de l'électrode émettrice.
D'abord, le compteur 37 n'indique aucun changement dans le niveau, mais quand le point correspondant à la forme d'onde sinusoïdale est atteint, la lectu- re du compteur commence à décroître. Le réglage nécessaire du potentiomè- tre 31.est le point auquel la lecture du compteur commence à décroître. Le commutateur 38 est alors de nouveau ouvert et le commutateur 34 est fermé pour reconnecter le circuit de stabilisation.
Il peut être utile de mentionner que dans le cas particulier d'un oscillateur construit d'après la Fig. 4, dans laquelle le piézo-cristal 30 était accordé à 250 kHZ, les sources 7 et 12 avaient des potentiels de 60V., et les résistances des éléments 8, 31 et 32 étaient de 56.000 ohms, 1. 000 ohms et 220 ohms respectivement. L'impédance de charge totale présentée au circuit de l'électrode collectrice était d'environ 8.000 ohms.
Il peut être indiqué que, en principe., les éléments 24 et 33 pour- raient être connectés directement à travers l'enroulement 14 ou 19, mais en pratique on trouve qu'ils chargeraient trop lourdementla sortie de l'oscilla- teur. En conséquence, il est préférable de les connecter à un enroulement séparé (28) qui peut être choisi de façon à ce que cet@@ difficulté soit évi- tée. Des considérations similaires se présentent dans la cas de la Fig. 2.
La Fig. 4 représente une forme simple du circuit de la Fig. 1, con- venable particulièrement pour les basses fréquences. De nouveau, l'élément de contrôle de la fréquence est représenté comme un cristal piézo-électrique 30 accordé dans ce cas à 5 kHz, par exemple, et le circuit comprend les é- léments 9, 10 et 11 de la Fig. 1. Le cristal piézo-électrique 30 est connec- té entre l'électrode collectrice 3 et l'extrémité supérieure de l'inductance 9 et le circuit parallèle résonnant formé par les éléments 14 et 15 est con- necté en série entre l'électrode collectrice 3 et le résistance 13. Il n'y a ainsi aucune transformation d'impédance entre le circuit de l'électrode collectrice et le cristal piézo-électrique 30. L'électrode émettrice est connectée à une prise sur la bobine 9.
Puisque le cristal à basse fréquen- ce 30 a plutôt une impédance élevée à la résonnance, une transformation d'adaptation d'impédance est prévue de cette façon entre l'impédance présen- tée par le circuit du cristal piézo-électrique 30 et l'impédance du circuit de l'électrode émettrice. La sortie des oscillations est prise à partir de
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la borne 21 connectée à l'électrode collectrice 3 et à la borne de terre 22.
La Fig. 4 comprend également des arrangements stabilisateurs d'am- plitude similaires à ceux représentés dans la Fig. 3, et comprenant les élé- ments 24 et 33, sans le commutateur 34, connectés à un enroulement 40 cou- plé inductivement à un enroulement 4 connecté entre les bornes 21 et 22.
Les éléments 24, 33, 40 et 41 peuvent évidemment être omis si la stabilisa- tion n'est pas nécessaire. On peut prévoir également, si on le désire, des dispositifs, pour régler la forme d'onde de sortie décrite dans la spé- cification en se référant à la fig. 3.
On a supposé, dans ce qui précède, que la triode à cristal utilise dans les exemples de réalisation représentés dans les Figs. 1 à 4 est du type où il est nécessaire que les électrodes collectrice et émettrice soient polarisées positivement et négativement, respectivement à l'électrode de base. Si le type opposé de triode: à cristal est utilisé, les sources 7 et 12, et le redresseur 27 (fig. 2) devraient être inversés. La triode à cristal n'est pas nécessairement du type dit "à pointe" représenté dans les figures, mais elle pourrait être du type à jonction.
Quel que soit le type utilisé, l'électrode émettrice devrait être polarisée dans la direc- tion de faible résistance ou direction de conduction, tandis que l'électro- de collectrice devrait être polarisée dans la direction de résistance éle- vée ou de non conduction du contact de l'électrode collectrice.
Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec des exemples particuliers de réalisation, il est clair qu'elle n'est pas limitée aux dits exemples et qu'elle est susceptible de variantes et modi- fications sans sortir de son domaine.