<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENT AUX GENERATEUR D'OSCILLATIONS A ELEMENT PIEZOELECTRIQUE. la présente invention est relative aux générateurs d'oscillations comprenant un élément piezoélectrique, et son objet est de créer une méthode améliorée et des moyens par lesquels les oscillations de l'élément piézoélec- trique formant partie de ce générateur, peuvent être aisément amorcées et subséquemnent maintenues ou reproduites à une fréquence prédéterminée.
Il est bien connu qu'un élément piézoélectrique oscillant, tel qu' une plaque ou disque de quartz, continue à osciller lorsqu'il est soumis à une tension d'unefréquence qui dépend de ses dimesions. Lorsqu'un élément piézo-
<Desc/Clms Page number 2>
électrique est employé pour prédéterminer la fréquence d'oscillations d'un circuit qui comprend un tube électronique, les oscillations de l'élément piézoélectrique sont apparemment amorcées par les variations relativement fai- bles de l'émission électronique de la cathode du tube. Ces légères variations modifient la tension électrostatique appliquée à l'élément, et engendrent un train d'ondes de compression et de dilatation dans l'élément, à une fréquence qui dépens, de ses dimensions.
Le train d'ondes relativement faibles ainsi en- gendrées créent, par leur action mécanique sur l'élément, des forces électro- motrices d'une fréquence déterminée, que l'on peut appliquer à la grille du tube à décharge électronique, et ces forcesélectromotrices amplifient les ten- sions électrostatiques originellement faibles appliequées à l'élément piézoé@@ -trique, à tel point qu'elle détermine la fréquence d'oscillations du circuit de débit du générateur.
Lorsqu'on utilise un élément piézoélectrique pour prédéterminer la fréquence d'oscillations d'un circuit, on rencontre des difficultés à dis- poser les circuits de telle sorte que le générateur fonctionne toujours à une fréquence qui peut être reproduite et qui n'est pas affectée par l'action ré- troactive du circuit de débit du générateur. Cette difficulté est due en gran- de partie à ce qu'un élément piézoélectrique peut osciller à plusieurs fréquen- ces différentes.
Conformément à l'invention, le fonctionnement du générateur, à une fréquence qui peut être aisément reproduite, est assuré par l'emploi d'un tube à décharge électronique ayant une conductance mutuelle élevée., relié à un circuit accordé sur une fréquence supérieure à celle pour laquelle on désire faire fonctionner le générateur, et le couplage rétroactif du circuit de débit est empêché par un amplificateur thermionique du type ayant une grille-écran auxiliaire interposée entre sa grille de commande et son anode.
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et au dessin qui l'accompagne, sur lequel on a représenté un généra- teur d'oscillations 1 qui comprend un élément piézoélectrique 2, un tube à décharge électronique 3 ; unamplificateur thermionique 4 qui est accouplé au générateur 1, par l'intermédiaire de moyens représentés comme un condensateur 5, et un circuit de débit 8 accouplé à l'amplificateur 4, per l'intermédiaire
<Desc/Clms Page number 3>
d'un transformateur 9f Le tube à décharge électronique 3 comprend une cathode
10, des grilles de charge d'espace et de commande 11 et 12 et une anode 13.
L'amplificateur 4 est pourvu d'une cathode 14, d'une grille-écran 16, d'une grille de commande 15, et d'une anode 17. Les cathodes 10 et 14 sont alimentées de courant de chauffage par une source 18.
La cathode 10 est connectée à la grille de commande 12, par l'in- termédiaire d'un élément piézoélectrique shunté par une résistance de fuite
19, à la grille de charge d'espace 11, par l'intermédiaire d'une prise de cou- rant de basse tension 20, de la source de courant d'anode 21, et-à l'anode 13, par l'intermédiaire de la source 21 et d'une réactance 22 qui est, de préféren- ce, d'une impédance juste suffisamment élevée pour assurer le fonctionnement du générateur d'oscillations.
Le courant de débit de l'amplificateur 4 est ali- menté par la source 23 connectée entre la cathode 14 et l'anode 17, par l'in- termédiaire d'un circuit accordé qui comprend un condensateur 24 et l'enroule- ment primaire d'un transformateur 9. @@ peut remarquer que la grille-éotan 16 est connectée à une borne de basse tension 25 de la source 23, et que la gril- le de commande 15 est connectée à la cathode 14, par l'intermédiaire d'une ré- sistance 27 et de moyens d'appliquer à la grille une tension de réglage repré- sentée par une batterie 26.
Pour que le générateur 1 fonctionne de façon stable, il est né- cessaire que certaines conditions essentielles soient remplies; il convient que la fréquence naturelle du circuit comprenant la réactance 22, soit élevée relativement à la fréquence d'oscillations mécaniques naturelles du cristal, de manière que l'oscillation de l'élément piézoélectrique 2 s'établisse à une fréquence qui est exactement reproduite,, chaque fois que le générateur est mis en oscillations. Si, toutefois, l'impédance de ce circuit est diminuée jusqu'à une certaine valeur, le dispositif 5 n'oscille pas et le générateur 1 ne fonc- tionne pas.
Le fonctionnement du générateur à une fréquence bien définie pou- vant être reproduite, est assuré lorsque le circuit d'anode du tube 3 est ac- cordé sur une fréquence approximativement double,, ou plus du double de celle sur laquelle on désire faire fonctionner le générateur.
Dans ces conditions, le rapport d'amplificatione du tube 3 est généralement si faible, par suite de la faible impédance de la charge 22 du circuit de plaque, à la fréquence @
<Desc/Clms Page number 4>
désirée, que le générateur ne fonctionne pas. conformément à l'invention, cette difficulté est évitée en constituant la réactance 22 de façon qu'elle ait une self maximun et une capacité répartie minimum, et en empleyant, pour le tube 3, un tube ayant une conductance mutuelle élevée, de préférence du type avec grille de charge d'espace, telle que représentée.
De la sorte, on peut assurer le fonctionnement stable et conti- nu du générateur.
Si l'on choisit de façon convenable les constantes du circuit, et s'i l'on maintient constante la température de l'élément piézoélectrique, la fréquence du générateur reste constante à moins d'un millionième près. Cette fréquence est ainsi pratiquement indépendante de toutes les fluctuations usuel. les de la tension d'alimentation, et des variations des constantes de circuit qui résultent de variations de température ou de déplacements mécaniques im- prévus.
Lorsque le courant, dans le générateur du type décrit, est trans- mis à un circuit de charge, ce circuit réagit généralement sur le générateur et modifie sa fréquence d'oscillations. Cette réaction est minimum lorsque le générateur est accouplé lâchement à la grille dtua amplificateur thermionique interposé entre le générateur et le circuit de débit. Même dans ce cas, cepen- dant, le fait d'accorder le circuit d'anode de l'amplificateur au moyen du condensateur z4, modifie en général la fréquence du générateur de dix à cent millionièmes, par l'effet de la réaction de capacité entre la plaque et la grille de comnande de l'amplificateur.
Par l'emploi d'une grille-écran dispo- sée entre la grille de cor.mande et l'anode, on évite tout danger de rétroaction et la fréquence du générateur est rendue indépendante de la variation des cons- tantes du circuit de débit. les ré-alisations décrites ci-dessus mettent en évidence les principales caractéristiques de l'invention, mais il est clair qu'elles peu- vent être modifiées de bien des façons, en vue de les adapter aux conditions que l'on rencontre, et cela sans sortir du domaine du présent brevet.
<Desc / Clms Page number 1>
PERFECTION IN OSCILLATION GENERATOR WITH PIEZOELECTRIC ELEMENT. the present invention relates to oscillations generators comprising a piezoelectric element, and its object is to provide an improved method and means by which the oscillations of the piezoelectric element forming part of this generator, can be easily initiated and subsequently maintained or reproduced at a predetermined frequency.
It is well known that an oscillating piezoelectric element, such as a quartz plate or disc, continues to oscillate when subjected to a voltage of a frequency which depends on its dimensions. When a piezo element
<Desc / Clms Page number 2>
electrical is employed to predetermine the frequency of oscillations of a circuit which includes an electron tube, the oscillations of the piezoelectric element are apparently initiated by the relatively small variations in the electron emission from the cathode of the tube. These slight variations modify the electrostatic voltage applied to the element, and generate a wave train of compression and expansion in the element, at a frequency which expends its dimensions.
The relatively weak wave train thus generated creates, by their mechanical action on the element, electro-motive forces of a determined frequency, which can be applied to the grid of the electronic discharge tube, and these Electromotive forces amplify the originally low electrostatic voltages applied to the piezoelectric element to such an extent that it determines the frequency of oscillations of the generator flow circuit.
When using a piezoelectric element to predetermine the frequency of oscillations of a circuit, difficulties are encountered in arranging the circuits so that the generator always operates at a frequency which can be reproduced and which is not. affected by the feedback action of the generator flow circuit. This difficulty is due in large part to the fact that a piezoelectric element can oscillate at several different frequencies.
According to the invention, the operation of the generator, at a frequency which can be easily reproduced, is ensured by the use of an electronic discharge tube having a high mutual conductance., Connected to a circuit tuned to a frequency greater than that for which it is desired to operate the generator, and the retroactive coupling of the flow circuit is prevented by a thermionic amplifier of the type having an auxiliary screen-grid interposed between its control grid and its anode.
The invention will be better understood by referring to the following description and to the drawing which accompanies it, in which there is represented an oscillation generator 1 which comprises a piezoelectric element 2, an electronic discharge tube 3; a thermionic amplifier 4 which is coupled to the generator 1, through means shown as a capacitor 5, and a flow circuit 8 coupled to the amplifier 4, through the intermediary
<Desc / Clms Page number 3>
of a transformer 9f The electronic discharge tube 3 comprises a cathode
10, space and control charge grids 11 and 12 and an anode 13.
The amplifier 4 is provided with a cathode 14, a screen grid 16, a control grid 15, and an anode 17. The cathodes 10 and 14 are supplied with heating current by a source 18. .
Cathode 10 is connected to control gate 12, via a piezoelectric element shunted by a leakage resistor.
19, to the space charge grid 11, via a low-voltage current tap 20, from the anode current source 21, and to the anode 13, via the intermediary of the source 21 and of a reactance 22 which is, preferably, of an impedance just sufficiently high to ensure the operation of the oscillation generator.
The output current of amplifier 4 is supplied by source 23 connected between cathode 14 and anode 17, through a tuned circuit which includes capacitor 24 and winding. primary of a transformer 9. Note that the eotan grid 16 is connected to a low voltage terminal 25 of the source 23, and that the control grill 15 is connected to the cathode 14, through the intermediary of a resistor 27 and means of applying to the grid an adjustment voltage represented by a battery 26.
In order for the generator 1 to operate stably, certain essential conditions must be fulfilled; the natural frequency of the circuit comprising the reactance 22 should be high relative to the frequency of natural mechanical oscillations of the crystal, so that the oscillation of the piezoelectric element 2 is established at a frequency which is exactly reproduced, , each time the generator is put into oscillations. If, however, the impedance of this circuit is reduced to a certain value, device 5 does not oscillate and generator 1 does not operate.
Operation of the generator at a well-defined reproducible frequency is ensured when the anode circuit of tube 3 is tuned to a frequency approximately double ,, or more than double that at which it is desired to operate the generator. generator.
Under these conditions, the amplification ratio of tube 3 is generally so low, due to the low impedance of load 22 of the plate circuit, at frequency @
<Desc / Clms Page number 4>
desired, that the generator is not working. according to the invention, this difficulty is avoided by constituting the reactance 22 so that it has a maximum self and a minimum distributed capacitance, and by empleyant, for the tube 3, a tube having a high mutual conductance, preferably of type with space charge grid as shown.
In this way, stable and continuous operation of the generator can be ensured.
If the circuit constants are properly chosen, and the temperature of the piezoelectric element is kept constant, the frequency of the generator remains constant to within a millionth. This frequency is thus practically independent of all the usual fluctuations. the supply voltage, and variations in circuit constants which result from temperature variations or unforeseen mechanical displacements.
When the current, in the generator of the type described, is transmitted to a load circuit, this circuit generally reacts on the generator and modifies its frequency of oscillations. This reaction is minimal when the generator is coupled loosely to the grid of a thermionic amplifier interposed between the generator and the flow circuit. Even in this case, however, tuning the anode circuit of the amplifier by means of the capacitor z4, in general changes the frequency of the generator by ten to one hundred millionths, by the effect of the reaction of capacitance between the plate and the amplifier control grid.
By using a screen grid placed between the control grid and the anode, any danger of feedback is avoided and the generator frequency is made independent of the variation of the flow circuit constants. . the embodiments described above demonstrate the main characteristics of the invention, but it is clear that they can be modified in many ways, in order to adapt them to the conditions which are encountered, and this without departing from the scope of the present patent.