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M ID N Q . m p a 0 n , F déposé à l'appui d'une demande de BREVET de PERFECTIONNEMENT
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au brevet d*INVENTION No 269.199 (No de la demande) du 83 février 1927. - formée par la SOCIETE d'ELECTRICITE & de MECANIQUE - (Procédés Thomson-Houston & Carels) sté Ame, à BRUXELLES pour :
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w-,wwwrwwwwwwwwwwwww---------------w-------¯----w-------------------------------------- PERFECT IOm#MENT AU GENERATEUR d* OSCILLATIONS A ELEMENT PIEZOELECTRIQUE.-
La priorité des brevets déposésaux Etats-Unis d'Amérique, le 11 Juin 1926 sous le n 115369 par A.L.R.ELLIS & le 6 juillet 1926 sous le
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no lkd7f0 par À.Dowltlp2, asti pevaMdiq'usa pour astta dQnmdQ tam Vortu an la Convention Internationale de 1883.- ----------------------------------------------------------------------------
La présente invention est relative à des perfectionnements, chan- gements et additions à celle objet du brevet principale plus particulièrement aux appareils qui comprennent un élément piézo-électrique de quartz ou analo- gue, et son objet est d'obtenir un élément piézo-électrique amélioré,
qui puisse être fabriqué économiquement et qui soit d'une forme appropriée pour être employée avec des circuits fonctionnant à haute fréquence, entre autres avec les appareils dans lesquels plusieurs éléments piézo-électriques présen- tant des caractéristiques de fréquences différentes, sont employés pour
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sélecter ou prédéterminer la fréquence à laquelle fonctionne un circuit éleo- tr ique.
L'invention a encore pour objet de créer un oscillateur commandé par un cristal amélioré, que l'on puisse faire fonctionner dans un domaine de fréquencesbeaucoup plus étendu que les oscillateurs à commande par cristal employés jusqu'ici; elle a aussi pour objet de créer un appareil qui comprenne plusieurs éléments piézo-électriques montés entre une paire d'électrodes, de façon'que la différence de potentiel existant entre les électrodes soit appli- quée entre les faces actives de chaoun des éléments.
Un appareil piézo-électrique, tel par exemple qu'un oscillateur, comprend une petite plaque découpée dans un cristal de quartz, ou autre matière appropriée, dans des directions convenables relativement à ses axes optique et électrique. Il est bien connu qu'une telle plaque, ou élément piézo-électrique, peut transformer l'énergie mécanique en énergie électrique, ou inversement, par suite des charges électriques de polarités différentes engendrées sur ses faces
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oL-'V(Jtl6ü6, lor JtlU' 11 ont aoufnla à des tçatitiloiin mgAnl'1uG;, ou par'cuite dee onzin de compression engendrées dans sa masse, lorsqu'il'est soumis à la tension élec- trique d'un champ électrostatique alternatif.
Comme l'élément entre en résonan- ce mécanique lorsque la fréquence du champ électrostatique alternatif corres pond à la fréquence des ondes de compression engendrées dans l'élément, il est . possible d'employer cet élément pour sélecter la fréquence du courant transmis au circuit ou qui en provient.
On a jusqu'ici considéré qu'il était essentiel qu'un élément piézo-
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électrique soit découpé dans la crin6esl naturel, d..vart dge tH-f9t)HoiiH A. 1:mlQ droit avec l'un des axes électriques, c'est-à-dire avec la direction de son épaisseur parallèle à cet axe. Lorsqu'un élément est découpé de cette façon, il arrive fréquemment qu'il est rendu inopérant, ou-que sa fréquence est gran- dement modifiée, après qu'une grande quantité de travail a été dépensée pour réduire ses dimensions presque exactement à celles nécessaires pour qu'il eseille à une fréquence particulière désirée.
Il en résulte une perte de matiè- re et de travail considérable, la perte de matière étant de l'ordre de 95% et celle de travail étant aussi très considérable pour des fréquences supérieures à 3. 000.000.
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On a constaté que, lorsqu'un élément piézo-électrique est découpé sui- vant des d-irections à angle droit avec l'axe électrique du cristal naturel, il présente une tendance marquée à vibrer ou à osciller à une fréquence qui corres- pond à @ longueur L, et que, généralement, il n'oscille pas aisément à une fréquence qui dépend de son épaisseur T. Bien que l'on ne rencontre aucune dif- ficulté à réduire un élément à toute épaisseur désirée presque quelconque, il est peu vraisemblable qu'un élément découpé de la façon usuelle réponde à la fréquence correspondant à son épaisseur, plutôt qu'à la fréquence relativement basse correspondant à sa longueur.
Il en résulte qu'un tel élément ne convient pas pour être employé dans des conditions où la fréquence est élevée et corres- pond à une très petite dimension de cristal.
Jusqu'ici, les pertes importantes dues à la fabrication des éléments piézo-électriques, etleur tendance marquée à osciller à une fréquence corres- pondant à leur longueur, ont empêché de construire des éléments pouvant fonc- tionner sur des longueurs d'ondes très inférieures à 200 mètres. L'inventeur de la présente invention a constaté qu'un élément piézo-électrique découpé dans un cristal, dans une direction parallèle à un axe électrique, c'est-à-dire avec la direction de son épaisseur perpendiculaire à cet axe, tend non seulement à osciller à une fréquence correspondant à son épaisseur, mais aussi qu'il est beaucoup moins susceptible de devenir inopérant, par suite des opérations de fabrication.
Les éléments en forme de plaques découpées de cette manière dans un cristal naturel, peuvent avoir leur épaisseur limitée seulement par les dif- fieultés mécaniques de les obtenir, et rester néanmoins des oscillateurs actifs tandis que, lorsque les cristaux sont découpés par les procédés généralement acceptés dusqu'ici, ils cessent d'osciller lorsque leur épaisseur est diminuée, jusqu'à celle correspondant à une longueur d'onde inférieure à 200 mètres.
Il est bien connu que, quand plusieurs éléments piézo-électriques, ayant des carác qéristiques de fréquence différentes, sont moptés entre deux électrodes reliées à un circuit électrique, ils peuvent être employés pour fai- re fonctionner le circuit à une quelconque des fréquences des éléments.
Lorsque des éléments piézo-électriques sont découpés de la façon usuelle, aveo la di- mension de leur épaisseur pratiquement parallèle à la direction d'un axe élec- trique du cristal naturel, ils ne donnent pas entière satisfaction avec un
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oscillateur commandé par des cristaux à fréquences multiples, parce que les fréquences naturelles de vibrations des éléments doivent être asse voisines les unes des autres pour assurer le fonctionnement convenable de l'oscilla- teur, L'inventeur de la présente invention a constaté que le domaine de fré- quencesde l'oscillateur à cristaux est très grandement augmenté si les éléments piézo-électriquessont découpés de telle sorte que la dimension de leur épais- seur soit pratiquement perpendiculaire à un axe électrique du cristal,
et s'ils sont montés entre les électrodes, de manière que la tension totale appliquée aux électrodes se trouve appliquée entre les faoes actives de chaque élément,
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels
Les Fig.
1 et 2 représentent la façon dont un élément ou plaque piézo-électrique est découpé dans le cristal, et les fig,3 et 4 représentent différentes réalisations de l'invention,
Sur les figures 1 et 2, on a représenté un cristal hexagonal 1, de quartz ou autre matière piézo-éleotrique appropriée, Lesaxes électriques de ce cristal sont représentés en lignes pointillées joignant les arêtes oppo- sées du cristal, les signes + ou - étant marqués aux extrémités de ces lignes, dans le but d' indiquez* la relation qui peut être obtenue entre les polarités des différentes parties du cristal.
L'axe optique du cristal est représenté par la ligne ZZ= et l'un des axes de cristallisation par une ligne YY,
Ainsi qu'indiqué précédemment, on a considéré jusqu'ici comme essentiel que l'élément piézo-électrique soit découpé dans un cristal suivant un plan perpendiculaire à un axe électrique et parallèle à l'axe optique du cristal, Un. tel élément est indiqué en ligne pointillée sur la Fig,l, Cette figure représente aussi un élément 3 découpé conformément à la présente inven- tion. On peut remarquer que l'élément 3 est déooupé suivant un plan parallèle à l'axe optique ZZ et à l'axe électrique XX.
Lorsqu'on emploie des éléments piézo-électriques ainsi découpés
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suivant un pisa parallèle faux axas xx at XX, oü ua l' CJlgt)l11.tI euaUrto \1H'± l.u\.tl- té à fabriquer des oscillateurs qui sont actifs pour des longueurs d'ondes allant jusqutà 40 mètres, et la difficulté de fabriquer des éléments conve- nant pour de plus courtes longueurs d'ondes, résulte seulement de la diffi- n
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culté mécanique de fabriquer des éléments dont les faces soient parallèles, et qui soient suffisamment minces pour remplir ces fonctions,
Le fait de découpes les éléments parallèlement aux faces du cris- tal, présente ainsi l'avantage que le coût et l'incertitude des opérations de fabrication sont grandement diminués.
La Fig.3 représente un oscillateur à cristal pour fréquencesmul- tiples comprenant les éléments piézo-électriques 4 et 5 semblables à l'élément 3 de la Fig.1, et pris d'épaisseurs différentes, de façon à assurer le fonc- tionnement de l'oscillateur à des fréquences différentes choisies* On peut remarquer'que les éléments 4 et 5 sont montés entre les électrodes 6 et 7, que l'électrode 7 est fixée à une base isolante 8 qui est reliée à une borne 9, et que l'électrode 6 a son pourtour fileté et vissé dans un collier 10, fixé lui-même à la base isolante 8, ce collier servant à la fois à maintenir l'électrode réglable 6 et à la relier électriquement à une borne 11,
L'anneau isolant 12 est disposé de manière à protéger les bords des éléments 4 et 5 vis-àvis de toutes détériorations suceptibles d'êtse causées par leur dépla- cement dans la cellule de l'oscillateur. Il est aisé de comprendre que la dis- tance séparant les électrodes 6 et 7 peut être réglée, en faisant tourner l' électrode 6.
La Fig.4 représente une réalisation de l'invention, qui diffère de celle de la Fig.3 en ce que des éléments additionnels, 13,14 et 15, sont in- terposés entre les électrodes 6 et 7, et en ce que des conducteurs en feuilles métalliques, indiqués par les chiffres 16 à 19, sont employés pour'intercon- necter les faces actives des éléments de façon à assurer que les faces oppo- sées de ses 41 Amonts soient soumises à la tension appliquée aux électrodes 6 et 7, par l'intermédiaire des bornes 9 et 11, On peut ainsi remarquer que l'élément 5 à sa face inférieure au contact de l'électrode 7 et sa face su- périeure reliée à l'électrode 6, par l'intermédiaire des bandes métalliques 18 et 19;
que l'élément 4 a sa face supérieure reliée à l'électrode 7 par l'intermédiaire de la bande métallique 16 et sa face inférieure reliée aux bandes métalliques 18 et 19; que l'élément 13 a sa face supérieure reliée à l'électrode 6'par l'intermédiaire d'une bande métallique 19, et sa face in- férieure reliée à l'électrode 7, par l'intermédiaire d'une bande métallique
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16, que l'élément 14 a sa face inférieure reliée à l' électrode 6, par l'inter- médiaire de la bande métallique 19, et sa face supérieure reliée à l'électrode 7, par l'intermédiaire des bandes métalliques 16 et 17; que l'élément 15 a sa face supérieure au contact de l'ûlectrode 6, et sa face inférieure reliée à l'électrode 7, par l'intermédiaire des bandes métalliques 16 et 17.
Grâce à ces connexions, les faces actives des divers éléments sont reliées en parallèle entre les bornes9et 11, et la tension totale appliquée aux bornes est disponible pour engendrer les oscillations de l'élément choisi, de façon à pré¯déterminer la fréquence du circuit relié aux bornes. il est clair que la sélection entre les divere éléments est déterminée par le réglage des constantes du circuit.