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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX AMPLIFICATEURS A HAUTE FREQUENCE.
L'invention vise les circuits utilisés pour ampli- fier les courants de haute fréquence,et en particulier les fré- quences servant à la T.S.F. Elle vise spécialement les systèmes pouvant efficacement amplifier des tensions à haute fréquence dans une gamme très étendue de longueurs d'ondes,par exemple pour ..toutes les fréquences utilisables ou utilisées en radiophonie.
Elle est plus partioulièrement caractérisée par @
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l'application de valves à grille-écran,de transformateurs spéciaux de couplage,de potentièmètres de réglage appropriés et de circuits de couplage capables de produire une amplification éventuellement règlable,pratiquemment uniforme et sélective pour toutes les fré- quences qu'on a l'intention d'utiliser.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et a- vantages de l'invention, en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent,donnés simplement à titre d'ex- emple et sans aucune limitation. -
La fig.l représente une forme de réalisation de l'inven- tion,comportant 5 lampes.-
La fig. 2 et 3 visent des variantes comportant les moyens destinés à rendre le système plus sélectif.
La fig. 4 indique l'emploi de valves à grille-cran à chauf- fage indirect,ainsi que les moyens permettant de régler le degré d'amplification.
Sur la fig.l.on a représenté un récepteur comportant 1' amplification et la détection des signaux de T.S.F.et comprenant plusieurs lampes numérotées de 1 à 5 avec des connexions qui per- mettent aux signaux de T.S.F.reçus sur l'antenne 6 d'être ampli- fiés et détectés et fournis,de manière appropriée,aux bornes 7 de sortie du système.
Les lampes 1 et 2 sont des tubes de type bien connu com- portant quatre éléments,dont un grille-écran.Les signaux reçus l'antenne 6 sont appliqués sur la grille de commande 8 du tube 1, cette grille étant directement reliée à l'antenne.Le circuit de sortie ou de plaque de ce tube 1 comporte le primaire 9 d'un trans- formateur de couplage dont le secondaire 10 fait partie d'un cir- cuit accordé,reliant le circuit de débit du tube 1 an circuit d'entrée du tube 2.Ce transformateur peut être de rapport 1 sur 1 et présenter un accouplement serré,de manière à transmettre effica- cement l'énergie.L'impédance du circuit de sortie du tube 1 est si élevée qu'un accouplement serré ne présente pas,dans ce cas,
l'in-
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convénient d'affecter sensiblement la sélectivité assurée par le circuit accordé.
Un accouplement magnétique est réalisé entre ce cir- cuit accordé, et le circuit d'entrée du tube 2, au moyen d'un transformateur de couplage ayant un enroulement primaire 11 et un enroulement secondaire 12.Le circuit intermédiaire et le circuit d'entrée du tube 2 peuvent être règlés à la ma- nière ordinaire,au moyen de condensateurs variables 13 et 14 commandés,si on le veut,simultanément par un seul bouton.Le couplage électro-magnétique fourni par les bobines 11 et 12 est @ de préférence un couplage très lâche.On a trouvé, par exemple que l'enroulement primaire @ peut comporter seulement un tour et demi enroulé très près de l'enroulement secondaire 12,
qui comporterait 64 tours d'environ 2 pouces de diamètre.Les deux transformateurs de couplage sont disposés de façon qu'il n'y ait pas d'accouplement magnétique entre eux C'est ce qu'on peut obtenir en les disposant à angle droit l'un par rapport à l'au- tre,ou en faisant appel à tous artifices connus.-
Les circuits doivent cependant être disposés de ma- nière qu'il y ait une certaine quantité de couplage électro- magnétique entre eux,le circuit accordé intermédiaire et le cir- cuit d'entrée du tube 2.On a trouvé que,en établissant convena- blement les relations entre les couplages électromagnétique et électrostatique des deux circuits, on peut arriver à obtenir u- ne action combinée des deux couplages produisant pour une in- tensité donnée des signaux,
un transfert de tension pratiquement uniforme entre le circuit de sortie du tube 1 et le circuit d'entrée du tube 2,dans toute la gamme des fréquences à utiliser.
Le couplage électrostatique peut être disposé de fa- çon que le potentiel fourni par lui au circuit d'entrée soit pratiquement déphasé de 1800 par rapport au potentiel fourni au couplage magnétique.Le couplage électrost tioue doit être proportionné de manière qu'il ne soit jamais supérieur au cou-
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plage magnétique.Si les deux couplages étaient de même importan- ce pour une fréquence particulière,il n'en résulterait aucun transfert de tension, et les dispositions préconisées seraient inopérantes pour cette fréquence.En pratique,les couplages peu- vent être règlés pour la fréquence la plus élevée sous laquelle le circuit doit fonctionner de façon qu'on obtienne alors le maximum de sensibilité,sans avoir un couplage trop marqué.Aux basses fréquences,
leseeffets des deux couplages doivent varier et le couplage effectif doit toujours être la différence entre les deux,et c'est cette différence qui doit demeurer pratique- ment constante.
Bien que le couplage électrostatique désiré puisse être obtenu par l'établissement de relations appropriées entre les divers éléments du circuit,il peut être désirable d'utiliser dans certains cas,les écrans électrostatiques entre les circuits et d'établir un couplage par condensateur,de valeur appropriée, pour fournir le couplage électrostatique désiré.On a indiqué le couplage magnétique comme étant fait du côté basse tension des bobines de couplage.Cette disposition est à préférer,parce qu'el- le réduit le couplage de capacité entre les enroulements qui, sans elle,serait d'une trop grande importance.
Le circuit de sortie du tube 2 est accouplé au poy- en d'un transformateur de couplage 15,au circuit d'entrée du tube 3 qui,dans la figure,est une lampe du type ordinaire à trois électrodes montées pour servir de détectrice.Le circuit d'entrée de ce tube est accordé au moyen d'un condensateur d'ac- cord 16;
les condensateurs d'accord 13,14 et 16 peuvent tous être reliés sur le même arbre et commandés par le même bouton.Le cir- cuit de sortie du tube 3 comporte une bobine d'excitation 17 des- tinée à fournir la réaction et l'ajouter à l'amplification ré- sultante.Cette bobinel7 "tickler" au lieu d'être réglable,est invariable,mais disposée de façon à donner un degré de réaction pratiquement uniforme,pour toute la gamme des fréquences du sys-
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terne.-
Cet effet s'obtient par montage en dérivation sur une partie de la bobine 17,d'un aondensateur 18 et d'une résistance 19.
Le condensateur 18 et la portion de bobine 17 qu'il shunte sont choisis et proportionnes de telle sorte que le circuit en paral- lèle ainsi formé tende à résonner à une fréquence un peu plus fai- ble que la plus basse fréquence de la gamme sur laquelle on,,doit opérer.-
La rétroaction non réglable est,comme on le sait,plus efficace aux fréquences élevées, et son efficacité diminue sensi- blement pour les basses fréquences.Lorsque les circuits en paral- lèle ainsi réalisés approchent de la réaction fournie par la bo- bine 17,et par conséquentaccroissent l'amplification rétroactive aux plus basses fréquences.Cependant,si le réglage des circuits en parallèle est très aigu,
on en bénéficiera seulement sur une petite portée des basses fréquences à amplifier,par l'insertion d'une résistance 19 qui peut offrir une valeur assez élevée.
On peut étendre la portée de la résonnance,de façon à la faire bénéficier sur une gamme de fréquence beaucoup plus large.On a trouvé que, en proportionnant convenablement les cir- cuits,il était possible d'obtenir une amplification rétroactive pratiquement constante sur un champ très étendu des fréquences,par exemple celles de la radiophonie.- L'énergie,à la sortie de la détectrice 3,est fournie au tube amplificateur 5.Les divers potentiels requis pour les be- soins d'amplification peuvent être fournis de manière appropriée aux bornes 20 à 27.-
On a fait figurer au dessin une capacité série 30 et une inductance,en série 31 reliée entre l'antenne 6 et la terre, la grille de commande du tube de couplage 1 étant reliée au point 32 entre la capacité 30 et l'inductance 31,
Le circuit d'antenne est établi de préférence de manière à ne pas présenter de réson- nance en aucun point,sur toute la gamme des fréquences.En propor- tionnant le circuit d'antenne de façon qu'il approche de la réson-
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nance pour les basses fréquences à amplifier,on a trouvé que les dispositions représentées rendant possible la réalisation d'une tension pratiquement uniforme sur la grille du premier tube,pokr uneintensité de signaux uniforme sur toute la portée des fréquences Aux.plus basses fréquences, la tension sur la grille croit un peu par suite du fait que le réglage d'antenne,qui est naturellement peu aigu,est proche de la résonnance.Cet effet s'atténue évidem- ment à mesure que la fréquence croît.D'autre part,
la chute réac- tive naturelle aux bornes de l'inductance 31 croît à mesure que la fréquence diminue. En choisissant convenablement les constan- tes du circuit,on peut faire en sorte qu'une de ses variations compense sensiblement l'autre sur toute la portée des réglages Le condensateur série 30 peut être de toute capacité pour que l'appareil serve avec des antennes très variées,et afin que les performances du poste,dans l'ensemble,ne dépendent pas beaucoup . de la capacité de l'antenne spéciale utilisée pour son alimenta- tion.La capacité 30 étant faible,en effet,elle limitera dans tous les caq la capacité effective du circuit,bien que la capa- cité de l'antenne en série avec le condensateur puisse varier dans de très grandes limites.
Les moyens indiquées plus haut permettent,étant appli- qués séparément ou en combinaison,d'obtenir une amplification constante pour toute la gamme de fréquences reçues.
Les fig.2 et 3,répreentent des montages analogues mo- difiés en vue d'augmenter la sélectivité des récepteurs objet de l'invention.
Dans les amplificateurs de ce genre, on a proposé pour obtenir la sélectivité,de régler le circuit de mortis mais cette méthode n'a généralement pas été utilisée,par suite du fait que l'impédance de sortie du dispositif est trop faible pour réduite sensiblement l'acuité de la résonnance qu'on peut obtenir.L'uti- lisation d'un circuit de sortie résonnant tend aussi à produire des oscillations,par suite'de l'énergie qui fait retour dans le
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dispositif,par effet de capacité entre grille et plaque.
Pour éviter cet inconvénient,on a fait appel généra- lement à un circuit de sortie non réglé,accouplé de façon lâche par un transformateur éleveur,à un circuit accordé d'entrée du tube suivant.Grâce à cet expédient,l'effet de 'impédance de sortie du dispositif,dans le sens d'une diminution de l'acuité de la résonnance, est notablement diminué,et en même temps,on trouve très diminuée la tendance à osciller.
On sait qu'un tube à décharge à quatre électrodes, c'est-à-dire deux grilles, dont l'une sert d'écran,entre la gril- le de commande et la plaque, a pour effet d'iner le couplage de capacité entre les deux,et que l'impédance de plaque d'un tel tube est supérieure de beaucoup à celle des lampes ordinaires à trois électrodes, En considération de cette impédance élevée,on a proposé d'établir un circuit de sortie accordée qui permet d'ob- tenir une bonne sélectivité,et en même temps de réaliser une im- pédance extérieur élevée dans le circuit de plaque, et d'arriver par conséquent à un fonctionnement datisfaisant.
Cependant,ces dispositifs offrent l'inconvénient que, si le système est utilisé,pour fonctionner sur des gammes de fré- quences très étendues, l'inpédance du circuit accordé de plaque varie considérablement suivant les fréquences,et e permet pae d'obtenir une amplification uniforme pour toute cette gamme.
Les fig. 2 et 3 indiquent les mpyens permettant de re- médier à cet inconvénient,en fournissant une impédance de plaque assez élevée pour obtenir une bonne amplification,tout en donnant un degré d'amplification pratiquement uniforme sur toute la gam- me des fréquences.On prévoit,dans ce but,des circuits d'entrée accordés pour un ou plusieurs amplificateurs,et on accouple ces circuits de façon serrée,par des transformateurs spéciaux au air- cuit de plaque non accordé au tube précédent à quetre électrodes et à grille-écran.-
On a trouvé que dans les dispositions décrites,plus
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loin,ces transformateurs peuvent avantageusement offrir un nombre de tours de rapport 1 sur 1,
ou même un nombre de tours primaires supérieur au nombre de spires secondaires.Grâce à cet espédient, l'impédance efficace du circuit de sortie du dispositif à quatre électrodes peut être rendue pratiquement aussi élevée,ou même plu élevée,qu'elle ne le serait si le circuit de osrtie même était ac cordé.
Si le primaire a plus de tours que le secondaire,l'impédan- ce efficace du circuit de sortie peut être rendue un peu plus é- levée que si les circuits avaient le même nombre de spires,et ce- la peut, dans certains cas,entraîner une augmentation marquée du degré d'amplification obtneu,puisque l'impédance de plaque du tu- be à quatre éléments dépasse généralement beaucoup l'impédance at teiente en résonnance par un circuit en dérivation bien étudié;il est bien connu que,pour obtenir le degré maximum d'amplification il convient que l'impédance extérieure du circuit soit pratique- ment égale à l'impédance intérieure du tube.
On a également reconnu, que, es séparant de façon appro- . priée le primaire et le secondaire du transformateur,on pouvait régler la capacité entre les enroulements,par une détermination appropriés de l'écart mis entre eux,et faire en sorte que le tran fert de tension du primaire au secondaire soit uniforme sur toute la gamme des fréquences.Par exemple,les mesures suivantes ont été faites sur un transformateur dont les enroulements sont simple- ment séparés par une couche de papier de 0,0025".
Capacité entre enroulements.......... 466 M.F.
Coefficient de couplage.............. 99,4%
Fréquence 600 kilocycles.Amplification 23,6 " 1000 " 31,5 " 1400 " " 36
Comparativement à ce transformateur,on en a enroulé un autre dont les enroulements ont été séparés par une épaisseur de papier de 0,020 " et a obtenu alors :
Capacité entre les enroulements.......106 M.F.
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Coefficient de couplage ............... 93,2%
Fréquence 600 kilooyoles Amplification 27
1000 " " 30 u 1400 " " 29
Dans le cas de ce dernier transformateur,on doit remarquer que la capacité entre les enroulements a diminué beaucoup plus vite que le coefficient de couplage,ce qui a pour effet de réduire le degré d'amplification aux fréquen- ces les plus élevées pour lesquelles le couplage de capacité est plus efficace.Ce couplage lâche donneéévidemment une sé- lectivité meilleure qu'un coupluge serré.
On a également reoonnu que la sélectivité peut être améliorée avec le même degré d'amplification,par inversion de la polarité d'un enroulement par rapport à 1'antre;par exemple si une bobine est enroulée en sens opposé de l'autre.Dans tous les cas,les extrémités adjacentes des deux enroulements doi- vent être potentiel par rapport à la terre,potentiel haut ou bas,suivant les cas.
Quand les bobines sont enroulées en sens opposés, l'accouplement par capacité naturelle est de phase opposée à l'accouplement magnétique des bobines,et l'intervalle entre elles doit être un peu plus grand qu'il ne le serait si elles étaient enroulées dans le même sens,afin que les deux sources de couplage ne s'opposent pas l'une à l'autre pour donner un couplage résultant pratiquement nul pour les fréquences les plus élevées de la gamme.
L'espacement plus grand entre les bobines a pour affet de réduire le couplage de capacité,de,telle sorte que le couplage magnétique prédomine d'une quanité suffisante pour assurer un degré satisfaisant d'amplification pour une amplitude qui reste pratiquement constante sur toute la gam me.On constate alors une meilleure àélectivité par suite de l'espacement plus grand mis entre les bobines.
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L'application de tels transformateurs de couplage est représenté sur les fig.2 et 3.
Sur la fig.2,on a représenté un récepteur portant un amplificateur 1 à haute fréquence, à grille-écran, une détectrice à réaction 2 et deux tubes amplificateurs à basse fréquence 3 et 4.Les courants reçus sur l'antenne 5 et appliqués,par l'in- termédiaire du transformateur de couplage 6 sur le circuit d'entrée 7 du tube 1.Le circuit de plaque de ce tube est accou- plé, par l'intermédiaire du transformateur & à travers le circuit accordé 10 de la détectrice à réaction 2.
Le débit du circuit de la détectrice est reçu par le trans forma.teur 11 et transmis au circuit d'entrée de l'amplificateur à basse fréquence 3.Le transformateur de couplage 11 est établi suivant les principes qu'on vient d'exposer,de manière à donner un degré pratiquement uniforme d'amplification sur toute la gam- me des fréquences auxquelles le poste est destiné.
Le réglage de la puissance est obtenu au moyen d'une ré- sistance variable 22 qu'on insère dans le circuit du filament de l'amplificateur 1.
Dans la fig.3 on a représenté trois étages d'amplifica- tion de haute fréquence accordés utilisant trois tubes à grille écran 12-13 et 14.Les transformateurs de couplage 15-16 et 17 peuvent présenter les caractériqtiques spéciales de construction exposées ci-dessus,et donnant pratiquement une amplification uniforme sur toute la gamme.Pour éviter le couplage par flux, de fuite entre les divers circuits accordéson a enfermé les divers dispositifs à grille-écran et leurs circuits dans des écrans mis à la terre, comme les représentent les traits inter- rompus dans les deux figures.
Dans la disposition représentée fig.3 la tension de fonctionnement désirée pour les grilles-écrans 18 est fournie par une source appropriée reliée aux bornes 19 et 20.
En règlant cette tension au moyen d'un dispositif po-
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tentiomètrique 21,on obtient un règlage satisfaisant du degré d'amplification désiré.
Ce règlage par potentiomètre est réalisé d'une façon analogue dans la fig. 4 qui représente un exemple de réalisation de l'invention avec des valves à chauffage-indirect.1-2-3-4 et
5 reliées en cascade pàur amplifier les signaux reçus par 1(an- tenne 5.
La dernière de ces valves (lampes 6) sert de détectri- ce pour les courants amplifiés à haute fréquence, et les cou- rants à fréquence audible obtenus sont fournis,par le circuit de plaque de cette détectrice 6,à un transformateur de coupla- ge 7 qui alimente des amplificateurs à fréquence audible,ou directement les récepteurs ou appareils quelconques associés au dispositif amplificateur à haute fréquence.
Les lampes à grille-écran représentées sont d'un type comportant une cathode 8 chauffée indirectement,le courant de chauffage de cette acthode étant fourni à des éléments radiateurs
9 par l'intermédiaire de conducteurs d'alimentation 10.
Les cathodes 8 sont toutes reliées à une borne commune
11 et entre cette borne et la borne 12 peut être branchée une source de potentiel de valeur suffisante pour fournir la ten- sion maximum désirée sur la grille écran 13.Un potentiomètre
14 est monté entre les bornes 11 et 12 et les grilles-écrans
13 sont reliées ensemble à un contact mobile 15 qu'on peut déplacer le long de la résistance potentiomètrique 14 de façon à faire varier la tension appliquée aux grilles-écrans.Le con- densateur by-pass 16 sert à éviter le passage,dans la résistan- ce 14 du courant de haute fréquence passant dans le circuit des grilles-écrans.
,Au moyen des connexions représentées et décrites on obtient une amplification qui pett être réglable,de façon par- -,faite.La tension appliquée aux grilles-écrans peut varier entre un maximum représenté par la tension de la source branchée entre
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les bornes 11 et 12 et un minimum égal à zéro.On a trouvé que, . par cette méthode,de commande,le système d'amplificateur paut servir à. amplifier des signaux ayant des intensités vatiante dans de très grandes limites, er que si le degré d'amplification obtenu par le système est réduit à un degré d'amplification très faible,il n'en résulte aucun sacrifice des qualités de la récep- tion.
A cet égard,le système de commande de puissance objet du brevet offre des avantages marqués- sur les méthodes utilisées jusqu'ici, méthodes qui consistaient à'agir sur d'autres caracté- ristiques des lampes pour faire varier le degré d'amplification De l'emploi de ces méthodes résulterait toujours un certain sa- crifice de la qualité, quand on réduisait l'amplifiaation de l'ap- pareil à une faible valeur.
Une réduction de la tension de la grille-écran a pour effet d'augmenter la sélectivité en augmentant l'impédance de pla- que des lampes et en même temps d'augmenter la stabilité du systè- me par suite de la réduction de l'amplification,contrairement aux caractériqtiques appropriées des autres types de régulateurs de puissance qui réduisent cette dernière sans affecter la sélectivi- té ni la stabilité.Une résistance potentiomètrique offrant une va- riation linésire de résistance peut également être utilisée dans l'amplificateur objet du brevet,tandis que dans les autres systè- mes pratiquant le réglage de la puissance par variation des si- gnaux à l'entrée,une résistance linéaire ne donne pas des résultats entièrement satisfaidants.
Les formes de réalisation partioulières de l'invention décrites ci-dessous à titre d'exemple,ne sont nullement limitati- ves, et il est évident que toute modification apportée aux montages et aux moyens et aux dispositifs exposés dans le présent brevet tomberaient dans son domaine.
L'invention vise l'appropriation des lampes de T.S.F. et notamment des lampes à grille-écran,à la réception d'une gam- me de fréquences déterminées,particulièrement en vue d'assurer
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pour toutes ces fréquences une amplitude uniforme et en vue de permettre si on le veut un réglage simple du degré d'amp plification obtenu pour une fréquence donnée,étant entendu que les moyens décrits peuvent être mis en oeuvre isolément ou conjointement,que les montages réalisés peuvent comporter l'association de lampes de T.S.F.ordinaires à des lampes à grille écran,et qu'enfin ces triodes,tétrodes ou polyodes peu- vent être chauffé de toute nature ou à chauffage -indirect.