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PERFECTIONNEMENTS AU GENERATEUR d'OSCILLATIONS à ELEMENT PIEZOELECTRIQUE-
La présente invention se rapporte aux oscillateurs dans lesquels la fréquence est réglée au moyen d'un dispositif piézo-électrique,un cristal de quartz par exemple.Elle permet d'établir des oscillateurs du type considéré dans lesquels la fréquence des oscillations entretenus est moins sérieusement affectée que dans les oscillateurs actuels par les réglages des circuits et les influences extérieures.
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Ces oscillateurs se caractérisent par la stabilité de leur fréquence et ils sont susceptibles de donner une énergie à haute fréquence beaucoup plus élevée à la sortie d'un tube à décharge donné qu'avec les oscillateurs usuels.
L'invention ajoute à ces caractéristiques et avantages,la possibilité d'utiliser un tube à décharge à trois électrodes fonctionnant sous une tension anodique extrêmement élevée, sans soumettre le cristal à des efforts susceptibles d'en entraîner la rupture.
On comprendra lieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent,donnés simplement à titre d'exemple non limitatif,et dans lesquels :
La Fig. 1 représente une forme de réalisation de l'invention.
La Fig. 2 est une variante.
Dans la Fig. 1 on voit un tube à décharge électronique comportant une anode I,une grille 2 et une cathode 3.Entre la grille et la cathode est disposé un quartz piézo-électrique 4 en série avec un circuit accordé comprenant une inductance 5 et un condensateur 6.Le quartz est shunté par une résistance 7,suivant l'usage,pour offrir un passage au courant de grille et pour établir une polarisation appropriée de cette grille.L'inductance 5 du circuit accordé comprend l'enroulement secondaire d'un transformateur abaisseur de tension dont le primaire 8 est branché entre anode et cathode du tube à décharge, en série avec une source de potentiel anodique 9.Si on le désire, une bobine de choc 10 peut être disposée en série avec la source 9, et un conden- sateur by-pass(en dérivation avec celle-ci)
peut servir à éviter le passage des courants de haute-fréquence dans la batterie 9.Les oscillations produites entre anode et cathode du tube à décharge peuvent être'fournies à un circuit d'utilisation quelconque.Le dessin représente, par le rectangle
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12, les étages d'amplification d'un émetteur de T.S.F. au moyen duquel les oscillations émanant de l'anode I sont amplifiées et fournies à l'antenne 13.
Le fonctionnement de cet oscillateur peut être perfectionné en réglant le circuit 5-6 sur une fréquence intermédiaire comprise entre un quart et trois quarts de la fréquence du cristal, et en montant le transformateur 5-8 de manière à amortir le circuit d'entrée en l'absence du cristal c'est-à-dire de manière telle que,si la grille était connectée directement à l'extrémité de l'enroulement 5 ou si le cristal 4 était retiré du circuit,le système ne pourrait pas osciller par suite de l'accouplement entre les circuits d' anode et de grille.Le cristal, dans le système ainsi disposé, parait affecter la phase des oscillations appliquées sur la grille 2, de telle sorte qu'il se produit des oscillations.
En d'autres termes,il semble que la f.e.m.sur la borne de grille de l'enroulement 5 et la f.e.m;appliquée à la grille soient pratiquement en opposition de phase sous l'action du cristal,On a trouvé que,avec le système ainsi réglé,des oscillations de grande puissance sont produites dans le circuit de sortie,ayant la fréquence naturelle du cristal, et qu'en outre la fréquence de ces oscillations demeure insensible au réglage de circuit sur une très large échelle.par exemple,la fréquence reste pratiquement constante sur toute l'étendue des réglages du circuit 5-6 pour la résonance à toute fréquence tombant entre le quart environ et les trois quarts de la fréquence du cristal.
Avec le circuit accordé dans cette région, on n'a trouvé aucune conditions dans laquelle le système oscille'à une fréquence naturelle du cristal.Si l'accord du circuit est modifié et écarté du voisinage de 3/4 de la fréquence naturelle du cristal,et rapproché de cette fréquence, les oscillations cessent jusqu'à ce que soit atteint un point pour lequel le circuit est accordé sur une fréquence pratiquement égale à,ou légèrement supérieure à la fréquence du cris-tal,et des oscillations sont de nouveau produites sur un étroit accord du circuit.Au delà de cette zone,les oscillations
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cessent de nouveau.
Dans la construction des générateurs d'oscillations, on a jusqu'ici eu l'habitude de régler les circuits d'anode sur une fréquence fixe qui peut être égale ou lérèrement supérieure à la fréquence du cristal, et on disposait alors les circuits de façon que le circuit d'anode fût accouplé au circuit de grille par la seule capacité inhérente existant entre grille et anode du tube à décharge,le cristal étant relié entre grille et cathode.Ainsi établis,les appareils fonctionnent seulement par l'effet du couplage inhérent entre anode et grille à l'intérieur du tube à décharge.
Dans le système objet de l'invention,les oscillations sont au contraire produites seulement par l'effet du couplage serré qui existe entre les bobines 5 et 6.on a trouvé que, si ce couplage est supprimé ou si l'enroulement 5 est court-circuité, les oscillations cessent immédiatement.Cela reste vrai même si les enroulements primaires 8 ont une période naturelle supérieure à la fréquence du cristal.La capacité inhérente entre anode et grille du système construit suivant l'invention,n'a aucun effet apparent sur le fonctionnement du système,et on peut l'éliminer en utilisant, par exemple un tube à décharge à grille-écran dans lequel la grille est maintenue à un potentiel positif tout en étant mise à la terre au moyen d'un condensateur qui la relie à la cathode,sans affecter fâcheusement le fonctionnement du système.
Un autre avantage important qui résulte de l'invention,réside dans le fait qu'on peut utiliser des tensions anodiques extrêmement élevées, sans sownettre le cristal à des efforts dangereux.On a l'habitude,dans les oscillateurs à tube à décharge électronique connus jusqu'ici,d'utiliser une tension anodique relativement faible, moins de la moitiépar exemple de la tension maximum normale de l'anode du tube à décharge.Cette précaution est nécessaire pour assure la stabilité désirée au fonctionnement du système sous le contrôle du cristal,et.pour protéger ce cristal contre les efforts excessifs.On a trouvé
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cependant que, avec le circuit disposé comme indiqué ici,il était possible d'utiliser une tension anodique à peu près égale,ou même supérieure,à la tension normale du tube à décharge,
sans réduire la stabilité et sans l'amener au-dessous de ce qu'il est possible d'obtenir de mieux avec les meilleurs circuits comme utilisant au plus 50% de la tension anodique nominale.Comme exemple spécifique,lorsqu'on utilisé un tube à décharge particulier,du genre U. 210;on peut employer une tension anodique de 400 volts sans soumettre le cristal à des efforts dangereux; et au contraire,quand ce tube à décharge est monté dans les circuits connus jusqu'ici, il est dangereux d'utiliser une tension'dépassant 50% de cette valeur.
Comme épreuve da bon fonctionnement du dispositif,la Société Demanderesse,l'a monté de façon à contrôler la fréquence d'un émetteur de radio-diffusion de grande puissance fonctionnant à une fréquence de 790 kilocycles par. seconde.Il est resté en service continu pendant un mois et, durant ce temps,les variations de la fréquence maximum,par rapport à la normale,n'ont pas dépassé 7 périodes et l'écart de la fréquence moyenne 4,6 périodes.
Un oscillateur à circuit anodique accordé, dans lequel la capacité entre grille et plaque assurait le fonctionnement du dispositif émetteur., et dans les mêmes conditions de fonctionnement,y compris le même tube à décharge et les mêmes valeurs des tensions de fonctionnement,à (pour une période d'un mois) donné un écart de fréquence maximum par rapport à la normale de 90 périodes et un écart de fréquence moyenne de 35 périodes.Dans cet essai,la tension anodique utilisée avait une valeur appropriée à ce dernier type de circuit.Même dans ces conditions,le débit obtenu du circuit établi suivant l'invention était à peu pràs une fois et demie plus grand que celui qu'on obtenait avec les appareils connus jusqu'ici pendant la durée totale des essais.
La variante de la Fig. 2 assure des avanta-
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ges supplémentaires : on y a introduit une réactance 14 en série avec le circuit d'anode du tube à décharge, et un condensateur 15 relié de façon variable aux bornes d'une partie de cette résistance.pour permettre de modifier la résistanoe en courant alternatif du circuit de plaque.
C'est une disposition avantageuse au cas où l'impédance du circuit d'entrée du transformateur 8-5 (comme il en résulte par exemple de la capacité distribuée de l'enroulement 8) est faible comparativement à l'impédance anodique du tube à décharge,à la fréquence de fonctionnement du système.
Dans ce cas,la résistance apparente du circuit anodique doit être de valeur voulue pour que l'impédance extérieure du circuit anodique s'accorde approximativement,c'est-àdire soit adaptée à l'impédance interne du tube à décharge, ou dans le cas d'un tube à faible impédance, pour dépasser cette impédance interne. Au cas où le système est étudié pour fonctionner à une seule fréquence la résistance 14 peut être omise et la bobine 8-5 étudiéede façon à fournir l'impédance désirée ;mais le système fonctionne sur une gamme de fréquence déterminée, il est généralement désirable que la résistance soit utilisée pour maintenir l'impédance du circuit de plaque à la valeur voulue,aux fréquences où l'impédance de la bonine est trop faible pour un fonctionne ment efficace du tube à décharge.
La résistance a pour effet d'augmenter la portée de réglage des circuits pour laquelle on désire faire fonctionner le système,sous le contrôle du cristal.On a trouvé qu'avec un réglage approprié de la résistance 14,il était possible de produire des oscillations ayant la fréquence du cristal, sur une gamme de réglage du circuit 5-6 couvrant des fréquences variant entre un quart de la fréquence du cristal et la fréquence même de ce cristal,et même légèrement au-dessus de cette dernière fréquence,suivant l'activité du cristal utilisé.L'impédance pour laquelle le cir-
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cuit 5-6 est accordé pour le meilleur fonctionnement du système, varie toujours aveo la fréquence naturelle du cristal.Par exemple, un cristal ayant la fréquence naturelle de I.928,75 kilocycles a,
d'après les essais de la Société demanderesse,son meilleur fonctionnement quand le circuit de grille est accordé sur une fréquence voisine de 94 % de la fréquence du cristal;tandis qu'un cristal à fréquence naturelle de 4.750 kilocycles a son fonctionnement optimum avec son circuit de grille accordé pour 72 % environ de la fréquence du cristal .Des cristaux ayant des fréquences naturelles intermédiaires ont le fonctionnement optimum avec le circuit de grille accordé à des pourcentages intermédiaires de la fréquence du cristal.
Ainsi,pour le meilleur fonctionnement du système,le pourcentage de la fréquence du cristal, pour laquelle le circuit 5-6 doit être accordé, diminue lorsque la fréquence du cristal augmente.Aux très faibles fréquences par exemple,avec un cristal de I00 kilocycles,il n'est donc plus nécessaire d'isoler la cellule de la terre pour éviter certains effets de capacité indésirables.
La résistance 7 est,dans la figure,reliée directement entre grille et cathode.
Bien qu'on ait représenté et décrit deux formes de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières,données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif, et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.