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Perfectionnements aux systèmes et appareils de ré- -------------------------------------------------- ception de T. S.F.
La présente invention concerne les systèmes de récep- tion de télégraphie et de téléphonie sans fil, et plus par- ticulièrement les systèmes dans lesquels on emploie des tu- bes électroniques pour amplifier les signaux reçus.
L'objet de la présente invention est de fournir des moyens perfectionnés pour contrôler automatiquement l'am- plification du système suivant l'intensité des signaux re- çue, et de constituer ainsi un dispositif de volume-contrô- le automatique donnant des signaux d'.intensité constante à la sortie du système quand les signaux reçus à l'entrée sont d'intensité variable.
Diverses méthodes ont déjà été proposées pour appliquer un volume-contrôle automatique aux étages d'amplification précédant le détecteur dans un récepteur, mais ces dispo- sitifs ont donné lieu à de grandes difficultés pour obtenir
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une constance absolue des signaux amplifiés pour les diver- ses intensités des signaux reçus.
Suivant la présente invention, on obtient un volume- contrôle automatique par des moyens disposés pour faire va- rier le gain dans un ou plusieurs étages basse fréquence sui- vant les variations d'intensité du signal à l'entrée de ces étages, dans le but de régler le volume du signal à la sor- tie desdits étages-
Ce résultat est obtenu de préférence en prévoyant dans le circuit du système détecteur des moyens pour créer une tension de polarisation que l'on applique au circuit d'en- trée d'un ou de plusieurs des tubes amplificateurs basse fréquence. Pour plus de commodité, les électrodes du pre- mier de ces tubes amplificateurs sont placées dans la même enveloppe, de manière à entourer les électrodes du tube dé- tecteur, une cathode commune étant prévue pour les circuits détecteur et amplificateur.
L'invention s'applique en général à un système dans lequel le détecteur est précédé par un ou plusieurs tubes amplificateurs, et dans ce cas la dite tension de polarisa- tion peut être appliquée aussi à ce tube ou à ces tubes.
La détection est effectuée de préférence à l'aide de deux petites anodes disposées de part et d'autre de la ca- thode et pouvant être reliées entre elles au moyen d'un condensateur ; la deuxième de ces anodes commande le circuit fournissant la tension de polarisation pour le volume-con- trôle automatique, à la partie amplificatrice du tube, le dit circuit étant aussi disposé pour comprendre un dispositif empêohant la dite tension de polarisation d'être appliquée avant que les signaux reçus n'aient atteint une valeur dé- terminée. Tous les signaux reçus seront cependant détectés par la première des dites anodes, de sorte que, quand l'anten- ne de l'appareil reçoit des signaux très faibles, ceux-ci
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'sont entièrement amplifiés.
Si, par contre, l'intensité de ces signaux dépasse une certaine valeur, ils ne sont am- plifiés que de la quantité voulue, grâce à l'action du dis- positif de volume-contrôle automatique mis en action par la seconde anode.
L'invention fournit aussi un tube électronique perfec- tionné destiné à servir dans le système décrit ci-dessus, et permettant d'obtenir un volume-contrôle automatique.
Ce tube perfectionné comporte une grille de contrôle dont l'espacement des mailles varie sur toute la longueur de la grille, la loi de la variation de l'ouverture des mail- les suivant la position du point correspondant sur la gril- le étant exponentielle dans le but de donner à la caracté- ristique du courant d'anode par rapport à la tension grille du tube une allure logarithmique.
Les caractéristiques de l'invention exposées ci-dessus ainsi que d'autres caractéristiques apparaîtront plus clai- rement dans la description ci-dessous, à laquelle se réfè- rent les dessins joints. Dans ces dessins :
La figure 1 montre un circuit réalisant les caracté- ristiques de l'invention.
La figure 2 montre une forme de construction d'un tube destiné à être utilisé dans le circuit de la.figure 1, et
La figure 5 montre une vue agrandie de la construction de la grille de contrôle utilisée dans le tube de la fig.2.
La figure 1 représente un circuit utilisant un seul tube 1 remplissant à la fois les fonctions de détecteur et d'amplificateur. La partie amplificatrice du tube a la forme d'une pentode dont la cathode et l'anode sont sépa- rées par une grille de contrôle, par une grille écran et par une grille de freinage de préférence reliée à la ca- thode. La fonction rectificatrice du tube est obtenue au moyen de deux petites anodes D1 et D2 disposées à pro-
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ximité de la cathode de manière à ne pas être influencées par la grille de contrôle.
Les signaux de haute fréquence modulée, amplifiés ou non, sont reçus sur le circuit accordé LO relié à l'une des anodes D1 de la partie détectrice du tube V, cette partie du tube agissant comme un détecteur diode ordinaire laissant passer les tensions de basse fréquence sur la grille de con- trôle de la partie amplificatrice du tube à travers le con- densateur C3. L'anode D constitue avec la cathode une se- 0 2 conde diode. Cette anode est reliée à l'anode D1 par un condensateur C. Elle détecte aussi les signaux de la ma- nière ordinaire, de sorte qu'elle produit aux bornes de la résistance R1 disposée entre D et la cathode du tube V, une tension qui varie suivant les variations de l'amplitu- de du signal haute fréquence.
La tension ainsi produite aux bornes de la dite résistance R1 est appliquée d'abord aux tubes amplificateurs précédents (si ces tubes existent) et contrôle de la manière ordinaire la polarisation de leurs grilles, un filtre passe-bas étant intercalé entre les conducteurs W1' W2 pour absorber la composante basse fré- @ quence des tensions développées aux bornes de la résistance Rl et ne laisser subsister que la composante continue.
Ce dispositif produit un volume-contrôle automatique des amplificateurs précédents, mais, en plus de cet effet, les tensions développées aux bornes de la résistance R1 sont aussi appliquées à travers une résistance d'amortis- sement R2 à la grille de contrôle du tube amplificateur basse fréquence V. De cette manière le volume-contrôle se trouve appliqué aussi au tube V ayant pour effet de faire varier les caractéristiques d'amplification de ce tube suivant l'intensité dessignaux reçus.
Le circuit entre la seconde anode D2 de la partie déteotrice du tube V et la cathode comprend, en plus de
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la résistance R1 destinée à effectuer le volume-contrôle, une troisième résistance R3 empêchant le dispositif volume- oontrôle d'entrer en action avant que les signaux reçus n'aient atteint une valeur déterminée. Cette troisième résistance R3 est reliée de manière telle qu'elle porte le courant d'anode de la deuxième diode, le courant anodique de la partie amplificatrice du tube! et aussi le courant à travers la résistance en série SR reliée à l'alimentation haute tension. Ce dernier courant est rendu grand par rap- port à la somme des deux.premiers, de sorte que toute va- riation des deux premiers courants ne fait varier que très peu la chute de tension à travers la résistance R3.
Cette tension sensiblement constante aux bornes R3 que l'on peut appeler tension retardatrice, agit Gomme tension de pola- risation entre la cathode et la seconde anode D2 de la par- tie détectrice du tube et entre la cathode et la grille de contrôle de la partie amplificatrice du tube. Avec cette disposition la secondeanode D2 du tube détecteur ne peut rectifier tant que les valeurs maxima de la tension haute fréquence reçue sont insuffisantes pour faire circuler un courant de grille. Un tel courant prendra naissance quand les tensions de crête deviennent approximativement égales à la chute de tension continue à travers la résistance R3.
Il ne passe donc aucun courant-rectifié à travers la ré- sistanoe R1 du volume-contrôle, et aucun effet de volume- contrôle n'a lieu dans les tubes haute fréquence précédents et dans l'amplificateur basse fréquence, le système en- tier travaillant de la manière bien connue jusqu'au moment où ce point soit atteint. Il s'ensuit que lorsque l'appareil reçoit des signaux très faibles, ceux-ci sont amplifiés avec la plus grande amplification possible, le dispositif de volume-contrôle automatique décrit plus haut n'entrant en fonotionnement que lorsque la tension de crête haute
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fréquence dans le circuit d'entrée du système détecteur atteint une certaine valeur minima.
Bien que dans le dispositif décrit on ait préféré appliquer les tensions de volume-contrôle automatique aux tubes amplificateurs haute fréquence précédant le détec- teur, ainsi qu'au tube ou aux tubes amplificateurs basse fréquence suivant le détecteur, ces tensions de volume-con- trôle peuvent, bien entendu, être appliquées aux derniers tu- bes seulement, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
On a indiqué plus haut que les électrodes constituant- la partie détectrice du tube ainsi que celles constituant la partie amplificatrice, sont disposées dans une enveloppe unique, avec une cathode commune-
Bien que ceci soit une disposition préférée, on com- prend cependant que l'on peut appliquer le volume-contrôle , automatique suivant le principe de la présente invention à un système récepteur utilisant deux tubes séparés pour la détection et pour le premier étage d'amplification basse fréquence, le premier tube prenant la forme d'une double diode et comprenant une cathode et deux anodes, et le deuxième tube prenant la forme d'une triode, d'une tetra- ode ou d'une pentode dont la cathode est reliée à la ca- thode du détecteur-
En supposant maintenant qu'un signal dont la tension de crête est Vs volts soit appliquée à la grille du tube amplificateur,
on désire que quelle que soit la valeur de Vs' la tension de sortie du tube amplificateur soit cons- tante et égale à une certaine valeur, par exemple K volts.
Pour satisfaire cette condition, le gain du tube en fonc- tionnement dynamique et débitant dans une charge Zp ohms, sera donné par l'expression
Gain= (dIA/dVg)Vg. Zp.
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D'où : dIA
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dVg V - Zp Vs ; Içl ......... ( 1 ) g) g p s K1
Par suite de la méthode par laquelle la tension de pola- risation a été obtenue, la tension de polarisation Vg appli- quée à tout instant quand la tension de crête de l'onde por- teuse du signal appliquée au détecteur est Vc, doit être éga- le à Vc volts continus.
En supposant que la valeur de la , modulation est égale, . à K2 %, on a : v = K2Vc s 100 o'est à dire K2v
Vs= 2 g /100
En substituant cette valeur dans 1''équation (1), on obtient :
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dIA K2v = K (dVg) vg zp 100 1 soit (dIA) V Z 100 K ,
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dv 9 v z 1D m K 2 1 o'est à dire que le gain du tube doit être inversement pro- portionnel à la polarisation appliquée au système.
En exprimant cette relation d'une autre manière, soit : dI= 100K1. dVg
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Z P K2 V'g p 9 on voit que cette expression, intégrée, montre que
IA est proportionnel à log Vg et que la forme de la caractéristique du courant anodique en fonction de la tension de grille du tube V, en fonctionnement dynamique (o'est à dire avec une impédance de charge dans le circuit anodique) doit être exponentielle.
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La forme préférée d'un tube avant une telle caracté- ristique est représentée dans la figure 2. Le tube comporte une cathode c entourée successivement par la grille de con- trôle G1' la grille écran G2' la grile de freinage G et 1 2 3 l'anode A, les deux anodes rectificatrices D1 et D2 étant disposées comme -le représente la figure.
La caractéristique dynamique d'allure désirée est ob- tenue en construisant la grille de contrôle de la manière représentée dans la figure 3. On voit sur cette figure que la grille est construite de manière que la distance entre deux spires des fils de la grille n'est pas constante d'un point à un autre de la grille, mais qu'elle augmente pour atteindre un maximum au centre de la grille pour rediminuer ensuite, la loi reliant la distance de deux spires successi- ves à.la position'de ces spires sur la grille étant une loi exponentielle.
Une telle grille peut être construite soit en bobinant la grille de manière que les diverses spires 'occupent des positions suivant une loi exponentielle les unes par rapport aux autres, ou en bobinent une grille de la mcnière ordinaire avec spires équidistantes et en'enlevant ensuite certaines spires de manière à former une grille présentant les carac- téristiques exponentielles ci-dessus.
On trouve qu'en utilisant une grille de ce genre, il est possible d'obtenir un tube dont les caractéristiques dyna- miques du courant anodique par rapport aux tensions*de grille ont une allure logarithmique, les constantes des courbes ce- ractéristiques étant définies par les équations de plus haut.
Il est évident que bien qu'il soit préférable d'employer un tube du genre pentode pour l'amplification, combiné au détecteur, on peut utiliser toute autre forme de tube, comme par exemple une triode ou une tétraode ayant des ca-
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raotéristiques analogues à celles décrites ci-dessus, et qu'on peut aussi utiliser deux tubes séparés pour effectuer les fonctions de détecteur et d'amplificateur, comme décrit plus haut, si on le désire.
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Improvements to re-engineering systems and devices ------------------------------------------ -------- ception of TSF
The present invention relates to wireless telegraphy and telephony reception systems, and more particularly to systems in which electronic tubes are employed to amplify the received signals.
The object of the present invention is to provide improved means for automatically controlling the amplification of the system according to the intensity of the signals received, and thus to constitute an automatic volume-control device giving signals of. constant intensity at the output of the system when the signals received at the input are of variable intensity.
Various methods have already been proposed for applying an automatic volume-control to the amplification stages preceding the detector in a receiver, but these devices have given rise to great difficulties in obtaining
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absolute constancy of the amplified signals for the various intensities of the signals received.
According to the present invention, an automatic volume-control is obtained by means arranged to vary the gain in one or more low-frequency stages according to the variations in signal intensity at the input of these stages, in the aim to adjust the volume of the signal at the output of said stages
This result is preferably obtained by providing in the circuit of the detector system means for creating a bias voltage which is applied to the input circuit of one or more of the low frequency amplifier tubes. For more convenience, the electrodes of the first of these amplifier tubes are placed in the same envelope, so as to surround the electrodes of the detector tube, a common cathode being provided for the detector and amplifier circuits.
The invention generally applies to a system in which the detector is preceded by one or more amplifier tubes, and in this case the said bias voltage can also be applied to this tube or to these tubes.
The detection is preferably carried out using two small anodes arranged on either side of the cathode and which can be connected to each other by means of a capacitor; the second of these anodes controls the circuit supplying the bias voltage for the automatic volume-control, to the amplifying part of the tube, said circuit also being arranged to include a device preventing said bias voltage from being applied before that the signals received have reached a certain value. All the signals received will however be detected by the first of said anodes, so that, when the antenna of the apparatus receives very weak signals, these
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'are fully amplified.
If, on the other hand, the intensity of these signals exceeds a certain value, they are amplified only by the desired quantity, thanks to the action of the automatic volume-control device activated by the second anode.
The invention also provides an improved electron tube for use in the system described above, and for achieving automatic volume control.
This perfected tube comprises a control grid whose mesh spacing varies over the entire length of the grid, the law of the variation of the opening of the meshes according to the position of the corresponding point on the grid being exponential in the aim of making the characteristic of the anode current with respect to the grid voltage of the tube a logarithmic shape.
The characteristics of the invention set out above as well as other characteristics will appear more clearly in the description below, to which the accompanying drawings refer. In these drawings:
FIG. 1 shows a circuit embodying the characteristics of the invention.
Figure 2 shows one form of construction of a tube for use in the circuit of Figure 1, and
Figure 5 shows an enlarged view of the construction of the control grid used in the tube of fig. 2.
FIG. 1 represents a circuit using a single tube 1 fulfilling both the functions of detector and of amplifier. The amplifying part of the tube has the shape of a pentode, the cathode and anode of which are separated by a control grid, by a screen grid and by a braking grid preferably connected to the cathode. The rectifying function of the tube is obtained by means of two small anodes D1 and D2 arranged in pro-
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ximity of the cathode so as not to be influenced by the control grid.
The modulated high frequency signals, amplified or not, are received on the tuned circuit LO connected to one of the anodes D1 of the detecting part of the tube V, this part of the tube acting as an ordinary diode detector allowing low voltages to pass. frequency on the control grid of the amplifying part of the tube through capacitor C3. The anode D together with the cathode constitutes a second diode. This anode is connected to the anode D1 by a capacitor C. It also detects the signals in the ordinary way, so that it produces at the terminals of the resistor R1 placed between D and the cathode of the tube V, a voltage which varies with variations in the amplitude of the high frequency signal.
The voltage thus produced at the terminals of said resistor R1 is first applied to the preceding amplifier tubes (if these tubes exist) and controls the polarization of their gates in the ordinary way, a low-pass filter being interposed between the conductors W1 ' W2 to absorb the low frequency component of the voltages developed at the terminals of the resistor R1 and leave only the DC component.
This device produces an automatic volume-control of the previous amplifiers, but, in addition to this effect, the voltages developed across resistor R1 are also applied through a damping resistor R2 to the control grid of the amplifier tube. low frequency V. In this way the volume-control is also applied to the tube V, having the effect of varying the amplification characteristics of this tube according to the intensity of the signals received.
The circuit between the second anode D2 of the deteotor part of the tube V and the cathode comprises, in addition to
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the resistor R1 intended to perform the volume-control, a third resistor R3 preventing the volume-control device from coming into action before the signals received have reached a determined value. This third resistor R3 is connected in such a way that it carries the anode current of the second diode, the anode current of the amplifying part of the tube! and also the current through the resistor in series SR connected to the high voltage supply. The latter current is made large with respect to the sum of the first two, so that any variation of the first two currents varies the voltage drop across resistor R3 very little.
This substantially constant voltage at the terminals R3, which may be called the delay voltage, acts as a polarization voltage between the cathode and the second anode D2 of the detecting part of the tube and between the cathode and the control grid of the tube. amplifying part of the tube. With this arrangement, the second anode D2 of the detector tube cannot rectify as long as the maximum values of the high-frequency voltage received are insufficient to circulate a gate current. Such a current will arise when the peak voltages become approximately equal to the DC voltage drop across resistor R3.
Therefore, no rectified current passes through the resistanoe R1 of the volume-control, and no volume-control effect takes place in the preceding high frequency tubes and in the low frequency amplifier, the entire system. working in the well-known manner until this point is reached. It follows that when the device receives very weak signals, they are amplified with the greatest possible amplification, the automatic volume-control device described above only coming into operation when the high peak voltage.
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frequency in the input circuit of the detector system reaches a certain minimum value.
Although in the device described it has been preferred to apply the automatic volume-control voltages to the high-frequency amplifier tubes preceding the detector, as well as to the low-frequency amplifier tube or tubes following the detector, these volume-control voltages. trole can, of course, be applied to the last tubes only, without departing from the scope of the invention.
It has been indicated above that the electrodes constituting the detecting part of the tube as well as those constituting the amplifying part are arranged in a single envelope, with a common cathode.
Although this is a preferred arrangement, it is however understood that the automatic volume-control according to the principle of the present invention can be applied to a receiver system using two separate tubes for detection and for the first stage of. low frequency amplification, the first tube taking the form of a double diode and comprising a cathode and two anodes, and the second tube taking the form of a triode, a tetra- ode or a pentode whose cathode is connected to the detector cathode-
Assuming now that a signal with a peak voltage Vs volts is applied to the gate of the amplifier tube,
it is desired that whatever the value of Vs', the output voltage of the amplifier tube is constant and equal to a certain value, for example K volts.
To satisfy this condition, the gain of the tube in dynamic operation and delivering into a load Zp ohms, will be given by the expression
Gain = (dIA / dVg) Vg. Zp.
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Hence: dIA
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dVg V - Zp Vs; Içl ......... (1) g) g p s K1
As a result of the method by which the polarization voltage was obtained, the polarization voltage Vg applied at any time when the peak voltage of the signal carrier wave applied to the detector is Vc, must be equal to Vc continuous volts.
Assuming that the modulation value is equal,. at K2%, we have: v = K2Vc s 100 o that is to say K2v
Vs = 2 g / 100
By substituting this value in equation (1), we obtain:
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dIA K2v = K (dVg) vg zp 100 1 i.e. (dIA) V Z 100 K,
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dv 9 v z 1D m K 2 1 o is to say that the gain of the tube must be inversely proportional to the polarization applied to the system.
Expressing this relation in another way, let: dI = 100K1. dVg
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Z P K2 V'g p 9 we see that this expression, integrated, shows that
IA is proportional to log Vg and that the shape of the characteristic of the anode current as a function of the gate voltage of the tube V, in dynamic operation (ie with a load impedance in the anode circuit) must be exponential.
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The preferred shape of a tube before such a feature is shown in figure 2. The tube comprises a cathode c surrounded successively by the control grid G1 'the screen grid G2' the braking grid G and 1 2 3 the anode A, the two rectifying anodes D1 and D2 being arranged as shown in the figure.
The desired dynamic characteristic characteristic is obtained by constructing the control grid as shown in figure 3. It can be seen from this figure that the grid is constructed so that the distance between two turns of the wires of the grid n 'is not constant from one point to another of the grid, but that it increases to reach a maximum at the center of the grid and then decreases again, the law relating the distance of two successive turns to the position of these turns on the grid being an exponential law.
Such a grid can be constructed either by winding the grid so that the various turns occupy positions according to an exponential law with respect to each other, or by winding an ordinary grid with equidistant turns and then removing some of them. turns so as to form a grid exhibiting the above exponential characteristics.
It is found that by using a grid of this kind, it is possible to obtain a tube whose dynamic characteristics of the anode current with respect to the grid voltages * have a logarithmic shape, the constants of the characteristic curves being defined. by the equations above.
Obviously, although it is preferable to employ a pentode-like tube for amplification, combined with the detector, any other shape of tube can be used, such as, for example, a triode or a tetraode having capacitors.
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characteristics analogous to those described above, and that two separate tubes can also be used to perform the detector and amplifier functions, as described above, if desired.