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CIRCUITS.POUR LE CONTROLE AUTOMATIQUE DE LA FREQUENCE.
La présente invention se rapporte aux circuits de contrôle auto- matique de la fréquence pour récepteurs superhétérodynes par exemple et,, plus particulièrement, aux dispositifs perfectionnés de discrimination et de démcdu- lation pour les systèmes de contrôle automatique de la fréquence.
Les avantages du réglage automatique de la fréquence ont été re- connus depuis longtemps, particulièrement dans les dispositifs de réception qui exigent un réglage précis.
L' A.F.C. (Automatic Frequency Control) est réalisé grâce à l'em- ploi d'un dispositif de contrôle comprenant ,en ordre principal, une lampe dont la capacité peut varier avec la polarisation appliquée à la grille.
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Une partie du signal M.F. est appliquée à un dispositif dit "discriminateur", lequel est constitué par deux circuits couplés et accordés sur la M.F. lTormahement, les tensions, dans ces deux circuits, sont en qua- drature. Si la fréquence du signal varie dans un sens ou dans l'autre, le dé- phasage de la tension induite dans le second circuit, par rapport à celle du premier circuit, varie également dans un sens ou dans l'autre par rapport à la valeur normale. Au moyen d'un montage effectuant la somme vectorielle des tensions, on obtient, après redressement, une tension dont la valeur et la polarité varient avec la fréquence. Cette'tension est appliquée à la grille de la lampe de contrôle et produira ainsi une polarisation variable avec la fréquence.
La capacité de la lampe de contrôle varie, ce qui change la valeur de la réactance d'un circuit dit "tank" et réajuste la fréquence de l'oscil- latrice locale à la fréquence désirée.
Il est à remarquer que le discriminateur comprend deux diodes disposées de manière à se trouver en opposition. Ceci a pour résultat que le dispositif n'est sensible qu'aux variations de fréquence, et non pas aux va- riations d'amplitude (car si l'amplitude du signal diminue, seule la sensibi- lité du discriminateur en est affectée).
Une des plus importants objets de l'invention est d'établir un système de contrôle automatique de la fréquence pour un récepteur superhété- rodyne où le dispositif de discrimination de la fréquence comprend des trans- formateurs à trois enroulements avec lesquels la sélectivité du signal n'est pas réduite mais, au contraire, augmentée.
On constatera que l'une des caractéristiques essentielles de l'in- vention consiste à employer une diode indépendante pour la production des tensions basse fréquence et d' "Automatic Volume Control" (A.V.C.).
Un autre objet important de cette invention est de fournir un système de "Automatio Frequency Centrol" (A.F.C.) à un récepteur superhétéro- dvne ayant un seul étage d'amplification M.F., une sélectivité suffisante étant obtenue dans un tel récepteur par l'emploi d'un troisième enroulement sur le transformateur de discrimination, lequel enroulement alimente une diode redresseuse servant à produire la tension B.F.-
Un autre objet de l'invention réside,dans le fonctionnement d'un récepteur superhétérodyne employant un (A.F.C., le dispositif de discrimina- tion du système de contrôle comprenant une paire de circuits résonnants qui
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sont couplés et qui sont accordés chacun sur la M.F. et un troisième circuit résonnant accordé sur la M.F.
étant couplé au second des circuits de discri- mination et alimentant une diode détectrice.
D'autres objets de la présente invention sont d'améliorer d'une manière générale l'efficacité des systèmes d'A.F.C. pour les récepteurs radio- phoniques du type superhétérodyne, et plus particulièrement de fournir des systèmes de contrôle de la fréquence tels qu'ils puissent être réalisés éco- nomiquement et faoilement dans les récepteurs de broadcasting courants.
L'invention elle-même,tant dans sa réalisation que dans son mode de fonctionnement, sera mieux comprise en se rapportant à la description ci- dessous faite en liaison avec les plans ci-joints dans lesquels on a repré- senté différents circuits où l'invention peut être employée.
Dans les plans : la fig.l représente schématiquement un circuit employant une forme préférée de l'invention; la fig.2 représente une partie du circuit de réception de la fig.l et montre une autre forme de l'invention; la fig.3 illustre encore une autre forme et la fig.4 représente graphiquement le fonctionnement du dispositif de discri- mination illustré dans la fig.2.
Dans les plans ci-joints, les mêmes indices désignent des éléments similaires dans les différentes figures.
La fig.l représente d'une manière schématique un récepteur super- hétérodyne muni d'un dispositif d'A.F.C. fonctionnant suivant le principe exposé ci-dessus.
Le collecteur de signaux habituel A est couplé'au circuit d'entrée accordé de l'amplificateur H.F. du récepteur. Le circuit d'entrée accordé com- prend habituellement un condensateur variable d'accord 1, et il doit être bien entendu que le chiffre 2 peut désigner un ou plusieurs étages d'amplification H.F., chacun étant accordé par un condensateur variable. Afin de simplifier la description et le schéma, le chiffre 3 désigne le premier détecteur et son condensateur variable d'accord est désigné par 4.
Le circuit de sortie 3' résonne sur la M.F. de travail et celle-ci peut avoir une valeur quelconque dans la gamme 175 à 465 kylocycles/seconde.
L'amplificateur M.F. 4' a son circuit d'entrée 5 accordé sur la M.F. de tra-
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-vail et est couplé au circuit de sortie 3' du premier détecteur. L'amplifica- teur M.F. 4' est suivi d'une lampe double diode 5' qui peut être du type 6H6.
Ce type de lampe comporte deux diodes indépendantes, et le circuit d'entrée réson- nant commun 7 a un de ses côtés relié à l'anode 8 de la diode, tandis que l'extré- mité opposée du circuit est connectée à l'anode 9 de la diode. Le côté à haute tension alternative du circuit de sortie 6 de l'amplificateur M.F. 4' est relié par le condensateur 10 au point médian du bobinage secondaire 7t du circuit d'en- trée 7. Le point médian 11 est connecté à la jonction des fractions de résistance 12 et 13; un côté de la résistance 12 est connecté à la cathode 8' de la diode 8-8'et l'autre côté de la résistance 13 est connecté à la cathode 9' de la diode 9-9'.
Le condensateur 14 est connecté entre les cathodes 8' et 9' et la cathode 9' est mise à la masse. Le circuit d'entrée 7 est accordé sur la M.F. de travail et est couplé réactivement au circuit 6 ainsi que l'indique la lettre de référence M. Le dispositif d'A.F.C. alimente le circuit accordé 18 de l'oscil- lateur local 19. Ainsi que le savent bien les spécialistes, le condensateur varia- ble d'accord 20 qui se trouve dans le circuit oscillant 18 a son rotor entraîné mécaniquement et simultanément avec les rotors des condensateurs variables des circuits d'appord de signal alimentant le premier détecteur.
La ligne pointillée 21 représente cette commande unique, Bien entendu l'oscillateur 19 est accordé, pour toute position du dispositif d'accord 21, sur une fréquence qui diffère de la fréquence des circuits du signal de la valeur de la M.F. de travail. Les experts connaissent également la manière d'employer des condensateurs "padding" dans le circuit oscillant 18 afin de maintenir la valeur de la M.F. constante lorsque le dispositif d'accord 21 varie dans la gamme des fréquences de réception, cette dernière pouvant être la gamme de broadcasting qui va de 500 à 1500 KC/S.- Celle-ci peut même être comprise dans les bandes à ondes courtes si le récepteur est du type à plusieurs gammes.
Les oscillations produites localement sont appliquées au premier détecteur 3 suivant toute façon désirée comme par exemple dans le circuit catho- dique du premier détecteur. Naturellement, il n'est pas indispensable pour cette invention d'employer des lampes distinctes 3 et 19 pour les fonctions d'oscilla- tion et de mélange. On peut employer ,par exemple, une penta-grille changeuse de fréquence du type 2A7 suivant une 'des méthodes bien connues pour avoir un étage , oscillateur -mélangeur unique. En tous cas, une lampe de contrôle de la fréquence
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22 est reliée électriquement au circuit oscillant 18. La liaison électrique entre le circuit plaque de la lampe 22 et le circuit oscillant 18 est telle qu'une capacité négative est mise aux bornes du circuit oscillant.
La lampe 22 peut être connectée au circuit oscillant 18 de façon à produire une inductance effective aux bornes du circuit oscillant 18. La va- leur de cette inductance effective est, bien entendu, une fonction de la conduc- tance mutuelle de la lampe 22. - La connexion d'A.F.C. 26 va de la grille de contrôle de la lampe 22 au côté cathode de la résistance 12 par l'intermédiaire d'une résistance de filtrage du courant alternatif appropriée. La conductance mutuelle de la lampe 22 varie selon la valeur de la composante continue de l'é- nergie M.F. différentielle redressée. La valeur et la polarité de la tension à l'extrémité cathode de la résistance 12 détermine le sens de la variation de va- leur de l'inductance effective appliquée aux bornes du circuit 18 par la lampe de contrôle 22.
La lettre de référence E2 indique la tension d'A.F.C. appliquée par l'intermédiaire du conducteur 26 à la lampe de contrôle de la fréquence 22.
En théorie, la production de la tension d'A.F.C. Ez résulte des considérations suivantes: Les tensions à chaque extrémité du bobinage 7' sont déphasées de 180 par rapport à la prise médiane 11, Ainsi, si cette prise mé- diane 11 est connectée au circuit primaire 6, on obtient une tension maximum au-dessus de la fréquence de résonance des circuits 6 et 7 et une seconde ten- sion maximum en-dessous de cette fréquence de résonance commune. Si ces deux tensions sont appliquées à une paire de redresseurs, tels que les diodes de la fig.1, et si les tensions continues résultantes sont ajoutées en opposition, leur somme sera égale à zéro. Le circuit de charge des deux diodes comprend les résistances 12 et 13 qui sont de même valeur et qui sont mises en série entre les cathodes 8' et 9'.
Dans le type du dispositif de discrimination"représenté à la fig.l, les circuits primaires et secondaires 6 et 7 sont connectés de telle fa- çon que la somme vectorielle des deux tensions du primaire et du secondaire puisse être réalisée. Ainsi qu'il est dit plus haut, la valeur et la polarité de la tension à l'extrémité cathode de la résistance 12 déterminent la valeur de la réactance fournie aux bornes du circuit oscillant 18 par la lampe 22.
Si la tension d'A.F.C. applquée à la grille de la lampe 22 est positive (dé- passant par conséquent la tension initiale de polarisation appliquée au circuit cathodique de cette lampe) sa conductance mutuelle augmente. Ceci agit à son
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tour comme si le condensateur d'accord 20 avait diminué en valeur ce qui oblige la fréquence d'accord du circuit oscillant 18 à croître. On peut constater maintenant que la différence de fréquence entre les circuits d'oscillation et du signal est obligée de glisser automatiquement en arrière de la valeur de la M.F. désirée lorsque le récepteur est accordé en arrière de l'accord exact de la station désirée.
L'action de l'A.F.C. commence dès qu'une petite quantité de l'é- nergie de l'onde porteuse est appliquée au circuit primaire 6. La polarité de la tension d'A.F.C. E2 par rapport à la terre dépend du sens du couplage M. A ti- tre d'exemple, dans la fig. 1 le couplage M est d'un sens tel que E2 devient positif par rapport à la terre lorsque le signal appliqué est inférieur à la fréquence désirée des circuits 6 et 7.
Jusqu'ici l'emploi de l'A.F.C. a été seulement recommandé dans les récepteurs superhétérodynes ayant plus qu'un étage d'amplification M.F. par suite des limitations de sélectivité d'un système de discrimination employant un transformateur à deux enroulements ,par exemple les tensions d'A.F.C.,d' A.V.C, et basse-fréquence sont obtenues au moyen des résistances 12 et 13 du dispositif de discrimination, mais la sélectivité B.F. du discriminateur est si faible que deux étages d'amplification M.F. sont né- cessaires pour assurer une sélectivité convenable,
Cependant, lorsqu'on utilise un récepteur superhétérodyne tel celui représenté à la fig.1 où on ne désire employer qu'un seul étage d'ampli- fication M.F., il est nécessaire d'avoir recours à la présente invention pour obtenir des résultats satisfaisants.
On a découvert qu'une sélectivité conve- nable peut être obtenue dans un récepteur superhétérodyne ayant seulement un amplificateur M.F. grâce à l'emploi d'un troisième enroulement sur le transfor- mateur de discrimination, alimentant une diode détectrices En examinant l'as- pect pratique de cette invention, il faut cependant retenir que la sélectivité est seulement une des caractéristiques d'un circuit de discrimination qui sont à considérer dans l'action de l'A.F.C, En plus de la sélectivité B.F., les ca- ractéristiques suivantes sont également Importantes :
amplification B.F., gain maximum de l'A.F.C., pente de l'A.F.C., et séparation de fréquence des points de l'A.F.C.- L'amplification B.F. ou du signal peut être exprimée comme étant le rapport de la valeur maximum du signal d'entrée à ra grille d'amplificateur B.F. entraînant le discriminateur à la tension continue appliquée à la diode détectrice.
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La tension d'A.F.C. atteint un maximum dans le sens positif à une valeur quelque peu différenteda la fréquence centrale et un maximum dans le sens négatif du côté opposé à cette fréquence centrale. L'amplitude et la séparation de ces deux pointes d'A.F.C. ainsi que la pente de la carae- téristique passant par la fréquence centrale sont fort importantes dans l'ac- tion de discrimination* Si des pointes sont trop fortement écartées, la pente sera petite et si elles sont trop rapprochées l'une de l'autre, la mo- dulation du signal peut être erttendue avant que l'A.F.C. n'agisse lorsque la fréquence varie.
Dans un dispositif de discrimination employant un circuit du type considéré où la tension B.F, est prise au point médian des résistan- ces 12,et 13, on peut constater ,si on travaille avec une M.F. de 460 KC/S. que la sélectivité en tension aux bornes de la résistance 13 est faible,
Au lieu d'employer la tension Eg développée aux bornes de la ré- sistance 13 en tant que tension d'A.V.C. et B.F., une diode redresseuse dis- tincte 30 est employée, Ce redresseur est relié à un circuit accordé d'en- trée 31 et le circuit accordé tertiaire 31 est couplé seulement à la bobine 7' et non au circuit primaire 6. Ceci se fait ainsi que représenté schéma- tiquement sur la fig.l, en employant quelques spires de couplage 32 couplées étroitement à la bobine 7'.
Ces spires sont représentées au centre de la bobine 7' et ces dispositions devraient être suivies physiquement afin de conserver le couplage de la bobine 32' symétrique par rapport aux deux côtés de la bobine 7'.
Afin de conserver un couplage petit et symétrique, il est souhai- table de maintenir la bobine 32' et ses connexions bien séparées de la bobi- ne 7'. Il peut même être souhaitable de placer la bobine 32' sous un blin- dage distinct. La résistance de charge 40 est insérée en série entre le côté masse de la cathode de la diode 30 et la bobine 32', un condensateur de découplage étant mis en parallèle sur la résistance 40.
La connexion d'A.V.C. 41 comprenant les résistances de filtrage du courant alternatif appropriées, va au circuit de grille des lampes dont le gain doit être régularisé automatiquement, Ainsi qu'on le voit dans la fig.1, la connexion d'A.V.C. 41 va du côté anode de la résistance 40 aux circuits de grille de l'amplificateur 2 et du premier détecteur 3. Le cir- cuit de grille de l'amplificateur M.F. 4' est relié par un conducteur d' A.V.C. 41' à un point intermédiaire de la résistance de charge 40. La
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tension B.F. développée aux bornes de la résistance 40 est transmise à un circuit d'utilisation B.F. qui peut faire usage d'un ou de plusieurs étages amplificateurs suivis par un reproducteur de son. La tension développée aux bornes de la résistance 40 porte l'indice E1.
Les relations entre El, E2, E3 sont représentées graphiquement sur la fig.4. Dans cette dernière figure, on a apporté sur les axes les "volts" et les "KC./S." de décaccord". Ainsi qu'il est expliqué ci-dessus, le dispositif de discrimination a une faible sélectivité lorsque la tension B.F. est prise au point médian des résistances de diode 12 et 13 puisque le dispositif de discrimination est principalement un appareil en corrélation avec la phase. Cependant, le dispositif de discrimination agit comme un cir- cuit accordé quelconque ayant le même Q et le même couplage pour un troisiè- me circuit qui lui est couplé et la sélectivité de ce troisième circuit est par conséquent excellente.
Le couplage capacitif décimétrique produit la sé- paration au point de vue symétrie, pour la sélectivité du signal de l'A.F.C.
Pour cette raison, la disposition physique entre les bobines 32' et 7' indi- quées ci-dessus est avantageuse.
Les constantes du circuit représentéee sont données ci-dessous, mais il doit être bien entendu qu'elles le sont simplement à titre d'exemple et qu'elles sont données uniquement pour permettre aux spécialistes de réa- liser facilement l'invention :
M - 30 mh
M2 - 17.2 mh
Condensateur 10 - 100 mmf
Résistance 40 - 0. 25 megohm
Condensateur 14 - 0.1 mf
Résistance 12 - 0.5 megohm
Résistance 13 - 0.5 megohm
Le circuit tertiaire 31 sert cependant à diminuer la pente de l'A.F.C. et sépare les pointes de l'A.F.C. puisqu'il agit comme le circuit résonnant d'absorption. La réduction du couplage tertiaire diminue cet effet mais diminue également le gain du circuit du signal. Le gain de l'A.F.C. est bon, bien que la pente de la caractéristique d'A.F.C. soit quelque peu diminuée.
Cette disposition pour le dispositif de discrimination et pour le détecteur B.F. donne des caractéristiques satisfaisantes pour un récepteur superhétérodyne employant un seul étage d'amplification M.F.
L'emploi de diodes distinctes pour l'A.F.C. et la détection B.F. oblige l'amplificateur M.F. alimentant4les diodes à fournir une puissance
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de sortie additionnelle. La tension,pour l'action de l'A.V.C. peut être prise soit sur la résistance de charge 40, soit sur la prise médiane des résistances 12 et 13 du discriminateur. Ainsi qu'on le voit dans la fig.4, la tension E3 n'est pas symétrique par rapport à.la résonance de telle sorte que, si cette tension est employée pour l'A.V.C., l'amplification du récepteur sera plus grande d'un côté de la fréquence de résonance M.F. que de l'autre, ce qui produit une légère asymétrie.
, En employant la tension El, prise au circuit du signal, pour l'A.V.C. on peut obtenir la symétrie par rapport à la résonance. Ceci est clairement indiqué dans la fig.4 et la tension E1 prise au bord de la résis- tance 40 ne sera pas sujette à l'asymétrie notée plus haut. L'étage M.F. 4' alimentera convenablement la diode lorsque la polarisation est normale, mais la courbure de la caractéristique apparaîtra pour une polarisation élevée, telle celle qui serait produite par le contrôle complet de l'A.V.C. sur l'é- tage M.F.- Environ 20 volts sont requis pour le fonctionnement de l'A.V.C. afin d'assurer un contrôle convenable des signaux puissants si trois lampes doivent être contrôlées* Afin que la sortie B.F.
de la diode de signal 30 soit exempte de distorsion, la caractéristique devtait être droite, L'éten- due des signaux d'entrée pour lequel la caractéristique est droite détermine le pourcentage de modulation qui peut être supportée sans distorsion, Avec 20 volts de polarisation de M.F., une,porteuse de 5 volts 36 est requise pour obtenir les 20 volts de polarisation d'A.V.C. - Pour 100 de modulation une valeur instantanée double est appliquée et pour un tel signal appliqué la caractéristique s'écartera d'une manière appréciable de la ligne droite.
Cependant, si seulement la moitié de la tension d'A.V.C. développée est ap-- pliquée à la lampe M.F., soit 10 volts, lorsque la tension de polarisation d'A.V.C. totale est de 20 volts, alors une tension du signal de 1,6 volt est requise, Dans ces conditions, la caractéristique sera très voisine d'une li- gne droite jusqu'au 3,2 volts d'entrée requis pour 100 de modulation Par conséquent, en appliquant la moitié de la tension de polarisation d'A.V.C. à l'amplificateur M.F. 4' qui alimente les diodes et toute la tension d'A.V.C.
aux lampes précédentes,des signaux puissants peuvent être reçus sans distor- sion appréciable tout en employant un dispositif de discrimination représenté à la fig.l,
Dans la fig.2, on a représenté une variante du dispositif de dis-
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-crimination et de démodulation. Ici, le circuit accorde tertiaire 31 de la diode détectrice 30 est couplé au circuit primaire 6, ainsi que l'indique M1.
Le circuit secondaire 7 a néanmoins une influence sur la sélectivité du circuit du signal. Cet effet du secondaire sur le tertiaire consiste à agir comme un circuit d'absorption à la résonance; ce qui donne par conséquent une caracté- ristique à double maximum à la tension El. Si M est réduit afin de minimiser cet effet, le gain de sera réduit et les pointes de l'A.F.C. se rap- procheront assez bien l'une de l'autre, la séparation pouvant même être infé- rieure à 8 KC/S. La réduction de M1 pour améliorer la sélectivité diminue l'amplification du circuit du signal. Tandis que le gain de l'A.F.C. (environ 50) et la pente (environ 28 volts par KC/S par tension d'entrée maximum) sont excellents, le gain du circuit du signal et la sélectivité ne sont pas tout-à- fait aussi bons que ceux du circuit d'une diode unique.
Cette connexion est désirable pour les récepteurs à haute fidélité puisque la sélectivité est re- lativement bonne, mais qu'en même temps les bandes latérales à haute fréquence acoustique ne sont pas atténuées d'une façon irrégulière.
Dans la fig. 3, on a représenté une modification du système de discrimination et de démodulation de la fig.1 où l'accord du circuit tertiaire 31 est omis. Le bobinage 32' du circuit 31 est couplé magnétiquement au cir- cuit secondaire 7. Il est important, tout comme dans les circuits précédents, de maintenir le couplasse capacitif à une simple valeur et symétrique par rap- port au discriminateur. La self de choc 50 est insérée entre la prise médiane les résistances 12 et 13 et le point milieu du bobinage 7'.
Dans ce dispositif cité simplement à titre d'exemple, la bobine 50 aune valeur de 15 mh; M peut être de 24 mh; M3 est de 490 mh ; lecondensateur shunt 51 peut avoir une va- leur de 100 mmf.-
Ce dispositif a un gain d'A.F.C. moindre que celui de la fig.l (32 par rapport à 59) mais a une pente d'A.F.C. plus accentuée (12,8 par rap- port à 8,8). Le dispositif de la fig,l a une amplification de signal de 34 à la résonance et la séparation des maxima de l'A.F.C, est de 13 KC/S.; le dis- positif de la fig.3 a des valeurs correspondantes de 38,5 et de 11 KC/S.
Par conséquent, la sélectivité du signal pour le dispositif de la fig.3 est moin- dre que celle de la fig.l. Cependant, le dispositif de la Fig.3 est satisfaisant lorsqu'une telle sélectivité réduite peut être tolérée,
La diode 30 peut être la section diode d'une lampe diode-triode
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telle celle du type 75 ou 6Q7. Puisqu'une lampe du type 6H6 sera normalement employée pour la lampe 5', ltemploi de 'la section diode de la première lampe amplificatrice B.F. permet d'éviter l'emploi d'une lampe supplémentaire.
En d'autres mots', il doit être entendu'-que l'indice 30 désigne une lampe de l'un des types à fonctions multiples bien connue où la partie diode sert de diode détectrice et de redresseuse d'A.V.C., et la partie amplificatrice de la lampe est alimentée avec la composante B.F. de la tension développée aux bornes de la résistance.40.
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CIRCUITS.FOR AUTOMATIC FREQUENCY CONTROL.
The present invention relates to automatic frequency control circuits for superheterodyne receivers, for example, and more particularly to improved discrimination and demodulation devices for automatic frequency control systems.
The advantages of automatic frequency tuning have long been recognized, particularly in receiving devices which require fine tuning.
The A.F.C. (Automatic Frequency Control) is achieved by using a control device comprising, in main order, a lamp whose capacity can vary with the polarization applied to the grid.
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Part of the M.F. signal is applied to a so-called "discriminator" device, which consists of two circuits coupled and tuned to the M.F. Normally, the voltages in these two circuits are in quadrature. If the frequency of the signal varies in one direction or the other, the shift of the voltage induced in the second circuit, relative to that of the first circuit, also varies in one direction or the other relative to the normal value. By means of an assembly carrying out the vectorial sum of the voltages, one obtains, after rectification, a voltage whose value and polarity vary with frequency. This voltage is applied to the grid of the control lamp and thus will produce a variable bias with frequency.
The capacity of the control lamp varies, which changes the value of the reactance of a so-called "tank" circuit and readjusts the frequency of the local oscillator to the desired frequency.
It should be noted that the discriminator comprises two diodes arranged so as to be in opposition. This results in the device being sensitive only to frequency variations, and not to amplitude variations (because if the signal amplitude decreases, only the sensitivity of the discriminator is affected).
One of the most important objects of the invention is to establish an automatic frequency control system for a superheterodyne receiver where the frequency discrimination device comprises three-winding transformers with which the selectivity of the signal n is not reduced but, on the contrary, increased.
It will be seen that one of the essential characteristics of the invention consists in employing an independent diode for the production of the low frequency voltages and of "Automatic Volume Control" (A.V.C.).
Another important object of this invention is to provide an "Automatio Frequency Centrol" (AFC) system to a superheteroidal receiver having a single FM amplification stage, sufficient selectivity being obtained in such a receiver by the use of 'a third winding on the discrimination transformer, which winding feeds a rectifier diode serving to produce the voltage BF-
Another object of the invention resides in the operation of a superheterodyne receiver employing an (A.F.C., the discrimination device of the control system comprising a pair of resonant circuits which
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are coupled and which are each tuned to the M.F. and a third resonant circuit tuned to the M.F.
being coupled to the second of the discrimination circuits and supplying a detector diode.
Other objects of the present invention are to generally improve the efficiency of A.F.C. systems. for radio receivers of the superheterodyne type, and more particularly to provide frequency control systems such that they can be implemented economically and easily in current broadcasting receivers.
The invention itself, both in its embodiment and in its mode of operation, will be better understood by referring to the description below given in conjunction with the accompanying drawings in which various circuits have been shown where the the invention can be employed.
In the plans: fig.l shows schematically a circuit employing a preferred form of the invention; Fig.2 shows part of the receiving circuit of fig.l and shows another form of the invention; FIG. 3 illustrates yet another form and FIG. 4 graphically represents the operation of the discrimination device illustrated in FIG. 2.
In the accompanying drawings, the same indices designate similar elements in the various figures.
Fig. 1 schematically shows a superheterodyne receiver provided with an A.F.C. device. operating according to the principle set out above.
The usual signal collector A is coupled to the tuned input circuit of the receiver's HF amplifier. The tuned input circuit usually includes a variable tuning capacitor 1, and it should be understood that the number 2 may denote one or more HF amplification stages, each tuned by a variable capacitor. In order to simplify the description and the diagram, the number 3 denotes the first detector and its variable tuning capacitor is denoted by 4.
The output circuit 3 'resonates with the working M.F. and this can be any value in the range 175 to 465 kylocycles / second.
The M.F. amplifier 4 'has its input circuit 5 tuned to the working M.F.
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-vail and is coupled to the output circuit 3 'of the first detector. The M.F. amplifier 4 'is followed by a double diode lamp 5' which may be of the 6H6 type.
This type of lamp has two independent diodes, and the common resonant input circuit 7 has one of its sides connected to the anode 8 of the diode, while the opposite end of the circuit is connected to the anode 9 of the diode. The AC high voltage side of the output circuit 6 of the MF amplifier 4 'is connected by the capacitor 10 to the midpoint of the secondary winding 7t of the input circuit 7. The midpoint 11 is connected to the junction of the resistance fractions 12 and 13; one side of resistor 12 is connected to cathode 8 'of diode 8-8' and the other side of resistor 13 is connected to cathode 9 'of diode 9-9'.
Capacitor 14 is connected between cathodes 8 'and 9' and cathode 9 'is grounded. The input circuit 7 is tuned to the working M.F. and is reactively coupled to circuit 6 as indicated by the reference letter M. The A.F.C. device. feeds the tuned circuit 18 of the local oscillator 19. As the specialists well know, the variable tuning capacitor 20 which is in the oscillating circuit 18 has its rotor driven mechanically and simultaneously with the rotors of the variable capacitors of the signal supply circuits supplying the first detector.
The dotted line 21 represents this single command. Of course the oscillator 19 is tuned, for any position of the tuning device 21, to a frequency which differs from the frequency of the signal circuits by the value of the working M.F. Experts also know how to employ "padding" capacitors in the oscillating circuit 18 in order to keep the value of the MF constant when the tuning device 21 varies in the range of the receiving frequencies, the latter possibly being the range. of broadcasting which goes from 500 to 1500 KC / S. This can even be included in the short wave bands if the receiver is of the type with several ranges.
The oscillations produced locally are applied to the first detector 3 in any way desired, for example in the cathodic circuit of the first detector. Of course, it is not essential for this invention to employ separate lamps 3 and 19 for the oscillating and mixing functions. A 2A7 type frequency changing penta-gate can be employed, for example, according to one of the well-known methods of having a single oscillator-mixer stage. In any case, a frequency control lamp
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22 is electrically connected to the oscillating circuit 18. The electrical connection between the plate circuit of the lamp 22 and the oscillating circuit 18 is such that a negative capacitor is placed across the terminals of the oscillating circuit.
Lamp 22 may be connected to oscillator circuit 18 so as to produce an effective inductance across oscillator circuit 18. The value of this effective inductance is, of course, a function of the mutual conductivity of lamp 22. - AFC connection 26 goes from the lamp control grid 22 to the cathode side of resistor 12 through an appropriate AC filter resistor. The mutual conductance of the lamp 22 varies according to the value of the DC component of the rectified differential M.F. energy. The value and the polarity of the voltage at the cathode end of resistor 12 determine the direction of the variation in value of the effective inductance applied to the terminals of circuit 18 by control lamp 22.
The reference letter E2 indicates the A.F.C. voltage. applied through conductor 26 to frequency control lamp 22.
In theory, the production of A.F.C. Ez results from the following considerations: The voltages at each end of the winding 7 'are out of phase by 180 with respect to the middle tap 11, Thus, if this middle tap 11 is connected to the primary circuit 6, we obtain a maximum voltage at above the resonant frequency of circuits 6 and 7 and a second maximum voltage below this common resonant frequency. If these two voltages are applied to a pair of rectifiers, such as the diodes in fig. 1, and if the resulting DC voltages are added in opposition, their sum will be zero. The charge circuit for the two diodes comprises resistors 12 and 13 which are of the same value and which are placed in series between cathodes 8 'and 9'.
In the type of the discrimination device "shown in fig. 1, the primary and secondary circuits 6 and 7 are connected in such a way that the vector sum of the two voltages of the primary and the secondary can be realized. As stated above, the value and the polarity of the voltage at the cathode end of the resistor 12 determine the value of the reactance supplied to the terminals of the oscillating circuit 18 by the lamp 22.
If the A.F.C. applied to the grid of the lamp 22 is positive (consequently exceeding the initial bias voltage applied to the cathode circuit of this lamp) its mutual conductance increases. This acts at its
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turn as if the tuning capacitor 20 had decreased in value which forces the tuning frequency of the oscillating circuit 18 to increase. It can now be seen that the frequency difference between the oscillation and signal circuits is forced to automatically slide back by the desired M.F. value when the receiver is tuned back to the exact tuning of the desired station.
The action of the A.F.C. starts as soon as a small amount of carrier wave energy is applied to primary circuit 6. The polarity of the A.F.C. E2 with respect to earth depends on the direction of coupling M. As an example, in fig. 1 the coupling M is in a sense such that E2 becomes positive with respect to the earth when the applied signal is lower than the desired frequency of circuits 6 and 7.
So far the use of the A.F.C. has only been recommended in superheterodyne receivers having more than one FM amplification stage due to the selectivity limitations of a discrimination system employing a two-winding transformer, e.g. AFC, AVC, and voltages. low-frequency are obtained by means of resistors 12 and 13 of the discrimination device, but the LF selectivity of the discriminator is so low that two MF amplification stages are necessary to ensure suitable selectivity,
However, when using a superheterodyne receiver such as that shown in Fig. 1 where it is desired to employ only one FM amplification stage, it is necessary to have recourse to the present invention to obtain satisfactory results. .
It has been found that suitable selectivity can be obtained in a superheterodyne receiver having only one FM amplifier by employing a third winding on the discrimination transformer, feeding a detector diode. As a practical matter of this invention, however, it should be remembered that selectivity is only one of the characteristics of a discrimination circuit which must be considered in the action of AFC. In addition to LF selectivity, the following characteristics are also Important:
AF amplification, maximum gain of AFC, slope of AFC, and frequency separation of AFC points - AF or signal amplification can be expressed as the ratio of the maximum value of the input signal with ra gate of LF amplifier driving the discriminator at the direct voltage applied to the detector diode.
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The tension of A.F.C. reaches a maximum in the positive direction at a value somewhat different from the center frequency and a maximum in the negative direction on the side opposite to that center frequency. The amplitude and separation of these two A.F.C. as well as the slope of the characteristic passing through the central frequency are very important in the action of discrimination * If the points are too far apart, the slope will be small and if they are too close to one of the points. other, signal modulation can be extended before the AFC does not act when the frequency varies.
In a discrimination device employing a circuit of the type considered where the LF voltage is taken at the midpoint of resistors 12, and 13, it can be seen, if we work with an M.F. of 460 KC / S. that the voltage selectivity across resistor 13 is low,
Instead of using the voltage Eg developed across resistor 13 as the A.V.C. voltage. and BF, a separate rectifier diode 30 is employed. This rectifier is connected to an input tuned circuit 31 and the tertiary tuned circuit 31 is coupled only to the coil 7 'and not to the primary circuit 6. This is true. done as shown diagrammatically in fig.l, employing a few coupling turns 32 tightly coupled to coil 7 '.
These turns are shown at the center of coil 7 'and these arrangements should be followed physically in order to keep the coupling of coil 32' symmetrical with respect to both sides of coil 7 '.
In order to maintain a small and symmetrical coupling, it is desirable to keep coil 32 'and its connections well separated from coil 7'. It may even be desirable to place coil 32 'under a separate shield. Load resistor 40 is inserted in series between the ground side of the cathode of diode 30 and coil 32 ', with a decoupling capacitor being put in parallel across resistor 40.
The connection of A.V.C. 41 including the appropriate AC filter resistors, goes to the gate circuit of the lamps whose gain is to be regulated automatically, As seen in fig. 1, the A.V.C. connection. 41 goes from the anode side of resistor 40 to the gate circuits of amplifier 2 and the first detector 3. The gate circuit of M.F. amplifier 4 'is connected by an A.V.C. conductor. 41 'at an intermediate point of the load resistor 40. The
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B.F. voltage developed at the terminals of resistor 40 is transmitted to a B.F. user circuit which can make use of one or more amplifier stages followed by a sound reproducer. The voltage developed across resistor 40 carries the index E1.
The relationships between E1, E2, E3 are represented graphically in fig. 4. In this last figure, the “volts” and the “KC./S” axes have been added. out of tune. "As explained above, the discriminator has low selectivity when the AF voltage is taken at the midpoint of the diode resistors 12 and 13 since the discriminator is primarily a correlation device. However, the discriminator acts as any tuned circuit having the same Q and the same coupling for a third circuit coupled to it and the selectivity of this third circuit is therefore excellent.
The decimetric capacitive coupling produces the symmetry separation, for the selectivity of the ACF signal.
For this reason, the physical arrangement between the coils 32 'and 7' indicated above is advantageous.
The constants of the circuit shown are given below, but it should be understood that they are merely by way of example and that they are given only to enable specialists to easily carry out the invention:
M - 30 mh
M2 - 17.2 mh
Capacitor 10 - 100 mmf
Resistance 40 - 0. 25 megohm
Capacitor 14 - 0.1 mf
Resistance 12 - 0.5 megohm
Resistance 13 - 0.5 megohm
The tertiary circuit 31 is however used to decrease the slope of the A.F.C. and separates the points of the A.F.C. since it acts as the resonant absorption circuit. Reducing tertiary coupling decreases this effect but also decreases the gain of the signal circuit. The gain of the A.F.C. is good, although the slope of the A.F.C. is somewhat diminished.
This arrangement for the discrimination device and for the B.F. detector gives satisfactory characteristics for a superheterodyne receiver employing a single M.F. amplification stage.
The use of separate diodes for the A.F.C. and the B.F. detection forces the M.F. amplifier feeding the diodes to supply
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additional output. The tension, for the action of the A.V.C. can be taken either from the load resistor 40, or from the middle tap of the resistors 12 and 13 of the discriminator. As can be seen in fig. 4, the voltage E3 is not symmetrical with respect to the resonance so that, if this voltage is used for the AVC, the amplification of the receiver will be greater d 'one side of the MF resonant frequency than the other, which produces a slight asymmetry.
, Using voltage El, taken from the signal circuit, for A.V.C. we can get symmetry with respect to resonance. This is clearly indicated in fig. 4 and the voltage E1 taken at the edge of resistor 40 will not be subject to the asymmetry noted above. The M.F. 4 'stage will properly power the diode when the bias is normal, but the characteristic curvature will appear at high bias, such as would be produced by full control of the A.V.C. on the M.F. stage - Approximately 20 volts are required for the operation of the A.V.C. in order to ensure proper control of strong signals if three lamps are to be controlled * So that the B.F.
of signal diode 30 is distortion free, the characteristic should be straight, The range of input signals for which the characteristic is straight determines the percentage of modulation that can be supported without distortion, With 20 volts of bias of MF, a 5 volt 36 carrier is required to achieve the 20 volts of AVC bias - For 100 of modulation a double instantaneous value is applied and for such an applied signal the characteristic will deviate appreciably from the straight line.
However, if only half of the A.V.C. developed is applied to the M.F. lamp, i.e. 10 volts, when the A.V.C. total is 20 volts, then a signal voltage of 1.6 volts is required, Under these conditions, the characteristic will be very close to a straight line up to the 3.2 volts of input required for 100 of modulation Therefore, applying half of the bias voltage of AVC to the M.F. 4 'amplifier which supplies the diodes and all the A.V.C.
with the preceding lamps, strong signals can be received without appreciable distortion while employing a discriminating device shown in fig.l,
In fig. 2, there is shown a variant of the dis-
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-crimination and demodulation. Here, the tertiary tuning circuit 31 of the detector diode 30 is coupled to the primary circuit 6, as indicated by M1.
The secondary circuit 7 nevertheless has an influence on the selectivity of the signal circuit. This effect of the secondary on the tertiary consists of acting as an absorption circuit at resonance; which consequently gives a double maximum characteristic to the voltage E1. If M is reduced in order to minimize this effect, the gain of will be reduced and the A.F.C. will come close enough to each other, the separation may even be less than 8 KC / S. Reducing M1 to improve selectivity decreases the amplification of the signal circuit. While the gain of the A.F.C. (about 50) and slope (about 28 volts per KC / S per maximum input voltage) are excellent, the signal circuit gain and selectivity are not quite as good as those of the signal circuit. a single diode.
This connection is desirable for high fidelity receivers since the selectivity is relatively good, but at the same time the high acoustic frequency sidebands are not unevenly attenuated.
In fig. 3, there is shown a modification of the discrimination and demodulation system of FIG. 1 where the tuning of the tertiary circuit 31 is omitted. The coil 32 'of the circuit 31 is magnetically coupled to the secondary circuit 7. It is important, as in the previous circuits, to keep the capacitive torque at a single value and symmetrical with respect to the discriminator. The shock coil 50 is inserted between the center tap, the resistors 12 and 13 and the midpoint of the coil 7 '.
In this device cited simply by way of example, the coil 50 has a value of 15 mh; M can be 24 mh; M3 is 490 mh; the shunt capacitor 51 can have a value of 100 mmf.-
This device has an A.F.C. gain. less than that of fig.l (32 compared to 59) but has a slope of A.F.C. more pronounced (12.8 compared to 8.8). The device of fig, 1 has a signal amplification of 34 at resonance and the separation of the A.F.C maxima, is 13 KC / S .; the device in fig. 3 has corresponding values of 38.5 and 11 KC / S.
Consequently, the selectivity of the signal for the device of fig. 3 is less than that of fig.l. However, the device of Fig. 3 is satisfactory when such reduced selectivity can be tolerated,
Diode 30 can be the diode section of a diode-triode lamp
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such as type 75 or 6Q7. Since a 6H6 type lamp will normally be used for the 5 'lamp, the use of the diode section of the first B.F. amplifier lamp avoids the need for an additional lamp.
In other words ', it should be understood' - that the index 30 denotes a lamp of one of the well known multi-function types where the diode part serves as an AVC detecting and rectifying diode, and the part amplifier of the lamp is supplied with the LF component of the voltage developed across the resistor. 40.