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Perfectionnements aux systèmes de transmission d'onde électri- que et autres systèmes analogues.
La présente invention est relative à des systèmes d'émission d'onde électrique du type dans lequel sont in- corporés des moyens permettant de modifier l'amplification ou l'affaiblissement en certains points en fonction de l'amplitude du signal reçu.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à des systèmes de communication électriques dans lesquels des dispositifs de ce type sont insérés en deux points de .telle sorte qu'en un point le rapport entre le maximum et le minimum de l'amplitude des signaux soit diminué, tandis
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qu'au deuxième point le rapport des amplitudes des signaux soit augmenté jusqu'à la valeur initiale. Les moyens qui permettent d'obtenir un tel résultat peuvent être comparés respectivement à un compresseur et à un détendeur et l'é- quipement complet a parfois été appelé "compander" qui est le terme anglais utilisé pour désigner ce dispositif.
L'invention n'est pas limitée aux systèmes de communication électriques, elle peut être utilisée dans toute circonstance quelconque où il est désirable de pouvoir limiter l'amplitu- de ou l'écart des amplitudes en un certain point, par exem- ple dans l'enregistrement phonographique ou tout autre cas d'enregistrement sonore.
Dans un système complet, dans le but d'assurer une reproduction fidèle du signal émis, le "détendeur" doit suivre une loi inverse de celle du "compresseur". Dans des circuits d'intercommunication travaillant dans les deux sens et ne comprenant pas de suppresseurs du sifflement, cette condition est aussi très désirable pour que la stabi- lité soit assurée pour tous les niveaux des signaux.
La méthode la plus directe pour effectuer cette opé- ration est de prévoir un dispositif d'affaiblissement varia- ble dans le "compresseur" et d'incorporer au "détendeur" un dispositif d'affaiblissement variable qui obéisse à uneloi qui soit l'inverse de celle du premier dispositif. De telles caractéristiques sont difficiles à obtenir particu- lièrement dans le cas où les caractéristiques ne sont pas linéaires.
Il est plus facile de faire usage de dispositifs d'affaiblissement variable ( ou d'impédance variable) qui possèdent des caractéristiques identiques ou similaires et de s'arranger pour que l'amplification ou l'affaiblissement @
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en un point soit rendu inversement proportionnel à la caractéristique du dispositif incorporé en ce point. Par "caraotéristiques similaires", on entend que les caracté- ristiques obéissent à des lois de variation similaires, les impédances correspondantes étant reliées par un facteur constant qui doit nécessairement être l'unité.
Un système de ce type a été proposé qui comportait une réplique du dispositif de "compression" dans le circuit d'alimentation négative en retour (negative feed back) d'un amplificateur inséré dans le dispositif "détendeur", mais ce système présenté quelques désavantages, principalement du fait que pour que l'affaiblissement puisse être contrôlé proportionnellement à la variation de la caractéristique du circuit d'alimentation en retour, l'amplificateur doit don- ner un gain très élevé ce qui amène un degré de déformation considérable.
Un autre système plus simple, comporte l'emploi des dispositifs d'affaiblissement variable montés en série dans le circuit de transmission du "compresseur" et en dérivation dans le circuit de transmission du "détendeur", c'est à cette forme de combinaison que la présente invention se rapporte. L'objet principal de la présente invention est de procurer un système de "compression" et "détente" et les composants de celui-ci qui ont été perfectionnés dans le but de procurer un appareil qui puisse être employé dans dans les conditions les plus sévères rencontrées dans la transmission téléphonique tout en améliorant son fonction- nement lorsqu'il est adjoint à d'autres dispositifs.
Suivant la présente invention, on procure un dis- positif de transmission d'onde électrique comprenant un circuit de réception et un circuit de transmission ainsi
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qu'un circuit de transmission reliant les deux précédents, une impédance variable insérée en série dans le circuit de transmission, une impédance constante déterminée connectée en dérivation dans ce circuit et les moyens permettant de contrôler la valeur de l'impédance variable en fonction de celle d'un signal appliqué au circuit de réception.
Une autre caractéristique de l'invention consiste en un dispositif de transmission d'onde électrique compre- nant : un circuit de réception, un circuit d'émission et un circuit de transmission reliant les deux précédents, une impédance variable de valeur élevée en l'absence d'un signal dans le circuit de réception et qui décroit quand celle du signal augmente dans le circuit en question, enfin une impédance constante déterminée connectée en dérivation dans le circuit d'émission.
L'invention comprend aussi un dispositif de trans- mission d'onde électrique comprenant un circuit de récep- tion, un circuit d'émission et un circuit de transmission reliant les deux précédents, une impédance variable connec- tée en série dans le circuit de transmission, une impédance constante déterminée placée en dérivation dans le même cir- cuit et les moyens de contrôler la valeur de l'impédance variable en fonction de celle d'un signal appliqué au cir- cuit de réception, le dispositif en question présentant en principe une impédance constante déterminée vue du côté du circuit de réception et vue du côté du circuit d'émission pour toute la gamme des amplitudes des signaux appliqués au circuit de réception en question.
L'invention comprend encore en plus un système de transmission d'onde électrique comportant : un dispositif constitué par un circuit de réception d'impédance Z1 une impédance variable connectée en série avec une impédance @
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,constante Z2, connectées en parallèle sur le circuit de réception; un autre dispositif connecté au premier et constitué par un circuit de réception d'impédance Z3, un circuit d'émission d'impédance Z4 et, montée en série, une impédance variable, suivant la même loi de variation que la première impédance variable dont il a été question ci- dessus, et sur laquelle est connectée en parallèle une im- pédance Z5;
les moyens permettant de contrôler les impé- dances variables en accord avec l'amplitude des signaux passant à travers le système dans lequel les dites impé- dances sont en principe conformes aux relations suivantes:
EMI5.1
Les plans annexés montrent au moyen d'exemples des applications de l'invention.
Les fig. 1 et 2 des plans donnent les diagrammes équivalents d'un "compresseur" et d'un "détendeur" suivant l'invention. A la figure 1, on a représenté un générateur ayant une force électromortice El et une impédance Zl ali- mentant un circuit d'utilisation comprenant une impédance constante Z2 en série avec une impédance variable f (e)' qui est fonction d'une tension de contrée. Cette tension dépend de la grandeur de la tension d'émission e qui, par exemple, peut être appliquéeà un circuit de grille, de haute impédance, d'une lampe amplificatrice, sur le circuit d'émission de laquelle sont dérivés la tension de contrôle et le signal émis.
A la fig. 2, on a représenté un généra- teur d'impédance Z3 et de force électromotrice e proportion- nelle à la tension'd'émission du système représenté à la @
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fig.l et dérivée de celui-ci; par raison de convenance on la suppose égale à cette tension. Le générateur ali- mente un circuit comprenant une impédance variable f(e) shuntée par une impédance constante Z5, en série avec une impédance constante Z4, la tension d'émission E2 étant ob- tenue aux bornes de l'impédance Z4.
En considérant ces circuits, on peut voir que :
EMI6.1
Si le "détendeur" doit corriger exactement la dis- torsion produite par le "compresseur", E2 doit être indé- pendant de f(e). Il y a deux solutions à cette condition mais une seule convient dans tous les cas c'est quand les deux expressions suivantes sont indépendantes de f(e).
EMI6.2
Quand tel est le cas on a:
EMI6.3
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EMI7.1
c'est-à-dire que (Z3 + Z4) doit être en paral- lèle avec Z5.
En constituant un circuit qui se conforme à ces conditions, il peut se faire que certaines impédances doi- vent avoir des valeurs déterminées; par exemple, en étu- diant'un système "compresseur-détendeur" de ce type destiné à des systèmes de téléphonie, les impédances Z1, Z3 et Z4 seront les impédances.de lignes.
Dans un tel cas pour déterminer les valeurs de Z2 et Z5 : on substitue dans l'équation (4) la valeur de Z2 donnée par (3) et (4) devient:
EMI7.2
Si la valeur de Z1 est grande comparée à celle de (Z3 + Z4), c'est-à-dire pour des circuits comprenant la même valeur de f (e) ce qui est le cas fréquemment dans les applications de la présente invention, on a :
EMI7.3
Donc, par exemple, si Z1 est grand par rapport à Z2 et f (e) etsi Z3 est petit comparé à Z4 et f(e).
Z2 = Z1 et Z5 peut être négligé.
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On pourra remarquer que bien que dans la théorie développée ci-dessus les impédances variables soient dé- terminées par la tension transmise par le système, c'est- à-dire par l'émission dans le 'compresseur" et la réception dans le "détendeur", un résultat similaire peut être obtenu si les deux réseaux non-linéaires sont contrôlés par des tensions quelconques communes ou égales. Donc, si le si- gnal a l'origine et le signal final transmis sont égaux, ils peuvent être utilisés pour dériver les tensions de contrôle au "compresseur" et au "détendeur" respectivement.
Dans l'exposé, on a supposé que f(e) diminue quand e augmente.Si f (e) diminue quand e diminue, le "compresseur" devient un"détendeur" et vice-versa.
Les fig. 3 et 4 des plans sont des circuits schémati- ques d'un "compresseur" et d'un "détendeur" respectivement.
Dans la fig. 3, les signaux appliqués aux bornes d'entrée 10 sont transmis, à travers une résistance 11, vers l'enroule- ment d'entrée d'un transformateur dont l'enroulement secon- daire 13 alimente l'enroulement 14 d'un autre transformateur; l'enroulement secondaire 15 de ce dernier transformateur aboutit aux bornes 16 auxquelles se connecte une impédance de haute valeur telle que le circuit de grille d'une lampe amplificatrice. Une impédance variable est montée en shunt aux bornes du circuit en boucle, entre les enroulements 13 et 14, elle se compose de deux cellules redresseuses 17 et 18 du type métallique sec, connectées en série avec une ré- sistance 19.
L'impédance des cellules redresseuses peut être contrôlée par un courant amené aux bornes 20 et si ce courant est rendu proportionnel au signal émis, par exemple, s'il est dérivé de celui-ci et redressé, l'affaiblissement produit variera avec l'amplitude du signal et une "compres- sion en volume" en résultera.
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La fig.4 montre le "détendeur" de volume corres- pondant. Les bornes d'entrée 21, shuntées par la résis- tance 22, sont connectées à l'enroulement 23 d'un transfor- mateur dont l'enroulement secondaire 24 est connecté, à travers les redresséurs 25 et 26, à l'enroulement 27 d'un transformateur dont l'enroulement secondaire 28 alimente les bornes de sortie 29 auxquelles se racoorde une impédance de valeur élevée telle que celle du circuit de grille d'une lampe amplificatrice. Le circuit en boucle reliant les enroulements de transformateurs 24 et 27 comprend des résis- tances-shunts 30 et 31 et le courant de contrôle est appli- qué'aux bornes 32.
Si les circuits des figures 3 et 4 sont étudiés pour fonctionner dans une ligne de transmission téléphoni- que dont le circuit d'arrivée est dans chaque cas une ligne de 600 ohms et dont la sortie doit alimenter le circuit de réception d'une lampe amplificatrice, les valeurs suivantes peuvent être adoptées :
EMI9.1
<tb> Résistance <SEP> 11 <SEP> ..... <SEP> 600 <SEP> ohms.
<tb>
<tb>
Résistance <SEP> 19 <SEP> ..... <SEP> 32 <SEP> ohms.
<tb>
<tb>
Résistance <SEP> 22..... <SEP> 600 <SEP> ohms.
<tb>
<tb>
Résistance <SEP> 30 <SEP> ....200.000 <SEP> ohms.
<tb>
<tb> Résistance <SEP> 31 <SEP> 20 <SEP> ohms.
<tb>
Rapports des nombres de tours des enrou- lements 12 - 13 1/13 Rapport des nombres de tours des enrou- lements 14 - 15 1/6 Rapport des nombres de tours des enrou- lements 23 - 24 5/1 Rapport des nombres de tours des enrou- lements 27 - 28 1/130
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Les redresseurs 17,18, 25,26 sont du type dont l'impédance totale en courant alternatif est d'environ 400 ohms quand le courant de contrôle est d'environ 1 mA et atteint approximativement 12. 000 ohms pour le niveau le plus bas du signal soumis à "compression" et "détente".
Les valeurs données pour les résistances 19 et 30 sont les valeurs calculées ; en pratique, leur effet est d'habitude peu important. Il doit être entendu que ces figures sont données seulement à titre d'exemple et peu- vent être modifiées pour répondre aux exigences des divers circuits.
En général, la raison de l'emploi de la résistance en série 19 associée au "compresseur" est de limiter l'é- tendue du volume dans lequel le "compresseur" est effectif.
Donc cette résistance sera en général petite comparée à toute valeur pratique de f(e). En pratique donc, il peut être désirable de supprimer la résistance dans le circuit du "compresseur" là où cela peut se faire sans modification substantielle de la loi de "compression". De plus, il peut être requis de limiter l'étendue du volume dans la- quelle la "compression" et la "détente" s'effectuent, ceci peut être fait en augmentant convenablement la valeur des résistances appropriées 19 et 31.
La loi de "compression" requise communément de ce type d'appareil est une loi de 2 à 1, c'est-à-dire que pour chaque réduction de 2 db de la tension à la réception, la tension à l'émission est réduite de 1 db. Les circuits représentés peuvent être adaptés pour donner approximati- vement une telle loi dans une large gamme de tensions à la réception, mais il faut comprendre que des impédances doi- vent être ajoutées aux réseaux de "compression" et de "dé- tente" montrés au plan pour qu'ils suivent cette loi ou
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toute autre loi désirée. En particulier pour obtenir une loi de 2 à 1, il est fréquemment nécessaire de shunter les réseaux à redresseurs par des résistances et d'inclure des impédances non linéaires et des impédances linéaires en série dans le circuit de contrôle.
Une autre méthode possible de faire fonctionner un système suivant les caractéristiques de la présente inven- tion est de s'arranger pour que l'impédance de la source dans le "compresseur" soit très élevée par rapport à l'im- pédance variable et que l'impédance du générateur dans le "détendeur" soit très faible par rapport à l'impédance :variable c'est-à-dire pour que dans les équations ci-dessus f (e) soit grand par rapport à Z1 et Z3 grand par rapport à Z5 et f (e). Danscette disposition, Z2 devient égal à Z4 et Z5 est négligé.
Un exemple d'un système de ce type est montré aux fig. 5 et 6 qui représentent le "compresseur" et le "dé- tendeur" respectivement. La nécessité de rendre les im- pédances des générateurs très élevées et.,très faibles dans l'un et'l'autre cas implique l'usage d'amplificateurs à lampes et, par conséquent, cette disposition n'est pas aussi économique que celle décrite plus haut.
Les bornes d'entrée 33 du "compresseur" sont shun- tées par une résistance convenable 34 quand on désire que l'alimentation se fasse à impédance constante et que le circuit de grille de la lampe à haute impédance, du type pentode, soit alimenté par l'intermédiaire du transforma- teur 35.
Cette lampe peut donc être considérée comme un gé- nérateur de haute impédance interne. La lampe, qui est alimentée à des tensions convenables de la manière connue
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possède un circuit de sortie comprenant une impédance constante 37 et une impédance variable formée par un transformateur constitué des enroulements 38 et 39, dont le secondaire 39 est shunté par des impédances variables 40. La tension développée aux bornes des impédances de sortie 37 et 38 de la lampe 36 est couplée, à travers le condensateur 41, au circuit de réception d'une lampe ampli- ficatrice quelconque convenable telle que 42. Le circuit de sortie de la lampe 42 alimente, à travers le transforma- teur 43, un transformateur différentiel équilibré 44 pourvu d'une impédance d'équilibrage 45 convenable.
Les signaux venant de la lampe 42 et parcourant le transformateur 43 sont divisés par le transformateur différentiel 44 et l'im- pédance d'équilibrage 45, une partie s'écoule dans le cir- cuit d'utilisation connecté aux bornes 46, l'autre s'écoule dans l'impédance de contrôle connectée aux bornes 47, de telle sorte que les circuits 46 et 47 ne soient pas affec- tés mutuellement, suivant les principes connus. Les signaux parvenant aux bornes 47 sont utilisés après redressement dans le redresseur 48 pour contrôler l'impédance des redres- seurs 40, un circuit d'amortissement 49 ayant une constante de temps convenable étant incorporé au circuit. Le redres- seur 48 peut parfois être précédé d'un amplificateur de con- trôle qui n'est pas représenté.
Le circuit du "détendeur" correspondant est repré- senté à la fig.6, dans celui-ci les bornes 'd'entrée 50 sont connectées, à travers un transformateur différentiel équili- bré 51, au circuit de grille d'une lampe 54 à faible impé- dance du type triode. Par le moyen du transformateur dif- férentiel 51 et de l'impédance d'équilibrage 52, le signal de contrôle estpris aux bornes 53 sans affecter sensible- ment le circuit principal de transmission. Le circuit
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d'émission de la triode comprend une résistance fixe 55 et une impédance variable constituée par l'enroulement primaire 56 d'un transformateur qui a des éléments re- dresseurs 58 connectés aux bornes de son enroulement se- condaire 57.
La tension d'émission de la lampe 54 est obtenue de celle qui se développe aux bornes de la résis- tance 55, elle est appliquée, par exemple par l'intermédi- aire d'un transformateur 59 à une lampe amplificatrice 60, qui au moyen du transformateur 61 alimente les bornes 62 du circuit d'émission. Dans le but de contrôler la va- leur des impédances des redresseurs 58 en fonction de l'am- plitude du signal reçu, un courant continu de contrôle est obtenu en redressant la partie du signal reçu qui apparaît .aux bornes 53 au moyen du redresseur 63 et en appliquant le courant redressé aux redresseurs 58 après qu'il a été amorti par le filtre 64 ayant une constante de temps con- venable. Comme dans le cas du "oompresseur", le redres- seur 63 peut parfois être précédé d'un amplificateur qui n'est pas représenté.
Dans cette application de l'invention et dans le but d'approcher d'aussi près que possible les conditions idéales du générateur, .il peut être désirable d'appliquer une alimentation négative en retour (negative feed back) aux lampes associées aux réseaux non-linéaires.. Il est connu que quand la tension d'alimentation négative en re- t'our est prise aux bornes d'une résistance connectée en série dans le circuit d'utilisation et appliquée à l'en- trée, l'impédance effective du générateur augmente tendant donc vers la condition de courant débité constant.
D'une manière similaire, quand la tension négative d'alimentation en retour est prise aux bornes d'un potentiomètre à travers
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la résistance de débit, l'impédance effective du généra- teur est réduite, tendant donc vers la condition de tension de débit constante.
Il est clair, par conséquent, qu'un générateur convenant au "compresseur" de la fig.5 devrait être une lampe de haute impédance telle que la pentode représentée présentant une alimentation négative en retour en série et pour le "détendeur" représenté à la fig. 6 une lampe de fai- ble impédance, telle qu'une triode présentant une alimenta- tion négative en retour en parallèle.
Il doit être entendu que les dispositions des fig.
3, 4, 5 et 6 sont données uniquement à titre d'exemples d'application de l'invention et des réseaux "compresseur" autres que ceux représentés peuvent être utilisés. De plus, bien que dans les exemples donnés le courant de contrôle soit obtenu par redressement et filtrage du courant du signal, on doit comprendre que l'emploi de courant alter- natif dans le même but n'est pas exclu.
Enfin, il peut être plus convenable avec certains types de réseaux non-linéaires de prendre la tension de sortie aux bornes d'une résistance dans le cas du "compres- seur" et aux bornes du réseau non-linéaire dans le cas du "détendeur".
L'emploi d'un transformateur différentiel équilibré à la sortie du "compresseur" et/ou à l'entrée du "détendeur" pour que les courants de contrôle puissent être dérivés par le moyen de redresseurs, sans alimentation en retour, de signaux redressés dans le circuit principal de transmission est une caractéristique importante de l'invention.