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Amplificateur comportant un transformateur d'entrée et/ou de sortie.
La présente invention concerne des amplificateurs munis d'un transformateur d'entrée et/ou de sortie qui est destiné à adapter l'impédance d'entrée ou de sortie de l'am- plificateur à l'impédance de la source d'alimentation ou de charge.
Cette adaptation est nécessaire, par exemple, dans les amplificateurs de ligne pour les usages de la. téléphonie afin d'éviter des phénomènes de réflexion indésirables entre l'amplificateur et les lignes de transmission qui lui sont reliées.
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L'impédence d'entrée et de sortie de l'amplifica- teur de ligne, de même que l'impédance des lignes de trans- mission y connectées peuvent é'tre considérées approximative- ment comme des résistances ohmiques de sorte que l'adaptation se trouve réalisée si le rapport de transmission du transfor- mateur d'entrée et de sortie correspond à la racine du rap- port des résistances à adapter.
Mesuré entre les bornes de l'enroulement primaire du transformateur d'entrée, ou mesuré entre les bornes de l'enroulement secondaire du transformateur de sortie, l'am- plificateur constitue alors une résistance qui correspond à 1''impédance de la ligne de transmission y reliée.
Toutefois, cela ne s'applique qu'aux fréquences pour lesquelles la self-induction de dispersion et les capa- cités d'enroulement du transformateur peuvent être négligées.
Pour les fréquences plus élevées cela n'est plus admissible de sorte que les impédances en question de l'amplificateur ne peuvent plus être considérées comme des résistances ohmi- ques mais comme des impédances complexes. La présente inven- tion permet de supprimer l'influcence de la self-induction de dispersion et de la capacité d'enroulement des transforma- teurs d'entrée et/ou de sortie d'amplificateurs dans la gamme de fréquences à transmettre, de sorte que dans cette gamme de fréquences l'impédance d'entrée et/ou de sortie de l'amplificateur conserve toujours son caractère ohmique.
Conformément à la présente invention on y parvient en dimensionnant les capacités connectées en parallèle avec 1''enroulement du transformateur d'entrée et/ou de sortie de telle façon que ces capacités et la self-induction de dispersion du transformateur constituent un filtre passe-bas.
:du type Ò, dont la fréquence de coupure correspond au moins à la plus haute fréquence à amplifier.
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Comme on le sait l'impédance caractéristique d'un filtre passe-bas du type Ò dans la bande de transmission est une résistance ohmique qui est sensiblement constante dans une partie considérable de la bande de transmission; au voisinage de la fréquence de coupure du filtre cette résistance augmente.
Pour obtenir une bonne adaptation dans la gamme de fréquences à amplifier le filtre passe-bas constitué par le transformateur d'entrée ou de sortie est, selon un autre point caractéristique de l'invention, dimensionné de telle façon que la fréquence de coupure soit supérieure à la plus haute fréquence à am- plifier par l'amplificateur, de sorte que la gamme de fréquen- ces à amplifier coïncide avec la partie de la bande de trans- mission du filtre passe-bas dans laquelle on peut considérer l'impédance caractéristique en rapport avec les conditions posées comme une résistance constante.
Un amplificateur comportant un transformateur de sortie type, ainsi converti en un filtre passe-bas, convient particulièrement bien à être muni d'un couplage à réaction négative qui, comme on le sait, permet d'éviter des déformations non linéaires dans l'amplificateur. Lorsque dans un amplifica- teur couplé dégénérativement la tension à réactionnégative est prélevée sur le circuit de sortie d'un amplificateur comportant un transformateur de sortie, il se produit des déphasages aux fréquences élevées à amplifier par suite de la selfinduction de dispersion et de la capacité d'enroulement du transformateur de sortie. Ce déphasage peut augmenter à tel point que le cou- plage dégénératif se transforme en un couplage par réaction qui peut provoquer l'auto-oscillation de l'amplificateur.
En même temps la valeur du couplage dégénératif variera aussi aux fréquences élevées. Si l'on se sert d'un couplage à réac- tion négative du circuit de sortie d'un amplificateur compor- tant un transformateur de sortie converti en un filtre passe- - A
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bas et à supposer que l'amplificateur soit chargé en substance par une résistance, tant la phase que la valeur du couplage dégénératif demeurent sensiblement constantes dans toute la bande de fréquences à amplifier, de sorte qu'il n'y a pas de risque que l'amplificateur puisse osciller dans cette zone.
Pour des fréquences dépassant la fréquence de coupure du fil- tre passe-bas la phase du couplage dégénératif variera, il est vrai, mais pour cette fréquence aussi il n'y a pas de risque d'auto-oscillation, parce que l'impédance du filtre passe-bas en dehors de la zone de transmission et, partant, la valeur de la tension à réaction décroissent très rapidement.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif, les par- ticularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant bien entendu partie de l'invention.
La. fig. 1 représente un amplificateur de ligne com- portant un premier tube amplificateur 1 et un tube amplifica- teur final 2 Entre les deux étages d'amplification on peut encore connecter un ou plusieurs autres tubes amplificateurs non représentés sur le dessin. Le circuit d'entrée du tube amplificateur 1 comprend un transformateur d'entrée 3 ayant un rapport de transformation 1:ni tel que l'impédance grille- cathode du tube amplificateur 1, qui est déterminée par la résistance R1 soit adaptée à l'impédance d'une ligne de transmission 4 reliée à l'amplificateur. Cette impédance peut être représentée approximativement par une résistance R.
Parfaitement en rapport avec ce qui précède le cir- cuit de sortie du tube amplificateur 2 comporte un transfor- mateur de sortie 5 ayant un rapport de transformation n2 1 qui adapte la résistance interne R2 du tube amplificateur 2 à l'impédance R d'une ligne de transmission 6. n
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Du fait que les résistances R1 et R2 sont grandes par rapport aux impédances de ligne R, le transformateur d'entrée
11 doit survolter la tension et le transformateur de sortie doit dévoiler la tension. Gradée au nombre de spires élevée l'enroulement secondaire du transformateur d'entrée et l'enrou- lement primaire du transformateur de sortie ont des capacités propres non négligeables.
En parallèle avec ces éléments se trouvent respectivement, en outre, la capacité grille-cathode et anode-cathode du tube amplificateur 1 et 2, respectivement.'
Sur la fig. 1 les capacité totales sont représentées par C1 et
C2. Conformément à l'invention un condensateur C1 respective- ment 0.2- , est connecté en parallèle avec n1 l'enroule- n2 ment primaire du transformateur d'entrée, respectivement en parallèle avec l'enroulement secondaire du transformateur de sortie. De cette manière le transformateur d'entrée et le transformateur de sortie sont convertis en filtres passes-bas, comme il va être décrit ci-après.
Lorsque,, dans le montage montré sur la fig. 1 le transformateur d'entrée et de sortie est supposé être remplacé par le diagramme de substitution bien connu pour transformateurs, on obtient.le montage repré- senté sur la fig. 2, dans lequel L1 et L2 représentent les selfinductions des dispersions primaire et secondaire, M1 la selfinduction mutuelle et n1 le rapport de transformation du transformateur d'entrée, L3 et L4 les self-inductions de dis- persion primaire et secondaire., M2 la selfinduction mutuelle et n2 le rapport de transformation du transformateur de sortie.
Comme le montre le schéma représenté sur la fig.2 les selfinductions L1, L2 et L3 et L4 ainsi que les capacités d'enroulement C1 et C2 se font sentir aux fréquences élevées et à ces fréquences les impédances d'entrée et de sortie de L'amplificateur ne/sont plus fonction exclusivement des résis-
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tances R1 et R2 Aux fréquences élevées l'impédance des self- inductions mutuelles M1 et M2 est telle qu'elle soit négligea- ble de sorte qu'on peut remplacer le schéma représenté sur la fig.
2 par le schéma montré sur la fig.3 ou l'= n1 2L1 + L2 et L' = L3 + n22L4, Lorsque, comme le montre le dessin, un condensateur C1 est monté en parallèle avec l'enroulement n21 primaire du transformateur d'entrée le schéma représehté sur la fig.3 comporte une capacité C1 connectée entre les bornes d'entrée E et E2 de manière à constituer un filtre passe-bas.
Les self-inductions de dispersion L1 et L2 et la capacité d'enroulement secondaire C (qu'on peut augmenter arbitraire- ment par le montage en parallèle d'un condensateur) sont di- mensionnées de façon à remplir la relation R2= l' Pour 2c l'impédance caractéristique Z Ò du filtre passe-bas on a alors l'expression:
EMI6.1
EMI6.2
où. f représente la fréquence et fo = ###"##### 2 ji RC la fréquence de coupure. R est la valeur nominale de l'impé- dance caractéristique, valeur qui correspond à l'impédance de la ligne de transmission 4. Sur la fig.4 la dépendance de l'impédance caractéristique Z est indiquée comme fonction de la fréquence f.
De cette courbe il résulte que l'impédance caractéristique est sensiblement constante dans une très large gamme de fréquences en-dessous de la fréquence de coupure fo et a la valeur nominale R, puis augmente avec la fréquence.
Si l'on choisit alors la fréquence de coupure f. supérieure à la fréquence la plus élevée à amplifier par l'amplificateur de telle façon que la gamme de fréquences à amplifier coïncide avec la gamme de fréquences dans laquelle l'impédance carac- téristique du filtre passe-bas peut être considérée comme étant
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sensiblement constante, on peut donc obtenir dans la gamme de fréquences à amplifier une adaptation suffisamment exacte de l'impédance d'entrée de l'amplificateur à la ligne de transmission 4 de manière à éviter des phénomènes de réflexion.
D'une manière tout-à-fait analogue on peut connecter un condensateur C2 en parallèle avec l'enroulement secondaire n2 du transformateur de sortie que dans le schéma montré sur la fig.3 une capacité c2 est située entre les bornes de sortie U1 et U2 et un filtre passe-bas est constitué également dans le circuit de sortie de l'amplificateur. Ce filtre est égale- ment dimensionné de telle façon que l'impédance de sortie de l' amplificateur dans la gamme de fréquences à amplifier soit adaptée à l'impédance R de la ligne de transmission 6.
Quand :le transformateur de sortie d'un amplificateur est ainsi converti en un filtre passe-bas, l'utilisation d'un couplage à réaction négative du circuit de sortie vers le circuit d'entrée d'un tube amplificateur précédent offre des avantages spéciaux. La fig.5 montre un amplificateur avec un couplage à réaction négative de la tension amplifiée. Cet amplificateur comporte deux étages avec les tubes amplificateurs 1 et 2 qui sont accouplés entre eux par le réseau 7.
L'enrou- lement primaire du transformateur d'entrée et l'enroulement secondaire du transformateur de sortie sont shuntés par les condensateurs C1 et C2, respectivement, de sorte qu'ils sont convertis en filtres passe-bas et l'impédance d'entrée et l'impédance de sortie de l'amplificateur sont adaptées à l'im pédance de la ligne de transmission 4 et de la ligne 6, res- pectivement. On obtient un couplage à réaction négative de la tention amplifiée du circuit de sortie du tube amplificateur 2 vers le circuit d'entrée du tube amplificateur 1 au moyen d'un troisième enroulement 8 du transformateur de sortie
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intercalé dans le circuit de grille du tube 1.
Du fait que, comme décrit plus haut, l'impédance, mesurée entre les bornes primaires du transformateur de sortie dans la gamme de fréquen- ces à amplifier, est une résistance constante, la valeur et la phase de la tension a réaction négative à travers l'enrou- lement 8 du transformateur de sortie sont donc également constantes. Des déphasages indésirables de la tension à réaction négative ne peuvent donc pas se produire dans la bande de fréquences à amplifier.
Pour les fréquences dépassant la fréquence de coupure du filtre passe-bas l'impédance mesurée entre les bornes pri- maires du transformateur de sortie est capacitive. La phase entre la tension induite dans l'enroulement 8 et la tension à amplifier, qui est amenée au tube 1, décroft donc en aug- mentant la fréquence, de sorte qu'aux fr.équences suffisamment élevées le couplage dégénératif peut se transformer en un couplage par réaction.
Toutefois, il résulte de la courbe montrée sur la fig.4 que la valeur de l'impédance Z Ò et donc aussi la tension entre les bornes primaires du transfor- mateur de sortie décroissent rapidement au-dessus de la fré- quence de coupure du filtre passe-bas, de sorte que le dé- croissement de la phase indiquée s'accompagne d'un décrois- sement de la valeur de la tension à réaction négative.
Pour des fréquences si élevées, auxquelles il se produit un cou- plage par réaction au lieu d'un couplage dégénératif, l'auto- oscillation de l'amplificateur ne peut donc pas se produire malgré cela, parce que la tension à réaction est trop faible à ces fréquences'
Dans certaines conditions il peut être désirable de maintenir constante l'amplitude de la tension à réaction, qui est induite dans l'enroulement 8, dans toute la bande de trans- mission du filtre paase-bas constitué par le transformateur ---
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de sortie.
On peut y parvenir en donnant une valeur plus grande à la capacité connectée en parallèle avec l'enroulement primai- re et en la rendant, de préférence, égale à 2C2 Dans ce cas le circuit de sortie du tube amplificateur 2 est connecté de la manière montrée sur la fig.6.
Dans ce cas l'impédance Z mesurée entre les bornes primaires du transformateur de sortie est constituée par l'im- pédance car,actéristique Z Ò et l'impédance d'un condensateur C2 monté en parallèle avec cette impédance caractéristique.
Cette impédance Z s'élève à
EMI9.1
¯ -----¯2L¯- 1+ j.ÇgZ La valeur absolue de Z est de:
EMI9.2
EMI9.3
bien parce que ou bien parce que f = 2 d RC2 2 Yt RC,2 on a / Z / = R
La valeur absolue de 1-'impédance Z est donc constante dans toute la zone de transmission. A travers l'enroulement primaire il se produit alors dans la zone de transmission une tension constante qui induit une tension également constante.
Dans ce cas le couplage dégénératif conserve toujours la même valeur.
Il y a avantage à combiner le couplage dégénératif de la tension avec un couplage dégénératif du courant, comme le montre la fig.7. Dans ce montage le couplage dégénératif est constitue par deux composantes, à savoir la tension qui a lieu
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à travers l'enroulement 8 et est fonction de la tension à travers l'enroulement primaire du transformateur de sortie 4, et la tension qui a lieu à travers le résistance 9 et est fonction du courant traversant l'enroulement primaire.
Dans ce cas les variations de phase de la totalité de la tension à réaction négative pour les fréquences en dehors de la zone de transmission sont telles que le couplage dégéné- ratif ne puisse jamais se transformer en un couplage par réac- tion, ce qui va être expliqué avec référence au schéma de sub- stitution montré sur la fig.8 et au diagramme de phase corres- pondant montré sur la fig.8.
Dans le schéma de substitution le tube amplificateur 2 est supposé être remplacé par une source de courant avec une force électromotrice de e volts et une résistance interne R2 L'impédance mesurée entre les bornes de l'enroulement primaire du transformateur de sortie est représentée par l'impédance caractériqtique Z Ò du filtre passe-bas. Pour la commodité on a supposé, en outre, que la tension induite dans l'enroule- ment 8 correspond à la tension qui a lieu à travers l'enrou- lement primaire, de sorte que la totalité de la tension à réaction négative e1 correspond à la somme de la tension pro- duite à travers l'impédance Z Ò et la chute de tension à tra- vers la résistance Ro qui correspond à la résistance 9.
Dans un but de simplification on a supposé aussi que
EMI10.1
R2 \ R -i- Z 5Í La tension e1 est déterminée alors par l'expression
EMI10.2
ei = 1 8a + Z 5Í ) 2 et est/ donc proportionnelle à l'impédance résultante Zt = Ro+ZÒ Cette impédance résultante Zt est indiquée dans le diagramme montré sur la fig.9.
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Comme on l'a dit plus haut l'impédance Z Ò est constante et correspond à R dans une partie considérable de la zone de transmission. Puis l'impédance Z Ò augmente jusqu'à la fréquence de coupure fo tout en conservant le caractère d'une résistance. L'impédance totale Zt est donc dans toute la bande de transmission une résistance dont la valeur est constante au début et ensuite monte jusqu'à la fréquence de coupure fo La tension à réaction négative pré- sente la même allure et ne subit pas de déphasages dans la bande de transmission. Pour les fréquences supérieures à la fréquence de coupure l'impédance Z Ò est capacitive. La valeur de cette impédance capacitive diminue avec la fréquen- ce.
Lorsqu'on dépasse la fréquence de coupure la phase de l'im- pédance totale Zt varie donc brusquement d'un angle /' qui décroit avec une augmentation.de la fréquence. La phase de la tension à réaction négative varie d'une façon tout-à-fait analogue. Grâce à la résistance Rqui effectue le couplage o dégénératif du courant, l'angle # est toujours inférieur à 90 ; la phase de la tension à réaction négative demeure donc toujours également inférieure à 90 et, malgré cela, décroit a- vec une augmentation de la fréquence de manière à éviter que le couplage à réaction négative se transforme en un couplage à réaction positive.