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PERFECTIONNEMENTS AUX ,t.3FLIré ICAT' THER:a:ONI<ES.
La présente invention se rapporte aux amplificateurs thermioniques et notamment à un circuit limiteur d'amplitude destiné à éliminer la modulation en amplitude tout en respectant les variations de fréquence des courants à haute fréquence qu'ils transmettent. Bien que l'invention trouve son emploi dans tous les problèmes d'émission ou de réception où il s'agit d'éliminer les variations d'amplitude des courants ou tensions à haute fréquence, on décrira à titre d'exem ple non limitatif dans ce qui suit une application à la réception d'ondes modu- lées en phases ou en fréquence, application à laquelle l'invention convient par- ticulièrement bien,
Il est très difficile de moduler en fréquence ou en phase sans intro- duire une certaine modulation en amplitude.
De plus, les parasites industriels
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ou atmosphériqueb, les imperfections des circuits de transmission ou enfin les modifications du milieu dans lequel se propagent les ondes, donnent à la récep- tion des variations d'amplitude. Si on ne supprime pas la modulation enhampli tude, le signal reçu est affecté de distorsion et on ne peut alors bénéficier des avantages connus que procure la modulation en fréquence ou en phase.
C'est donc une des applications les plus intéressantes de l'invention que la limitation dans les radiocommunications utilisant la modulation en fré- quence ou en phase,
Une caractéristique remarquable de l'invention réside dans l'emploi d'un amplificateur dont les étages sont autopolarisés et dont le point de fonctionnement est asservi à l'amplitude des variations d'amplitude à éliminer, grâce à quoi l'effet limiteur est convenablement amélioré.
On eomprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple et dans lesquels :
La Fig.l représente schématiquement un limiteur d'amplitude conforme à l'invention.
Les Fig.2 à 8 inclusivement des courbes et diagrammes à l'appui de l'exposé technique, En se référant à la Fig.l, on voit un tube électronique à électrodes multiples, pentode par exemple, comportant une cathode 11, du type à chauffage Indirect, une grille de commande 12, une grille-écran 13, une grille de sup- pression d'émission secondaire 14, une anode 15. La tension haute fréquence est appliquée entre la grille 12 et la cathode 11 d'un tube 10 par l'intermé- diaire des dispositifs de couplage appropriés, tels que le transformateur re- présenté en 16. Le secondaire de celui-ci est accordé sur la fréquence des oscillations à recevoir, au moyen d'une capacité 17.
Le circuit d'entrée com- porte également, en série, une résistance 18 shuntée par une capacité 19, qui constitue une résistance de fuite permettant d'obtenir une polarisation auto- matique de la grille 12.
Comme on l'expliquera brièvement par la suite, il est nécessaire, dans le but de créer un effet limitateur, de proportionner la résistance 18 et la capacité 19 de telle sorte que la tension négative disponible à leurs bornes par redressement par la grille, des oscillations appliquées, soit à tout ins- tant égale à la tension de polarisation qui annule le courant dans le tube 10, ou l'excède d'une quantité prédéterminée. En d'autres termes, le potentiel de @
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grille 12 doit être maintenu suffisamment négatif par rapport à la cathode 11, pour que le courant anodique s'établisse uniquement pendant les demi-périodes alternées ou pendant une fraction de celles-ci.
Le circuit d'anode du tube 10 comporte, en série, un circuit anti résonnant constitué par la self induction 20 et la capacité 21, une résistance de découplage 22, une source de tension plaque 23-24* La borne négative de cet- te dernière est reliée à la'cathode 11 mise à la masse, à la manière habituelle et une capacité d'assez forte valeur relie le point de jonction de la résistance 22 et du circuit antirésonnant à la source 23-24. Le circuit 20-21 est accordé sur la même fréquence que celle du circuit 16-17. Le circuit de plaque peut être couplé au circuit d'utilisation de toute manière appropriée, par le circuit 26 par exemple.
La grille écran est reliée à une source de potentiel appropr telle que la borne positive 23 de la source de.tension plaque, par l'intermédiaire d'une résistance 27; elle est en outre reliée à la masse à travers une capacité 28. Comme on l'expliquera plus loin, la résistance 27 et la capacité 28 jouent un rôle très important dans le système limitateur d'amplitude conforme à l'in- vention.
Bien que les valeurs de lé résistance et de la capacité des éléments précités ne soient pas absolument critiques, l'expérience à toutefois montré que l'action limitatrice d'amplitude n'est efficace que pour un choix particu- lier des dites valeurs par rapport aux autres constantes du circuit, La valeur de la résistance 37 dépend de certains facteurs très complexes* Quelques tâton- nements suffisent toutefois pour déterminer celles qui convient. On peut égale- ment utiliser à cet effet une resistance variable.
La capacité 28 a une valeur suffisamment élevée pour que sa réactance soit faible aux fréquences d'accord des circuits 16-17 et 20-21. Par conséquent la différence de potentiel entre la grille-écran 13 et la cathode est négligea- ble aux dites fréquences, mais peut prendre des valeurs appréciables à des fré quences moindres.
En général, la capacité 28 doit offrir une réactance relativement élevée à toutes les fréquences de l'enveloppe de modulation en amplitude, qui doivent être supprimées.
Comme on l'a dit précédemment, les oscillations dont l'enveloppe doit être limitée à une amplitude constante, par le circuit de la fig.1 doivent être, soit à fréquence constante, soit modulées en phase ou en fréquence, con- formément aux signaux à transmettre, signaux à basse fréquence par exemple.
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Dans ce dernier cas, les circuits 16 et 17 et 20-21 ne doivent pas présenter une courbe d'accord trop aiguë de façon qu'ils transmettent sans affaiblissement la totalité de la bande passante. Il faut bien entendu, que la fréquence des ondes porteuses soit très supérieure à celle des variations d'amplitude indêsi- rables que l'on se propose de supprimer. En général, les fréquences porteuses sont inaudibles.
On comprendra mieux le fonctionnement et les caractéristiques du cir- cuit de la Fig.l par l'examen des courbes des Fig.2 à 8.
Dans le but de simplifier cette analyse et de faciliter la compréhen- sion du fonctionnement du circuit de la Fig.l, on fera tout d'abord un certain nombre d'hypothèses. On supposera par exemple que la résistance 27 est en court- circuit et que la capacité 28 a une valeur suffisamment élevée pour laisser pas- ser toutes les fréquences, même très basses, Le potentiel de la grille-écran est alors pratiquement constant à tout instant.
On supposera ensuite que les oscillations de haute fréquence, telles que celles représentées Fig.5 soient appliquées au transformateur d'entrée 16 et pratiquement sinusoïdales; du fait de la présence de la résistance de grille 18 et du condensateur 19, les oscil- lations sont détectées à la manière connue et un potentiel négatif de polarisa- tion se trouve appliqué à la grille; sa valeur est proportionnelle à l'amplitu- de de l'enveloppe. On supposera de plus que l'amplitude de ces oscillations est constante et tout juste suffisante pour maintenir la grille 12 de commande au potentiel de coupure du courant anodique.
Il est bien connu que la polarisation qu'il faut appliquer à la grille de commande pour annuler le courant anodique dépend du potentiel de la grille-écran, supposé constant; il correspond par conséquent à un potentiel négatif constant de la grille de commande, pour lequel aucun courant ne traverse le circuit de plaque.
Dans ces conditions, le circuit plaque est le siège d'impulsions uni- directionnelles de courant pendant les semi=alternances positives des oscilla- tions appliquées, qui ramène le potentiel instantané de grille au-dessous de la valeur de coupure. Deux impulsions successives sont schématiquement représentées par la courbe en trait plein 30, Fig.2. Cette courbe représente la variation du courant de plaque en fonction du temps. La partie horizontale de la courbe 30 suivant B-E représente un courant d'anode nul, correspondant à la valeur de polarisation de grille qui produit la coupure. La valeur de crête 31 du courant de plaque correspond à une tension nulle de la polarisation de grille.
Il est
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bien connu que ce résultat est obtenu automatiquement du fait de la résistance de grille 18 et du condensateur 19, car si le courant d'anode croit, la grille 12 deVIENT positive et la polarisation de la grille 12 est automatiquement ac- crue du fait du passage du courant de grille, qui à son tour limite la valeur du courant de plaque à celle qui correspond à la polarisation nulle.
On notera que jusqu'alors le fonctionnement du circuit est analogue à celui de la détection par la grille à cette exception près que la polarisa- tion automatique fournie par la détection de grille est délibérément maintenue à une valeur élevée et au moins égale à celledqui correspond à la coupure.
L'ordonnée maxima des impulsions de courant de plaque est alors limitée prati- quement à la valeur A-B (Fig.2) Les points 31 sont limitées à la valeur pour laquelle la grille 12 devient positive et les creux sont limités par la droite B-E correspondant au point de coupure du courant de plaque.
On conçoit, d'autre part,qu'il soit possible de décomposer la courbe non sinusoïdale 30 de la Fig.2, en éléments de la série de Fourier, fondamen- tale et ses harmoniques ainsi que les composantes de courant continu. A cette occasion, on rappellera que le circuit 20-21 est précisément accordé sur la fondamentale. Par conséquent celle-ci se trouve sélectionnée et transmise au circuit d'utilisation, tandis que les harmoniques sont affaiblis.
Dans ces conditions, le niveau du signal d'entrée est proportionnel à A-B, Fig.2, Si Cette amplitude de signalisation est prise comme niveau de ré- férence, et considérée arbitrairement comme valeur unité, et si, d'autre part, les pulsations de courant plaque sont considérées comme des parties de sinusoïde il en résulte que l'amplitude maxima fondamentale est théoriquement égale à 0,500 suivant la série de Fourier. La composante à courant continu aura pour valeur 0,318.
Supposons maintenant que l'amplitude des oscillations appliquées au circuit de grille augmente sous l'effet des parasites atmosphériques, industriel ou autres. Supposons également, pour l'instant, que l'amplitude des oscillations soit doublée. La polarisation négative sur la grille 12 est aussi pratiquement doublée. En se référant à la Fig.2, on voit qu'à cette valeur de polarisation de grille correspond un autre axe C-F des pulsations de courant de plaque, celles--ci sont alors représentées par des courbes en traits pleins 32 Ces impulsions sont limitées à l'amplitude A-B puisque les régions pointillées 32' de la courbe, suivant B-C se trouvent au-dessous de la valeur B-E de coupure de courant ano-
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-diçue, et de du fait que le potentiel de la grille-écran 13 reste par hypo- thèse constant.
L'amplitude des pulsations est la même que précédemment mais l'angle d'ouverture est évidemment plus petit. L'analyse harmonique montre im médiatement que la valeur de la fondamentale est ramenée à 0,387 et celle de la composante continue à 0,22 quand l'amplitude du signal d'entrée croit dans le rapport de 1 à 2. Par conséquent, l'amplitude de la fondamentale sélectionnée par le circuit accordé est réduite de 0,5 à 0,387, et l'effet de limitation dé- siré n'est pas obtenu.
L'axe D-G de la Fig.2 correspond à une valeur de polarisation de gril- le égale à trois fois celle de coupure. L'amplitude du signal d'entrée est tri- ple de la valeur initiale. Dans ces conditions, le courant de plaque passe pen- dant une fraction encore plus faible des alternances positives; les pulsations de courant 33 sont plus étroites puisque les parties pointillées 33' situées au-dessous de la coupure sont les deux tiers de l'ordonnée maxima. L'analyse de Fourier montre que l'amplitude de la fondamentale est alors ramenée à 0,33 et celle de la composante continue à 0,175.
Par conséquent, on voit que l'amplitude de l'enveloppe des oscilla- tions sélectionnées par le circuit 20-21 diminue quand l'amplitude du signal appliqué sur la grille 12 augmente bien que l'amplitude du courant de plaque soit pratiquement constante, puisque l'aire embrassée par la courbe des impul- sions courant anodique diminue constamment. La courbe en trait plein 50 de la Fig.3 illustre ce phénomène. Les ordonnées de cette courbe représentent les coef ficiente théoriques de la fondamentale et les abscisses l'amplitude du signal incident, les deux exprimées en fonction d'un niveau de référence arbitrairement choisi. La ligne en traits mixtes 51 représente la variation de la composante continue, les courbes 50 et 51 ayant été relevées expérimentalement et corres- pondant sensiblement aux valeurs calculées.
L'action des variations d'amplitude du signal est représentée Fig.5 et 6, où l'on voit des oscillogrammes de la tension de signalisation et des cou- rants de sortie, au cours des périodes d'accroissement transitoire de la dite amplitude de signalisation, et indiquée par les pointes positives 40 de la Fig.5 On voit que l'enveloppe du courant de sortie subit une diminution en 41, la mo- dulation d'amplitude du signal reçu n'a donc pas été éliminée par le circuit.
Conformément à l'invention, on fait varier la pente du tube 10, auto- matiquement en fonction de la valeur de l'enveloppe du signal au moyen d'un
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artifice qui constitue une particularité de l'invention. Il consiste à faire dé- croître le potentiel de grille écran quand l'amplitude de la tension d'entrée croît et inversement; cet asservissement étant obtenu au moyen d'une résistance 27 et d'une capacité 28.
Il est bien connu que, si dans une penode, le potentiel de la grille de commande varie, les courants de grille et d'anode varient corrélativement, par conséquent, si la polarisation négative de la grille 12 augmente, le courant absorbé par le circuit de la grille-écran à travers la résistance 27 diminue; la chute de tension aux bornes de la dite résistance 27 diminue corrélativement et la tension de grille-écran augmente et tend à se rapprocher de celle de la source d'alimentation 23-24. De même, si le potentiel de la grille de commande 12 augmente dans le sens positif, celui de la grille écran diminue.
On sait que toute variation du potentiel de la grille écran entraîne une variation de même sens de la pente du tube. Par conséquent, si la grille- écran 13 devient plus positive, la pente du tube 10 augmente, en d'autres termes la résistance anode-cathode du tube 10 diminue si bien que le potentiel négatif de la grille de commande 12 doit croître pour atteindre le point pour lequel le courant plaqque s'annule. Par conséquent, l'axe B-E ,Fig.2, se déplace vers le bas quand augmente le potentiel de grille-écran. En considérant les courbes 30, 32 et 33, on voit que tout se passe comme si l'axe B-E se déplaçait vers le bas quand on augmente l'amplitude du signal, de telle sorte que les aires embrassées par les courants de courant pulsatoire entre les crêtes 31 et l'axe B-E sont sensiblement constantes dans tous les cas.
La courbe 60 de la Fig.4 représente la variation de la pente du tube 10 en fonction de l'amplitude du signal consé- cutivement aux variations de potentiel de grille-écran.
Comme on l'a dit précédemment, la capacité 20 est relativement faible dans le but de permettre au potentiel de la grille-écran de suivre l'enveloppe de la court du signal jusqu'aux fréquences les plus élevées que l'on doit éli- miner du circuit d'utilisation. A titre d'exemple, si le circuit de la fig.1 est utilisé comme limiteur d'amplitude dans un récepteur pour les ondes modulées en fréquence par des signaux audibles, la constante de temps du circuit résis- tance-capacité 27-28 doit être suffisammentdfaible pour que le potentiel de lâ grille-écran varie à fréquence audible.
Par conséquent, les variations de la ten sion du signal d'entrée dues aux parasites industriels ou atmosphériques, dont la) fréquences sont comprises à l'intérieur de la bande de signalisation basse fré
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-quence, comme le montrent les pointes de la Fig.5 ar exemple, engendrent les variations corrélatives correspondantes du potentiel de la grille-écran comme le montre la courbe 43 de la fig.7 Il en résulte que les pointes négatives de la composante fondamentale du courant de plaque, visibles en 41, Fig.6, sont pratiquement éliminées, et l'amplitude du courant de plaque est pratiquement constante, comme on peut le voir Fig.8.
Si la compensation était parfaite, la courbe de la Fig.3, qui repri- sente la composante fondamentale du courant de plaque, en l'absence de toute compensation, serait représentée par la ligne pointillée 52, ce qui signifie que le courant de plaque resterait rigoureusement constant, indépendamment de l'enveloppe du signal, aussi longtemps que son amplitude serait supérieure au niveau minimum de signalisation. En général, cette limitation parfaite ne peut être atteinte, mais elle est susceptible d'une grande approximation.
La compo- sante fondamentale du courant de plaque peut être représentée par la courbe 53 de la Fig.3 par exemple, sur laquelle on notera que la partie gauche est sensi- blement sous compensée et la partie droite légèrement surcompensée puisque la dite courbe 53 n'est pas linéaire, ce qui est dû au fait que l'action compensa- trice est la résultante de plusieurs variables indépendantes et non linéaires, qui ne sont pas des fonctions identiques du potentiel de grille de commande.
Le courant de grille-écran varie sensiblement comme la puissance 3/2 du poten- tiel de grille de commande et le courant de plaque suivant une loi légèrement différente.
Si la valeur de la résistance 27 dépasse la valeur optima, le circuit peut être considérablement surcompensé, comme l'indique la courbe 53' de la Fig.3. L'expérience a montré que l'efficacité de cette limitation varie consi- dérablement selon la nature des fluctuations d'amplitude à éliminer. Elle est plus grande pour les faibles variations que pour les tensions parasites à forme d'onde pointue, telles que celles fournies par l'étincelle d'allumage des mo- teurs. Toutefois, même dans les conditions les plus mauvaises on peut raison- lablement s'attendre à une amélioration de l'efficacité de la limitation, au moins double, quand la pente du tube 10 varie, conformément au principe même de l'invention, tel qu'il a été expose précédemment. Dans bien des cas,l'amé- lioration est beaucoup plus considérable.
C'est ainsi que, dans des essais de laboratoire, on a constaté que quand la tension du signal était modulée en am plitude, à 50 %, par une tension sinusoïdale de fréquence 400, l'efficacité de la limitation était accrue de 45 fois quand la capacité 28 était réduite de @
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On voit que l'invention permet de réaliser un circuit limiteur d'am- plitude de construction simple et d'un fonctionnement efficace, A titre d'exem- ple n'ayant aucun caractère limitatif quant à l'esprit de l'invention, on donne- ra quelques valeurs de constantes du circuit, qui ont donné des résultats satis- faisants dans un récepteur superhétérodyne à modulation de fréquence.
Le tube 10 était une pentode 6SJ7 et les circuits 16, 17, 20, 21 étaient accordés par une moyenne fréquence d'environ 2,1 Me/s Les valeurs des résistances étaient les suivantes :
Résistance 18 330.000 ohms
Résistance 22 ..... 2.200 ohms
Résistance 27 100.000 à 300.000 ohms.
Les valeurs des capacités étaient les suivantes :
Capacité 10 22 mmf.
Capacité 28 ..... 15 mmf.
Capacité 25 0,05 mf
La valeur optima de la résistance 27 était, connue on l'a dit précédem- ment, déterminée expérimentalement. Elle variait légèrement selon le type de perturbations à éliminer, bien que les valeurs précitées aient donné satisfac- tion.
On notera que l'étude précédente n'est donnée qu'à titre indicatif et que certaines hypothèses ont été faites en ce qui concerne la forme des ondes et les conditions de fonctionnement, dans le but de simplifier l'exposé. Les pro- priétés électriques du circuit sont incontestablement plus emnplexes et l'action compensatrice peut être considérée comme résultant de plusieurs variables indé- pendantes non libires Toutefois, l'expérience a démontré l'efficacité du cir- cuit conforme à .'invention et ses possibilités d'application.
Bien que la description précédente fasse allusion à l'utilisation d'une pentode dont la pente est commandée par les variations du potentiel de grille-écran, on conçoit que les mêmes résultats puissent être obtenus en rem- plaçant par exemple le tube 10 par un tube à grille-écran ou par un tube multi- grille, dans lequel le potentiel de compensation pourrait être appliqué à toute autre grille que la grille-écran.
Bien qu'on ait représenté et décrit une seule forme de réalisation de l'invention, il est bien évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière, donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère res- tricitif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et
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même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.
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The present invention relates to thermionic amplifiers and in particular to an amplitude limiting circuit intended to eliminate amplitude modulation while respecting the frequency variations of the high frequency currents which they transmit. Although the invention finds its use in all transmission or reception problems where it is a question of eliminating the variations in amplitude of the currents or voltages at high frequency, it will be described by way of nonlimiting example in the following is an application to the reception of waves modulated in phases or in frequency, application to which the invention is particularly suitable,
It is very difficult to modulate in frequency or phase without introducing some amplitude modulation.
In addition, industrial parasites
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or atmosphericb, the imperfections of the transmission circuits or finally the modifications of the medium in which the waves propagate, give the reception variations in amplitude. If one does not remove the amplitude modulation, the received signal is affected by distortion and one cannot then benefit from the known advantages provided by the frequency or phase modulation.
It is therefore one of the most interesting applications of the invention that the limitation in radiocommunications using frequency or phase modulation,
A remarkable characteristic of the invention lies in the use of an amplifier whose stages are self-biased and whose operating point is slaved to the amplitude of the amplitude variations to be eliminated, whereby the limiting effect is suitably improved.
The new characteristics and advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings, given simply by way of example and in which:
FIG. 1 schematically represents an amplitude limiter according to the invention.
Figures 2 to 8 inclusive of curves and diagrams in support of the technical presentation, Referring to Fig. 1, we see an electron tube with multiple electrodes, pentode for example, comprising a cathode 11, of the type Indirect heating, a control grid 12, a screen grid 13, a secondary emission suppression grid 14, an anode 15. The high frequency voltage is applied between the grid 12 and the cathode 11 of a tube. 10 by the intermediary of suitable coupling devices, such as the transformer shown at 16. The secondary of the latter is tuned to the frequency of the oscillations to be received, by means of a capacitor 17.
The input circuit also comprises, in series, a resistor 18 shunted by a capacitor 19, which constitutes a leakage resistor making it possible to obtain automatic polarization of the gate 12.
As will be explained briefly below, it is necessary, in order to create a limiting effect, to proportion the resistance 18 and the capacitor 19 such that the negative voltage available at their terminals by rectification by the grid, oscillations applied, either at any time equal to the bias voltage which cancels out the current in tube 10, or exceeds it by a predetermined amount. In other words, the potential of @
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grid 12 must be kept sufficiently negative with respect to cathode 11, so that the anode current is established only during the alternating half-periods or during a fraction thereof.
The anode circuit of tube 10 comprises, in series, an anti-resonant circuit consisting of the self-induction 20 and the capacitor 21, a decoupling resistor 22, a plate voltage source 23-24 * The negative terminal of this The latter is connected to the earthed cathode 11, in the usual manner, and a fairly high capacitance connects the junction point of resistor 22 and the antiresonant circuit to source 23-24. Circuit 20-21 is tuned to the same frequency as that of circuit 16-17. The plate circuit can be coupled to the user circuit in any suitable manner, by circuit 26 for example.
The screen grid is connected to a source of appropriate potential such as the positive terminal 23 of the plate voltage source, via a resistor 27; it is also connected to ground through a capacitor 28. As will be explained later, the resistor 27 and the capacitor 28 play a very important role in the amplitude limiting system according to the invention.
Although the resistance and capacitance values of the aforementioned elements are not absolutely critical, experience has nonetheless shown that the amplitude limiting action is only effective for a particular choice of said values compared to to the other constants of the circuit, the value of resistor 37 depends on certain very complex factors * However, a few trials are sufficient to determine which ones are suitable. A variable resistor can also be used for this purpose.
The capacitor 28 has a sufficiently high value that its reactance is low at the tuning frequencies of circuits 16-17 and 20-21. Consequently, the potential difference between the screen grid 13 and the cathode is negligible at said frequencies, but can take appreciable values at lower frequencies.
In general, capacitor 28 should provide relatively high reactance at all frequencies in the amplitude modulation envelope, which should be removed.
As we said previously, the oscillations whose envelope must be limited to a constant amplitude, by the circuit of fig. 1 must be either at constant frequency, or phase or frequency modulated, in accordance with signals to be transmitted, low frequency signals for example.
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In the latter case, the circuits 16 and 17 and 20-21 must not exhibit an excessively sharp tuning curve so that they transmit the whole of the passband without attenuation. Of course, the frequency of the carrier waves must be much greater than that of the undesirable amplitude variations which it is proposed to eliminate. Usually, carrier frequencies are inaudible.
The operation and characteristics of the circuit of Fig. 1 will be better understood by examining the curves of Figs. 2 to 8.
In order to simplify this analysis and to facilitate the understanding of the operation of the circuit of FIG. 1, a certain number of assumptions will first be made. For example, it will be assumed that resistor 27 is short-circuited and that capacitor 28 has a sufficiently high value to allow all frequencies, even very low, to pass through. The potential of the screen grid is then practically constant at all times. .
It will then be assumed that the high frequency oscillations, such as those represented in FIG. 5, are applied to the input transformer 16 and are practically sinusoidal; due to the presence of the gate resistor 18 and the capacitor 19, the oscillations are detected in the known manner and a negative bias potential is applied to the gate; its value is proportional to the amplitude of the envelope. It will also be assumed that the amplitude of these oscillations is constant and just sufficient to maintain the control gate 12 at the cut-off potential of the anode current.
It is well known that the polarization which must be applied to the control gate in order to cancel the anode current depends on the potential of the screen-gate, which is assumed to be constant; it therefore corresponds to a constant negative potential of the control gate, for which no current passes through the plate circuit.
Under these conditions, the plate circuit is the seat of unidirectional current pulses during the semi = positive half-waves of the applied oscillations, which brings the instantaneous gate potential back below the cut-off value. Two successive pulses are schematically represented by the solid line curve 30, Fig. 2. This curve represents the variation of the plate current as a function of time. The horizontal part of the curve 30 along B-E represents a zero anode current, corresponding to the gate bias value which produces the cutoff. The peak value 31 of the plate current corresponds to zero voltage of the gate bias.
It is
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It is well known that this result is obtained automatically due to the gate resistor 18 and the capacitor 19, because if the anode current increases, the gate 12 turns positive and the bias of the gate 12 is automatically increased due to the passage of the gate current, which in turn limits the value of the plate current to that which corresponds to zero bias.
It will be noted that until now the operation of the circuit is analogous to that of the detection by the gate except that the automatic polarization provided by the gate detection is deliberately maintained at a high value and at least equal to that which corresponds at cut-off.
The maximum ordinate of the plate current pulses is then limited practically to the value AB (Fig. 2) The points 31 are limited to the value for which the grid 12 becomes positive and the valleys are limited by the corresponding line BE at the plate current cutoff point.
It will be understood, on the other hand, that it is possible to decompose the non-sinusoidal curve 30 of FIG. 2, into elements of the fundamental Fourier series and its harmonics as well as the direct current components. On this occasion, it will be recalled that circuit 20-21 is precisely tuned to the fundamental. Consequently, this is selected and transmitted to the user circuit, while the harmonics are weakened.
Under these conditions, the level of the input signal is proportional to AB, Fig. 2, If This signaling amplitude is taken as a reference level, and considered arbitrarily as a unit value, and if, on the other hand, the plate current pulses are considered as parts of a sinusoid, it follows that the maximum fundamental amplitude is theoretically equal to 0.500 according to the Fourier series. The DC component will have a value of 0.318.
Suppose now that the amplitude of the oscillations applied to the gate circuit increases under the effect of atmospheric, industrial or other interference. Let us also assume, for the moment, that the amplitude of the oscillations is doubled. The negative bias on the gate 12 is also practically doubled. Referring to Fig. 2, we see that this gate bias value corresponds to another axis CF of the plate current pulses, these are then represented by solid lines 32 These pulses are limited to the amplitude AB since the dotted regions 32 'of the curve, along BC are located below the value BE of ano- current cutoff
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-decue, and from the fact that the potential of the screen grid 13 remains constant by hypothesis.
The amplitude of the pulsations is the same as before but the opening angle is obviously smaller. The harmonic analysis shows immediately that the value of the fundamental is reduced to 0.387 and that of the DC component to 0.22 when the amplitude of the input signal increases in the ratio of 1 to 2. Therefore, the The amplitude of the fundamental selected by the tuned circuit is reduced from 0.5 to 0.387, and the desired limiting effect is not obtained.
The D-G axis in Fig. 2 corresponds to a grill polarization value equal to three times that of cut-off. The amplitude of the input signal is three times the initial value. Under these conditions, the plate current passes during an even smaller fraction of the positive half-waves; the current pulses 33 are narrower since the dotted parts 33 'located below the cutoff are two thirds of the maximum ordinate. Fourier analysis shows that the amplitude of the fundamental is then reduced to 0.33 and that of the DC component to 0.175.
Therefore, it is seen that the amplitude of the envelope of the oscillations selected by the circuit 20-21 decreases as the amplitude of the signal applied to the gate 12 increases although the amplitude of the plate current is practically constant, since the area embraced by the curve of the anode current pulses constantly decreases. The solid line curve 50 in FIG. 3 illustrates this phenomenon. The ordinates of this curve represent the theoretical coefficients of the fundamental and the abscissas the amplitude of the incident signal, both expressed as a function of an arbitrarily chosen reference level. The dashed line 51 represents the variation of the continuous component, the curves 50 and 51 having been recorded experimentally and corresponding substantially to the calculated values.
The action of the variations in the amplitude of the signal is represented in Figs. 5 and 6, where we see oscillograms of the signaling voltage and of the output currents, during the periods of transient increase of the said amplitude signaling, and indicated by the positive points 40 in Fig. 5 It can be seen that the envelope of the output current undergoes a decrease at 41, the amplitude modulation of the received signal has therefore not been eliminated by the circuit.
In accordance with the invention, the slope of the tube 10 is varied, automatically as a function of the value of the signal envelope by means of a
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artifice which constitutes a feature of the invention. It consists in making the screen gate potential decrease when the amplitude of the input voltage increases and vice versa; this slaving being obtained by means of a resistor 27 and a capacitor 28.
It is well known that, if in a penode, the potential of the control gate varies, the gate and anode currents vary correlatively, therefore, if the negative bias of gate 12 increases, the current drawn by the circuit of the screen grid through resistance 27 decreases; the voltage drop across said resistor 27 decreases correlatively and the gate-screen voltage increases and tends to approach that of the power source 23-24. Likewise, if the potential of the control gate 12 increases in the positive direction, that of the screen gate decreases.
It is known that any variation in the potential of the screen grid causes a variation in the same direction of the slope of the tube. Therefore, if the screen grid 13 becomes more positive, the slope of the tube 10 increases, in other words the anode-cathode resistance of the tube 10 decreases so that the negative potential of the control grid 12 must increase to reach the point at which the plate current is canceled. Therefore, the B-E axis, Fig. 2, moves downward as the grid-screen potential increases. Considering curves 30, 32 and 33, we see that everything happens as if the axis BE moves downwards when the amplitude of the signal is increased, so that the areas embraced by the pulsating current currents between the peaks 31 and the axis BE are substantially constant in all cases.
Curve 60 in FIG. 4 represents the variation in the slope of tube 10 as a function of the amplitude of the signal following variations in grid-screen potential.
As stated earlier, the capacitor 20 is relatively low in order to allow the potential of the screen grid to follow the envelope of the short signal to the highest frequencies that are to be eliminated. undermine the operating circuit. As an example, if the circuit of fig. 1 is used as an amplitude limiter in a receiver for waves frequency modulated by audible signals, the time constant of the resistor-capacitor circuit 27-28 should be sufficiently low so that the potential of the screen grid varies at an audible frequency.
Consequently, variations in the voltage of the input signal due to industrial or atmospheric interference, the frequencies of which are included within the low-frequency signaling band.
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-quence, as shown by the peaks in Fig. 5 ar example, generate the corresponding correlative variations in the potential of the screen grid as shown by curve 43 in Fig. 7 It follows that the negative peaks of the fundamental component of the plate current, visible at 41, Fig.6, are practically eliminated, and the amplitude of the plate current is practically constant, as can be seen in Fig.8.
If the compensation were perfect, the curve in Fig. 3, which represents the fundamental component of the plate current, in the absence of any compensation, would be represented by the dotted line 52, which means that the plate current would remain strictly constant, regardless of the signal envelope, as long as its amplitude was greater than the minimum signaling level. In general, this perfect limitation cannot be achieved, but it is susceptible of a great approximation.
The fundamental component of the plate current can be represented by curve 53 of Fig. 3 for example, on which it will be noted that the left part is appreciably undercompensated and the right part is slightly overcompensated since the said curve 53 n It is not linear, which is due to the fact that the compensating action is the result of several independent and non-linear variables, which are not identical functions of the control gate potential.
The screen grid current varies substantially like the 3/2 power of the control grid potential and the plate current according to a slightly different law.
If the value of resistor 27 exceeds the optimum value, the circuit can be considerably overcompensated, as shown by curve 53 'in Fig. 3. Experience has shown that the effectiveness of this limitation varies considerably depending on the nature of the amplitude fluctuations to be eliminated. It is greater for small variations than for stray voltages with a sharp waveform, such as those supplied by the ignition spark of engines. However, even under the worst conditions one can reasonably expect an improvement in the efficiency of the limitation, at least double, when the slope of the tube 10 varies, in accordance with the very principle of the invention, such as that it was previously exposed. In many cases, the improvement is much greater.
Thus, in laboratory tests, it was found that when the signal voltage was amplitude modulated, at 50%, by a sinusoidal voltage of frequency 400, the efficiency of the limitation was increased by 45 times. when capacity 28 was reduced by @
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It can be seen that the invention makes it possible to produce an amplitude limiter circuit of simple construction and efficient operation, by way of example not having any limiting character as regards the spirit of the invention, some values of circuit constants will be given, which have given satisfactory results in a frequency modulated superheterodyne receiver.
Tube 10 was a 6SJ7 pentode and circuits 16, 17, 20, 21 were tuned by an average frequency of about 2.1 Me / s.The resistance values were as follows:
Resistance 18,330,000 ohms
Resistance 22 ..... 2,200 ohms
Resistance 27 100,000 to 300,000 ohms.
The capacity values were as follows:
Capacity 10 22 mmf.
Capacity 28 ..... 15 mmf.
Capacity 25 0.05 mf
The optimum value of resistance 27 was, as has been said previously, determined experimentally. It varied slightly depending on the type of disturbance to be eliminated, although the above values were satisfactory.
It will be noted that the preceding study is given only as an indication and that certain assumptions were made with regard to the shape of the waves and the operating conditions, with the aim of simplifying the description. The electrical properties of the circuit are undoubtedly more complex and the compensating action can be regarded as resulting from several independent variables not freed. However, experience has shown the efficiency of the circuit according to the invention and its methods. application possibilities.
Although the foregoing description alludes to the use of a pentode the slope of which is controlled by variations in the grid-screen potential, it is understood that the same results can be obtained by replacing, for example, tube 10 by a screen grid tube or by a multi-grid tube, in which the compensation potential could be applied to any grid other than the screen grid.
Although only one embodiment of the invention has been represented and described, it is obvious that one does not wish to limit oneself to this particular form, given simply by way of example and without any restrictive character. that, consequently, all the variants having the same principle and
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same object as the arrangements indicated above would come within the scope of the invention as they do.