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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la société dite: N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN Dispositif servant à mesurer des fréquences. Demande de brevet hollandais en sa faveur du 19 Août 1943.
La présente invention concerne un aispositif servant à mesurer des fréquences, dans lequel un condensateur est chargé et déchargé à travers une résistance et est déchargé et chargé périodiquement, avec la fréquence à mesurer, à travers un tube à décharges électriques, de préférence un tube à remplissage gazeux, le courant moyen de charge ou de décharge donnant une mesure de la fréquence à mesurer.
Dans les fréquencemètres de ce genre, dans lesquels le condensateur se décharge périodiquement avec la fréquence à mesurer, si le condensateur est chargé à une tension déterminée et ensuite déchargé à une autre tension déterminée, la quantité d'énergie débitée à chaque décharge et absorbée à chaque charge est toujours égale, indépendamment de la fréquence avec laquelle les décharges et les charges se succèdent. La quantité d'énergie débitée et absorbée par seconde par le condensateur de charge, c'est-à-dire le courant moyen de décharge ou de charge est ainsi une mesure de la fréquence des décharges et des charges.
Pour obtenir une courbe d'étalonnage linéaire, il est désirable que, chaque fois avant le début de la décharge, le condensateur se charge jusqu'à une tension déterminée de valeur toujours égale. A cet effet, il est connu de donner à la constante de temps du circuit de charge du condensateur une valeur assez 'réduite pour que la charge du condensateur pour la plus haute fréquence à mesurer soit terminée dans le temps qui s'écoule ,entre deux décharges consécutives. Lorsque la fréquence à mesurer augmente, il en résulte des valeurs de plus en plus faibles de la résistance de charge et du condensateur de charge. Toutefois, le condensateur de charge ne peut naturellement pas avoir une valeur inférieure à la capacité de commutation du tube à décharge.
La diminution/de la résistance de charge est également limitée, parce que le courant de charge doit être faible par rapport au courant de décharge. En fait, le courant de charge qui continue s'écouler pendant la décharge, s'oppose à la décharge. Si, par suite de l'utilisation d'une trop faible résistance de charge, le courant de charge n'est pas faible par rapport au courant de décharge, la décharge ne s'effectue pas aussi rapidement que l'exige la mesure de fréquences élevées. Par conséquent, la plus haute fréquence qu'on peut encore mesurer avec ce dispositif est restreinte. Lorsqu'on utilise un tube à décharge à remplissage gazeux, dont on fait usage de préférence pour les fréquencemètres de ce genre la résistance de charge doit avoir, en outre, une valeur minimum déterminée en vue de réaliser une extinction automatique du tube à décharge.
Des considérations analogues s'appliquent aux fréquencemètres dans lesquels le condensateur de charge est chargé avec la fréquence à mesurer.
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Suivant l'invention, on peut éviter en partie les inconvénients mentionnes au sujet du proportionnement des circuits de charge et de décharge du condensateur en montant un limiteur de tension en parallèle avec le condensateur. L'application de cette disposition permet ainsi de'mesurer des fréquences relati- vement élevées sous des conditionsinchangées pa.r ailleurs.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre codent l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 représente un mode de réalisation d'un dispo- sLtif suivant l'invention.
La fig. 2 est relative au fonctionnement du dispositif représenté sur la fig. 1.
Le montage représenté sur la fig. 1 comporte un condensateur 1 mis d'un côté à la terre, qui est chargé par la source de tension 2 à travers une résistance 3 et qu'on peut décharger avec la fréquence à mesurer à travers une triode 4 à remplissage gazeux et une résistance 5 interposée entre la cathode de ce tube et la terre. A cet effet, les oscillations dont il s'agit de mesurer la fréquence sont amenées à la grille de commande du tube 4 au moyen des bornes de raccordement 6 et d'un condensateur de couplage 7. On applique a la grille de commande du tube 4, à travers une résistance de fuite 9, un potentiel de polarisation négatif emprunté a la batterie 8. Les oscillations amenées aux bornes 6 sont, de préférence pulsatoires, les impulsions étant produites a la grille du tube avec une polarité positive.
Dans ce montage il existe aux bornes du condensateur 1 une tension V dont la variation est représentée en fonction du temps t par la courbe abd sur la fig. 2. Sur cette figure, V1 désigne la tension de la source de tension 2; on a supposé, de plus, qu'au moment t = 0 la décharge précédente du condensateur 1 à travers le tube 4 vient d'être terminée. La décharge suivante commence après un laps de temps t2 et est terminée au moment tz. La charge varie selon une fonction e ; la courbe abd s'approcheas ymptotiquement de la tension V1 et cela d'autant plus vite que la constante de temps du circuit de charge constitué par la résistance 3 et le condensateur 1 est plus petite.
Si, comme on l'a .déjà dit, on exige en rapport avec la linéarité de la courbe d'étalonnage que le condensateur 1 se charge chaque fois a la même tension il faut que, comme il ressort de la fig. 2, la construite de temps du circuit de charge soit considérablement plus petite qu'une période (t2) de la plus haute fréquence à mesurer.
Selon l'invention, pour permettre la mesure de fréquences supérieures a celles d'une période t2, tout en conservant la même constante de temps du circuit de charge, on a relié en parallèle avec le condense leur 1 un limiteur de tension constitué par le montage en série d'une diode lU et d'une source 11 de tension ae polarisation, dont la tension est inférieure a celle de la source 2 et est représentée par l'ordonnée V2 sur la fig. 2. Du fait que la tension maximum qui Deut se produire aux bornes du condensateur 1 est limitée par la diode 10 à une valeur pratiquement égale a la tension V2, la charge et la décharge du condensateur 1 s'effectuent selon la courbe ace.
Il ressort de la fig.2 que, dans ce cas, la durée de charge tl requise au minimum peut être considérablement plus faible que la durée de charge t requise dans le dispositif connu, de sorte qu'on peut mesurer des fréquences plus élevées qu'il n'est possible avec le dispositif connu.
Dans les dispositifs suivant l'invention, on peut prendre sur la résistance 5 intercalée dans le circuit de décharge du
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condensateur 1 une tension dont la valeur moyenne est proportionnelle à la fréquence à mesurer. Comme il est indiqué sur la figure, on place cette résistance, de préférence, dans le conducteur cathodique du tube 4 de maière a pouvoir la mettre à la terre, ce qui facilite, entre autres, l'amplification de la tension produite aux bornes de la résistance.
L'utilisation de la résistance cathodique 5 sans plus entraîne cependant l'inconvénient que la forte impulsion du courant de décharge du condensateur 1 produit une haute tension inverse aux bornes de la résistance 5, qui contrarie ou retarde la décharge, ce qui est fort indésirable en particulier pour les hautes fréquences à mesurer. Selon l'invention, on peut obvier à cet inconvénient en prévoyant un condensateur 12 qui shunte la résistance 5 et qui neutralise l'impulsion du courant de décharge du condensateur 1.
De préférence, la constante de temps du montage en parallèle de la résistance 5 et du condensateur 12 est assez grande par rapport au temps de décharge du condensateur 1 pour que le condensateur 12 soit chargé à une tension considérable à la fin du temps de décharge du condensateur 1. La tension qui existe aux bornes du condensateur 12 est amenée avec une polarité négative à la grille du tube 4, ce qui facilite l'extinction rapide du tube à la fin de la décharge.
Il importe dans ce cas que la constante de temps soit petite par rapport à la durée de charge minimum (tl) du condensateur l, c'est-à-dire la durée pendant laquelle le tube 4 est bloqué périodiquement à la fréquence maximum à mesurer afin d'empêcher toute tension qui pourrait éventuellement encore exister aux bornes du condensateur 12 à la fin de la durée de charge de gêner la d'écharge du condensateur 1.
Pour une valeur élevée de la fréquence maximum au'on .doit encore pouvoir mesurer, on ne peut satisfaire à l'exigence d'une constante de temps suffisamment réduite que par une réduction de la résistance 5, parce que'le condensateur 12, sans qu'il existe une tension élevée à ses bornes, doit neutraliser l'impulsion du courant de décharge du condensateur 1 et doit donc être de même grandeur ou, de préférence, plus grand que le condensateur 1.
Cependant, une réduction de la résistance 5 entraîne une tension de sortie plus faible. On peut obvier, jusqu'à un certain point, cet inconvénient en montant en série avec la résistance 5 une faible self L (non représentée sur la fig. 1), de manière que le condensateur parallèle 12 shunte à la fois la résistance 5 et la self L. Il en résulte aux bornes de la self à la fin de la décharge du condensateur 1 une tension qui favorise et ainsi accélère la décharge du condensateur 12. La valeur de la self peut être environ égale à la valeur donnée par la formule:
L = 0,4 R2 C où R et C désignent respectivement les valeurs de la résistance 5 et du condensateur 12.
L'utilisation d'une self permet une plus grande constante de temps du condensateur 12 et de la résistance 5, de sorte qu'on peut donner à la résistance 5 une valeur plus élevée et obtenir ainsi une tension de sortie plus élevée.
Lorsqu'on utilise une self L, on peut prendre aux bornes du condensateur 12 une tension directement proportionnelle à le. fréquence à mesurer, parce que la valeur moyenne de la tension aux bornes de la self est nulle, de sorte que la tension moyenne du condensateur 12 est égale à celle de la resistance 5.
Le condensateur 12 peut aussi constituer un élément d'un filtre qui comporte en outre, par exemple, une résistance 13 et un second condensateur 14 et qui sert à l'égalisation, de la tension pulsatoire produite aux bornes de la résistance 5. On
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peut prendre une tension de sortie égale à la valeur -moyenne '8 la dite i<;1->zi:.in, P u:: bornes (le raccordement lE du condensateur 14.
Le i'réc 1J 811ce.not.re 21Ü v::,n.t l'invention est oarticuliërerttent oropre a 1.-. <Ïc,1loJ.\Ü2tion d'une oscillation pulsatoir0 0:1 la fréquence des impulsions varie selon un signal modulateur. A cet 8ffstp j lec i.?; hl.3.C27"; à (.::ll'7C9L7 Ler sont amenées aux bornes (-) et le signal modulateur lüut être iris sur les bornes 15.
Le filtrer 12, 11, 14 ;:ois alors avoir une valeur telle que les sous si;lJ'" 6u signal ,ilGCl!!l'atL7é' ne Sai.c:lt du oin2 pas atténues de façon s en ci blé. ç'.sl. jr ;-, v1l(-) 3'v:l'!tiai^. linéaire entre le courant 11 :l"8n ruj )35::-<:' par 1'' :;iJch 10 et la fréquence des impulsions amenées <1J; bornes 6, on peut ussi prendre une tension directement pro00rtionnelle à la fréquence à mesurer, sur la résistance ? 2 intercalée d'/nr' le circuit 3<p charge du condensateur l, parce-:
;:1Je, dans ce cas, par la superposition du courant de charge au condensateur CrOiSf.811t lim:Flire,;ent avec la fréquence et du courant de diode décroissant avec la fréquence, il se présente aux bornes de la
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rc-sist,,nce 3 une tension moyenne qu'on peut imaginer être connod'une CO,l11)OSante indépendunte de 12. fréquence et d'une COCipOSF,nte directe:rent proportionnelle à la fréquence. Si on le désire, on peut supprimer- 1 co,,ip,,Ds,5jnte indépendante de la fréquence en utilisant un condensateur de blocage. Comme, de façon genérale, la résistance anodique 3 est supérieure à la résistance cathodique 5, on peut ordinairement prendre une tension d.e sortie plus élevée
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sur la résistance ,..enuionne en premier lieu.
Il est aussi possible de prendre la tension de sortie à la fois sur les deux resistances; dans ce cas on peut obtenir une tension de sortie aquilibrèe par rapport à la terre.
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
OF PATENT OF INVENTION the company known as: N.V. PHILIPS 'GLOEILAMPENFABRIEKEN Device used to measure frequencies. Dutch patent application in his favor of August 19, 1943.
The present invention relates to a device for measuring frequencies, in which a capacitor is charged and discharged through a resistance and is periodically discharged and charged, with the frequency to be measured, through an electric discharge tube, preferably an electric discharge tube. gas filling, the average charge or discharge current giving a measure of the frequency to be measured.
In frequency meters of this kind, in which the capacitor discharges periodically with the frequency to be measured, if the capacitor is charged to a determined voltage and then discharged to another determined voltage, the amount of energy delivered at each discharge and absorbed at each charge is always equal, regardless of the frequency with which the discharges and charges follow one another. The amount of energy delivered and absorbed per second by the charging capacitor, i.e. the average discharge or charge current is thus a measure of the frequency of discharges and charges.
In order to obtain a linear calibration curve, it is desirable that, each time before the start of the discharge, the capacitor charges up to a determined voltage of always equal value. To this end, it is known to give the time constant of the capacitor charging circuit a sufficiently reduced value so that the charging of the capacitor for the highest frequency to be measured is terminated in the time which elapses, between two consecutive discharges. As the frequency to be measured increases, the result is lower and lower values of the load resistance and the load capacitor. However, the charge capacitor naturally cannot have a value lower than the switching capacity of the discharge tube.
The decrease / of the load resistance is also limited, because the load current must be small compared to the discharge current. In fact, the charge current which continues to flow during the discharge opposes the discharge. If, as a result of using too low a load resistance, the load current is not small compared to the discharge current, the discharge does not take place as quickly as required for frequency measurement high. Therefore, the highest frequency that can still be measured with this device is restricted. When a gas-filled discharge tube is used, which is preferably used for frequency meters of this kind, the load resistance must also have a minimum value determined in order to achieve automatic extinction of the discharge tube.
Similar considerations apply to frequency meters in which the charge capacitor is charged with the frequency to be measured.
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According to the invention, the drawbacks mentioned with regard to the proportioning of the charging and discharging circuits of the capacitor can be partly avoided by mounting a voltage limiter in parallel with the capacitor. The application of this arrangement thus makes it possible to measure relatively high frequencies under conditions unchanged elsewhere.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of the invention.
Fig. 1 represents an embodiment of a device according to the invention.
Fig. 2 relates to the operation of the device shown in FIG. 1.
The assembly shown in FIG. 1 comprises a capacitor 1 placed on one side to earth, which is charged by the voltage source 2 through a resistor 3 and which can be discharged with the frequency to be measured through a gas-filled triode 4 and a resistor 5 interposed between the cathode of this tube and the earth. To this end, the oscillations whose frequency is to be measured are brought to the control grid of the tube 4 by means of the connection terminals 6 and of a coupling capacitor 7. The control grid of the tube is applied to the tube. 4, through a leakage resistor 9, a negative bias potential borrowed from the battery 8. The oscillations supplied to the terminals 6 are preferably pulsating, the pulses being produced at the gate of the tube with a positive polarity.
In this assembly, there is at the terminals of the capacitor 1 a voltage V whose variation is represented as a function of time t by the curve abd in FIG. 2. In this figure, V1 denotes the voltage of the voltage source 2; it was further assumed that at time t = 0 the previous discharge of capacitor 1 through tube 4 has just been completed. The next discharge begins after a time lapse t2 and ends at time tz. The load varies according to a function e; the curve abd approaches effectively the voltage V1 and this all the more quickly as the time constant of the load circuit formed by the resistor 3 and the capacitor 1 is smaller.
If, as has already been said, it is required in relation to the linearity of the calibration curve that the capacitor 1 is charged each time at the same voltage, it is necessary that, as shown in FIG. 2, the time construct of the load circuit is considerably smaller than a period (t2) of the highest frequency to be measured.
According to the invention, to allow the measurement of frequencies higher than those of a period t2, while maintaining the same time constant of the charging circuit, a voltage limiter formed by the 1 has been connected in parallel with the condenser. series connection of a diode lU and of a source 11 of ae bias voltage, the voltage of which is lower than that of the source 2 and is represented by the ordinate V2 in FIG. 2. Due to the fact that the maximum voltage which can occur across capacitor 1 is limited by diode 10 to a value practically equal to voltage V2, the charging and discharging of capacitor 1 takes place according to the curve ace.
It can be seen from Fig. 2 that in this case the minimum required charging time tl can be considerably less than the required charging time t in the known device, so that higher frequencies can be measured than 'it is not possible with the known device.
In the devices according to the invention, it is possible to take the resistor 5 interposed in the discharge circuit of the
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capacitor 1 a voltage whose average value is proportional to the frequency to be measured. As indicated in the figure, this resistor is preferably placed in the cathode conductor of the tube 4 so that it can be earthed, which facilitates, among other things, the amplification of the voltage produced at the terminals of resistance.
The use of the cathode resistor 5 without more, however, entails the disadvantage that the strong pulse of the discharge current of the capacitor 1 produces a high reverse voltage across the resistor 5, which thwarts or delays the discharge, which is very undesirable. in particular for the high frequencies to be measured. According to the invention, this drawback can be avoided by providing a capacitor 12 which bypasses resistor 5 and which neutralizes the pulse of the discharge current of capacitor 1.
Preferably, the time constant of the parallel connection of the resistor 5 and the capacitor 12 is large enough compared to the discharge time of the capacitor 1 so that the capacitor 12 is charged to a considerable voltage at the end of the discharge time of the capacitor. capacitor 1. The voltage which exists across capacitor 12 is fed with negative polarity to the grid of tube 4, which facilitates rapid extinction of the tube at the end of the discharge.
It is important in this case that the time constant is small compared to the minimum charging time (tl) of the capacitor l, that is to say the time during which the tube 4 is periodically blocked at the maximum frequency to be measured. in order to prevent any voltage which could possibly still exist at the terminals of the capacitor 12 at the end of the charging time from hindering the discharge of the capacitor 1.
For a high value of the maximum frequency which must still be able to be measured, the requirement of a sufficiently reduced time constant can only be satisfied by a reduction of the resistance 5, because the capacitor 12, without that there is a high voltage at its terminals, must neutralize the pulse of the discharge current of the capacitor 1 and must therefore be of the same magnitude or, preferably, greater than the capacitor 1.
However, a reduction in resistance 5 results in a lower output voltage. This drawback can be obviated to a certain extent by mounting in series with resistor 5 a small self L (not shown in fig. 1), so that the parallel capacitor 12 shunts both resistor 5 and the inductor L. This results at the terminals of the inductor at the end of the discharge of the capacitor 1 a voltage which favors and thus accelerates the discharge of the capacitor 12. The value of the inductor can be approximately equal to the value given by the formula :
L = 0.4 R2 C where R and C denote the values of resistor 5 and capacitor 12 respectively.
The use of an inductor allows a greater time constant of the capacitor 12 and of the resistor 5, so that the resistor 5 can be set to a higher value and thus obtain a higher output voltage.
When using an inductor L, it is possible to take at the terminals of the capacitor 12 a voltage directly proportional to the. frequency to be measured, because the average value of the voltage across the inductor is zero, so that the average voltage of capacitor 12 is equal to that of resistor 5.
The capacitor 12 can also constitute an element of a filter which further comprises, for example, a resistor 13 and a second capacitor 14 and which serves for the equalization of the pulsating voltage produced at the terminals of the resistor 5. On
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can take an output voltage equal to the value -mean '8 the said i <; 1-> zi: .in, P u :: terminals (the lE connection of capacitor 14.
The i'réc 1J 811ce.not.re 21Ü v ::, n.t the invention is oarticuliërerttent oropre 1.-. <Ïc, 1loJ. \ Ü2tion of a pulsatile oscillation 0: 1 the frequency of the pulses varies according to a modulating signal. At this 8ffstp j lec i.?; hl.3.C27 "; to (. :: ll'7C9L7 Ler are fed to terminals (-) and the modulator signal should be iris on terminals 15.
The filter 12, 11, 14;: is then to have a value such that the sub if; lJ "6u signal, ilGCl !! atL7é 'ne Sai.c: lt of oin2 not attenuated so as to wheat. ç'.sl. jr; -, v1l (-) 3'v: l '! tiai ^. linear between current 11: l "8n ruj) 35 :: - <:' par 1 '':; iJch 10 and the frequency of the brought impulses <1J; terminals 6, we can also take a voltage directly proportional to the frequency to be measured, on the resistance? 2 interposed with / nr 'circuit 3 <p charge of capacitor l, because:
;: 1Je, in this case, by the superposition of the load current to the capacitor CrOiSf.811t lim: Flire,; ent with the frequency and of the diode current decreasing with the frequency, it occurs at the terminals of the
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rc-sist ,, nce 3 an average voltage that one can imagine to be connod'un CO, 11) OSante independent of 12. frequency and a COCipOSF, direct nte: rent proportional to the frequency. If desired, the frequency independent 1 co ,, ip ,, Ds, 5jnte can be removed by using a blocking capacitor. As, in general, the anode resistance 3 is greater than the cathode resistance 5, a higher output voltage can usually be taken.
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on resistance, .. enuionne first.
It is also possible to take the output voltage on both resistors at the same time; in this case it is possible to obtain an output voltage balanced with respect to the earth.
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