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Limiteur d'amplitude de signaux à onde porteuse.
Cette invention se rapporte à. un limiteur d'ampli- tude pour signaux et en particulier à un limiteur du type utilisant des tubes à vide à plusieurs électrodes et effec- tuant une ''.imitation par le fonctionnement du tube au-delà. de la coupure du courant anodique pendant une partie de cha- que cycle de signaux.
Parmi les nombreux types de limiteurs proposés jus-: qu'ici, ceiui utilisant des tubes à vide avec redressement par la grille a peut-être les meilleures chances du fait des avantages qu'il présente tels que sa rapidité et son uniformité de limitation, sa simplicité et sa facilité de réglage, son caractère autonome, qui élimine la nécessitai
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de potentiels fixes avec eur désavantages inhérents, ,et sa siberté d'exiger- n'importe quelle formai de neutrai satioii.
De telslimiteurs de construction antérieure, ont ledésavantage que la limitation est retardée plus qu'on le voudrait, ce qui est dû, dans une large mesure, au fait que les valeurs du conducteur de grilleet du condensateur de grille nécessaires pour obtenir une sensibilité adéqua- te , sont nécessairement si grandes que la constante de temps dusystème est appréciable. Pour cela, on ne peut limiter complètement les perturbations transitoires comme le sont les signaux transmis et le rendement du limiteur est réduit matériellement dans un intervalle appréciable par l'appli cation d'une grande impulsion positive d'une perturbation transitoire.
Tous les efforts tendant à diminuer la cons- tante de temps du condensateur de grille et du conducteur de grille, altèrent la sensibil¯ité du système dans tout son domaine de fonctionnement et augmentent l'entrée du signal à laquelle commence lalimitation.
Un but de la présente invention est de prévoir un limiteur d'amplitude de signaux ayant un circuit autonome dont la constante de temps est relativement faible et dans lequel se développe le potentiel autonome fournissant une l'imitation extremement rapide et une sensibilité améliorée dans tout son domaine de fonctionnement et en -particulier dans la partie précédant la limitation
Conformément à l'invention, le limiteur d'amplitude comprend2 tubes à vida couplés an push-pull et une ré- sistance commune pour le circuit d'entrée des 2 tubes afin de recueillir par redressement de, a grille des signaux ap- pliqués , un potentiel autonome dont la grandeur varie sui- vant l'amplitude des signaux appliqués, la valeur R de la résistance étant adoptée, par rapport à une constante A,
égale
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à la valeur du courant de grille pour un potentiel de grille égal à 1 Volt, pt par rapport au potentiel de contrôle Ec nécessaire pour la coupure du courant anodique, de façon que le produit 2 RA ÚEc ait une valeur comprise pratiquement entre 35 et 40.
Pour mieux comprendre cette invention, on se référera à la description suivante enliaison avec les dessins an- nexés dans lesquels :.
Fig. 1 est un circuit, partiellement schématique, d'un récepteur complet de signaux à fréquence modulée ren- fermant l'invention ; fig.2 est un graphique illustrant @ la relation qui lie le courant anodique au potentiel de ,{électrode de contrôle pour chacun des tubes du limiteur de la fig. 1 et utilisé pour expliquer le fonctionnement de l'invention ; et Fig.3 représente des caractéristiques sta- tiques entrée-sortie du limiteur dans son domaine utile de fonctionnement.
On seré @@ra maintenant plus particulièrement à la fig. 1 ; on y a représenté schématiquement un récepteur complet de signaux à fréquence modulée d'un modèle conven- tionnel. renfermant l'invention dans une forme préférée. Le récepteur comprend un amplificateur à fréquence radiophoni- que 10 ayant son circuit d'entrée connecté à une antenne il, 12 et son circuit de sortie connecté à un oscillateur-modu lateur 13.
Connectés en cascade avec 1'oscillateur-modulateur 13 se trouvent, dans l'ordre cité, un amplificateur à fré- quence intermédiaire 14 a un ou plusieurs étages, un limiteur 15 décrit plus complètement câpres, un détecteur et un système automatique de contrôle d'amplification 6 un ampli- ficateur à fréquence audible 17 à un ou plusieurs étages , et un reproducteur de sons 18. La sortie du contrôle automa- tique d'amplification de l'unité 16 est couplée à travers le conducteur 34 à une ou plusieurs entrées des unités 10,13 et 1.4 d'une façon conventionnelle.
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On comprendra aisément que les diverses unités que '''on vient de décrire peuvent, à l'exception du limiteur 15 être de construction et avoir un fonctionnement con- ventionnels dont lesdétails sont bien connus en pratique, ce qui rendrait inutile toute description détaillee de ceux-ci.
En considérant brièvement le fonctionnement du récepteur dans son ensemble, et en négligeant pour le mo ment lefonctionnement du limiteur 15 un signal désiré à fréquence modulée est sélecte et amplifié par l'amplifi cateur à fréquence radiophonique 10, converti en un signal modulé à une fréquence intermédiaire dans l'oscillateur- moduiateur 13,amplifié dans '''amplificateur à fréquence intermédiaire 14, limité à une amplitude prédéterminée pra- tiquement constante, par le limiteur 15 et détecté par ledétecteur 16 afin de recueillir les composantes de modulation à fréquence audible. Ces composantes à fréquen- ce audible sont, à leur tour, amplifiées dans l'amplifica teur à fréquence audible 17 et reproduites par le repro- duc te ur de sons 18 d'une façon conventionnelle.
Le po ten- tiel de contrôle automatique d'amplification développé par le système de contrôle automatique d'amplification de l'unité 16 sert à contrôler l'amplification d'une ou de plusieurs des unités 10,13 et 14 de façon à maintenir ?'en , trée des signaux du limiteur 15 dans un domaine relative- ment étroit pour une large bande d'intensités des signaux reçus.
On se référera maintenant plus particulièrement à la partie du système renfermant cette invention; le limi teur 15 comprend deux tubes à vide 19,20 ayant des caracté- ristiques de redressement grille-cathode prédéterminées et des caractéristiques de fonctionnement tension d'entrée-cou- rant de sortie prédéterminées fournissant une coupure du cou- rant
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anodique relativement aiguë. Les électrodes d'entrée des tubes à vide 19 et 20 sont connectées à des circuits d'entrée indi- viduels comprenant chacun une moitié du secondaire 21 d'un transformateur d'entrée 22. Le secondaire 21 est accordé par un condensateur 23 à la fréquence moyenne du signal appliqué au transformateur 22.
La fréquence de réponse du circuit ac- cordé 21,23 est étalée par les résistances 24,24' connectées entre chaque moitié du secondaire 21. On a prévu dans une partie commune des circuits d'entrée des tubes 19 et 20, une impédance comprenant une résistance 24 aux bornes de laquelle se développe une tension par redressement de la grille du signal appliqué. Les capacitances entre électrodes d'entrée des tubes 19 et 20 sont représentées -respectivement par' les cpndensateurs en pointillé 26 et 26' et la capacitance entre la terre et la prise médiane du secondaire 21 par le conden- sateur 27, bien que ces capacitances puissent être comprises en partie dans les capacitances uniformément réparties de chaque circuit d'entrée.
Les électrodes de sortie des tubes à vide 19 et 20 sont connectées à des circuits de sortie individuels comprenant chacun une moitié du primaire 28 du transformateur de sortie 29 coupé au détecteur 16 d'une façon conventionnelle. Le pri- maire 28 est accordé par un condensateur 30 à la fréquence moyenne du signa'' appliqué au limiteur et la caractéristique de la fréquence de réponse du circuit accordé, ainsi formé, est étalée par les résistances 31,32 connectées entre chaque moitié du primaire 28. Les tubes à vide 19 et 20 reçoivent leur énergie d'une source de courant 53 .Chaque circuit d'en- trée et de sortie connecte.ainsi en push-pull les répéteurs 19,20.
En considérant, ' le fonctionnement du circuit qui vient d'être décrit, il est évident que les grilles de con- trôle des tubes 19 et 20 ont un potentiel nul en l'absence de signaux appliqués à chacun de leur circuitd'entrée.
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On admettra maintenant qu'un signal relativement faible soit appliqué aux circuits d'entrée des tubes. La grille de con- trôle de chaque tube redresse individuellement une alternance du signa'' -cour engendrer aux bornes de la résistance 25 un potentiel négatif toujours dirigé dans le même sens.
Le po- tentiel autonome, qui charge les capactiancs inhérentes des circuits d'entrée représentées par les condensateurs 26,26' et 27 augmente en amplitude jusqu'à ce que les grilles de con- trôle soient suffisamment négatives pour ou un redressement en pointe du : signai appliqué se produise, ce qui, ordina rament, n'a lieu que pour un petit nombre de cycles On se réferera maintenant à la fig2 qui représente la caractéristique de fonctionnement de chacun des 'cubes19 ou 20 'axe 0-0 est l'axe zéro du potentiel grille de :
la carac téristique tandis que l'axe a-a représente l'axe du signal appliqué aux grilles de contrôle des tubes, cetaxe étant décalé de 1.'axe 0-0 d'une quantité égale au potentiel e, engendré aux bornes de la résistance 25 par le redresse- ment en pointe du signai appliqué représenté par la courbe b.
Puisque l'amplitude du signal est suffisamment faible pour que la partie pratiquement linéaire de la caractéristique de fonctionnement du tube ne soit pas dépassée, le signal est amplifié dans le limiteur 15 et apparait à sa sortie pratiquement sans distorsion comme le represente la courbe è.
La cons tante de.-tends du circuit d'entrée comprenant les capacitances inhérentes 26,26,27 et la résistance 25 est par exemple de l'ordre de 2 microsecondes au moins, ou, en parlant de fréquence, est de Tordre de plusieurs cycles, par exemple 3 à 5 cycles pour un signal appliqué ayant une fréquence de 3 mégacycles , de sorte que, pour des applica- tions courantes, le potentiel engendré aux bornes de la ré- sistance 25, peut être considéré comme constant pour n'importe quel cycledonné, comme le représente l'axe a-a.
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On admettra maintenant que 7' onde appliquée au li miteur augmente en amplitude. Les grilles de contrôle des tubes 19 et 20 redressent de nouveau 1¯'onde pour engendrer aux bornes de la résistance 25 un potentiel important. Un signal , ayant une appitude représentée par la courbe d, pro- duit donc un potentiel de grandeur e2 agissant sur les deux tubes au-delà de la coupure pendant une partie de chaque cy- cle ; une partie seulement de chaque alternance positive du signal appliqué est de ce fait amplifiée èt apparaît dans les circuits.de sortie des tubes 19 ou 20, comme le représente a courbe e.
Puisque les tubes 19 et 20 sont connectés en push-pull, chaque sortie des tubes oht une différence de pha- se de 180 et on applique à la sortie du circuit accordé 28, 30 des signaux ayant une forme représentée par les courbes e, e' pourles deux tubes en push-pull. Le circuit accordé 28, 30 sélecte seulement la composante fondamentale, représentée par la courbe en trait interrompu f, et applique cette compo- sante à travers le transformateur de sortie 29 au détecteur de l'unité 16. Si le signal appliqué aux circuits d'entrée des tubes 19 et 20 augmentait encore en amplitude, comme le montre la courbe g,
un potentiel e3 plus intense se dévelop- perait aux bornes de la résistance 25 et.les tubes 19 et 20 seraient .actionnés bien au-del.à de la coupure. Il apparai- trait dans le circuit de sortie de chaque' tube des parties plus petites d'alternances positives du signal comme le re- présentent les courbes h,h'. La composante fondamentale k. de l'onde sortante h h' serait sélectée de nouveau par le circuit acc.ordé 28,3.0 et appliquée au détecteur de l'unité 16.
Comme on l'a mentionné plus haut, la valeur de la résistance 25 est adaptée, par rapport à certaines caracté- ristiques de fonctionnement des tubes à vide 19 et 20 de fa- çon que la composante fondamentale des signaux résultants développés dans les circuits de sortie des tubes 19 et 20 ait
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une anip7 itude pratiquement constante pour toutes les valeurs des signaux appliques en plus de celui nécessaire pour pro- duire un postentiel d'amplitude suffisante afin d'actionner les tubes pour la coupure pendant au moins une partie de
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chaque cyci e.
En adaptant de cette façon a résistance 5, la caractéristique statique du limiteur est pratiquement constante pour toutes les valeurs ordinaires des signaux, appliqués en plus d'une telle valeur.
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On a trouvé que si 1¯e produit 2RA. l:;c, da'.s lequel R est la valeur de a résistance à5, A une constante prove- nant de la caractéristique tension grille-courant grille du tube particulier utilisé et égale au courant de grilele
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pour uni tension de 1 voit, et .2;c lu tension de lé' grife de contrôle nécessaire pour a cou'oure du courant anoaique, z une valeur com-orise entre 35 et :'0, le limiteur d'éTI1Pl:;,- tude a al ors une caàct,l':.stiql1e "entrée-sortie" pratiquement constante ou uniforme pour des valeurs de la tension du si- '{na 1- appliqua comprises entre 0,6 Lc et 10 -H , ce oui serait équivalent à l'écart -4 db à + &0 db.
On notera que.la tension du signal apparaissant aux bornes du secondaire l du transformateur è'ct2e se partage en partj es pratiquement égales entre les capa- citanc6S 25 et 6' De ce fait, "amplitude de la tension appliquée aux électrodes d'entrée des tubes 19 et 20 n'est pas affectée d'une manière appréciable car la présence de la résistance 25 dans la partie commune des circuits d'en- trée.
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La courbe x en trait continu de la fig.3 1?e;Jiésén- te la caractéristique statique du limiteur d8 la 'if. avec larésistance 25 adaptée dela façon que l'on va décrire.
On remarquera, d'après la fig.3,que le rendement du limi- teur augmente rapidement jusqu'au point m, ou commence la
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limitation et qu'ensuite le rendement est pratiquement. constant pour des intensités croissantes du signal appli- qué au limiteur. La pente raide de la partie om de cette courbe, indique que le limiteur a une amplification élevée pour des signaux d'intensité suffisamment faible et que -la limitation ne se produit pas pour une amplitude rela- tivement faible du signla entrant. Si la valeur de la ré- sistance 25 est choisie trop faible, la caractéristique du limiteur continue à monter pour toutes les valeurs d'amplitude du signal appliqué, comme le représente la courbe y.
Si la résistance 25 est trop grande, le rénde- ment du limiteur augmente jusqu'au moment où commence la limitation et ensuite diminue rapidement comme la courbe z.
La perturbation sonore apparaissant à la sortie du récepteur dépend de la nature de l'interférence, de la largeur de la bande et de la symétrie des étages ampli- ficateurs comprenant les étages audibles.et toute compensa- tion pour renforcer ces derniers , aussi bien que de la caractéristique de fonctionnement du limiteur. Si aucune variation transitoire d'amplitude n'est transmise par le limiteur, on peut dire que la limitation est parfaite.
Aucun signal sortant audible n'est produit par les varia- tions d'amplitude dans un détecteur parfaitement équili bré en l'absence d'écart de fréquence, mais pendant les écarts accompagnant la mddulation désirée,des brusques changements d'amplitude produisent des signaux parasites dépendant du produit de l'écart instantané et de la va- riation relative d'amplitude du signal appliqué au détec- teur La fonction du limiteur est de maintenir l'amplitu de du signal sortant aussi constante que possible et la grandeur de la variation d'amplitude du signal appliqué au détecte.ur constitue une mesure de l'efficacité du limi teur.
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La caractéristique transitoire du limiteur d'am- plitude des systèmes construits antérieurement produit t distinc- tement des composantes audibles pendant la rencontre , et le rétablissement, des perturbations sonores transitoires
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celui peuvent être plus sérieuses que les composantes auâi- bles produites par les impulsions transitoires originales sans limiteur. Les composantes audibles du limiteur 15 de cette invention sont, par contre, très faibles. La caracté- ristique transitoire améliorée du limiteur de la présente invention est produite en grande partiepar la constante de temps très faible de son circuit d'entrée . Cette cons- tante de temps est déterminée par la résistance 25 et les
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capacitances inhérentes 26,261 et z7.
Par conséquent, la caractéristique transitoire du limiteur 15 est grandement améliorée par toute réduction des capacitances inhérentes son circuit d'entrée, et il n'est pas nécessaire d'utili
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ser une ca-oacj-ûance shuntant la résistance 25 comme c'était le cas dans les limiteurs des constructions antérieures.
La limitation du limiteur 15 est pratiquemçnt in- dépendante de la tension anodique des tubes 19 et 20 aussi xx longtemps que ce potentiel anodique dépasse celui -luiest
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nécessaire pour obtenir une émission exemDtf, de 1& c'istor- sion de signaux relativement faibles. La linitation est éga- lement pratiquement indépendante du conducteur anodique, oui affecte, simplement lue gain du lim-teur pour des signaux dont intensité estinférieure à celleoù se produitla 0 il .
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Tanais que l'on a décrit ce qui pour l' ins G,--,nt est considéré comme le mode d'exécution préfère de 7'i-;1-v-en- lion , il est évident pour ceux experts en la matière que de nombreux changements et modifications peuvent y être apportés sans s'écarter de l'invention et pour cela, on a visé dans les revendications annexées à couvrir de tels changements et modifications pour autant qu'ils tombent dans
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le véritable esprit de J¯'invention.