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Disposition de condensateurs.
L'invention est relative à des circuits de transmission du courant alternatif et, particulièrement, à des circuits em- ployant des composantes capacitives sous différentes formes et à différentes fins.
L'invention a pour but principal l'utilisation d'un con- densateur ou d'une capacitance électrique construits pa.rticulié- rement pour des problèmes de transmission rencontrés dans des circuits à courant alternatif.
Une caractéristique particulière de l'invention est de faire usage des propriétés diélectriques de certaines substan- ces pour obtenir des constantes électriques, oui peuvent être utilisées avantageusement dans des circuits à courant alternatif travaillant à des fréquences s'étageant de valeurs faibles à des valeurs ultra élevées.
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On a constaté que certains corps en céramique présentent la propriété d'avoir une constante diélectrique qui varie en raison directe ou inverse de la fréquence appliquée, quand ils sont utilisés comme éléments diélectriques d'un condensateur.
Parmi ces substances, des compositions particulières, comprenant le bioxyde de titane., Ti O2, et différents titanates comme ceux de strontium, de baryum ou de plomb, présentent un changement marqué de leur constante diélectrique avec des variations de fréquence.
Un but primordial de l'invention est d'obtenir automati- quement, dans un circuit à courant alternatif, une sensibilité voulue en réponse à la variation de fréquence, au moyen de la variation de la constante diélectrique d'éléments capacitifs.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée de différentes réalisations préférées, montrées à titre d'exemple dans le dessin annexé où: la figure 1 illustre au moyen de courbes la variation, en fonction de la fréquence, de la réactance capacitive d'un condensateur ordinaire ainsi que d'un condensateur yant un diélectrique en céramique, dans lequel la constante diélectrique change avec la fréquence; la figure 2 montre l'emploi de condensateurs ayant une constante diélectrique variable, dans un circuit accordé d'ampli- fication; la figure 3 montre par des courbes la sensibilité de réponse de l'amplificateur dans une certaine gamme de fréquences;
la figure 4 illustre l'emploi de condensateurs ayant les caractéristiques décrites, dans un circuit de couplage en combinaison avec des condensateurs ordinaires, afin de mo- difier la largeur de bande transmise par le système de couplage; la figure 5 illustre l'utilisation d'un condensateur à diélectrique variable pour la transmission de courant entre une .charge et une source à fréquence variable;
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la figure 6 montre des courbes de courant en fonction de la fréquence, qui sont utiles pour expliquer le fonctionne- ment de la disposition @ de la figure 5; la figure 7 montre l'emploi d'un condensateur à diélec- trique variable pour filtrer la sortie d'un redresseur; la figure 8 montre des courbes de l'ondulation de la tension en fonction de la fréquence, qui sont utiles pour expliquer l'action du circuit de la figure 7;
la figure 9 montre l'application de condensateurs, ayant des propriétés diélectriques variables, à des circuits détecteurs d'un récepteur radio-électrique qui fonctionne pour recevoir les ondes-porteuses modulées en fréquence aussi bien qu'en amplitude.
Sur la figure 1, des courbes a et b illustrent la dif- férence de comportement entre des condensateurs des types à dié- lectriques fixe et variable, quant au changement de réactance capacitive avec les variations de la fréquence appliquée. La courbe 1 montre le changement normal de réactance capacitive, d'une valeur élevée à une valeur faible, quand la fréquence croit. La courbe b montre le changement de réactance capacitive d'un condensateur qui a, en conformité avec cette invention, un corps diélectrique dont la constante diélectrique varie avec la fréquence appliquée, à l'intérieur d'une certaine gamme de fréquences indiquée par c et d.
On voit que la réactance demeure pratiquement constante dans cette gamme de fréquences, bien qu'elle varie de la même manière qu'un condensateur ordi- naire, en-dessous et au-dessus de cette gamme désignée spécia- lement. Cette propriété d'une réactance capacitive substentiel- lement constante est utilisée à l'avantage des circuits décrits ci-après et montrés à titre d'exemples.
La figure 2 montre un amplificateur à radio-fréquence avec des circuits accordés d'entrée et de sortie. La partie d'entrée comprend un transformateur de couplage 1 dont le primaire n
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est accordé par le condensateur fixe 3 connecté aux extrémités 4 et 5 de l'enroulement 2. Le secondaire 6 est connecté à la lampe à vide 7 entre la cathode 9 et l'électrode de grille 8.
La batterie 10 indique une source de polarisation dans ce cir- cuit. Aux bornes du secondaire 6 est également shunté un conden- sateur 11 pour accorder le circuit de grille.*
Le primaire 17 du transformateur 18 se trouve dans le circuit anodique de la lampe 7. Il .est également accordé par le condensateur 19 qui le shunte. La sortie de l'amplificateur est prise sur le secondaire 20 du transformateur 18, accordé par le condensateur 21 qui le shunte.
Les tensions de fonctionnement des différentes électro- des de la lampe 7 sont figurées par des Batteries 10, 13 et 16, afin de simplifier la représentation; pour le même motif, le circuit de chauffage de la cathode est omis. Ainsi, les conne- xions du circuit peuvent être suivies plus aisément et il sera évident pour tous les techniciens que des sources d'alimentation de différentes espèces peuvent être employées à la place des batteries, de même qu'une grande variété de types de lampes peu- vent également être employés dans des circuits parmi lesquels celui de la figure 2 est un exemple typique.
Le circuit décrit ci-dessus est bien connu en technique pour la transmission et l'amplification d'une fréquence particu- lière à laquelle résonnent les différents enroulements, grâce aux condensateurs qui y sont associés. Les circuits accordas four- nissent une impédance élevée à la fréquence de travail;, quand les réactances capacitives et inductives ont un facteur de puis- sance proche de l'unité, et forment ainsi un réseau sélectif donnant une amplification de tension maximum à la fréquence de résonance. Il est souvent désirable que la sensibilité de ré- ponse en fréquence d'un tel circuit soit uniforme dans une cer- taine gamme de fréquences; jusqu'à présent, pour obtenir cette uniformité, on a dû utiliser des dispositifs variés et compli- qués afin d'élargir la sensibilité de réponse de l'amplificateur.
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Cette sehsibilité de réponse étendue s'obtient facile- ment en substituant aux condensateurs ordinaires des condensa- teurs dé caractéristiques telles que celle montrée par la courbe b de la figure 1. Par suite-de leurs caractéristiques, de tels condensateurs conserveront une réactance capacitive substantiel- lement constante dans la gamme désirée de fréquences à amplifier et, grâce à cela, l'impédance effective du circuit de couplage de l'amplificateur sera ajustée automatiquement, quand la fré- quence appliquée augmente, pour donner une résonance maximum dans la gamme désirée. L'intervalle entre les surfaces conductrices du condensateur est hachuré, afin de montrer sur le dessin que cet effet est produit par le corps diélectrique spécial et afin de distinguer ces condensateurs de' ceux du type à diélectrique fixe.
La sensibilité de réponse en fréquence obtenue par un circuit décrit ci-dessus est montrée sur la figure 3. La cour- be g en lignes pleines illustre la sensibilité de réponse substantiellement uniforme à l'intérieur de la gamme de fréquen- ces marquée par c et d. La courbe h en pointillés montre la sen- sibilité de neponsede l'amplificateur quand les condensateurs 3, 11, 19 et 21 de la figure 2 sont remplacés par des condensateurs à matière diélectrique fixe.
Il peut être souvent désirable d'obtenir dans un cir- cuit de couplage une sensibilité¯de réponse "aiguë" à certains moments, et également une sensibilité de réponse "large" quand c'est nécessaire. Cela peut être réalisé de manière simple quand on utilise deux jeux de condensateurs dans un circuit de couplage, comme le montre la figure 4. Pour la représentation, on montre un simple transformateur comprenant un primaire 23 et un secondaire 24 qui sont couplés électro-magnétiquement. Au moyen du commutateur 27, des condensateurs 28 et 29 sont con- nectés au choix entre les bonnes d'entrée 25 et 26 du primaire.
Le condensateur 28 a une matière diélectrique fixe, tandis que
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le condensateur 29 a une matière diélectrique qui varie avec la fréquence. Au moyen du commutateur 27', des condensateurs sem- blables 28' et 29' sont connectés au choix dans le circuit de sortie, entre les extrémités du secondaire 24.
Lorsque les com- mutateurs 27 et 27' connectent des condensateurs 29 et 29', la sensibilité de réponse en fréquence du système de couplage sera large,comme le montre la courbe g de la figure 3,tandis que la sensibilité de réponse du système de couplage sera aiguë, comme le montre la courbe h de la figure 3, quand les commutateurs 27 et 27' connectent des condensateurs 28 et 283. La sensibilité de réponse désirée en fréquence peut être obtenue pour diverses gammes de fréquences, à l'intérieur d'une bande de fréquences, par le choix de la matière et de sa composition pour la substance diélectrique des condensateurs 29 et 29'.
Certaines de ces substances montrent une variation de la constante diélectrique aux fréquences basses, par exemple à des fréquences de la gamme acoustique, tandis que d'autres changent à des fréquences clas- sées dans le spectre des radio-fréquences.
La figure 5 montre une application simple de condensa- teurs du type décrit ci-dessus. On désire alimenter une charge, représentée à titre d'exemple sous forme d'une inductance 35, par un courant constant venant d'une source 35A qui fournit une tension constante, avec des variations de sa fréquence de sortie. Cette source peut être un oscillateur à lampe à vide ou tout générateur de courant alternatif aya.nt de telles caract6ristiques. Cette source est représentée par un dessin général conventionnel.
En série avec la charge dont la réactance variera avec la fré- quence, on place un condensateur 36 dont la substance diélectri- que est choisie de telle sorte que, dans une certaine gamme de fréquences de fonctionnement, la constante diélectrique diminuera avec tout accroissement de la fréquence de telle manière que la réactance résultante du condensateur 36 et de l'inductance 35 restera substantiellement constante dans la dite gamme. Avec une
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telle variation compensatoire de la réactance capacitive, un courant constant sera fourni à la charge lorsque la fréquence change, comme le représente la figure 6. Ici, le courant est porté en fonction de la fréquence et la courbe k en traits forts montre que le courant est de valeur substantiellement constante dans la gamme de fréquences désirée entre c et d.
La courbe m en pointillés montre l'effet de la variation de courant avec la fré- quence quand un condensateur à capacité diélectrique fixe est utilisé à la place du condensateur spécial, dans la figure 5.
Un autre emploi'efficace de condensateurs du type men- tionné est montré sur la figure 7 illustrant un circuit simple de filtrage comprenant une lampe redresseuse 38 des deux alternan- ces qui fournit du courant continu à partir d'un transformateur de puissance 39. Le transformateur 39 possède un primaire 40 auquel est appliqué le courant alternatif. Le secondaire 41 a ses extrémités connectées aux anodes 43 et 44 de la lampe re- dresseuse 38. Le secondaire 45 fournit du courant au filament 46 de la lampe 38. La sortie redressée est obtenue entre le fi- lament 46 et la prise médiane du secondaire 41. Le filtre comprend des réactances 48 et 49 en série et des condensateurs 50 et 51 en 'shunt aux bornes de sortie auxquelles est connectée 'une charge sous forme d'une résistance 52.
Pour supprimer l'on- dulation de la tension à des fréquences harmoniques, qui peut apparaître aux bornes du circuit de sortie du filtre, on peut monter un condensateur de valeur convenable en parallèle avec une des réactances, afin de constituer un circuit accordé sur un .harmonique de la fréquence d'alimentation. Quand on utilise des condensateurs dans ce but, on ne peut obtenir une suppression effective qu'à une seule des fréquences harmoniques. Quand on place aux bornes d'une des réactances un condensateur ayant des propriétés comme décrit ci-dessus, comme le montre le condensa- teur 54 en parallèle avec la réactance 48, la résonance est maintenue dans une large bande de fréquences qui peut comprendre
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différents harmoniques de la fondamentale.
Cet effet amélioré est illustré par la figure 8 où le pourcentage d'ondulation de la tension, mesurée aux bornes de la charge 52, est porté en fonction de la fréquence. La courbe n en pointillés montre l'ac- croissement de la tension d'ondulation quand on n'utilise pas de condensateur en parallèle avec n'importe laquelle des réactances 48 ou 49. La courbe o, également en pointillés, montre le résul- tat quand on place aux bornes de la réactance 48 un condensa- teur ordinaire de valeur convenable. On voit que, à une fréquence particulière, le pourcentage d'ondulation est fortement réduit par rapport à celui montré par la courbe n. Quand la fréquence croit et atteint d'autres harmoniques de la fréquence d'alimen- tation, le pourcentage de la tension d'ondulation est de nouveau élevé.
Quand on place aux bornes de la réactance 48, comme c'est indiqué par le condensateur 54, un condensateur à constante dié- lectrique variable avec la fréquence suivant les caractéristi- ques décrites,, la tension d'ondulation obtenue conserve une va- leur faible dans toute la gamme de fréquences qui comprend plu- sieurs harmoniques de la fréquence d'alimentation, comme le montre la courbe p, en traits pleins.
Dans des systèmes de communication où une fréquence- porteuse est modulée en amplitude aussi bien qu'en fréquence, on peut faire un emploi avantageux de condensateurs ayant les ca- ractéristiques décrites, pour la séparation de la composante modulée en amplitude de l'onde du signal. La figure 9 montre schématiquement un circuit de détection double dans lequel la pa.rtie modulée en amplitude utilise des condensateurs qui main- tiennent une réactance capacitive substantiellement constante pour la fréquence utilisée pour la modulation de fréquence.
En se référant à la figure, la partie réceptrice du circuit est indiquée par un rectangle pour montrer que l'invention est appli- cable à tout type de récepteurs qui fourniraient au circuit dé- tecteur une tension du signal variant en fréquence, à l'intérieur
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d'une certaine bande de fréquences, selon la modulation de la porteuse et également en amplitude, selon une autre modulation appliquée simultanément à la porteuse. Le circuit de sortie du récepteur est connecté au circuit d'entrée du circuit de détec- tion de la modulation de fréquence, qui comprend un étage limi- teur, selon la pratique habituelle. Celui-ci est représenté par la lampe à vide 60 montrée ici schématiquement sous forme d'une lampe tétrode amplificatrice.
L'action de limitation de cette lampe dépend de la proportion entre les tensions de fonctionne- ment,des diverses électrodes. Pour simplifier, elles sont in- diquées par des batteries 61 et 62 qui fournissent la tension respectivement à l'électrode de grille-écran 63 et à l'anode 64.
Le circuit d'entrée auquel est connectée la sortie du récepteur comprend la grille de commande 65 et la cathode 66. Le mode de fonctionnement de cette lampe pour éliminer des variations du courant de sortie dues à des variations d'amplitude du signal appliqué à son circuit d'entrée n'est pas d'importance primor- diale quant à l'invention décrite ici, puisque cette dernière s'applique uniquement au circuit qui est utilisé pour le signal modulé en amplitude. Il suffit de dire que, par suite de l'action de limitation de la lampe 60, le circuit auquel il est connecté est insensible à des variations d'amplitude.
En conséquence, la tension du signal apparaissant aux bornes du circuit de sortie de la lampe 60, comprenant le primaire 67 du transfor-- mateur de couplage 68, sera substantiellement constante quant à l'amplitude et variera seulement en fréquence dans la bande utilisée pour la modulation. Pour traduire les variations de fréquence en changements correspondants d'amplitude, on cou- ple généralement à la sortie du limiteur un circuit de discrimi- nation comprenant des éléments diodes 70 et 71 dont les anodes 72 et 73 sont connectées respectivement aux extrémités du se- condaire 69 du transformateur 68.
Par suite du couplage com- biné consistant dans le couplage électro-magnétique des enrou- lements 67 et 69 et dans le couplage capacitif au moyen du con-
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densateur 75, une tension unidirectionnelle sera développée aux bornes de la résistance de charge 76 connectée respectivement aux cathodes 77 et 78 des diodes 70 et 71 et dépendra en valeur du glissement de fréquence dans le circuit d'entrée. Ces variations auront lieu a.u rythme de la fréquence de la modulation imprimée et, lorsqu'elles sont appliquées à un amplificateur approprié, comme représenté par la lampe 60, peuvent servir dans un dispositif de traduction tel qu'un récepteur téléphonique 81 montré ici à titre d'exemple.
Afin de détecter également les variations d'amplitude de l'onde du signal, il est prévu un circuit d'amplification où les circuits d'entrée et de sortie sont accordés par des con- densateurs ayant une constante diélectrique variable qui maintien- dra la réactance capacitive du circuit accordé substantiellement uniforme dans la bande où apparaissent des variations de fré- quence, c'est-à-dire dans, la bande de modulation de fréquence.
L'amplificateur représenté ici comprend la lampe à vide 85, éga- lement sous forme d'une tétrode, où le circuit d'entrée entre la cathode 87 et l'électrode de grille 86 comprend l'inductance 88 accordée par le condensateur 89. L'entrée peut être couplée capacitivement au récepteur proprement dit, comme l'indique le condensateur 100. Une batterie 90 figure la source de tension de polarisation pour la grille 86, et une autre batterie 91 figure la source d'alimentation pour la tension appliquée à l'anode 93 et à l'électrode de grille-écran 92. Le circuit anodique comprend le primaire 94 du transformateur de couplage 95, cet..enroulement étant accordé sur la fréquence du signal par le condensateur 96.
Le secondaire 97 est connecté à une redresseuse-diode représentée ici par la lampe 98, de la façon conventionnelle, et est égale- ment accordé par le condensateur 99.
Le circuit décrit jusqu'ici représente un amplificateur où les circuits primaires aussi bien que secondaires sont accor- dés par des condensateurs 89,96 et 99. La sensibilité de réponse
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en fréquence de l'amplificateur sera large ou substantiellement constante dans la bande de modulation de fréquence. La réactance capacitive du condensateur changera, quand la fréquence varie, de manière telle que les inductances associées aux condensateurs formeront un circuit résonnant en parallèle sur toute fréquence à l'intérieur de la bande. L'impédance effective de ces cir- cuits résonnants sera substantiellement constante dans la bande de modulation de fréquence, ce par quoi des variations de fré- quence ne changeront pas la tension de sortie de l'amplifica- teur.
Toutefois, les caractéristiques de transmission de l'ampli- ficateur changeront avec l'amplitude de la tension du signal.
Ces changements d'amplitude sont redressés par la diode 98 et apparaissent, aux bornes de la résistance de charge 101, comme une variation de valeur d'une tension unidirectionnelle. Cette tension est appliquée à la grille 102 d'une lampe amplificatrice habituelle représentée ici par une triode 103; sa sortie est appliquée à un dispositif de traduction, tel que le récepteur téléphonique 104 ou tout autre système bien connu de traduction de variations d'amplitude en sons.
Le circuit montré ici pour détecter des variations d'am- plitude d'une onde de signal, qui varie également en fréquence dans une gamme de fréquences, fournit un moyen simple et efficace de détection, qui élimine tous les systèmes compliqués qui de- vaient être employés auparavant pour venir à bout'des variations de sortie dues à des variations de fréquence.
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