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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY MONTAGES RADIOELECTRIQUES SELECTEURS DE FREQUENCE
La présente invention est relative à des montages sélec- teurs de fréquence, dans lesquels la fréquence de résonance est rendue variable sur une gamme de fréquence donnée. L'invention envisage, plus particulièrement, dans un tel montage, la commande des effets de petites variations des valeurs des éléments du montage, sur la fréquence de résonance, telle qu'elle est déterminée par le réglage d'un élément d'accord. Lesdites faibles variations des éléments de montage peuvent être délibérément introduites par l'usager comme, par exemple, dans le cas d'ajustement d'accord par Vernier, ou peu- vent être indésirables comme, par exemple, dans le cas d'effets dûs à la température ambiante.
Bien qu'on s'efforce ici de traiter les cas où la température ambiante ou la commande d'accord par Vernier sont les paramètres affectant lesdits éléments de montage, on conçoit
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qu'on peut utiliser un circuit accordé à fréquence variable dans cer- tains cas où d'autres paramètres, tels que des efforts mécaniques peuvent donner naissance à des variations de certaines des valeurs des éléments du montage. De manière à utiliser, dans la mesure du possible, un terme générique.,, les variations seront considérées comme proportionnelles aux coefficients de variation des valeurs des éléments en question, par rapport à un paramètre donné.
Dans un circuit accor- dé à fréquence fixe, il est généralement assez facile de régler la variation de la fréquence de résonance de l'ensemble du circuit, en fonction des coefficients de variation des éléments com posants du montage, par contre, lorsque le montage peut être accordé sur une certaine bande de fréquence, le réglage n'est pas aussi facile. Dans le cas d'une compensation de température, on a proposé antérieurement d'y parvenir au moyen, par exemple, de l'établissement du condensa- teur d'accord, de telle façon qu'il ait un coefficient de température différent suivant son réglage.
Dans le même ordre d'idées, une diffi- culté est soulevée si l'on désire que la déviation obtenue, à l'aide d'une commande d'accord par Vernier, obéisse -'-, une loi déterminée sur toute la bande de fréquence intéressée. Toutefois, on a constaté que, par le simple choix des valeurs des éléments composants et de leur coefficient de variation, il est possible, dans un montage comportant par exemple, une bobine de self-inductance et trois condensateurs, de déterminer à l'avance les variations de fréquence proportionnelles à deux fréquences données quelconques et, en outre, de s'arranger pour que ces variations soient pratiquement constantes sur toute la bande de fréquence couverte par le circuit accordé.
Suivant certaines caractériqtiques de la présente inven- tion, il est prévu un montage sélecteur de fréquence comportant quatre ou plus de quatre éléments à réactance, dont l'un au moins est va- riable, de telle manière qu'on puisse accorder ledit montage à des fréquences différentes comprises dans une gamme donnée, dans leqiiel les coefficients de variation, tels qu'ils ont été désignés ci-dessus
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d'au moins deux des autres éléments sont ajustés, de telle façon que la déviation de fréquence proportionnelle totale dw de la fré- w quence de résonance provoquée par des variations du paramètre, au- quel lesdits coefficients de variation sont rapportés, soit prati- quement celle déterminée pour deux réglages dudit élement de réac- tance variable.
L'invention prévoit, en outre, un montage de ce type dans lequel lesdites valeurs prédéterminées de dw sont égales et w dans lequel les deux réglages desdits élements de réactance variables sont choisis tels que dw varie d'une quantité minimum à partir w de ladite valeur prédéterminée dans ladite gamme donnée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'analyse de certaines configurations du montage qui sont données ci-dessous et à l'examen des dessins joints qui sont, pour la plupart, de na- ture purement explicative et dont, par conséquent, une liste figure par figure n'est pas établie.
Sous sa forme la plus simple, un circuit accordé en pa- rallèle peut être réduit au schéma de la figure 1, sur lequel L, est la self-induction d'accord et CT la capacité totale effective d'accord. Dans ces conditions, par la résonance de la fréquence w on a :
2Ò w2 L CT= 1 de sorte que : 2 dw +dL + dCT 0 @ (1) w L @ Ct
Il est commode de supposer que la variation représentée par l'équation (1 est due à un accroissement d'un certain paramètre implicite, tel que la température et que les variatins décroissante: indiquées sont celles dues à des variations unitaires dudit para- mètre.
En conséquence, si Ó et OT sont respectivement les coefficient de selfèinduction et de capacité totale associés audit paramètre, l'équation (1) peut s'écrire sous la forme : 2 dw +Ó + eT = 0 .........................{la) w
On considérera, tout d'abord, le cas où il est désirable
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que dw puisse être aussi petit que possible, comme dans le cas w
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où il s'agit de variations de terapérature. Ladite hypothèse exige que :
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et( + e T 0 .......................(3) sur toute la gamme de variation.
En général, il est extrêmement difficile de déterminer à l'avance les coefficients de température des condensateurs va-
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riables. En outre, C T comporte inévitablement un minimum C 0 dû. au câblage, aux capacités du tube et analogues, shuntant directement L.
En conséquence, il est impossible, en pratique, de disposer d'un montage plus simple que celui de la figure 2, dans lequel CO, en parallèle avec un condensateur variable C2 constitue CT
Avant d'aller plus loin, il est bon d'établir la valeur de eT pour deux condensateurs comportant des coefficients différents en parallèle et en série.
On considérera les figures 3 et 4 où les deux capacités sont désignées respectivement par xC et yC, x et y étant des facteur numériques et l'on supposera que les coefficients respectifs des- dits condensateurs sont etDans ces conditions, pour le cas où les condensateurs sont enparallèle, on a :
Ct =(x + y) C
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.................................(à) OT=#x+ y/x+y et pour le cas où les condensateurs sont en série :
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0.1 -Ly- r, X+ y ................................(bj T s- x y x+y On considérera, à nouveau, le montage de la figure 2 et
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l'on supposera que Cz égale nC., où n est variable pour modifier la fréquence de résonance et que les coefficients, par exemple, de température de 0 0et de Cl, sont respectivement et
On a alors :
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CT=n CO n/1+n ...............................(4)
OT=o+ssn/1+n
En combinant les équations 2 et 4, on peut voir que pour obtenir la compensation, on. doit avoir :
O + Ó + n ( d ss = 0 .......................(5) équation d'après laquelle on peut voir que si la compensation doit être obtenue sur toute la gamme d'accord, c'est-à-dire pour toutes les valeurs de n, on doit avoir : 113 = 0 = - or,
D'après ce qui précède, étant donné que et doivent Être, en général, considérés comme connus dans le cas des coeffi- cients de température, cette condition ne peut, en général, être remplie, sauf pour une fréquence particulière correspondant à une valeur de n égale à na, A ladite fréquence on peut obtenir la compensation à condition, toutefois, que l'on ait :
O=-Ó(1+na) + na ss ...........................(6)
En particulier, si na 1 et si 0 = - 0( il y a compensa- tion à la fréquence maximum comprise dans la gamme intéressés, Cela signifie, en pratique, que l'on peut donner à CO une valeur conve- nable au moyen de condensateurs fixes, dont la diélectrique a un coefficient de température négatif.
Pour qu'une compensation plus complète puisse être obte- nue, il est nécessaire d'introduire un autre élément de montage pouvant être commandé. Il est évident qu'aucune autre amélioration ne peut être obtenue en ajoutant des éléments en parallèle sauf, peut-être, pour obtenir la valeur nécessaire de 0 plus aisément.
L'autre alternative consiste à insérer un., troisième condensateur en série avec C2 Sur la figure 5, C3 de valeur aCo et de coefficient$', représente ledit élément additionnel. Il est à remarquer que le sché- ma de la figure 5 est celui adopté en général pour le circuit réson- @ nant de l'oscillateur local des récepteurs superhétérodyne lorsqu'il est désirable que les condensateurs d'accord de la fréquence di sig- nal soient à commande unique avec le condensateur d'accord 'de l'os-
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cillateur C2
En considérant les équations 3, ou, autrement dit, les valeurs de CT et de pour le montage dela figure 5,on constate que lesdites valeurs sont :
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CT 0 1 + an ........*....(7) 0 * n2(95+a r) a+n + an (2 + a ) + a2y1 ê004.04$......(r) n (1+a) + an (2+a) + a2 De sorte que la condition de la compensation devient
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n - 4, + a ( "+ ) + an & (JI) + ) + a (;3+"')+ aB (j2!+)"" o .l.p...p.....(8) pour une compensation totale pour toutes les fréquences dans la gamme intérressée, il est nécessaire Que' :
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1J=j3=f=-o<. formule analogue au résultat obtenu précédeirment.
Toutefois, il est maintenant possible d'effectuer une compensation pour deux valeurs de- n-, en donnant à et à des va- leurs telles qu'elles satisfassent l'équation 8 pur lesdites valeurs de n. En général, pour une gamme de fréquence particulière quelcon- que, il est préférable d'obtenir la compensation exacte pour deux va- leurs de n dans des régions non situées aux extrémités de la gamme.
En portant dans l'équation la les valeurs tirées de l'équation 7, on a
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d W +0< + (n+a)20 + n2a + na2 0 ....ppl.m...........p..(9) w (n+a) + an (n+a)
Si l'on fait disparaître dw/w pour deux valeurs arbitrai- w
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res de n et xyz et en éliminant 0 et dans l'équation 9 , on obtient : dl}) - ( .e; + ) ab --..) ... m .. ( 10 ) -;;- ;-,2. { 2 r, 'fi 2 + [ ( f 1+ r 2 ) ( a n) (b+n) oà = al a (n ,1} (n- l' ) L'aspect général de la courbe y = (n-1) (n-2) (n+a) (n+b) est représenté sur la figure 6. Les asymptotes de ladite courbe
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sont n = - à, n =-b et y = 1.
Dans la région des valeurs positives de n, il existe un minimum au point (no, yo) En conséquence, à condition que yo 1 il existe deux points sur la courbe à la droite de n = -b ayant pour ordonnées - yo et pour abscisses, par
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exemple, Ê 11 '2' Ainsi, pour une déviation donnée + yo, n peut varier entre nl et n.. Réciproquement, si nl et n2 sont des limites données de la variation de n, y est aussi petit que possible dans ladite gamme de variation si les zéros sont choisis tels que les ordonnées de n1 et de n soient égales en grandeur, mais de signe opposé à la valeur résultante de yo
Etant donné que : dy/dn y 1 + 1 = 1 - 1 )
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n ( n- 3"- n- 2 ^ n+a n+T ) ' on a le système d'équations : y (nO-11) (no-Y2) - z no-(rl+'f2) 'T..;.
(nl-Yl) (nl-1V2) = (n + a) (n + b) 2 n0 + (a+b) (nl + a) (nl+b - ( n- l ) (n2 - fi 2 ) .........................(11} (n2 a (n2+ b) .duquel on peut titer :
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no (nl+n2+a*b) - 2no (ni 2 ( l n2(a+b)+ abnl+n) ....(12) yp - 2no - (nl+ nez t,) ..e.......v...........ovv...(yJ) '/r 2no + (nl+n) + 2 (a+b) )Vl+ 1f 2 = 2n - y o (2n9, + a + b) ...........................(14) lt y 2 en no J - Y 0 (no 2 - ab) ...........................(15) et finalement, d'après l'équation 11 :
p = - Ç+ 11'1 'f r (0(+ ) J a(Vi +1'2) + 2'Y'1 'f 2 jfi ""= -{C(+ a -1.1 "f 2 (0( +j3 ) } ................(16) a(11+Y2) + 2 YZ
A titre d'exemple pratique, on choisira le cas d'un cir- cuit résonnant d'oscillateur local devant couvrir une gamme de fré- quences de signal de 1 à 2 mégapériodes par seconde, avec une fré-
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quence intermédiaire de 580 kilo périodes par seconde.
Les éléments composants du montage sont supposés avoir les valeurs suivantes:
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bzz 3" 0 = 100ftF j (C2 )!ITtlX :.: 315ft J!' j C3 :: 6:.G, i, de sorte que : ! f! nI :: 0.181 : nez = 5.5 ; a = 6.3 : b 0..863 et que : = 50/fi F/Q /<F/C à /$ 70/'/A- Flff FjCO d'ou l'on tire no 1.06 : yo = - 6.13 x 102
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Pi :: 2.316 9 ,ß% 0 . 3 713 et :: - 86ffF/ tfF/Co :/:: - 310!fF/fj'-F/ C .L'équation (12) peut s'écrire sous la forme ; tA,; :: l, (:( +.f!1 ) y où A = 0,918 pour l'exemple choisie.
La courbe résultante pour Ay est représentée sur la figure 7 la gamme à couvrir étant indiquée par AA La variation maximum de Ay est 5,63 x 10-2
Bien qu'on ait considéré le cas d'un montage à condensa- teur d'accord variable, on peut établir un montage analogue, dans le- quel on utilise une bobine de self-inductance variable, le montage de la figure 8 dans lequel est devenu le coefficient de C, le co- efficient de la self-inductance variable nLo celui de Lo et celui de aLo est exactement équivalent en ce qui coneerne son ana- lyse mathématique à celui de la figure 5.
Le cas dans lequel un ajustement donné d'une commande d'ac- cord par Vernier doit donner une déviation de fréquence proportion- nelle constante sur toute la gamme d'accord du montage, est très analogue au cas ci-dessus. 0( etss deviennent nuls, cependant que et sont choisis tels que au lieu d'être nul, tende vers une valeur constante K comprise, par exemple, entre n1 et n2
En ce qui concerne l'analyse précédente, cette variation
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équivaut, pratiquement, à remplacer par -2K et, en posant/? =0 aveo un décalage de l'origine des coordonnées effectué,' en écrivant dw K au lieu de dw chaque fois que cette expression apparaît w dans l'analyse, à partir de l'équation 8. La méthode de calcul étant la même, il reste à utiliser les résultats de façon pratique.
Etant donné que 0 et ne sont pus, en général, égaux, une modification du montage de la figure 5 doit être prévue si l'on désire utiliser des condensateurs d'appoint analogues, tant pour c3 que pour co On constatera que, dans le cas général où les valeurs moyennes de
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00 et de a3 sont données et où ret 0 sont dûs à des accroissements égaux des capacités de condensateurs d'appoint semblables, le dis- positif le plus simple consiste à remplacer chacune des capacités co et C par le réseau de capacités représenté sur la figure 9, les valeurs de x et de y étant différentes pour les deux réseaux, mais la capacité moyenne C et son coefficient de variation étant les mêmes dans chaque cas. pour le réseau de la figure o on a :
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T = O(x + lry ) :
eT = (1y)2 C, ..............(17) où est le coefficient de variation du condensateur d'appoint C.
En fonction de Ct, Ot, c et les valeurs de x et de y sont données par :
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et la compensation est possible à condition que :
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CT / T'
Un dispositif particulier d'un circuit résonnant auquel les principes ci-dessus peuvent être appliqués est représenté sur la figure 10. C est le condensateur d'accord principal et c1 est ajusté de façon qu'il compense les effets de la variation du câbla- ge ou des capacités des tubes du montage extérieur. c6 et c9 sont les condensateurs trimers ou condensateurs d'appoint à commande unique entre eux et avec une commande d'accord à Vernier.
La com-
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binaison de C1 C4 CT C6 avec toute capacité du montage extérieur contient CO de la figure 5 et la combinaison de C7 C8 et C9 con tient C3
Il est évident qu'à condition que les condensateurs d'ap- point de la figure 10 aient des coefficients de température très faibles, par exemple inférieurs à 5 x 10 F F/degré C, C4 et C peuvent avoir leurs coefficients de température ajustés, de telle façon qu'on obtienne une compensation de la température, suivant les caractéristiques de l'invention.
Un examen du réseau de condensateurs de la figure 9 et des équations 17 et 18 montre que lorsque X 1, Ct est pratiquement indépendant de y, de sorte que la proportionnalité entre Ot et dépend directement des valeurs de y/1+y . par conséquent, sur la fi- 1+y gure 10, Ct et C9 peuvent être rendus variables et mis en commande unique pour faire varier la déviation produite par la commande d'ac- cord à Vernier sans affecter, de façon appréciable, la constance de ladite déviation sur toute la gammen d'accord couverte par le conden- sateur d'accord principal C Une application d'une telle variante est relative aux oscillographes à faisceau cathodique utilisés sans spectromètres. Le circuit résonnant de la figure 10, peut être le circuit accordé d'un oscillateur,
dont l'énergie de sortie est appli- quéed à un autre circuit, dont la courbe de réponse de fréquence, par exemple, doit être reproduite sur l'écran de l'oscillographe. C6 et c8 peuvent être des condensateurs tournants ou encore représenter das circuits de réactance électronique variant en synchronisme avec le circuit de balayage de l'oscillographe, de manière à fournir une énergie de sortie modulée en fréquence au circuit à l'essai. Dans ce cas, les condensateurs C5 et C9 peuvent varier simultanément pour étaler ou resserrer les indications visuelles sur l'écran de l'os- cillographe.
Bien entendu, l'invention est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans s'écarter du domaine de l'invention.