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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY SYSTEMES DE TRANSMISSION D'ONDES
La présente invention concerne des systèmes de transmission d'ondes utilisant l'affaiblissement et l'amplification des contrastes.
L'affaiblissement et l'amplification des contrastes ont été utilisés depuis longtemps pour réduire l'effet de bruit de fond dans les systèmes de transmission radio-électriques. Pendant plusieurs années, on a employé avec satisfaction pour le service téléphonique transocéanique sur ondes longues un système dans lequel on faisait intervenir un certain affaiblissement des contrastes à l'émission et une amplification correspondante desdits contrastes à la récep- tion, et ceci sur toute la gamme des amplitudes du signal. Un tel système ne convient pas pour les liaisons sur ondes courtes, en raison de ce que toute la gamme d'amplitudes est soumise à l'af- faiblissement et à l'amplification des contrastes.
C'est pourquoi on a proposé d'utiliser, à l'extrémité
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réceptrice, un dispositif d'amplification des contrastes à, effet li- mité. Dans un tel dispositif, l'amplification des contrastes est appliquée seulement sur une petite fraction de la gamme d'amplitudes, la caractéristique demeurant linéaire, (c'est à dire le dispositif agissant comme un amplificateur normal), pour le reste de ladite gamme d'amplitudes.
Bien que l'amplificateur de contrastes à, effet limité agis- sant en liaison avec un affaiblisseur de contrastes agissant sur toute la gamme d'amplitudes ait donné de bons résultats, on a re- marqué une certaine diminution de qualité, due à ce que les ondula- tions vocales de niveau faible étaient reçues à un niveau encore plus faible à cause de l'amplificateur de contrastes. On proposa donc d'utiliser un affaiblisseur de contrastes ayant une région d'action correspondant exactement à celle de l'amplificateur de contrastes à effet limité et plusieurs systèmes ayant de telles caractéristiques fonctionnèrent successivement.
Dans de tels systèmes, on utilise généralement un amplifi- cateur à contre-réaction dont le circuit de réaction comprend un réseau à impédance non linéaire placé à, l'une des extrémités dudit circuit et un réseau similaire, également à impédance non linéaire, connecté à l'autre extrémité directement aux bornes de la ligne.
Cependant, l'usage d'un tel réseau directement connecté à la ligne est sujet à certaines objections, l'une de celles-ci étant que le montage est, en général, conçu de telle façon qu'à des intervalles assez fréquents, la tension de commande est très voisine de zéro et qu'alors le réseau introduit une distorsion considérable dans le courant vocal.
La présente invention apporte des perfectionnements à de tels dispositifs et peut être utilisée, non seulement dans les sys- tèmes radio-électriques où, entre les lignes à fréquences vocales, il est intercalé une liaison sans fil, ainsi que des étages
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modulateurs et démodulateurs, mais encore dans les systèmes com- portant des câbles ou d'autres lignes, avec ou sans étages chan- geurs de fréquences.
Dans la description de l'invention, des circuits faisant partie des voies de transmission du signal et transportant des on- des de signal seront appelés la ligne. L'extrémité d'émission est le point de la ligne où il est nécessaire d'appliquer l'affaiblisse- ment des contrastes et l'extrémité de réception est le point de la ligne auquel le signal peut être utilement affecté d'amplification des contrastes, ladite amplification étant faite de façon à ce qu'on obtienne une gamme d'amplitudes comparable à la gamme d'amplitudes initiales.
Suivant une caractéristique de l'invention, on obtient l'affaiblissement des contrastes en faisant varier la valeur d'une impédance non linéaire qui, à son tour, produit une variation du taux de contre-réaction dans un amplificateur de ligne à l'émission, et l'amplification des contrastes s'obtient en faisant varier la valeur d'une impédance non linéaire qui, à son tour, produit une variation du taux de contre-réaction dans un amplificateur de ligne situé à la réception. On peut ainsi aisément obtenir un affaiblisse- ment suivi d'une amplification équivalente des contrastes pour n'importe quelle partie de la gamme d'amplitudes du signal.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on pré- voit un amplificateur affaiblisseur de contrastes et un amplifica- teur renforçateur de contrastes. Une tension de contre-réaction est prélevée dans le circuit de sortie de l'un des amplificateurs, aux bornes d'une'impédance non linéaire, et est appliquée à cet ampli- ficateur, alors qu'une tension de contre-réaction destinée à être appliquée à l'autre amplificateur est prélevée aux bornes d'une im- pédance de valeur prédéterminée montée en série avec un élément à impédance non linéaire placé dans le circuit de sortie de cet autre
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amplificateur, lesdites impédances non linéaires ayant à. leurs bornes des tensions de commande similaires qui dépendent de l'amplitude du signal.
Les figures 1 et 2 des dessins annexés représentent un sys- tème incorporant des caractéristiques de l'invention sous une forme préférée. La figure 1 représente un schéma de circuit d'un amplifica- teur affaiblisseur de contrastes faisant partie du système, mais com- portant lui-même certaines caractéristiques nouvelles et la figure 2 représente un circuit schématique d'un amplificateur renforçateur de contrastes constitua,nt la partie correspondarite du système.
Les figures 3 et 4 sont des graphiques montrant des caracté- ristiques desdits amplificateurs.
Si l'on se reporte à la figure 1 qui représente l'amplifi- cateur affaiblisseur de contrastes à l'émission, on voit que les signaux de conversation sont appliqués aux extrémités 1 et 2 et sont transmises, par l'intermédiaire de l'atténuateur A1et du transforma- teur T1 au tube V1dont les bornes de sortie sont couplées par l'in- termédiaire de la bobine L1' du condensateur C2 et de l'enroulement primaire du transformateur T1à un second tube V2' dont la tension de sortie est transmise à travers le transformateur T3 à la ligne.
A l'exception du transformateur T2 et de 1'appareillage qui lui est associé, un tel dispositif constitue un amplificateur normal compre- nant deux étages à couplage par self-induction et capacité, C1' C3 C4' étant des condensateurs de découplage, RI. R5' des résistances de polarisation. La résistance R4 et le condensateur C5 servent à améliorer et à corriger l'impédance de sortie. Le transformateur T6 est monté en pont aux bornes de sortie et le secondaire de ce trans- formateur est connecté au tube V3à travers la résistance de stabi- lisation R7' Une faible partie du signal est prélevée par ce transformateur, amplifiée par le tube V3 et transmise, à travers
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le transformateur T4' à l'élément redresseur X2 .
La tenson redres- sée de sortie provenant de ce pont est transmise, à travers le cir- cuit de filtrage comprenant les condensateurs C6' C7 et l'inductance L, au redresseur X1 connecté aux bornes du bobinage secondaire du transformateur T2' dont l'enroulement primaire est monté en shunt aux bornes de sortie du tube V1' En l'absence de signal, le redres- seur en pont X1 a une impédance considérable, la tension de contre- réaction qui apparaît aux bornes de la résistance série R2 est faible et l'amplificateur a un gain approximativement égal à 20 dé- cibels. Lorsqu'un signal de conversation apparaît, la tension de sortie redressée provenant du redresseur X2 modifie l'impédance du redresseur XI et le gain de l'amplificateur diminue à cause de l'aug- mentation de la tension de contre-réaction qui apparaît aux bornes de la résistance R2 .
Lorsqu'un certain niveau d'entrée a été at- eint le gain devient nul et, à partir de ce moment, si le niveau d'entrée s'accroît encore, la caractéristique de l'amplificateur demeure linéaire jusqu'à ce qu'un point de saturation soit atteint.
Le circuit de commande est conçu de façon à ce qu'aux ni- veaux inférieurs comme aux niveaux supérieurs, l'amplificateur con- serve une caractéristique linéaire, l'affaïblissement des contrastes apparaissant pour une gamme de niveaux prédéterminés, ainsi qu'il est représenté sur la figure 4 par les courbes de la partie supé- rieure . La sensibilité peut être modifiée de deux façons : soit par changement des prises sur le transformateur T6, soit par action sur le potentiomètre PI qui est connecté au circuit de contre-réac- tion du tube V3' au moyen du transformateur T5'
Les deux courbes AIet C1 représentent les deux réglages extrêmes obtenus par la manoeuvre du potentiomètre, les prises du transformateur T4 restant inchangées.
Les autres courbes sont celles qui sont obtenues par la variation des prises sur le transformateur T4, aucune action n'étant exercée sur le potentiomètre.
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Dans chaque cas, le taux de compression reste le même, mais la position des courbes par rapport aux axes du graphique est modi- fiée. Lorsque ces courbes se déplacent vers la droite du graphique, elles ont une légère tendance à s'écarter de la courbe idéale et l'on peut, par suite, considérer qu'il estdésirable de fa,ire fonctionner le système à un niveau aussi bas que possible.
L'affaiblissement de l'atténuateur AIest fixé une fois pour toutes suivant les caractéristiques du circuit et ne peut va- rier. Par suite, s'il est impossible d'obtenir dans le circuit un point de niveau convenable, il sera nécessaire de prévoir, soit un amplificateur additionnel à un seul étage, soit un réseau atténuateur, soit les deux, de façon à fournir un point de niveau convenable au- quel il soit possible d'insérer l'amplificateur de contrastes.
Le circuit représenté sur la figure 1 est principalement des- tiné à être utilisé en fonctionnement radio-électrique alors qu'il est nécessaire de régler de temps en temps la sensibilité du système.
Il est également souvent très désirable, dans de tels systèmes, que les commandes soient en dehors du panneau de l'appareil. On y par- vient grâce à une clé K1et à des relais associés AR et BR . Un tel réglage n'est pas nécessaire lorsque les circuits sont constitués par des fils et on peut simplement connecter une résistance aux bor- nes 2 et 5 du transformateur T5.
La distorsion harmonique introduite par l'amplificateur dans un exemple particulier n'était jamais supérieure à 5 % avec des niveaux d'entrée au dessus de - 20, elle allait jusqu'à 10 % avec un niveau de - 30 . Ceci correspondait à des sensibilités telles que celles représentées sur la figure 4 . Si le dispositif fonctionnait à un point de niveau plus élevé, les harmoniques se- raient légèrement supérieurs.
Si l'on se reporte à la figure 2 qui représente l'amplifi- cateur renforçateur de contrastes à la réception, on voit que les
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signaux de conversation reçus ou détectés sont appliqués aux bornes 5 et 6 et passent à travers la voie de conversation principale com- prenant l'affaiblisseur A11' le transformateur d'entrée T11 et le . tube V11 Ce tube est couplé au moyen de la self-inductance L12 et du condensateur C14 au transformateur de sortie T12. Une résis- tance R18 et un condensateur C15 servent à obtenir une impédance de sortie satisfaisante. Aux bornes d'entrée 5 et 6 est connecté un pont d'impédance élevée.
Ce pont comprend le transformateur T14, dont le secondaire est muni de prises, par exemple au nombre de 7, de façon à permettre un ajustement de la sensibilité. Une petite partie du signal est ainsi prélevée dans le circuit principal et transmise au tube V12 à travers le transformateur T14 et la résis- tance R14. La tension de sortie de ce tube, lequel est couplé par self-induction-capacité, au moyen de la bobine L11 et du condensa- teur C13 au redresseur X12, est utilisée pour alimenter.ledit re- dresseur à travers la bobine T13. La tension de sortie de ce re- dresseur en pont passe à travers le circuit de filtrage se composant de la bobine de self-induction L13 et des condensateurs C11 et C12 et est transmise à un autre redresseur en pont X11 Ce dernier re- dresseur est inséré dans le circuit de réaction du premier tube V11.
En l'absence de conversation, le redresseur en pont XII a une impé- dance telle que l'amplificateur total a un gain négatif d'environ 20 décibels . Si un signal de conversation apparaît, une petite partie dudit signal est amplifiée par le tube V12 et redressée dans le redresseur en pont XI2 . Cette tension de sortie appliquée au redresseur XII modifie l'impédance en courant alternatif de ce der- nier, de façon à augmenter le gain de l'amplificateur complet. Si le niveau de conversation entrant est encore augmenté, ce gain est éga- lement encore augmenté, la correspondance étant montrée par la cour- be PRNQ de la figure 3 .
Il est bon de noter que, alors que dans l'amplificateur affaiblisseur de contrastes, la tension de réaction
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est prélevée sur une résistance montée en série avec le redresseur en pont, la tension de réaction de l'amplificateur renforçateur de contrastes est prélevée aux bornes du pont lui-même, de façon à ce que les variations de la tension de réaction aient lieu en sens inverse l'une de l'autre.
Les résistances R15 et R16 limitent l'étendue d'action du redresseur en pont XII de façon à, ce que le changement de gain correspondant à une variation du niveau d'entrée de l'amplificateur ne se produise que pour une certaine gamme, l'amplificateur se com- portant pour des niveaux d'entrée supérieurs et inférieurs à cette gamme, comme un amplificateur ordinaire à caractéristique linéaire.
Les courbes inférieures de la, figure 4 représentent, une série type des caractéristiques de cet amplificateur. La sensibilité peut être modifiée de deux façons différentes, soit par changement des prises du transformateur T14' soit par action sur le potentiomètre R11 qui est connecté dans le circuit de réaction du tube V12 par l'intermé- diaire du transformateur T15.
Comme dans le cas de l'amplificateur de compression, les deux courbes A et C représentent les deux réglages extrêmes que l'on obtient en agissant sur le potentiomètre, les prises du trans- formateur T14 restent inchangées. Les autres courbes sont obtenues en modifiant les prises du transformateur T14' sans agir sur le potentiomètre.
Dans tous les cas, le taux d'amplification des contrastes reste le même, mais la position des courbes par rapport aux axes du graphique est modifiée. Lorsque ces courbes se déplacent vers la droite de la figure, on s'écarte légèrement de la courbe idéale et il est, par suite, désirable de faire fonctionner le système en un point du circuit dont le niveau soit suffisamment bas.
La valeur de l'affaiblissement causé par l'affaiblisseur A11 est fixée une fois pour rtoutes à l'établissement du circuit et
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ne peut varier. Par suite, s'il est impossible d'avoir dans le cir- cuit un point de niveau convenable, il sera nécessaire de prévoir un amplificateur additionnel à étage unique ou un réseau d'affaiblis- sement, ou ces deux organes à la fois, de façon à obtenir un point de niveau convenable, permettant d'y insérer l'amplificateur de contrastes.
Les caractéristiques dudit amplificateur de contrastes, en ce qui concerne les temps d'action, de repos et le pourcentage d'harmoniques sont les mêmes que celles de l'affaiblisseur de con- trastes. De même, on peut obtenir un réglage de la sensibilité d'une façon identique à celle qui a été utilisée pour ledit affaiblisseur de contrastes.
La fonction principale de l'amplificateur affaiblisseur de contrastes représenté sur la figure 1 est mise en évidence par les courbes de la figure 4 qui représentent la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée. A des niveaux d'entrée suffi- samment bas, la tension de sortie croît d'une façon linéaire en fonction de la tension d'entrée, c'est à dire qu'une augmentation d'un décibel du niveau d'entrée produit une augmentation d'un déci- bel du niveau de sortie, le système ayant alors un gain total de 20 décibels.
Lorsque le niveau d'entrée s'accroît au delà d'une certaine valeur critique qui dépend du réglage de sensibilité, la courbe : niveau d'entrée/niveau de sortie cesse d'être linéaire mais sa pente est d'environ 2 :1, c'est à dire qu'une augmentation de deux décibels du niveau d'entrée produit une augmentation d'un décibel du niveau de sortie, une telle courbe se prolongeant pour une gamme de niveaux de sortie de 20 décibels. Au delà de ce point, l'amplificateur devient de nouveau linéaire, c'est à dire qu'un accroissement d'un décibel dans le niveau d'entrée produit un accroissement d'un décibel dans le niveau de sortie. Le gain de l'amplificateur est alors égal à zéro.
On voit donc qu'alors le
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niveau des signaux faibles est augmenté, les si@naux de niveau élevé passent à travers l'amplificateur avec un gain nul et, de cette fa- çon, le niveau à la sortie est réduit par rapport au niveau à l'en- trée. La courbe LMNQ de la figure 3 représente une caractéristique typique gain-niveau d'entrée alors que les courbes de la figure 4 représentent des caractéristiques type niveau de sortie-niveau d'en- trée.
Le fonctionnement de l'amplificateur de contra,stes de la figure 2 ressort facilement de l'examen des courbes de la figure 4 : niveau d'entrée/niveau de sortie. Pour des niveaux d'entrée faibles, la tension de sortie croît linéairement avec la tension d'entrée, c'est à dire qu'un accroissement d'un décibel de la tension d'entrée produit un accroissement d'un décibel de la tension de sortie, le dispositif ayant alors un gain négatif de 20 décibels. Lorsque le niveau d'entrée s'accroît au delà d'un certain point critique dépen- dant du réglage de sensibilité, la courbe niveau d'entrée / niveau de sortie cesse d'être linéaire, mais sa pente est de 1:2, c'est à dire qu'un accroissement d'un décibel dans la tension d'entrée pro- duit un accroissement de deux décibels dans la tension de sortie.
Ce- ci se produit pour une gamme de niveaux d'entrée de 20 décibels. Au delà de ce point, l'amplificateur devient de nouveau linéaire, c'est à dire qu'une augmentation d'un décibel de la tension d'entrée pro- duit une augmentation d'un décibel de la tension de sortie. Dns cette dernière partie de la courbe, le gain de l'amplificateur est nul. On voit par conséquent qu'alors que les signaux faibles sont affectés d'un gain négatif de 20 décibels, les signaux forts sont affectés d'un gain nul lorsqu'ils passent dans l'amplificateur et, par suite, le niveau à la sortie est augmenté par rapport au niveau à, l' entrée. La courbe PRNQ de la, figure 3 est une caractéristique type gain/niveau d' entrée.
Les effets des amplificateurs d'affaiblissement et de ren- forcement des contrastes sont complémentaires et permettent d'obtenir
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une réduction appréciable de la gamme d'amplitudes transmise, ce qui améliore considérablement le rapport signal/bruit . Si l'on prend, par exemple, les courbes-types de la figure 3, on voit que des ni- veaux d'entrée compris entre - 70 et - 50 décibels sont affectés d'un gain de 20 décibels dans l'amplificateur affaiblisseur de con- trastes et que la gamme résultante qui s'étend par conséquent de - 50 à - 30 décibels est appliquée à l'amplificateur renforçateur de contrastes et sujette à un gain négatif de 20 décibels de façon à ramener les niveaux initiaux. Des niveaux d'entrée compris entre -10 et ¯ 10 décibels sont transmis, à travers chacun des amplifica- teurs sans changement de niveau.
Des niveaux d'entrée intermédiaires compris entre - 50 et - 10 décibels ressortiront après l'amplifica- teur affaiblisseur de contrastes avec des valeurs comprises entre -3 0 et - 10 décibels et subiront une amplification de contrastes qui les ramènera à leur valeur initiale dans le renforçateur de con- trastes. Ainsi, la gamme totale des différents niveaux est finale- ment reproduite, alors que la gamme transmise à travers les ampli- ficateurs est réduite de 20 décibels.
Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un exemple particulier de réalisation, il est clair qu'elle ne .saurait en rien être limitée audit exemple et que de nombreuses variantes ou modifications pourront apparaître à l'homme de l'art, sans sor- tir du domaine de l'invention.