DISPOSITIFS DE COMMUTATION ET DE MANIPULATION POUR
CIRCUITS HAUTE FREQUENCE.
La présente invention se rapporte aux dispositifs
de commutation qui peuvent être employés aux radiofréquences
pour relier tout à tour selon un rythme cyclique une ligne de transmission aux lignes succesives d'un groupe de lignes ou de circuits. Les réalisations préférées qui sont décrites ici constituent des modifications à des appareils déjà connus tels que
ceux décrits aux brevets anglais 10183/41 et 14724/42.
Le système qui fait l'objet de la présente invention
est utile pour coupler un radiotransmetteur ou un radiorécepteur
tour à tour à trois aériens distincts faisant partie d'un radiophare d'atterrissage pour avions. Les applications du système de. l'invention ne sont cependant pas limitées à celle-ci.
L'invention réalise un dispositif de commutation
<EMI ID=1.1> circuit est couplé par des réactances à chacune des trois (ou plus de trois) lignes de transmission de telle sorte que ces lignes sont toutes bloquées sauf une d'entre elles. Le dispositif de débloquage fonctionne de telle sorte que des éléments additionnels de réactance associés respectivement à chaque ligne s'associent avec la réactance apportée par le commutateur pour former un diviseur de potentiel ayant un point intermédiaire
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réactance étant ajustés pour amener à la valeur zéro la tension sur les terminais des lignes qui doivent être bloquées.
L'invention réalise également un dispositif de commutation pour coupler un circuit à radio fréquence successivement par permutation circulaire avec plusieurs autres circuits à radiofréquence, comportant respectivement des réseaux ou des réactances, de telle sorte que la différence de potentiels à la sortie de chacun de ces réseaux s'annule quand les ondes à haute fréquence sont appliquées à l'entrée des circuits qui sont bloqués et qu'un organe tournant modifie à tour de rôle chacun des dits réseaux pour que l'énergie appliquée puisse traverser ce réseau pendant
un temps déterminé, le même pour chaque réseau.
Selon un autre aspect, l'invention réalise un dispositif de commutation à radiofréquence comportant un organe rotatif adapté au couplage pour transférer de l'énergie (entrante ou sortante) vers une pluralité de circuits (sortants ou entrants), qui seront successivement l'un après l'autre actionnés pendant
des périodes de temps égales, tandis que les autres circuits seront bloqués. L'invention comprend les moyens nécessaires pour appliquer les ondes à un circuit et les moyens pour annuler la tension produite, grâce à une disposition convenable de réactances, sur les terminales de tous les autres circuits sauf pour les/' deux qui sont couplés à cet instant pour la transmission de l'énergie.
L'invention réalise également un dispositif de commutation à radiofréquence comprenant une boite métallique,
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/de sortie) symétriquement disposées autour de la.boite, un organe tournant situé à l'intérieur de la boîte, et coopérant avec les terminais des dites lignes pour les coupler successivement pendant des périodes de temps égales avec une ligne coaxiale unique de sortie (ou d'entrée). L'invention comprend les moyens pour appliquer les ondes électriques aux lignes d'entrée et les moyens pour annuler la tension aux terminais de toutes les lignes, grâce à un jeu convenable de réactances, sauf pour les deux lignes qui sont couplées pour le transfert de l'énergie à l'instant donné.
L'invention fournit également à titre de variante un dispositif de montage dans lequel le règlage des réactances se fait par des bobines d'inductance au lieu de se faire par des souches de lignes coaxiales.
L'invention sera maintenant décrite à l'aide d'une réalisation préférée représentée par les dessins suivants:
la figure 1 qui est la vue perspective d'un commutateur à trois directions réalisé selon les principes de l'invention; la figure 2 qui est la vue par-dessus dudit commutateur; la figure 3, qui est la vue perspective de certains détails du commutateur de la figure 1, la boite cachant ces détails sur la figure 1 ayant été enlevée; la figure 4 qui représente schématiquement la façon dont sont disposés les tubes ou souches de réglage; la figure 5 et la figure 6 qui sont des schémas électriques expliquant'le fonctionnement du commutateur; <EMI ID=4.1> figure 4 concernant un autre modèle de réactance de réglage.
Dans les arrangements déjà connus une liaison est établie alternativement entre une ligne d'entrée et deux lignes de sortie au moyen d'un organe tournant composé de disques à cames constituant des capacités variables de liaison entre la ligne d'entrée et les deux lignes de sortie. Des lignes tubulaires auxiliaires courtes et réglables étaient employées pour réaliser les réactances de mise hors circuit effective de chacune des lignes de sortie pendant la période où l'autre ligne de sortie devait émettre. Ce règlage se faisait au moyen d'un potentiomètre. D'autres lignes tubulaires auxiliaires étaient utilisées pour adapter l'une à l'autre la ligne d'entrée et la ligne de sortie émettrice, afin que le transfert de puissance soit maximum.
Les mêmes principes trouvent leur application dans
la réalisation préférée du dispositif de commutation conforme à la présente invention et le dispositif qui va être décrit réalise la commutation d'une ligne d'entrée vers trois lignes de sortie, mais le même type de dispositif conviendrait évidemment pour commuter une ligne d'entrée sur deux lignes de sortie seulement ou bien sur plus de trois lignes.
En se reportant maintenant à la vue perspective générale du commutateur (figure 1) on y voit une ligne d'entrée coaxiale 1 horizontale et trois lignes coaxiales de sortie P, Q, R verticales, lesquelles sont attachées à un bomtier cylindrique en métal 1. Les trois lignes de sortie sont disposées à 120 degrés l'une de l'autre comme on le voit sur la vue en plan (figure 2) et possèdent des prolongements qui dépassent la boîte 1 et sont ferlés près de leur extrémité supérieure par des pistons de court-circuit 2, 3 et 4 dont la position est ajustable.
Trois sabots métalliques en forme d'U, 5, 6, 7, visibles sur la figure 3, sont reliés au conducteur intérieur des lignes de sortie par des fils de connexion courts qui pénètrent dans le boîtier 1 par de petites ouvertures. Ces sabots peuvent être considérés comme constituant les bornes terminales des
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(entre ceux-ci et les pistons 2, 3, 4) constituent des souches f
tubulaires de réglage qui seront désignées par Pg, Qg, et Rg.
En se reportant maintenant à la figure 3, on voit que le condensateur central de la ligne d'entrée 1 est relié à '\un disque horizontal fixe 8 (qui est situé au milieu de la boite
1) et à une souche tubulaire de règlage constituée par une courte longueur de ligne coaxiale pourvue près de son extrémité supérieure d'un piston ajustable 9. Au-dessous du disque fixe 8 se trouve parallèle à celui-ci un disque 10 à contour de came, supporté par un arbre 11 et pouvant tourner grâce à des moyens d'entraînement convenables situés dans une'boîte inférieure 12
(voir figure 1). Le disque 10 est découpé sur 240 degrés de sa périphérie et le secteur de 120 degrés qui est conservé peut pénétrer dans les sabots 5, 6 et 7. La figure 3 le représente engagé dans le sabot 5 de la ligne de sortie P.
L'arbre 11 traverse un palier 14 qui est situé à la partie inférieure d'un tube court 15, constituant une ligne coaxiale qui produit une réactance de couplage X entre le disque lu et la boite 1 qui est à la terre.
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constituées chacune par deux conducteurs placés à l'intérieur d'un tube, l'un des deux conducteurs étant relié au disque 8 et l'autre à l'un des trois sabots en U. Les trois souches lp, lq, et lr, n'ont pas été représentées sur la figure 3. La souche lq n'a pas été représentée sur la figure 1, (pour rendre les figures plus
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règlage des souches lp, lq, et lr se fait au moyen de tampons de court-circuitage, dont l'un est désigné par 16 sur la figure 4.
Ces tampons ne sont pas en liaison électrique avec les parois des tubes pour une raison qui sera expliquée plus loin.
Quand le disque 10 se trouve dans la position représentée sur les figures 3 et 4 les ondes transmises par la ligne d'entrée 1 passent par la capacité relativement assez grande ld qui existe entre les disques 8 et 10 et par la capacité rela,tivement aussi grande Dp + Da qui existe entre le secteur 13 du disque 10 et le sabot 5. Ceci constitue une voie de transmission efficace lorsque les souches de réglage ont été ajustées de la façon qui va être expliquée.
Des capacités beaucoup moins importantes Dq et Dr
(non désignées sur les figures 3 et 4) existent entre les parties échancrées 17 du disque 18 et les sabots 6 et 7 des lignes de sortie Q et R. L'effet de ces petites capacités sera éliminé
par le réglage des souches comme on va aussi l'expliquer de telle sorte qu'il n'y aura pas d'énergie transmise sur les lignes de sortie Q et R.
Quand le disque 10 a tourné et que le secteur 13 s'est engagé dans le sabot 6 de la ligne Q, la capacité Id est toujours la même, mais c'est une capacité relativement grande qui existera maintenant entre le disque 10 et le sabot 6, ce
qui aura pour résultat la transmission effective entre les lignes 1 et Q. En même temps la capacité entre le disque 10 et le sabot 5 se trouvera alors réduite à une petite valeur Dp dont l'effet sera détruit au moyen des souches de règlage.
L'effet de rotation du disque 10 a donc été de transférer la capacité complémentaire Da de la ligne P à la ligne Q, de telle sorte que la capacité entre le disque 10 et le sabot 6 est maintenant égale à Dq + Da. On verrait de même que lorsque le disque 10 tourne pour engager le secteur 13 dans le sabot 7 de la ligne R, la capacité complémentaire Da est transférée au sabot 7, ce qui entraîne la transmission effective sur
la ligne R.
En pratique, comme les trois lignes de sortie sont disposées symétriquement, les trois petites capacités Dp, Dq.ët Dr sont égales, Ainsi, quand le disque 10 est entraîné dans un mouvement de rotation continue, la capacité Da est transférée successivement d'une ligne à l'autre et la transmission est effective pendant un tiers de tour environ sur chacune de ces lignes, les deux autres étant bloquées.
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semblables à P, Q et R peuvent être disposées symétriquement autour de la botte 1, chacune d'elles étant pourvue de deux
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devrait alors être modifié de telle sorte que le secteur avancé
13 soit d'une ouverture un peu inférieure à 360/n degrés, si n désigne le nombre de lignes de sortie. La somme de la largeur angulaire du secteur 13 et.de la largeur annulaire de chaque sabot devrait être un peu inférieure à 360/n degrés. On pourrait avoir, par exemple, deux lignes de sortie diamétralement opposées par rapport à la boîte 1 et l'angle du secteur 13 serait alors un peu inférieur à 180 degrés. S'il y a un grand nombre de lignes, il pourrait être nécessaire d'augmenter le diamètre du disque 10 afin de pouvoir réduire suffisamment la durée de l'intervalle
du changement de situation d'une ligne (passant de la situation bloquée à la situation ouverte) par rapport à la période du cycle.
Mais si le disque 10 était trop large il pourrait se produire des troubles de fonctionnement dus à des réactances additionnelles
en série avec les capacités Dp + Da. Pour éviter de tels phénomènes, le rayon du secteur 13 doit rester inférieur au 1/8 de la longueur d'onde de fonctionnement, ou plus exactement, il doit
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tier.
Pour expliquer maintenant comment on doit ajuster les souches coaxiales pour produire l'effet désiré de bloquage ou d'accord, on a représenté sur la figure 5 un diagramme d'impédances qui reproduit sensiblement les conditions des organes des figures 1 à 4. Ce diagramme comporte en réalité certaines simplifications, mais il peut donner une idée suffisamment exacte pour l'explication des réglages.
Sur la figure 5, 1 représente le terminal de la ligne d'entrée sur le commutateur, P, Q et R les sabots terminais des trois lignes de sortie; la lettre D représente le disque tournant
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l'appareil ainsi que par les conducteurs extérieurs des lignes coaxiales.
La réactance entre le disque D et la masse (représentée par la ligne coaxiale 15) est désignée par X. On a figuré en Dp, Dq et Dr les petites capacités qui existent respectivement entre le disque D et chacun des terminais des lignes de sortie lorsque celles-ci dont bloquées. La capacité Da (capacité additionnelle importante) que la rotation du disque D ajoute successi-
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La capacité fixe entre les deux disques de la figure 1 est désignée par ld. Les souches de règlage introduisant des réactances qui sont représentées sur la figure 5 par les désigna-
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tances peuvent être positives ou négatives. Les capacités existant
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peut les négliger et elles n'ont pas été représentées sur la figure 5. Les conditions à remplir sont les suivantes: <EMI ID=16.1> ondes doit être transmise sans perte de 1 vers P. -. <EMI ID=17.1>
R doivent être tous les deux exactement à la terre -.
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<EMI ID=19.1> lignes sauf une devraient être à la terre et la transmission de 1 vers la ligne non à la terre devrait être une transmission sans perte.
Afin de rendre le schéma plus facile à lire, la figure 5 a été redessinée avec une présentation différente qui constitue la figure 6 sur laquelle on voit le réseau de transmission équivalent dans le cas où le contact K est sur P. Zi représente l'impédance de la ligne d'entrée, laquelle est supposée comprendre un oscillateur 0 qui engendre les ondes et 'qui est connecté entre le point 1 et la terre G. L'impédance de la ligne de sortie Zp est reliée entre le point P et la terre G. La réac-
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mêmes que dans la figure 5. On a ajouté sur la figure 6 une réactance x dont la définition sera donnée plus loin.
On voit que les impédances Zi et Zp sont reliées par un pont de réactances en T dont l'entrée et la sortie sont shuntés par,lg et Pg, qui sont des souches réglables. Par le rè-
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dance image du réseau en T pour qu'elle corresponde respectivement aux impédances Zi et Zp.
On va voir d'abord comment le point P peut être mis
à la terre lorsque le contact K de la figure 5 se trouve sur Q
ou sur R. Dans ce cas la capacité Da de la figure 6 doit être supprimée.
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la ligne coaxiale 15 (voir figure 3) et peut être positive ou négative. Il y a deux cas à considérer, selon que les tensions en 1 et en D sont en concordance de phase ou bien en opposition de phase. On se trouvera dans l'un ou dans l'autre de ces cas selon le signe et la valeur des réactances qui sont situées dans les bras ID et DG du r,éseau.
On supposera pour fixer les idées (en se souvenant que l'on raisonne sur une figure 6 où Da a été supprimé) que
x est une réactance positive inférieure à la valeur qui serait nécessaire pour résonner à la fréquence opératoire avec le bras
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de telle sorte qu'il se trouvera entre 1 et D un point ou potentiel de la terre. La réactance lp peut être considérée comme en série avec la réactance Dp entre les points 1 et D et elle constitue alors un potentiomètre dont on peut se servir pour réduire
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mission d'énergie vers Zp. Il suffira pour cela d'ajuster lp à une valeur de réactance négative convenable: lp sera donc équivalent à une capacité.
Le même raisonnement vaudrait.pour la, et lr, à cause de la symétrie du dispositif, car les conditions de bloquage de Q et de R sont.les mêmes que celles de P lorsque la transmission
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Si l'on examine maintenant le cas où X est une réactance négative, ou bien une réactance positive dont la valeur serait supérieure à celle qui serait nécessaire pour faire résonner les bras 1D et DG, les tensions en 1 et en D seront en concordance de phases et si l'on veut porter le point P au potentiel de la terre en ajustant Ip, la réactance de Ip devra être positive, c'est-à-dire que lp devra être équivalent à une inductance. Le même raisonnement est encore valable pour lq et pour Ir.
On reprendra maintenant l'examen de la figure 6 en rétablissant le condensateur Da entre les points D et P, ce qui correspond au cas où la transmission doit être effective entre
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Sur la figure 5, entre les points 1 et D sont connectés les réactances Dq et lq et aussi les réactances Dr et Ir. Pour simplifier le schéma de la figure 6 on a combiné ces 4 réactances en une réactance unique x placée en parallèle avec ld. On notera également que les réactances Qg et Rg ne vont jouer aucun rôle pendant que les points Q et R sont à la terre et qu'on peut, par suite, ne pas les représenter sur la figure 6 où l'on étudie la transmission entre 1 et P.
Les conditions de l'accord entre 1 et P vont être réalisées en tenant compte de la présence de la réactance Da; elles n'existeront plus lorsque Da sera déconnecté d'avec le point P, mais cela n'a aucune importance puisque, à ce moment, le point P sera mis à la terre pour bloquer la ligne P.
La méthode de règlage consiste à ajuster d'abord les réactances Ip, lq, et lr de sorte que la transmission soit convenablement bloquée sur les lignes P, Q et R lorsque le disque D est tourné pour la transmission. Les points P, Q et R sont à la terre lorsque la ligne correspondante est bloquée. Les trois rè-
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bien que théoriquement chacun d'entre eux affecte également les autres à cause du léger changement de réactance qui en résulte entre 1 et D. Mais, cet effet sera négligeable, et on peut, au surplus, procéder à un réajustement final des trois souches.
Après avoir ainsi ajusté lp, lq et lr on procèdera
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à la terre lorsque les lignes correspondantes ne doivent pas transmettre, les règlages de Pg, Qg et Rg ne peuvent pas entraîner de dérèglages pour lp, lq et Ir et sont bien indépendants les uns des autres.
S'il y avait seulement deux lignes de sortie, ou
plus de trois lignes de sortie, la méthode à suivre serait exactement'la même. Chacune de ces lignes serait pourvue de deux souches de règlage correspondant respectivement à lp et à Pg.
On ajusterait d'abord toutes les souches lp pour satisfaire aux conditions de bloquage, ensuite lg et tous les Pg seraient ajustés pour satisfaire à la condition de transmission sans perte et les deux séries de règlages ainsi pratiquées seraient indépendantes l'une de l'autre.
En se reportant à la figure 4, on voit que la souche lp qui introduit une réactance ajustable entre le point 1 et le point P, introduit également deux petites réactances, l'une entre le point 1 et la terre et l'autre entre le point P et la terre,
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Ces deux petites réactances nuiraient à l'accord du réseau de la figure 6 à moins d'être exactement connues. Le tube extérieur de la souche Ip, ainsi que ses deux conducteurs intérieurs se prolongent au-delà du tampon de court-circuit 16 qui, pour cette raison doit être isolé du tube et la longueur totale de la souche est équivalente à une demi-longueur dbnde. Les deux réactances de shunt sont alors très grandes et leur effet est
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et Pg.
Les souches lq et Ir sont évidemment traitées de la même manière.
Il pourrait arriver que les souches lp, lq et Ir soient assez longues pour être gênantes; on peut alors les remplacer par des réactances de faible volume. Par exemple, dans un montage où les réactances Ip doivent être positives, on a pu constituer celles-ci par un petit enroulement fournissant l'inductance voulue et placé sous écran. Le règlage de lp n'a pas besoin d'être extrêmement précis parce que si une petite tension tésiduelle reste non équilibrée au point P elle doit agir à travers la très grande impédance de la petite capacité Dp et celle de la bobine lp en parallèle: le courant résultant sera extrême-.
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neutralisation satisfaisante de la tension du point P pour produire l'effet de bloquage.
La figure 7 représente la façon dont la petite <EMI ID=32.1>
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et les deux extrémités de la bobine 18 sont reliées respective-
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de la souche lp dans la figure 4.
La même modification sera évidemment apportée aux deux souches lq et lr remplacées par des bobines ayant la même inductance que la bobine 18.
L'emploi de sabots en forme d'U pour constituer les terminals des lignes de sortie est avantageux parce qu'il fournit la garantie que la capacité de couplage Dp + Da ne changera pas
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sur ses paliers. De plus, en dimensionnant convenablement les sabots on peut faire varier la capacité de couplage dans des limites considérables, ce qui peut être intéressant si l'on veut construire des commutateurs pour travailler à de très hautes fréquences.
Pour que le disque 10 soit équilibré mécaniquement,
la partie évidée 17 peut être chargée d'un contrepoids permettant de faire tourner le disque à des vitesses de l'ordre de 500 tours à la minute.
Quand le commutateur de l'invention est destiné à fournir des ondes modulées à trois lignes ou antennes, on peut désirer que les trois signaux de modulation soient différents.
La figure 1 montre un commutateur répondant à cette condition grâce à quatre disques 21, 22, 23, 24, munis de balais et montés sur l'axe d'entraînement 11.
Le disque 21 peut être divisé en trois segments
égaux et isolés l'un de-l'autre pour correspondre aux trois
lignes de sortie. Les trois autres disques sont des disques plains, respectivement reliés à l'un des segments du disque 21. Les trois signaux de modulation sont fournis respectivement par
les balais correspondant aux disques 22, 23 et 24 tandis que
le balai frottant sur le disque 21 est relié au transmetteur.
Une autre solution consisterait à munir le transmetteur de trois oscillateurs de modulation reliés en parallèle et produisant des fréquences différentes; chacun de ces oscillateurs étant bloqué normalement (c'est-à-dire n'oscillant pas) et relié à l'un des disques 22, 23 ou 24. Un potentiel de débloquage serait appliqué au balai frottant sur le disque 21
et les oscillateurs seraient ainsi débloqués tour à tour, de telle sorte que les ondes envoyées sur une ligne de sortie seraient modulées à la fréquence choisie pour cette ligne.
D'autres dispositifs de commutation sont encore évidemment réalisables, et tous les dispositifs de commutation peuvent être aussi réalisés pour un nombre quelconque de lignes desortie.
Bien que l'on ait supposé dans la description qui précède que le commutateur était utilisé pour transmettre de l'énergie arrivant par une ligne unique et distribuée successivement à plusieurs lignes de sortie, il est clair que le commutateur peut aussi être utilisé en sens inverse sans aucune modification, c'est-à-dire, recevoir de l'énergie venant de plusieurs lignes d'entrée raccordées successivement à la ligne de sortie.
Les dispositions de la présente invention diffèrent de celles connues en ce qu'elles constituent un moyen de couplage avec une série de circuits auxquels la liaison est donnée pendant des temps égaux. Les dispositions du brevet précédent concernaient un système de manipulation pour imbriquer des signa.ux entre deux circuits qui se trouvaient ainsi couplés avec le circuit d'entrée pendant des temps inégaux.
Par la présente invention la commutation peut donc être réalisée par un seul disque à came tournante tandis que
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cames distinctes, c'est-à-dire une disposition un peu plus compli-�
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lignes de sortie devient supérieur à deux.
Il est évident que le commutateur peut subir des modifications de telle sorte que la tension qui se manifeste sur les terminals des circuits bloqués soit réduite à zéro par un circuit bouchon. Le disque tournant 10 peut être disposé pour désaccorder successivement chacun de ces circuits bouchon afin
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