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DISPOSITIF DE CONTROLE D'AMPLIFICATION.
L'invention a pour but de contrôler la tension de sortie d'amplificateurs à haute fréquence, en particulier des amplificateurs utilisés en télévision ou dans les radars, problème qui ne peut être résolu avec les systèmes connus jusqu'ici.
En effet, on ne peut utiliser les potentiomètres de contrôle du gain à haute impédance pour ces fréquences élevées qui seraient affaibli@es par la capaci- té des circuits qui suivent le potentiomètre et par sa propre capacité.parasite.
D'autre part, un potentiomètre à basse impédance mis en parallèle sur la source de tension H.F. qui a généralement une impédance élevée, constituerait un shunt néfaste.
Aussi, doit-on chercher à avoir un potentiomètre à basse impédance placé après le premier amplificateur et qui ne court@circuite pas la souree de tension à haute impédance.
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On effectue généralement le contrôle du gain à la sortiedu premier amplificateur, soit par une résistance dans le circuit de cathode, soit par une résistance anodique, soif): par une résistance de charge connectée en série avec un condensateur de blocage. Le contrôle avec l'une des deux premières Méthodes est efficace, mais, comme la résistance de contrôle est dans un circuit de courant con- tinu, il en résulte des fluctuations de ce courant, qui se traduisent généralement par le fait que le niveau de sortie atteint sa valeur par une variation lente et non pas instantanément suivant la commande.
Quant à l'utilisation d'une résistance de charge, elle ne produit pas de fluctuations du courant continu, mais s'est révélée peu pratique étant données les dimensions qu'il faut donner au condensateur de blocage associé à une résistance de charge de faible valeur, pour conserver les caractéristiques de l'amplification en haute fréquence. Ceci est particulièrement vrai lorsqu'on veut obtenir le contrôle dans une large bande de fréquence, si bien que le condensateur doit passer des fré- quences relativement basses.
Il faut donc, dans ce cas, disposer d'une résistance faible pour le con- tr8le de l'amplification, qui ne nécessite pas de condensateur de blocage, mais ne soit néanmoins traversée par aucun courant continu. De plus, étant donné que ce contrôle doit s'effectuer de préférence à la sortie du premier amplificateur, il est parfois souhaitable de disposer d'une commande telle que la tension de sortie minimum soit plus grande que zéro.
Par exemple, dans les oscilloscopes de contr8le, la tension de sortie du signal pour laquelle le potentiomètre est au minimum, doit être suffisante pour que l'on puisse obtenir la pleine déviation sur l'oscilloscope, sans surcharger le pre- mier tube amplificateur de la tension signal; ainsi, toute tension de signal qui aurait pour effet de surcharger ce tube donnera des déviations excessives sur l'é- cran de l'oscilloscope.
De même, dans les appareils de télévision, où la source vidéo-fréquence a une tension de sortie telle que le signal video puisse être trop important pour être amplifié correctement par le premier amplificateur vidéo, il faut prévoir un dispositif de contrôle du gain ayant un niveau de sortie minimum suffisant pour assurer une déviation complète du spot sur l'eran de l'ossillographe, sans que le premier tube video soit surchargé; de cette manière, toute tension de sortie de la source video qui aurrait pour effet de surcharger le premier tube don- nera une déviation excessive sur l'écran de l'oscilloscope.
Toutefois, dans certains cas, comme, par exemple, dans les appareils de
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télévision, lorsque le générateur à video fréquence a une tension de sortie cons- tante, ou lorsque cette tension à un maximum suffisamment bas pour qu'elle puisse être amplifiée sans distorsion par le premier tube video, sans que ce dernier soit surchargé, il n'y aura aucun mal à ce que le dispositif de contrôle de'gain puisse réduire la tension de sortie à zéro.
Aussi l'invention at-elle pour objet un système de contr8le du gain pour amplificateurs à haute fréquence à large bande, utilisant comme élément de contrôle une résistance faible, placée dans un circuit de courant continu, mais non traversée par un courant unidirectionnel, de manière à éviter des fluctuations possibles de ce courant sans faire appel à un condensateur de blocage.
L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels : - La figure 1 donne le schéma du circuit d'un oscilloscope comprenant un système de contr8le du gain, conforme à l'invention.
- Les figures 2, 3 et 4 représentent diverses variantes de l'invention.
- Les figures 5,6 et 7 , divers perfectionnements conformes à l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté en 1 une source de tension signal, en 2 le circuit de contrôle du gain, en 3 le nombre voulu d'étages amplificateurs et en 4 a le tube à rayons cathodiques, muni de son écran 5.
Le tube amplificateur 6 du circuit 2 comporte une cathode 7, une grille 8 et une anode 9. La cathode est mise à la masse par la résistance 10, la grille étant connectée à la source d'excitation par le condensateur de couplage 11 et mise à la masse par la résistance 12. L'anode est reliée directement à la borne positive d'une source de tension d'alimentation 13-, dont l'autre borne est mise à la masse et qui est shuntée par le condensateur 13a de manière à présenter une impédance nulle aux courants alternatifs. Le circuit de sortie pour le courant alternatif du tube 6 est ainsi constitué par la résistance 10.
Le courant continu provenant de la batterie 13 traverse les résistances 14 et 15, connectées entre sa borne positive et la masse. Le potentiomètre de contr8le du gain est figuré en 16, connecté entre la cathode 7 et la borne positive de la ré- sistance 15. Le curseur mobile sur ce potentiomètre est connecté par un filtre passe- haut 17-17, à la grille de commande, non représentée, de l'amplificateur suivant.
On voit que le potentiomètre 16 peut avoir une impédance relativement basse sans court-circuiter la source de tension 1. De plus, comme il est connecté dans un circuit de courant continu, il n'est pas nécessaire d'introduire de condensateur de
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blocage, le circuit pouvant être réglé de manière qu'aucun courant continu ne traverse le potentiomètre. Dans ce but, conformément à l'invention, on donne à la résistance 15 une valeur telle que le courant qui traverse, émis par la batterie, les résistance 14 et 15 en série, amène la borne supérieure de la résistance 15 au même potentiel que la borne supérieure de la résistance 10, connectée à la cathode.
Les deux bornes du potentiomètre 16 sont alors au même potentiel par rap- port à la masse. Le potentiomètre 16 et la résistance 15, connectés en série, cons- tituent un diviseur de tension pour la tension de fréquence signal apparaissant sur la résistance 10. Etant donné que, pour cette fréquence, la borne commune des ré- sistances 10 et 15 est à la masse, il est évident que le coefficient d'amplification est donné par la relation
EMI4.1
R15 * R16 R15
On peut obtenir pratiquement, avec un tel circuit, un rapport de 6 à 1 en utilisant un potentiomètre de 1.500 ohms et une résistance 15 de 300 ohms.
On peut alors donner à la résistance cathodique 10 une valeur de 1.000 ohms, la catho- de ainsi que la borne commune aux résistance 13 et 14 étant portées à + 5 volts en tension continue. Il est bien évident que les valeurs précédentes sont uniquement données à titre d'exemple, sans aucun caractère limitatif.
Sur la figure 2, on a représenté un circuit de contrôle du gain, voisin du précédent, et dans lequel les mêmes éléments portent les mêmes nunéros de référen- ce que sur la première figure. Ces deux circuits diffèrent en ce que le tube 6 est à charge anodique (résistance 20) au lieu d'être à charge cathodique (résistance 10).
Suivant cette variante, le potentiomètre 16 est connecté entre les bornes inférieures des résistances 14 et 20, au lieu d'être connecté entre les bornes supé- rieures des résistances 10 et 15, ces deux bornes étant également maintenues au même potentiel. On remarquera que, dans le circuit de la figure 2, la borne commune des résistances 14 et 20 est mise à la masse pour le courant à fréquence signal par le condensateur 13a, si bien que le coefficient d'amplification est donné par l'expres- sion :
EMI4.2
"16 ' R14 R14
Pour tous les autres points, les circuits des figures 1 et 2 fonctionnent de la même manière.
Ces deux circuits s'appliquent à des appareils dans lesquels la tension de sortie doit être supérieure à zéro. Dans le cas de la figure 1, la tension de
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sortie minimum est la tension à fréquence signal apparaissant aux bornes de la résistance 15, et dans le second cas c'est la tension à fréquence signal apparais- sant aux bornes de la rêsistance 14.
Les circuits des figures 3 et 4 conviennent lorsque la tension de sortie du circuit de contr8le du gain doit être nulle. Dans ce cas, les deux bornes oppo- sées du potentiomètre sont maintenues à la même tension unidirectionelle par une batterie dont l'impédance est négligeable à la fréquence du signal et qui est con- nectée en série avec le potentiomètre aux bornes de la résistance de sortie, de ma- nière à annuler l'effet de sa différence de potentiel. On obtenait un résultat sem- blable dans le cas des figures 1 et 2 en connectant une résistance séparée en série avec le potentiomètre aux bornes de la résistance de sortie et en lui donnant une valeur telle que les chutes de tension soient égales et opposées dans ces deux ré- sistances.
Sur la figure 3, on constate que l'anode 9 du tube 6 est directement re- liée à la borne positive de la batterie 13, tandis que la cathode 7 est connectée par la résistance de charge 10 à la borne négative d'une petite batterie 21 dont la borne positive est mise à la masse. Cette batterie est shuntée pour les courants à fréquence signal par le condensateur 22. Le potentiomètre 16 de contr8le du gain est connecté entre la borne positive de la résistance cathodique 10 et la masse.
Lorsque le circuit fonctionne, cette résistance est dans un circuit de courant continu, allant de la borne positive de la batterie 13 à la masse par le tube 6 la résistance 10 et la batterie 21. Mais elle appartient également à un circuit à fréquence signal comprenant le condensateur 13a, le tube 6, la résistance 10 et le condensateur 22. Le courant unidirectionnel qui traverse la résistance 10 est réglé de manière que la borne supérieure ou positive de cette dernière soit maintenue sensiblement au potentiel de la masse, de façon qu'@aucun courant unidirec- tionnel ne traverse le potentiomètre 16 de commande du gain. Dtautre part, ce poten- tiomètre et le condensateur 22 sont montés en diviseur de tension en série, pour la tension à fréquence signal apparaissant aux bornes de la résistance 10.
La compo- sante de cette tension aux bornes du condensateur 22 est négligeable.
Sur la figure 4, on a représenté un circuit de commande du gain, voisin de celui de la figure 3, mais comportant une résistance de charge anodique 20 et non cathodique, Le potentiomètre de commande du gain 16 est connecté entre l'anode 9 du tube 6 et le point de la batterie 13 qui se trouve à la même tension unidirection- nelle que cette anode. La partie de la batterie 13, aux bornes de laquelle est con-
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-neoté le potentiomètre, est shuntée pour la fréquence signal par le condensa- teur 23. Dans ce cas, la résistance anodique 20 appartient à un circuit à courant continu comprenant la batterie 13, la résistance 20, le tuke 6 et la résistance ca- thodique 10.
Comme les bornes opposées du potentiomètre 16 sont maintenues à la mê- me tension continue et comme l'impédance du condensateur 23 est négligeable pour le courant à fréquence signal, le potentiomètre est connecté en parallèle sur la résis- tance 20 pour la composante de tension à fréquence signal.
On peut, d'ailleurs, perfectionner encore les circuits précédemment décrits conformément à l'invention, en supprimant le pont à forte consommation de courant.
Pour cela, on remplace la résistance 14 (figures 1 et 2) du pont de résistances 14-15 par un tube présentant la même résistance en courant continu, mais une Impédance beau coup plus faible en courant à la fréquence signal.
Sur la figure 5, on a représenté le nouveau perfectionnement apporté aux circuits de l'oscilloscope de la figure 1. Les éléments portant les numéros 1 à 13 sont les mêmes sur ces deux figures, mais on voit que, dans la figure 5, on a subs- titué à la résistance 14 en série avec la résistance 15, un tube 14 en série avec la résistance 15. Le tube 14 comporte une cathode 16, une grille 17 et une anode 18.
La cathode est connectée à la résistance 15 et l'anode 18 à la borne positive de la batterie 13. La grille 17 est mise directement à la masse, sa polarisation négative par rapport à la cathode, étant obtenue par la chute de tension dans la résistance cathodique 15.
Les cathodes 7 et 16 sont connectées aux deux extrémités du potentiomètre 19, elles sont maintenues sensiblement au même potentiel, en continu, grêce aux cou- rants qui traversent les résistances cathodiques 10 et 15 des tubes 6 et 14 alimentés par la batterie 13. La prise mobile du potentiomètre 19 est connectée par le conden- sateur 20 et la résistance 21 à la grille de commande, non représentée, de l'amplifi- cateur suivant.
Comme il a été dit, on donne à la résistance 15 une valeur ternie que la composante continue du courant du tube 14 produise entre ses bornes une différence de potentiel égale à celle qui existe aux bornes de la résistance 10. De cette ma- nière, il n'apparaît aux bornes du potentiomètre 19 que des différences de potentiel à fréquence signal, car, pour le courant à cette fréquence le potentiomètre 19 se trouve connecté en série avec la résistance 15 aux bornes de la résistance 10, les e , éléments 15 et 19 fonctionnant en diviseurs de tension pour cette fréquence.
Or, comme la batterie 13 a une Impédance sensiblement nulle en courant alternatif à la
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fréquence du signal, l'anode 18 du tube 14 est mise à la masse pour cette fré- quence, si bien que le tube 14 est alors connecté en parallèle sur la résistance 15. Si ! est la pente de ce tube monté en cathodyne, son impédance en alternatif est égale à 1, et l'impédance connectée en série avec le potentiomètre 19 aux bor- s nes de la résistance 10 est :
EMI7.1
.2:-. R15 s r m ########## ---1-+ R15 s où R15 est la valeur de la résistance 15, Cgtte impédance totale effective r est très inférieure à R15. D'autre part, la résistance totale entre la cathode 16 et la masse pour le courant unidirectionnel est R15.
On peut ainsi maintenir la ca- thode 16 à un potentiel unidirectionnel appréciable sans qu'il apparaisse aux bor- nes de la résistance 15 une partie importante de la tension signal.
Le coefficient d'amplification du circuit décrit est donné par l'expression
EMI7.2
R19 + r r On voit donc que l'on peut ainsi obtenir un coefficient très élevé sans consomma- tion de courant importante, grâce à l'introduction dans le circuit du tube à charge cathodique 14.
Quand le potentiel à fréquence signal de la cathode 16 tend à augmenter, la polarisation négative du tube 14 croît puisque la grille 17 est à la masse. Par conséquent, le tube conduit moins, ce qui empêche la différence de potentiel ins- tantanée d'augmenter aux bornes de la résistance 15. Inversement, lorsque la ten- sion de la cathode 16 tend à diminuer, le tube moins polarisé conduit plus de cou- rant, ce qui empêche la différence de potentiel instantanée de diminuer aux bornes de la résistance 15. Le tube 14 s'oppose donc aux variations de tension à la fré- quence signal aux bornes de la résistance 15,,
On peut utiliser cet effet pour obtenir un coefficient d'amplification plus élevé, en diminuant la résistance effective entre la cathode 16 et la masse, pour les courants alternatifs, et en l'amenant sensiblement à zéro.
Dans ce but, fin a représenté sur la figure 6 une nouvelle variante de l'invention qui diffère de celle de la figure 5 en ce que la grille 17 du tube 14 est mise à la masse par une résistance 17a, et en ce qu'elle est couplée à l'anode 9 du tube 6 par un condensa- teur 17b, l'anode 9 étant reliée à la borne postive de la batterie 13 par une ré- sistance de charge 22.
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On applique ainsi à la grille 17 une tension à fréquence signal en opposition de phase avec la tension aux bornes de la résistance 15, puisque l'une vient de l'anode 9 du tube 6 et l'autre de sa résistance cathodique 10. On contribue ainsi à empêcher toute variation du potentiel instantané de la cathode 16 et, en ré- glant convenablement la résistance 22, on accroit encore l'efficacité du montage ca- thodyne, aucune tension alternative ne peut apparaître aux bornes de la résistance 15, l'impédance entre la cathode 16 et la masse est nulle pour les courants à la f réquen- ce du signal.
On peut aussi la rendre négative en augmentant la valeur de la résistance 22 et, par suite, la tension alternative sur la grille 17, Dans ce cas, la tension signal sur la cathode 16 a un signe opposé à celle sur la cathode 7, si bien que, au fur et à mesure que l'on diminue le coefficient d'amplification, la tension passe par zéro, puis change de sens en augmentant d'amplitude. Par suite, le circuit de la figu- re 2 peut être utilisé à la fois comme circuit de contr8le du gain et d'inversion de phase.
Le montage de la figure 7 correspond à un perfectionnement au circuit de la figure 8. L'amplificateur 6, la batterie 13 et le circuit de couplage 20-21 sont les mêmes que sur les figures 5 et 6, mais le potentiomètre 19 est connecté aux bornes de la résistance de charge anodique 22, en série avec une résistance 23. Celle-ci est connectée à l'anode 26 d'un tube à gaz 24, tel que tube à néon ou à vapeur de mercure, dont la cathode 25 est mise à la masse. Comme il a été dit à propos de la figure 5, ce tube 24 se trouve en parallèle avec la résistance 23 pour le courant alternatif provenant de la résistance anodique 22, ce qui diminue la valeur de l'Impédance en série avec le potentiomètre 19.
Pour le courant continu, le tube 24 est connecté en série avec la résistance 23 aux bornes de la batterie 13, ce qui permet de maintenir une polarisation équilibrée unidirectionnelle, suffisante aux bornes de la résistance 23. Contrairement au cas des figures 5 et 6, c'est la cathode et non l'anode du tube 24 qui est mise à la masse pour la fréquence signal.
Ce tube joue le rôle de régulateur de tension et diminue la résistance effec tive, en alternatif, entre l'anode 26 et la masse. Il est ,en effet, bien connu que la tension entre anode et cathode d'un tube à gaz reste sensiblement constante pour une large variation de courant. Comme le courant dans le tube 24 comprend à la fois une composante continue et une composante alternative, et comme la chute de tension dans le tube est sensiblement constante, il est clair que la tension alternative maximum
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aux bornes du tube est limitée à une valeur très faible. Ce tube à gaz joue donc le rôle d'une faible résistance qui serait connectée en parallèle sur la résis- tance 23 pour les courants alternatifs.
Bien que l'on ait seulement décrit quelques modes de réalisation de l'in- vention, fil est bien évident que l'on ne désire pas se limiter à ces formes particu- lières données à simple titre d'exemples non limitatifset que, par conséquent, toutes variantes ayant même principe et même objet que les dispositions ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.