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PERFECTIONNEMENTS AUX CIRCUITS DE CONTROLE DU GAIN DES AMPLIFICATEURS.
La présente invention concerne les circuits de réglage de gain des amplificateurs, et elle a notamment pour objet un système de con- trôle manuel perfectionné de gain pour des amplificateurs HF à large bande.
La variation du gain n'affecte pas la symétrie de la bande passan- te, et le réglage d'un élément unique de contact mobile fait varier si- multanément la tension d'une électrode de contrôle pour modifier le gain de l'appareil, ainsi que la tension d'une autre électrode de con-
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-trôle, pour maintenir sensiblement constante la capacité d'entrée de l'appareil, pour tous les réglages du gain.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise si l'on se reporte à la description qui suit et au dessin qui l'accompagne à titre d'exem- ple non limitatif dans le seul but de faciliter l'exposé de l'inven- tion, et dans lequel: la figure 1 est le schéma d'un amplificateur HF conforme à l'in- vention, les figures 2, 3 et 4 sont des courbes montrant certaines carac- téristiques de fonctionnement de l'amplificateur de la figure 1. la figure 5'est le schéma d'une variante de l'invention.
En se reportant à la figure 1, on voit qu'une tension est appli- quée au primaire 10 d'un transformateur de couplage 11, par une source appropriée, non représentée. Bien que l'invention ne soit pas limitée à cette application, elle est particulièrement avantageuse lorsque l'on a affaire à des ondes de fréquences relativement élevées, de l'or- dre de plusieurs mégahertz et davantage, et comprennent une bande re- lativement large de fréquences, couvrant plusieurs centaines de kilo- hertz et même plusieurs mégahertz. De telles porteuses et de telles largeurs de bandes sont utilisées couramment en télévision, et dans les systèmes à modulation de fréquence, par exemple.
Le secondaire 12 du transformateur 11 a une borne reliée à la grille de commande 13 d'un tube amplificateur électronique HF 14, re- présenté sous forme d'une pentode, l'autre borne étant reliée à la masse par le conducteur 15. Le primaire et le secondaire 10 et 12 sont accordés sur la fréquence intermédiaire, par tout dispositif convenable.
C'est ainsi qu'on a représenté le primaire 10 comme accordé par la ca- pacité répartie de l'enroulement et par d'autres capacités en shunt sur le circuit, représentées par le condensateur 16, en pointillé. Le secondaire 12 est également accordé par sa capacité répartie, et par d'autres capacités en shunt, représentées par le condensateur 17, aux- quelles s'ajoute la capacité d'entrée du tube amplificateur 14, repré- sentée par le condensateur 18 en pointillé, relié entre la grille de
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commande 13 et la cathode 19.
Cette dernière est reliée à la masse par une résistance 20 shuntée par un condensateur 21, qui a une impédance faible pour la porteuse et les fréquences des bandes latérales, de tel- le sorte que la capacité d'entrée 18 du tube 14 est connectée en réa- lité directement aux bornes du secondaire 12. Quand on désire avoir une caractéristique correspondant à une large bande de fréquences, l'un ou l'autre des circuits 10 et 12, ou les deux, peuvent être shuntés de ma- nière connue par des résistances d'amortissement. On a représenté en 22 une telle résistance aux bornes du secondaire 12.
L'anode 23 du tube 14 est reliée à la masse par un circuit compre- nant le primaire 24 d'un transformateur de couplage de sortie 25, la résistance 26 et une source appropriée de tension, représentée conven- tionnelleinent par une batterie 27. La résistance 26 et la batterie 27 sont shuntées par un condensateur 28 important. Le secondaire 29 du transformateur 25 est couplé à un circuit quelconque d'utilisation non représenté. Ce circuit peut être constitué, par exemple, par un autre étage d'amplification, analogue au précédent.
Le transformateur 25 est accordé sur la fréquence intermédiaire de la même façon que le transfor- mateur 11, la capacité totale aux bornes du primaire 24 étant représen- tée par le oondensateur 30 en pointillé, et la capacité totale aux bor- nes du secondaire 29 étant représentée par le condensateur 31, en poin- tillé. Le secondaire 29 est aussi, de préférenoe, shunté par une résis- tance d'amortissement 33, afin d'obtenir une caractéristique favorable au passage d'une large bande.
La borne supérieure 34 de la résistance 26 est reliée à la borne supérieure 35 de la résistance 20, par une résistance potentiométrique 36. La grille-écran 37 de la pentode 14 est reliée à une prise 38, ré- glable sur la résistance 36. Cette prise 38 est constituée, de préféren- ce, par un contact glissant, pour obtenir un réglage très progressif en- tre les points 34 et 35. La grille écran 37 est également mise à la mas- se, du point de vue H.F., par le condensateur 39, et elle est reliée directement au point 34, par une résistance 40.-
La grille d'arrêt 41 est reliée, à l'intérieur du tube 14, à la ca- thode 19 de la pentode 14.-
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On sait que la capacité d'entrée d'un tube électronique amplifi- cateur ne dépend pas seulement de la construction du tube, mais aussi des tensions appliquées aux diverses électrodes.
Jusqu'ici, on avait eu l'habitude de faire seulement varier la polarisation de la grille de commande, pour faire varier le gain général de 1?amplificateur. Ce- ci peut assurer un contrôle satisfaisant dans les circuits fonctionnant à des fréquences relativement basses, lorsque la capacité d'entrée de l'amplificateur est négligeable par rapport aux capacités des circuits extérieurs. Mais derosses difficultés ont été rencontrées lorsqu'on a essayé d'appliquer ce contrôle à des circuits amplificateurs fonc- tionnant avec des fréquences très élevées, tels que les circuits à fré- quence intermédiaire des appareils de télévision, par exemple.
Il sem- ble qu'on doive en rechercher la cause dans le fait que la capacité d'entrée entre grille de commande et cathode des tubes utilisés dans ce but, peut subir des variations de grandeur atteignant un ou deux picofarads, lorsque la polarisation de la grille de commande varie en- tre sa valeur normale de fonctionnement et une valeur correspondant à la coupure du courant anodique. Lorsque la polarisation de la grille de commande devient moins négative, la capacité d'entrée diminue. Dans un amplificateur H.F. à large bande (figure 1), cet effet n'est pas né- gligeable, et cause un désaccord du circuit d'entrée, dans un sens tel qu'il augmente la réponse pour les fréquences basses de la bande pas- sante.
La figure 2 représente, en fonction de la fréquence (abcisses), le gain (ordonnées) obtenu dans un amplificateur à fréquence intermé- diaire à large bande passante, pour trois valeurs différentes de pola- risation de la grille de commande, les autres tensions restant fixes.
On va supposer tout d'abord que l'amplificateur est rélé pour que sa courbe de réponse soit plate, pour une certaine valeur de la polarisa- tion (courbe 50). Dans ces conditions, lorsque la polarisation de gril- le de commande devient plus négative, la variation de la capacité d'en- trée rend la courbe dyssymétrique. La courbe 51 en pointilé est une courbe de réponse typé, obtenue avec une augmentation de la polarisa-
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-tion de grille, et la courbe 52 en pointillé représente une courbe 4 réponse obtenue avec une valeur encore plus élevée de la polarisation négative de grille.
Inversement, on a trouvé que si l'on fait varier le gain de l'am- plificateur en agissant sur la tension de la grille-écran, les autres tensions restent constantes, il se produit alors un désaccord dans l'autre sens. Si la courbe 60 de la figure 3,représente la courbe de réponse pour une valeur donnée de la tension de grille écran, les cour- bes 61 et 62 représentent les effets produits par une diminution pro- gressive de la tension de grille écran. On remarquera que ces courbes sont presque exactement complémentaires des courbes 51 et 52 de la fi- gure 2, pour certaines valeurs des tensions.
Conformément à l'invention, ces deux effets sont combles de manié re à pouvoir effectuer un contrôle de gain sur une grande échelle, tout en conservant une courbe de réponse uniforme en fonction de la fréquen- ce.
On remarquera que les résistances 20, 26, 36, 40 de la figure 1, constituent les éléments d'un diviseur de tension relié aux bornes de la source 27. On a trouvé qu'en choisissant convenablement ces résis- tances, en vue du type d'amplificateur désiré, et pour les tensions et les fréquences envisagées, il était possible d'obtenir un contrôle é- tendu de gain en déplaçant la prise 38, tout en maintenant une courbe de réponse sensiblement symétrique pour tous les réglages.
C'est ainsi que la courbe 70 de la figure 4 représente les condi- tions de fonctionnement, lorsque la prise 38 est reliée directement au point 34, tandis que les courbes 71 et 72 correspondent à des posi- tions de la prise 38 plus voisines du point 35.
Le réglage et le fonctionnement des circuits, grâce auxquels ce résultat est obtenu, vont être expliqués ci-dessous plus en détail.
On va supposer que la prise 38 est tout d'abord reliée au point 34, La grille de commande 13 est auto-polarisée par les valeurs prédéter- minées du courant d'anode et de grille-écran, traversant la résistance
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20. Cette auto-polarisation est également provoquée par une valeur pré- déterminée du courant traversant directement le diviseur de tension 26, 36, 20, la résistance 40 étant court-circuitée pour cette position de la prise 38. En conséquence, la polarisation globale de la grille de commande 13 est déterminée par la chute de tension globale due au passage de tous ces courants dans la résistance 20.
La tension entre la grille-écran 37 et la cathode 19, est égale à la chute de tension aux bornes de la partie du diviseur de tension comprise entre la prise 38 et le point 35, c'est-à-dire, dans ce cas, aux bornes de toute la résistance 36.
Si la prise 38 est alors déplacée vers 35, en un point intermé- diaire, comme représenté figure 1, on voit que la résistance 40 est maintenant en parallèle sur la partie droite de la résistance poten- tiométrique 36, de telle sorte que le courant traversant la totalité du diviseur de tension est un peu plus grand qu'auparavant. Conformé- ment à l'invention, les résistances sont calculées de telle sorte que, malgré une diminution de la tension de grille -écran qui fait baisser les courants d'anode et de grille-écran dans l'amplificateur 14 et la résistance 20, la différence de potentiel effective de polarisation entre la grille de commande 13 et la cathode 19 augmente, en raison de l'accroissement du courant dans le diviseur de tension, fourni par la source 27.
Autrement dit, les constantes du circuit sont choisies de telle façon que le courant du diviseur de tension, traversant la résistance 20, augmente plus vite que ne décroît la somme des courants d'anode et de grille-écran. Les valeurs convenables des résistances sont très fa- cilement déterminées par essais. Le réglage est convenable quand l'ef- fet du désaccord résultant de la diminution de la tension de grille- écran est juste compensé par une augmentation correspondante de la ten- sion nette de polarisation appliquée à la grille de commande 13.
On a trouvé que la plus grande partie du contrôle de gain est, en pratique, obtenue par la variation de la tension de la grille-écran,
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et qu'il suffit d'une variation relativement faible de la tension de la grille de commande pour maintenir sensiblement constante la capaci- té d'entrée 18.
Dans le dispositif de la figure 1, on remarquera que la tension de la grille-écran s'annule lorsque la prise 38 atteint le point 35, et que le courant dans le diviseur de tension est maximum, dans ces conditions, puisque la résistance 40 est en parallèle sur toute la ré- sistance 36.
La variante de la figure 5 ne diffère du montage de la figure 1 que par quelques détails, les éléments correspondants portant les mê- mes références. On utilise un type de pentode 14 légèrement différent, dans lequel la grille d'arrêt 41 est reliée extérieurement au blindage du tube, mis à la masse. Toutefois, la principale différence réside dans la disposition des diverses parties du diviseur de tension, aux bornes de la source 27.
La partie de ce diviseur comprise entre cathode et masse, (résis- tance 20), est la même que celle de la figure 1, mais la partie compri- se entre la grille-écran 37 et la cathode 19 est constituée par une ré- sistance variable 80, et la partie comprise entre la grille-écran 37 et la borne positive de la source 27 est constituée par une résistance fixe 81. Une résistance séparée de découplage 82 est prévue dans le cir- cuit d'anode du tube, dans cette variante, et une faible résistance de filtrage 83 est insérée dans la connexion reliant la grille 37 à la prise 38.
Le fonctionnement de l'amplificateur de la figure 5 ne diffère pas sensiblement de celui de la figure 1. On remarquera encore que, comme figure 1, la résistance totale du diviseur de tension, mesurée aux bor- nes des trois résistances 20, 80, 81, diminue quand la prise 38 se dé- place vers la gauche pour réduire la tension de la grille-écran et, par là, le gain.
De même, les constantes du circuit sont déterminées de telle façon que la tendance à l'augmentation de la capacité d'entrée, lorsque la -
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8. - grille-écran est rendue moins positive, soit automatiquement compensée par la variation simultanée du courant total traversant la résistance 20, ce qui rend la grille de commande 13 un peu plus négative, et vice- versa.
Tout degré désiré de compensation peut être facilement obtenu, en proportionnant convenablement les divers éléments du circuit. Les tech- niciens comprendront également qu'on peut utiliser dàutres formes équi- valentes de diviseur de tension pour obtenir le résultat recherché.
Uniquement dans un but d'indication, et sans vouloir en quoi que ce soit limiter l'invention, on va indiquer ci-dessous quelques valeurs des constantes du circuit de l'amplificateur H.F. à large bande de la figure 5; ces constantes se sont montrées avantageuses pour le circuit d'un amplificateur destiné à fonctionner sur la bande 42-48 mégahertz.
On avait choisi comme pentode amplificatrice 14, un tube du type 7V7.
Les constantes du circuit étaient:
EMI8.1
<tb> Résistance <SEP> 20 <SEP> 47 <SEP> ohms
<tb>
<tb>
<tb> Condensateur <SEP> 21 <SEP> 3.900 <SEP> picofarads-
<tb>
<tb>
<tb> Condensateur <SEP> 28 <SEP> 3.900 <SEP> picofarads-
<tb>
<tb>
<tb> Condensateur <SEP> 39 <SEP> 3.900 <SEP> picofarads-
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> 80 <SEP> (variable) <SEP> 20.000 <SEP> ohms-
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> 81 <SEP> 15.000 <SEP> ohms-
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> 82 <SEP> 470 <SEP> ohms-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> 83 <SEP> 470 <SEP> ohms-
<tb>
Dans cet amplificateur, on a obtenu une courbe de réponse satis- faisante pour une variation de niveau de sortie atteignant un rapport de 1 à 100.
On volt donc, dprès ce qui précède, quon dispose, grâce à l'inven- tion, de circuits simples et efficaces pour régler le gain d'un amplifi- cateur H.F., et pour éviter que ce réglage ne cause une variation appré- ciable de la capacité d'entrée. Si des éléments séparés de réglage é- taient utilisés pour faire varier indépendamment les tensions respecti- ves des grilles, il serait évidemment nécessaire d'avoir recours à une interconnexion mécanique entre les éléments de réglage, afin de faire varier les tensions conformément à l'invention. Cette complication est évitée par l'utilisation d'un seul élément mobile de réglage.
Non seu-
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-lement le réglage de niveau de sortie est plus silencieux, mais les tensions des deux électrodes varient simultanément d'une façon automa- tique, et restent dans le rapport voulu pour une gamme étendue du ré- glage du niveau de sortie.