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Réactance variable et dispositif de réglage comportant une telle réactance.
L'invention concerne une réactance variable comportant un organe de réglage commandé par un courant, ainsi que des dis- positifs de réglage équipés d'une telle réactance; elle est parti- culièrement intéressante pour les dispositifs de correction auto- matique de la fréquence (CAF) .
Pour la correction automatique de la fréquence, il est connu d'utiliser un tube amplificateur, qui fait office de réactan- ce variable et shunte le circuit déterminant la fréquence d'un os- cillateur. Cet agencement permet d'obtenir, même dans le cas d'une faible puissance de commande, une correction automatique, particu- lièrement rapide, de la fréquence, une grande sensibilité électri- que et une faible sensibilité pour les vibrations mécaniques. Il présente cependant un inconvénient : gamme de réglage est très Petite et un tel dispositif CAF est sujet à une force dite de re-
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tour, c'est-à-dire que, lors de la suppression de la tension de ré- glage appliquée au tube de réactance, la grandeur de la réactance apparente constituée par le tube reprend une valeur moyenne déter- minée.
D'autres dispositifs CAF connus obvient à ces inconvé- nients suivant le signe de la correction de fréquence requise, un moteur démarre dans un sens ou un autre et entraîne, générale- ment par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse mécanique (de 1800 : 1 par exemple), un organe de réglage, par exemple une électrode morte d'une capacité à régler. Dans ce genre de disposi- tifs, le moteur est mis hors circuit dès que la correction de fré- quence requise est réalisée et en l'absence d'une tension ou d'un courant régulateurs, la position de l'organe de réglage ne varie pas, en d'autres termes, ces dispositifs sont exempts de force de retour.
Les dispositifs CAF du dernier type mentionné permet- tent d'obtenir une assez grande gamme de fréquences, mais les iner- ties mécaniques inévitables empêchent ces dispositifs de suivre de rapides variations de fréquence et le système réagit aux vibra- tions mécaniques; de plus, comparativement au tube de réactance, le moteur requiert une très grande puissance de commande. En gé- néral, seule l'obtention d'une sensibilité électrique convenable nécessite l'utilisation de grands amplificateurs.
Des dispositifs CAF équipés de tubes de réactance et comportant des réactances réglées par moteur sont souvent utili- sés de concert, car leurs propriétés de vitesse de réglage, sensi- bilité de réglage, gamme de réglage, force de retour et sensibili- té aux vibrations mécaniques se complètent.
L'invention concerne entre autres un dispositif de ré- glage comportant une réactance que modifie un organe de réglage mobile, dispositif qui présente beaucoup d'analogie avec les dis- positifs de réglage comportant une résistance réglée par moteur, @
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mais qui permet de combiner judicieusement les propriétés mention- nées dans l'alinéa précédent, surtout pour la CAF.
Suivant l'invention, l'organe de réglage est constitue par un piston qui peut se déplacer, par voie magnétique, dans un cylindre rempli de liquide et les parties de la réactance variable conjuguées électriquement avec l'organe de réglage font corps avec le cylindre.
Le dispositif conforme à l'invention comporte un nombre minimum d'organes mobiles et pas d'organes animés d'un mouvement rapide. La force requise pour le déplacement du piston et partant la puissance de commande requise sont assez petites ; enoutre, ce dispositif permet d'éliminer le frottement mécanique perturbateur initial et de supprimer la force de retour.
Lorsque le jeu entre le piston et le cylindre est petit, le piston ne peut se déplacer que très lentement, car tout le li- quide déplacé doit se frayer un passage entre le piston et la pa- roi du cylindre. L'amortissement de mouvement ainsi produit peut varier entre de larges limites, entre autres par le choix de la viscosité du liquide; éventuellement, on peut augmenter cet amor- tissement en ménageant dans la paroi du piston des rainures trans- versales, qui provoquent des tourbillons dans le liquide. Un choix judicieux de l'amortissement de mouvement permet d'obtenir un ré- glage tout juste apériodique (amortissement critique) à une assez grande vitesse de réglage.
Dans le choix du liquide à utiliser, il faut évidemment tenir compte des températures ambiantes extrêmes et des variations de viscosité et de frottement interne qui en résultent.
Lorsque le poids spécifique moyen du piston est égal à celui du liquide ambiant, des vibrations mécaniques du cylindre ne déplacent pas l'organe de réglage "flottant" par rapport à ce cy- lindre de sorte que, si les parties de la réactance variable conju-
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guées électriquement avec l'organe de réglage font corps avec le cylindre, des vibrations mécaniques extérieures n'affectent pra- tiquement pas la grandeur de la réactance. L'utilisation d'un pis- ton "flottant" élimine entièrement le frottement mécanique initial.
Le déplacement de l'organe de réglage peut s'utiliser pour modifier la self-induction d'une bobine de réglage enroulée sur le cylindre, en faisant en sorte que le piston influence la reluctance du champ de bobine (dispersion du champ ou bien concen- tration du champ à l'aide de matériau non magnétique ou de maté- riau magnétique); cependant, il faut alors découpler parfois magné- tiquement la bobine de réglage par rapport à la bobine (ou aux bo- .bines) d'excitation servant au déplacement de l'organe de réglage, pour éviter les courants perturbateurs induits dans la bobine de réglage par les variations du courant de réglage.
L'utilisation d'une réactance capacitive réglable éli- mine cette difficulté; le piston, en métal par exemple, peut alors faire office d'électrode morte capacitive.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig.l montre un récepteur à une seule bande laté- rale, de type connu, comportant un dispositif CAF conforme à l'in- vention, d'exécution avantageuse :
La fige 2 montre, en perspective, un exemple d'exécution des éléments constitutifs d'un condensateur variable conforme à l'invention.
La fig.3 représente un récepteur, à une seule bande laté- rale, comportant un dispositif CAF dans une forme d'exécution par- ticulièrement avantageuse de l'invention.
Dans l'exemple d'exécution de la fig.l, l'antenne 1 sert
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à la réception d'un signal à une seule bande latérale, avec sup- pression de l'onde porteuse ; ce signal est censé contenir, outre les signaux d'intelligence, une fréquence de guidage de 10 kc/s représentée par une fréquence reçue de 500 kc/s. Le signal d'onde porteuse à ajouter pour la détection des signaux reçus, doit avoir une fréquence de 490 kc/s; il se prélève d'un oscillateur local 2 dont la fréquence est automatiquement corrigée.
Pour la détection, les signaux reçus et le signal de l'oscillateur local sont mélan- gés dans un étage changeur de fréquence 3, les signaux détectés obtenus dans le circuit de sortie sont séparés, suivant leur fré- quence, à l'aide d'un filtre passe-bas 4 et d'un filtre de bande
5, en signaux d'intelligence et en signaux de guidage, les pre- miers de ces signaux sont appliqués à un amplificateur B.F.6, au- quel est raccordé le dispositif de reproduction 7, et les seconds à un amplificateur 8.
A l'aide d'une réactance 9 shuntant le circuit oscillant déterminateur de la fréquence, la fréquence du signal d'onde por- teuse engendré par l'oscillateur local 2 est réglée de manière que la fréquence de guidage soit rigoureusement égale à celle du signal de comparaison fourni par un oscillateur standard 10 muni d'un cristal de commande 11 de 10 kc/s.
Pour obtenir la tension de réglage requise, le signal de guidage et le signal de comparaison sont appliques à un dis- criminateur 12, d'exécution connue, qui fournit une tension con- tinue dont, pour des différences de fréquence, respectivement de phase, la polarité et la grandeur correspondent à la polarité et à la grandeur de la différence de fréquence, respectivement de phase, des signaux comparés.
La tension continue de réglage, posi- tive ou négative, s'obtient aux bornes des résistances de sortie
13 et 14 du discriminateur et est appliquée,éventuellement par l'intermédiaire des limiteurs 15, à un étage de commande push-pull
16, dont le courant continu de sortie excite, suivant la polarité @
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de la tension de réglage, l'une ou l'autre des deux bobines d'ex- citation 17, 18 de la réactance variable 9.
La réactance 9 comporte un piston métallique creux 20 (en cuivre ou en aluminium par exemple) qui se déplace dans un cy- lindre en verre 19 rempli de liquide ; piston comporte un noyau annulaire central 21 en fer doux. Pour obtenir l'équilibre méca- nique du piston 20 par rapport au centre 22, ce qui est d'impor- tance pour l'insensibilité de l'organe de réglage à des vibrations mécaniques, les deux extrémités du piston comportent des vis d'é- quilibrage 23. Le piston est réalisé de manière que son poids spé- cifique moyen (c'est-à-dire le quotient du poids du piston et de son volume) soit égal à la densité du liquide.
Sur la Fig.l, le piston occupe sa position centrale et se déplace vers la gauche ou vers la droite, suivant que l'une ou l'autre des bobines 17, 18 est excitée.
Le piston constitue une électrode morte capacitive et est conjugué électriquement avec deux revêtements cylindriques 24, 25 cimentés, l'un à côté de l'autre dans la direction axiale, sur la paroi extérieure du cylindre 19 et reliés, comme indiqué schématiquement, respectivement aux extrémités du circuit oscillant déterminant la fréquence de l'oscillateur local 2.
Le revêtement 25 qui se trouve à l'intérieur des bobines d'excitation 17, 18, dépasse celles-ci et s'étend sur une certaine longueur du piston. La capacité entre le revêtement 25 et le pis- ton 20 ne varie pratiquement pas pendant le déplacement du piston, car les extrémités du piston dépassent toujours amplement le revê- tement 25.
Par contre, le déplacement du piston entraîne une forte variation de la capacité entre le revêtement 24 et le piston 20, car ce revêtement entoure l'extrémité de gauche du piston ; dé- placement du piston entraîne donc une forte variation de la surfa-
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ce active.
Dans une forme d'exécution expérimentale du dispositif .montré sur la fig.l, des mesures ont donné les résultats suivants:
Vitesse de déplacement, pour une excitation de 160 ampères-tours : 0,5 mm/sec.
Course maximum du piston 10 mm
Possibilité de désaccord total : 40 kc/s pour 500 kc/s.
Vitesse de réglage fin 2 kcs/sec pourun réglage apériodique
Excitation minimum requise pour le réglage fin 10 ampères-tours
Sensibilité: le piston s'arrête et son sens de déplace- ment s'inverse sous l'effet dun nombre d'ampères-tours résultant d'un désaccord de quelques c/s.
Sensibilité mécanique : un fort tapotement, axial ou trans versal, sur le cylindre 19 ne provoque pas de désaccord; un déphasage entre les signaux comparés, perceptible à l'aide d'une figure de Lissajous obtenue par voie oscillographi- que ne se produit qu'au synchronisme du si- gnal de guidage et du signal de comparaison.
Dans la forme d'exécution montrée sur la fig.l, le cy- lindre en verre 19 constitue le diélecttique de la capacité réglée; la variation maximum de la capacité est d'environ 15 pF. L'utili- sation d'une matière isolante à constante diélectrique plus éle- vée, permet d'augmenter notablement la variation de la capacité.
Au lieu du cylindre 19, la paroi du piston peut évidem- ment aussi faire office de diélectrique; l'électrode morte est alors appliquée sur la paroi intérieure du piston et les revête- ments 24, 25 font partie de la paroi du cylindre 19.
Lorsque le corps du piston comporte un noyau constitué par un aimant permanent, il suffit d'utiliser une seule bobine d'excitation (au lieu des bobines 17, 18).
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La fig. 2 montre une forme d'exécution simple d'un con- densateur variable conforme à l'invention, dans laquelle le pis- ton est constitué par une ailette rotative.
Ce dispositif offre, entre autres, l'avantage suivant : à moins que les vibrations de torsion n'exercent une certaine in- fluence, le rapport du poids spécifique moyen de l'ailette et de celui du liquide peut varier entre d'assez large limites sans pro- voquer des perturbations, ce qui est d'une grande importance, par exemple pour l'aviation; l'amortissement de mouvement de l'ailet- te s'obtient facilement.
Le condensateur variable de la fig.2 comporte un orga- ne de réglage constitué par une ailette rotative 27, montée dans un cylindre en verre 30 rempli de liquide, qui est cimenté dans une rainure circulaire 29 ménagée dans une plaque de fond 28 ; bo- bines d'excitation 31, 32, entourant le cylindre 30, peuvent com- muniquer à cette ailette un mouvement de rotation. L'ailette 27 est constituée par un ruban de fer doux, incurvé en forme de S, dont les extrémités se trouvent sur la surface d'un cylindre imaginaire entourant l'axe de rotation de l'ailette. L'ailette 27 tourne sous l'effet des bobines d'excitation 31, 32 qui produisent un champ tournant ; à cet effet, les bobines sont disposées autour de la pa- roi du cylindre de manière que leurs pièces polaires 33 et 34 soient décalées de 90 dans l'espace.
La rotation de l'ailette est limi- tée dans les deux sens par les deux colonnes 35 et 36, fixées de part et d'autre de l'arbre de l'ailette sur la plaque de fond 28 et qui portent une seconde plaque crapaudine 37 pour l'arbre de l'ailette.
Abstraction faite des moyens spécifiés dans la descrip- tion de la réactance variable représentée sur la fig.l pour modi- fier l'amortissement du mouvement de l'organe de réglage, par exem- ple un choix déterminé de la viscosité du liquide, dans la forme d'exécution indiquée, l'amortissement de l'ailette est aussi dater-
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miné par la largeur des colonnes 35 et 36.
L'ailette 27 constitue une électrode morte capacitive et est conjuguée électriquement avec deux revêtements 38 et 39, qui entourent partiellement la paroi extérieure du cylindre 30 et qui y sont cimentés, l'un à côté de l'autre, dans la direction du déplacement de l'ailette; ces revêtements peuvent être reliés, par exemple, aux bornes d'un circuit déterminant la fréquence d'un oscillateur dont la fréquence doit être corrigée automatiquement.
La rotation de l'ailette en fer doux que provoquent les bobines d'excitation 31, 32 peut s'utiliser aussi pour la varia- tion de la self-induction d'une bobine de réglage entourant la pa- roi du cylindre et réalisée par exemple de la même manière que les bobines d'excitation 31, 32.
Lorsqu'on utilise une bobine de réglage H.F., le noyau doit être en une matière magnétique à haute fréquence; la rota- tion de l'ailette en fer doux provoquera alors une dispersion du champ et, partant, une diminution de la self-induction de la bobi- ne de réglage.
Une augmentation de la self-induction de la bobine de réglage H.F. peut s'obtenir en fixant à l'ailette un noyau en ma- tière magnétique à haute fréquence.
La Fig.3 montre un récepteur à une seule bande latérale de type connu comportant un dispositif CAF, conforme à l'inven- tion, dont la forme d'exécution est particulièrement avantageuse.
Après amplification dans un étage amplificateur H.F. 41, le signal à une seule bande latérale, avec suppression de l'onde porteuse, capté par l'antenne 40 et qui est censé contenir, outre les signaux d'intelligence, une fréquence de guidage de 10 kc/s, est appliqué, ensemble avec le signal provenant du premier oscil- lateur local à cristal 42, au premier étage changeur de fréquence 43. Après amplification dans l'amplificateur M.F. (44), le signal M.F., de 500-496 kc/s par exemple, obtenu après le mélange et dans
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lequel la fréquence de 500 kc/s représente la fréquence de guida- ge de 10 kc/s, est mélangé, dans un second étage changeur de fré- quence 45, avec une fréquence de 490 kc/s engendrée par un oscil- lateur local 46 dont la fréquence est automatiquement corrigée.
Après amplification M.F. (47), le signal à une seule bande latérale qui est obtenu dans le circuit de sortie de l'étage @ changeur de fréquence 45, et qui, après la double transposition, couvre une gamme de fréquence de 10-6 kc/s par exemple, est appli- qué, pour séparer les signaux d'intelligence et la fréquence de guidage, par l'intermédiaire d'un étage de séparation 48, au démo- dulateur 49 et par l'intermédiaire d'un filtre de bande 50,à l'amplificateur 51 qui, de préférence, comporte un limiteur.
Au démodulateur 49 est appliqué un signal provenant de l'oscillateur-standard local 52 à cristal de commande 53 de 10 kc/s et les signaux à basse fréquence (o-4 kc/s) qui se manifestent dans le circuit de sortie de l'étage changeur de fréquence 49 sont ap- pliqués, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 54 et d'un ampli- ficateur B.F. 55, au dispositif de reproduction 56 y raccordé.
La fréquence du signal engendré par l'oscillateur local 46 doit alors être réglée automatiquement de manière que la fréquen- ce de guidage soit rigoureusement égale à la fréquence du signal de comparaison prélevé de l'oscillateur-standard 52.
A cet effet, le signal de guidage prélevé de l'amplifi- cateur 51 est appliqué au filtre de bande-discriminateur 57 accor- dé sur une fréquence de 10 kc/s et à un discriminateur de comparai- son 58 (un étage changeur de fréquence ou un discriminateur à champ tournant par exemple), auquel est aussi appliqué le signal de com- paraison. Il y a lieu de noter qu'éventuellement un seul discrimi- nateur suffit.
Le discriminateur de comparaison 58 fournit une tension de réglage dont le signe et la grandeur correspondent au signe, respectivement à la grandeur, du déphasage entre le signal de gui- @
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dage et le signal de comparaison; cette tension commande un tube de réactance 59 qui est couplé au circuit oscillant déterminant la fréquence de l'oscillateur 46, et qui corrige rapidement de petites différences de fréquence.
Le discriminateur absolu 57 fournit une tension de ré- glage correspondant, en signe et en grandeur, à la fréquence dif- férentielle et commande une réactance variable 60 qui, elle aussi, shunte le circuit oscillant déterminant la fréquence de l'oscil- lateur 46 et qui assure la correction (lente) d'assez grandes différences de fréquence. Il va de soi que les discriminateurs
57, 58 doivent balayer des gammes de fréquences différentes adap- tées à celles des correcteurs de fréquence 59,60 à commander.
La tension de réglage positive ou négative du discriminateur 57 se manifeste aux bornes des résistances de sortie 61, respectivement
62, et s'applique à l'amplificateur push-pull 63, dont le courant continu de sortie excite, suivant la polarité de la tension de ré- glage, l'une ou l'autre des deux bobines 64, 65 de la réactance variable 60.
La réactance variable 60 comporte un piston métallique creux 67 qui peut se déplacer axialement dans un cylindre en verre
66 ouvert aux deux extrémités; ce piston, de préférence réfrac- taire à la corrosion, par exemple chromé, porte un noyau annulai- re médian 68 en fer doux. Les extrémités du tube 66 débouchent centralement dans les chambres 69,70 qui sont presque entière- ment remplies d'un liquide neutre, du pétrole par exemple, et qui communiquent par l'intermédiaire d'un tuyau métallique 71, dont le diamètre est plus petit que celui des chambres à liqui- de. Le rétrécissement ainsi obtenu du récipient métallique entoure le cylindre en verre 66 du piston.
Dans le rétrécissement entre les chambres à liquide sont logées les deux bobines d'excitation 64,
65 dont le diamètre extérieur est, de préférence, légèrement plus petit que celui des chambres à liquide, ce qui permet de renfermer
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les bobines de manière qu'elles résistent aux conditions tropi- cales.
La forme de construction du dispositif conforme à l'in- vention est avantageuse non seulement en ce qui concerne sa fa- brication, mais aussi en ce qui suit : permet de supprimer l'influence perturbatrice de bulles d'air dans le liquide ; du déplacement du piston, les bulles d'air formées dans le cylin- dre de piston sont chassées vers les chambres à liquide et ne peu- vent plus pénétrer dans ce cylindre.
En partant de sa position moyenne, le piston 67 se dé- place vers la gauche ou vers la droite, suivant que l'une ou l'au- tre des bobines 64, 65 est excitée. Pour que, même lors d'un écart maximum du piston de sa position moyenne, le noyau 68 soit encore entouré par les deux bobines d'excitation, la largeur de ce noyau est plus grande que la course du piston.
Le piston constitue une électrode morte capacitive et est conjugué électriquement avec un revêtement cylindrique 72, ci- menté, à l'une des extrémités du cylindre de piston, sur la paroi de ce cylindre, et avec l'électrode constituée par la paroi de la partie de cylindre 71; ces électrodes fixes 71, 72 sont reliées, comme le montrent schématiquement les conducteurs 73 et 74, aux extrémités du circuit oscillant déterminant la fréquence de l'os- cillateur local 46. Comme l'lélectrode constituée par la paroi de la partie de cylindre 71 s'étend sur une partie notable de la longueur du piston, la capacité entre l'électrode précitée et le piston ne varie pratiquement pas lors du déplacement du piston de sa position moyenne, car les extrémités du piston dépassent large- ment la partie rétrécie du cylindre.
Par contre, le déplacement du piston entraîne une forte variation de la capacité entre le revêtement 72 et le piston 67, car ce revêtement entoure l'extrémité de gauche du piston et le déplacement du piston provoque donc une forte variation de la sur-
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face active.
Dans une forme d'exécution expérimentale d'un disposi- tif tel que montré sur la fig.3, des mesures ont fourni les ré- sultats suivants :
Vitesse de déplacement, pour une excitation de 210 ampères-tours : 1,7 mm/sec
Course maximum du piston : 10 mm
Possibilité de désaccord total 25 kc/s pour 1000 kc/s
Vitesse de réglage fin 1 kcs/sec pour un réglage apériodique
Excitation minimum requise pour le réglage fin 12 ampères-tours
Sensibilité le piston s'arrête et son sens de déplacement s'inverse sous l'effet d'un nombre d'ampères- tours résultant d'un désaccord de quelques c/s.
Lorsque le corps de piston comporte un noyau constitue par un aimant permanent, la sensibilité est notablement plus grande.
Dans la forme d'exécution montrée sur la fig.3, le cy- lindre en verre 66 constitue le diélectrique de la capacité ré- glée et la variation maximum de la capacité est de 10 pF. L'uti- lisation de matière isolante à constante diélectrique plus élevée permet d'augmenter encore notablement la variation de capacité.
Lorsque le corps de piston comporte un noyau constitué par un aimant permanent, il suffit d'utiliser une seule bobine d'excitation (au lieu des bobines 64,65).
Le déplacement du piston provoqué par les bobines d'ex- citation 64, 65 peut s'utiliser aussi pour la variation de la self- induction d'une bobine de réglage enroulée sur un cylindre en verre, en faisant en sorte que le piston influence la reluctance du champ @
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de bobine (dispersion, respectivement concentration de champ sous l'effet de matière non-magnétique ou de matière magnétique).
Pour permettre l'indication de la position du piston un second revêtement 75 est disposé, de la même manière que le revê- tement 72, à l'autre extrémité du cylindre en verre 66 et la capa- cité obtenue entre le revêtement 75 et la paroi du récipient (mis à la terre), capacité qui varie avec le déplacement du piston, est insérée dans un pont de Wheatstone, de la manière représen- tée schématiquement par le condensateur 76, tracé en pointillés.
Par l'intermédiaire du transformateur 77 et d'un réseau déphaseur de 90 79, on applique à ce pont un signal de 10 kc/s provenant de l'oscillateur-standard 52. Le piston occupant sa po- sition moyenne, on règle le pont de manière que la tension dans le circuit de sortie soit nulle, il ne peut alors être question de déphasage entre les tensions à comparer et l'aiguille occupe sa position moyenne. Le pont transmettra à l'indicateur de phase une tension décalée, par rapport au signal de comparaison, de 90 en avant ou en arrière suivant le sens de déplacement du piston et la déviation de l'aiguille par rapport à la position moyenne in- diquera la position occupée par le piston.
Il va de soi que la position du piston peut aussi être indiquée par un dispositif optique.
De plus, l'indicateur peut aussi être l'indicateur d'ac- cord du récepteur, par exemple l'oeil magique. Lorsqu'on applique à l'oeil magique la fréquence de comparaison et la fréquence de guidage et que ces fréquences sont approximativement égales, on perçoit la fréquence de battements.
Dans ce qui précède, l'invention est expliquée à l'aide de formes d'exécution spéciales d'un dispositif CAF utilisé dans des récepteurs à une seule bande latérale, mais elle convient aussi à d'autres formes d'exécution du dispositif CAF, non seulement dans des émetteurs mais aussi dans des récepteurs.
Elle convient aussi à d'autres dispositifs utilisant com-
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me organes de réglage des réactances variables, par exemple des déphaseurs à commande automatique, les ponts de Wheatstone à ac- cord automatique etc.