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OSCILLATEURS A ONDES SINUSOIDALES.
La présente invention se rapporte à un oscillateur comprenant un circuit résonnant et particulièrement à un oscillateur à ondes sinusoï- dales ou un générateur d'harmoniques comprenant un dispositif semi-conducteur à trois électrodes.
Le semi-conducteur à trois électrodes est un produit récent dû domaine de l'amplification électronique. Ce dispositif est maintenant connu sous le nom de "transistor" et ses caractéristiques essentielles ont été dé- crites. Le nouveau dispositif amplificateur contient un bloc de matière se- mi-conductrice telle que du silicium ou du germanium, pourvu sur une de ses faces de deux électrodes pointues très voisines dénommées électrodes "émettri- ce" et "collectrice" et pourvu d'une troisième électrode dénommée électrode de "base" qui procure un contact à grande surface et faible résistance avec une autre face du semi-conducteur. Le circuit d'entrée de l'amplificateur connu est connecté entre les électrodes émettrice et de base, tandis que le circuit de sortie est connecté entre les électrodes collectrice et de base.
Dans ce circuit l'électrode de base est l'électrode commune aux circuits d'entrée et de sortie et peut donc être mise à la terre.
Il a aussi été indiqué qu'un dispositif semi-conducteur à trois électrodes peut être utilisé comme oscillateur. L'oscillateur connu a un circuit de feedback extérieur. La présente invention a pour objet un oscil- lateur à ondes sinusoïdales qui utilise la résistance négative d'un disposi- tif semi-conducteur, résistance négative qui existe dans certaines conditions de fonctionnement. Par conséquent, l'oscillateur à ondes sinusoïdales de la.. présente invention n'a pas besoin de circuit de feedback extérieur,
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Le but principal de la présente invention est de procurer un nouvel oscillateur à ondes sinusoïdales à circuit simple qui utilise un dispositif semi-conducteur à trois électrodes.
L'invention a aussi pour buts de procurer: un oscillateur du type semi-conducteur qui produise une onde si- nusoïdale de forme convenable et qui oscille dans une gamme étendue de fré- quences ayant une limite supérieure de plusieurs mégacycles (me); un générateur d'harmoniques auto-oscillateur comprenant un dis- positif semi-conducteur à trois électrodes et dont on puisse tirer une on- de sinusoïdale.
En bref, un oscillateur à ondes sinusoïdales conforme à la pré- sente invention comprend un semi-conducteur pourvu d'une électrode de base, d'un électrode émettrice et d'une électrode collectrice. L'électrode de base a une superficie relativement grande, tandis que les électrodes col- lectrice et émettrice ont une surface relativement petite comparée à celle de l'électrode de base. Les électrodes de base et collectrice sont pola- risées l'une par rapport à l'autre au moyen d'une source appropriée de po- tentiel d'une polarité telle que le semi-conducteur est- pratiquement non conducteur entre ces électrodes. Les électrodes de base et-émettrice peuvent être polarisées entre elles au moyen d'une source de potentiel d'une polari- té telle que le semi-conducteur est pratiquement conducteur entre ces élec- trodes.
Un circuit résonnant tel qu'un circuit résonnant parallèle peut être inséré entre l'électrode de base et un point à potentiel fixe tel que la terre. On a constaté qu'un tel circuit oscille à une fréquence commandée par la fréquence de résonnance du circuit résonnant parallèle. Ce mode de fonctionnement est dû à la résistance négative du semi-conducteur qui existe dans certaines conditions déterminées de fonctionnement. Si au contraire les électrodes de base et émettrice sont normalement polarisées suivant une polarité telle que le semi-conducteur est pratiquement non-conducteur entre ces électrodes, l'oscillateur se trouvera normalement au repos et se mettra à osciller quand on lui superpose un signal qui polarisera les électrodes de base et émettrice à une polarité relative conductrice.
L'invention sera décrite ci-après avec référence aux dessins an- nexés, dans lesquels :
La figure 1 est un schéma de connexions d'un amplificateur semi- conducteur-à trois électrodes de type connu.
Là figure 2 est un schéma de connexions d'un oscillateur à ondes sinusoïdales comprenant un dispositif semi-conducteur à trois électrodes, conforme à la présente invention.
La figure'3* est-un graphique donnant la résistance interne d'un semi-conducteur à trois électrodes en fonction des variations de la tension de polarisation entre les électrodes de base et émettrice.
La figure 4 est un schéma de connexions d'un semi-conducteur' à trois électrodes connecté pour la mesure de la résistance représentée à la figure 3.
La figure 5 est un schéma de connexions d'une variante d'oscilla- teur à ondes Sinusoïdales conforme à l'invention qui peut être commandée et qui a une meilleure adaptation d'impédance et par conséquent un Q plus élevé.
La figure 6 est un schéma de connexions d'un oscillateur à ondes
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sinusoïdales modifié conforme à l'invention capable de débiter une te sio de sortie plus élevée que ne peuvent en donner les circuits des figures . et 5.
La figure 7 est un schéma de connexions d'une autre variante d'oscillateur à ondes sinusoïdales conforme à l'invention, propre à oscil- ler à des fréquences de plusieurs mégacycles ; etLes figures 8 et 9 sont des schémas de connexions d'oscillateurs à o..des sinusoïdales modifiés conformes à l'invention, le circuit de la fi- gure 9 étant agencé en générateur d'harmoniques auto-oscillateur conforme à l'invention.
Les mêmes références désignent partout les mêmes éléments. Sur la figure 1, qui représente un dispositif semi-conducteur à trois électrodes de type connu agencé en amplificateur, celui-ci comprend un bloc 1 en matiè- rere semi-conductrice qui peut être, par exemple, du silicium ou du germa- nium contenant une quantité faible mais suffisante de centres d'atomes d'im- puretés ou d'imperfections de réseau, matières généralement employées avec les meilleurs résultats dans les dispositifs semi-conducteurs (tels que .les redresseurs à cristal). La meilleure matière pour le bloc 1 est le germanium et, comme il sera expliqué ultérieurement, elle peut être préparée de maniè- re à fournir un semi-conducteur du type N. La surface du bloc semi-conducteur 1 peut être polie mécaniquement et chimiquement de la manière exposée par Bardain et Brattain.
Le semi-conducteur 1 est muni de trois électrodes, une électrode émettrice 2, une collectrice 3 et une de base 4 comme indiqué à la figure 1.
Les électrodes émettrice 2 et collectrice 3 peuvent être des contacts puncti- formes formés par exemple par des fils en tungstène ou en bronze phosphoreux ayant un diamètre de l'ordre de 2 à 5 millièmes de pouce. Les électrodes émettrice et collectrice 2, 3 sont d'ordinaire placées très près l'une de l'autre à une distance de 2 à 10 millièmes de pouce. L'électrode de base 4 fournit un contact à grande superficie et faible résistance avec la masse du semi-conducteur 1.
Une source de tension appropriée, telle qu'une batterie 5, est connectée entre l'électrode émettrice 2 et l'électrode de base 4 et a une polarité telle que le semi-conducteur est pratiquement conducteur entre ces électrodes, c'est-à-dire que les électrodes sont polarisées suivant une di- rection ou polarité relative conductrice. Par conséquent, quand le semi- conducteur est du type N, l'électrode émettrice 2 sera positive par rapport à l'électrode de base 4, comme indiqué. Une autre source de potentiel, tel- le une batterie 6, est insérée entre l'électrode collectrice 3 et l'électro- de de base 4 et a une polarité telle qu'elle les polarise suivant une direc- tion ou polarité relative non-conductrice.
Par conséquent, comme il y a à la figure 1 un semi-conducteur du type N, l'électrode collectrice 3 sera né- gative par rapport à l'électrode de base 4.- La source de signal d'entrée indiquée en 8 est connectée dans le circuit de l'émettrice, c'est-à-dire en- tre les électrodes émettrice 2 et de base 4. La charge de sortie RL indiquée par la résistance 10 est connectée entre les électrodes collectrice 3 et de base 4 et se trouve en série avec la batterie de polarisation 6. Le signal de sortie peut être pris aux bornes de sortie 11 de la résistance de charge 10.
Il n'est pas possible jusqu'ici de donner une théorie précise te- nant compte de tous les détails de fonctionnement de l'amplificateur semi- conducteur à trois électrodes. Il est supposé cependant que l'explication suivante aidera à une meilleure compréhension de la présente invention. U@ semi-conducteur est une matière dont la conductibilité électrique est sise à mi-chemin entre la conductivité des bons conducteurs et celle des bo@s
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isolateurs. Les matériaux qui b@t été très utilisés dans les redresseurs .à cristal et qui sont aussi employés dans l'amplificateur semi-conducteur à trois électrodes sont du type cristallin, de préférence un agrégat de pe- tits cristaux.
Quoique dans certaines matières la conduction puisse être ionique de nature, le déplacement d'atomes électrisés représentant l'écou- lement du courant, la présente invention concerne particulièrement les ma- tières dans lesquelles les atomes sont relativement immobiles, la conduc- tion se faisant par les électrons.
Ces dernières matières sont dénommées semi-conducteursélectro- niques. Il faut remarquer que les conducteurs inoniques peuvent aussi être utilisés dans les dispositifsamplificateurs, de sorte que, quoique l'expo- sé et l'explication du fonctionnement se rapportent uniquement à la semi- conduction électronique du type au silicium ou au germanium, l'invention ne doit pas être considérée comme limitée à celle-ci.
On a'supposé,, il y a quelque temps, qu'il y a deux types de semi-conducteurs électroniques, l'un dénommé type N (type négatif), l'autre dénommé type P (type positif). Le semi-conducteur du type N se comporte comme s'il y avait un nombre limité de charges négatives libres ou électrons qui conduisent le courant un peu comme la conduction de courant se fait dans un métal. Une telle matière, avec un réseau cristallin bien régulier, ne peut pas avoir beaucoup d'électrons libres. C'est pourquoi l'on suppose que les électrons libres intervenant dans la conduction sont fournis par des im- puretés ou imperfections de réseau qui peuvent être dénommées "donneurs".
Ainsi dans un cristal au silicium du type N qui est un semi-conducteur, le donneur peut consister en de petites impuretés de phosphore. Comme le si- licium a quatre électrons de valence et le phosphore cinq, l'électron de valence en excès de l'atome de phosphore occasionnel n'est pas nécessaire pour la liaison tétraédrique avec les atomes de silicium voisins du cristal et est donc libre de se mouvoir. Le courant dans un semi-conducteur du type N se déplace donc comme s'il était porté par des charges négatives (électrons)
Dans le semi-conducteur du type P, la conduction du courant sem- ble se faire comme si les porteurs étaient des charges positives. Ceci sem- ble dû à la présence d'impuretés qui prendront un électron d'un atome du se- mi-conducteur.
Ainsi un cristal au silicium du type P peut contenir quelques atomes de bore qui peuvent agir comme "preneurs". Comme le bore n'a que trois électrons de valence,il prendra un électron à un atome de silicium pour compléter la liaison atomique. Ceci constitue donc un "trou" dans la structure cristalline, trou qui peut être considéré comme une charge positi- ve virtuelle. Sous l'influence d'un champ électrique extérieur, le ou les trous.se déplaceront dans la direction que suivrait une charge positive.
Si l'on applique deux contacts sur un semi-conducteur électroni- que du type N ou P, et si ces contacts sont de même nature et ont une même superficie, une tension à leurs bornes provoquera la circulation d'un cou- rant environ de même amplitude pour les deux polarités de tension. On con- statera d'ordinaire une relation non linéaire entre courant et tension, quand la tension augmente. On a d'abord expliqué cet effet de non-linéari- té-par le dérangement des niveaux d'énergie électronique interne du réseau cristallin provoqué par le contact métallique formant une soi-disant couche d'arrêt-ou barrière d'énergie.
On peut démontrer qu'avec un cristal du ty- pe N, un potentiel croissant au contact métallique provoque un changement dans la barrière d'énergie de la couche d'arrêt tel que les électrons peu- vent se mouvoir relativement librement vers l'intérieur du métal. Au con- traire, un'contact métallique à potentiel négatif changera le champ de ma- nière à refouler les électrons de'conduction interne, et le seul courant possible sera dû aux électrons échappés du-métal et ayant sauté la barrière d'énergie de la couche d'arrêt;. ce. courant sera très faible. Cette explica- tion est suffisante pour justifier grossièrement les phénomènes observés ainsi que ceux observés avec une matière du type P, les effets étant les . @
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mêmes en inversant les polarités au contact métallique.
Quoiqu'il y ait, comme indiqué, un effet hypothétique de redressement au contact, que ce soit une matière du type P ou du type N, les deux contacts identiques éliminent cet effet par compensation, et le courant est donc indépendant de la polari- té et relativement faible.
Dans le détecteur à deux électrodes de l'industrie (diode à cris- tal), un contact est appliqué à la masse du cristal et a une surface telle- ment grande que sa résistance est extrêmement faible pour les deux sens du courant. Les effets non linéaires à ce contact de grande superficie n'ont pas grande importance en comparaison de ceux au second contact qui a une 'très petite superficie (telle que celle d'un fil pointu). De cette manière la couche d'arrêt hypothétique peut provoquer une détection réelle sur la surface du cristal près du'contact à petite superficie. Comme il a été dit, un tel dispositif à contacts de surfaces inégales formé d'un demi-conduc- teur de type N conduira facilement le courant quand le petit contact est po'sitif et sera relativement non-conducteur quand ce petit co-tact est né- gatif.
La situation est renversée pour un redresseur à deux électrodes en matière du type P.
Dans l'amplificateur semi-conducteur à trois électrodes, un con- tact à grande surface est appliqué sur la masse du cristal et deux contacts de surface plus petite sont placés sur une face de cristal, très près l'un de l'autre. Il y a cette fois deux couches d'arrêt possibles mais, ce qui est encore plus important, on oroit que le courant peut dans ce cas 'circu- ler d'un petit contact à l'autre suivant un processus qui exige une expli- cation plus complète de l'effet de la couche d'arrêt, que celle attribuant cet effet uniquement à la présence du contact métallique. Cette explica- tion sera donnée ci-dessous au sujet d'une matière du type N, mais il est entendu 'que des effets analogues peuvent se produire avec une matière du type P, en renversant judicieusement les potentiels, comme dans le cas du redresseur.
Les propriétés d'amplification récemment découvertes du semi- conducteur à trois électrodes peuvent être expliquées en modifiant la théo- rie ci-dessus de la manière suivante: on suppose que le cristal au germa- nium ou au silicium utilisé a sa masse du type N. Il est admis maintenant qu'une très mince couche superficielle du cristal, liée intimement à l'ef- fet dénommé de couche d'arrêt, peut se comporter comme une matière du type
P. Cette mince couche du type P, c'est-à-dire à conduction par "trous" . peut être due à une différence physique ou chimique dans le comportement. des impuretés à la surface du cristal, ou bien à un changement dans les niveaux d'énergie des atomes de surface provoqué par la discontinuité de la structure cristalline à la surface.
En tous les cas, un excès de trous est produit dans cette couche superficielle du semi-conducteur.
La nouvelle hypothèse est même utile dans le cas du redresseur, parce que l'ancienne qui ne tenait pas compte d'une couche du type P n'ex- pliquait pas pourquoi il n'y avait pas de différence dans le redressement entre des contacts à métaux très actifs et contacts à métaux peu actifs, et faisait prévoir une résistance plus élevée qu'en réalité dans le sens conducteur des redresseurs. L'ancienne hypothèse a été modifiée en ce que l'on admet la présence sur le cristal de cette couche superficielle du ty- pe P et il semble possible que la couche d'arrêt redresseuse se trouve à la frontière des deux régions du type P et du type N.
Ainsi, des diffé- rences entre les activités de points métalliques ne jouent qu'un rôle né- gligeable dans le redressement, et la faible résistance du cristal dans le sens conducteur est maintenant attribuée à la présence d'une barrière d'énergie relativement étendue. De plus, on suppose que la conduction près du point de contact est du type à "trous" ou à charges positives virtuelles, tandis qu'à l'intérieur du cristal elle est du type électro- nique ou négatif, Cette nouvelle théorie est très importante pour l'am- plificateur semi-conducteur à trois électrodes, puisque le comportement de l'amplificateur est principalement influencé par le courant à "trous"
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à la surface du cristal circulant entre les deux points de contact.
Comme le point de contact 2 (de la figure 1) désigné comme élec- trode émettrice est positif par rapport au cristal 1, la conduction se fait facilement à travers la couche d'arrêt vers l'électrode de base 4, avec des "trous" pu dés charges positives virtuelles qui circulent dans la couche ' superficielle du cristal et des électrons à l'intérieur du cristal. Cepen- dant, comme un point de contact collecteur très voisin ou électrode 3, à po- tentiel négatif, crée un champ électrique de surface qui attire les "trous" positifs, ceux-ci ne circuleront pas vers ou à travers la couche d'arrêt du cristal mais pourront passer directement de l'électrode émettrice' 2 à l'électrode collectrice 3 le long de la surface.
La couche d'arrêt de l'électrbde collectrice empêchera normalement tout courant, sauf les "trous" provenant de l'émettrice.
En.changeant la tension entre l'électrode émettrice 2 et la masse du cristal 1, on augmente ou diminue le courant émetteur disponible pouvant circuler dans la couche superficielle P vers l'électrode collectrice 3.
La figure 2 représente un oscillateur à ondes sinusoïdales con- forme à la présenté* invention. Il comprend un semi-conducteur 1 avec une électrode émettrice 2, une électrode collectrice 3 et une électrode de base 4. Les électrodes émettrice 2 et de base 4 peuvent être polarisées dans un sens relativement conducteur au moyen d'une batterie de polarisation 5. La batterie 5 peut être court-circuitée au point de vue courants oscillants au moyen d'un condensateur de by-pass 12. Une batterie de polarisation 6 pola- rise les électrodes 3 et de base 4 suivant un sens relativement non-conduc- teur. La batterie 6 peut aussi être court-circuitée au point de vue des courants oscillants au moyen d'un condensateur de by-pass 13.
Le circuit résonnant parallèle 14, .comprenant la self 15 et le condensateur 16 connec- tés en parallèle, est inséré entre l'électrode de base 4 et la terre, c'est- à-dire entre"l'électrode de base et les bornes des batteries 5 et 6. L'onde sinusoïdale produite par le circuit résonnant 14 peut être prélevée aux bornes 18 de';.la . self de sertie 17 couplée magnétiquement à la self 15.
Pour mieux comprendre le fonctionnement de l'oscillateur à ondes sinusoïdales dela figure 2, il.faut-se référer à la figure 3.
La figure 3 donne le graphique d'une résistance Rb qui représente la résistance interne du dispositif semi-conducteur vue de l'électrode de base 4. Cette résistance interne de base Rb est portée en fonction de la tension de polarisation eeb qui est une tension continue. La résistance interne de base Rb peut être mesurée au moyen du circuit de la figure 4 au- quel on se réfère maintenant.
Une étude de la figure 3 montre que la résistance interne de base Rb est négative pour de petites valeurs de eeb et augmente négativement quand la tension de polarisation appliquée e , augmente. Quand une petite augmen- tation de tension aux bornes d'une impédance provoque une diminution du cou- rant qui traverse l'impédance, cette impédance a une résistance négative.
-Rb peut atteindre éventuellement l'infini et si e augmente encore, la résistance devient soudainement positive. Encore un$ augmentation de e , provoque à nouveau la diminution de la résistance positive. La partie dee la courbe représentée à la figure 3 s'étend sur une variation de e , d'environ un demi-volt. La résistance représentée à la figure 3 est la résis- tance externe dans] le circuit de base, telle l'impédance résistive du circuit 14 à sa fréquence de résonance. La valeur de la résistance R' limite la quantité de courant qui peut traverser le dispositif semi-conducteur.
L'oscillateur à ondes sinusoïdales de la figure 2 fonctionnera normalement dans la plage de tension de polarisation indiquée par l'accolade
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19. On suppose actuellement que l'oscillateur de la figure 2 fonctionne de .la façon suivante. On sait qu'une résistance négative telle que -R peut être utilisée pour suppléer aux pertes d'un circuit résonnant tel que le circuit 14. Pendant un certain moment du cycle de fonctionnement de l'os- cillateur de la figure 2, du courant c'est-à-dire de l'énergie est fourni par le dispositif semi-conducteur au circuit résonnant 14. Ceci excitera le circuit résonnant et fera varier la tension entre l'électrode de base 4 et la terre de manière sinusoïdale.
Par conséquent la tension instantanée entre les électrodes émettrice 2 et de base 4 variera aussi. L'amplitude de la variation de cette tension et donc l'amplitude des oscillations sont limitées par les caractéristiques du transistor et aussi par la résistan- ce externe R'b.
La résistance interne de base R, peut être mesurée au moyen du circuit de la figure 4 dans lequel l'électrode de base est reliée à la terre à travers les résistances 20 et 21. La valeur de la résistance 20 est dé- signée par R qui est supérieure à celle de la résistance 21. Un signal d'entrée alternatif e- est appliqué aux bornes de la résistance 21 et une tension e' apparaît entre l'électrode de base 4 et la terre, comme indiqué à la figure 4. L'électrode 3 est polarisée par la batterie 6 qui est court- circuitée par le condensateur 13. La résistance 10 est connectée entre la batterie 6 et l'électrode collectrice 3. L'électrode émettrice 2 est polarisée pax la batterie 5 et' court-circuitée par le condensateur 12.
La, résistance
22 est connectée entre l'électrode émettrice 2 et la batterie 5 qui peut être réglable comme indiqué.
Le circuit de la figure 4 est essentiellement équivalent à l'os- cillateur de la figure 2 parce que le signal d'entrée e est injecté dans l'électrode de base 4. La résistance interne de base R1 qui est portée à la figure 3, peut être calculée par l'équation Rb R . Les lectures e.'
1-1 e. et e.' sont prises pour différentes valeurs de e , ayant servi à la cour- be de la figure 3 (R représenté à la figure 4).
Le dispositif de la figure 2 oscillera à une fréquence commandée par la fréquence de résonance du circuit 14 et peut osciller à des fréquen- ces allant jusqu'à 500 kilocycles (kc).
L'amplitude des oscillations est limitée par les caractéristiques du dispositif semi-conducteur et par la résistance externe R', représentée par le circuit 14. L'oscillateur à ondes sinusoïdales de la figure 5 dif- fère de celui de la figure 2 en ce que l'électrode de base 4 est reliée à la prise 25 de la self 15. Ceci permet au circuit 14 d'avoir un Q plus éle- vé, le Q étant le rapport entre l'énergie emmagasinée par un circuit réson- nant et l'énergie dissipée, par période d'oscillation. Exprimée mathémati- quement, Q = wL, où w est la vitesse angulaire de l'oscillation, L la self et R la. résistance du circuit résonnant.
L'impédance vue de la base 4 pen- dant le fonctionnement du circuit de la figure 5 varie dans une large pro- portion comme l'indique la figure 3, et peut être très faible aux pointes du swing du courant alternatif. Cette basse impédance peut être adaptée au moyen de la prise 5 à l'impédance plus élevée du circuit résonnant 14.
La prise 25 sera en général choisie de telle façon qu'entre prise et terre il y a entre un cinquième et la moitié des spires de la self 15.
Le potentiomètre 23 est mis aux bornes de la batterie 5 et a une prise intermédiaire mise à la terre, comme indiqué. Le curseur 24 peut pren- dre la position indiquée à la figure 5 pour appliquer, à travers la résis- tance émettrice 22, une tension positive à l'électrode émettrice 2. Un con-
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densateur de by-pass 12 est inséré. entre le curseur 24 et la terre.
La résistance 22 n'est pas essentielle pour le fonctionnement de l'oscillateur à ondes sinusoïdales de l'invention, mais-elle sert à limiter le courant I . La résistance 22 a donc un effet d'amortissement. On peut remarquer que l'amplitude de l'onde sinusoïdale, c'est-à-dire l'amplitude -des courants Ie' Ic et Ib est limitée par les caractéristiques du dispositif semi-conducteur à trois électrodes et aussi par l'impédance extérieure du circuit oscillateur.
A titre d'exemple, la résistance 22 peut avoir une valeur de 48 ohms, le condensateur 16 une capacité de 0,01 microfarad et la self 15 une self-inductance de 359 microhenrys. Le Q du¯circuit résonnant 14 peut atteindre 87 à 400 kc. Avec ces valeurs, le circuit de la figure 5 oscil- lera à une fréquence de 70 kc. La fréquence de résonance du circuit 14 est de 87 kilocycles..Par conséquent, l'oscillateur de la figure 5 oscille à une fréquence en-dessous de la fréquent de résonance du circuit 14. Cela peut être dû au fait que le semi-conducteur 1 a une impédance réactive et aussi à la self et à la capacité réparties du circuit contenant.le disposi- tif semi-conducteur à trois électrodes.
L'oscillateur de la figure 5 peut aussi être arrangé de façon à ne pas osciller normalement. Dans ce but le curseur 24 du potentiomètre 23 sera amené dans une position telle que les électrodes émettrice 2 et de base 4 soient normalement polarisées de manière non-conductrice. En d'autres mots, la tension de polarisation entre électrodes émettrice 2 et de base 4 est tel- le que le semi-conducteur est pratiquement non conducteur entre ces deux électrodes. Il faudra donc un potentiomètre négatif à l'électrode émettrice 2 par rapport à l'électrode de base 4 si le semi-conducteur 1 est un cristal au germanium du type N. L'oscillateur de la figure 5 peut être commandé ou excité dans ces conditions, en appliquant, par exemple, des impulsions posi- tives représentées en 35 à l'électrode émettrice 2.
Les impulsions 35 peu- vent être appliquées à l'électrode émettrice 2 par l'intermédiaire du conden- sateur de.couplage 36. L'amplitude des impulsions 35 sera exactement suffi- sante pour polariser l'électrode émettrice 2 par rapport à l'électrode de ba- se 4 dans un sens conducteur de manière à faire circuler régulièrement du courant entre ces électrodes. La ligne en traits interrompus 37 indique le niveau de "polarisation d'oscillation" au-dessus duquel l'oscillateur se trou- ve en condition d'oscillation. Au lieu d'appliquer des impulsions positives à .L'électrode émettrice 2, on peut aussi appliquer des impulsions négatives d'amplitude suffisante à l'électrode de base 4.
L'impédance d'entrée de l'électrode émettrice 2 est relativement élevée jusqu'au moment où la tension de polarisation entre les électrodes émettrice 2 et de base 4 dépasse le niveau "de polarisation d'oscillation" re- présenté par la ligne interrompue 370
L'oscillateur de la figure 5 n'oscillera, dans le cas présent, que pendant la durée-de chaque oscillation 35. Par conséquent les impulsions d'énergie oscillante débitées aux bornes de sortie 18 peuvent être modulées soit en réglant la largeur des impulsions individuelles 35 soit en réglant le temps séparant l'application des impulsions successives 35. Il est en- tendu que d'autres types de modulation d'impulsions peuvent être utilisés pour produire une série d'ondes sinusoïdales modulées distinctes.
L'oscillateur à ondes sinusoïdales de la figure 6 peut délivrer une tension de sortie plus élevée que les circuits des figures 2 et 5. Dans ce but la résistance collectrice 27 est prévue entre la batterie 6 et l'élec- trode collectrice 3. Comme le courant I traversant la résistance collectri- ce 27 est normalement plus grand que le courant Ib circulant entre électrode de base 4 etteere, une chute de tension plus importante peut être obtenue
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aux bornes de la résistance collectrice 27. Ceci est dû au fait que l'im- pédance de la résistance collectrice 27 peut être rendue plus élevée que celle du circuit 14 et du semi-conducteur.
Un signal sinusoïdal de sortie de plus grande amplitude pourra donc être obtenu aux bornes de sortie 28, une de ces bornes étant mise à la terre et l'autre couplée à l'électrode collectrice 3 par le condensateur de couplage 30. Le circuit de la figure 6 fonctionne de la manière déjà décrite, à tous les autres points de vue.
Les oscillateurs à ondes sinusoïdales des figures 2, 5 et 6 n'oscilleront pas à des fréquences élevées, parce que à des fréquences plus élevées le courant collecteur Ic et le courant de base Ib ne sont pas en phase, ce qui indique que le semi-conducteur 1 a une impédance réactive.
Pour produire une onde de sortie à fréquence d'oscillation plus élevée, on peut avantageusement utiliser le circuit de la figure 7. L'oscillateur à ondes sinusoïdales de la figure 7 a un circuit déphaseur comprenant la ré- sistance 27, shuntée par le condensateur 32 et insérée entre la batterie 6 et l'électrode collectrice 3. Par conséquent le déphasage d'un courant tra- versant le circuit 27, 32 est modifié en fonction du rapport entre la résis- tance capacitive et la résistance du circuit et en fonction du rapport entre l'impédance du circuit et l'impédance interne du semi-conducteur vue de l'électrode collectrice 3. On peut aussi réaliser un autre circuit déphaseur comprenant la résistance 22, shuntée par le condensateur 33 et insérée entre la batterie 5 et l'électrode émettrice 2.
Il est entendu que l'on peut rem- placer les circuits déphaseurs 27,32 et 22,33 par d'autres.
Quoique les données de circuit de l'oscillateur à ondes sinusoï- dales de l'invention puissent varier en fonction de n'importe quelle appli- cation particulière, les données suivantes sont présentées à titre d'exemple pour l'oscillateur de la figure 7 destiné à osciller à 1,02 me :
EMI9.1
Condensateur 16 100 mi-cromierofarade.
Condensateur 32 18 "
Condensateur 33 @ 0 " Résistance 27 3. 300 ohms
Résistance 22 48 ohms
Self 15 107 microhenries
Q du circuit résonnant 14 112 (à 1 mégacycle)
Ic (courant collecteur) 7,0 milliampères
Ie (courant émetteur) 4,9 milliampères
Tension de polarisation de l'électrode collectrice 3-17 volts
Tension de polarisation de l'électrode émettrice 2 + 0,8 volt e (Tension efficace de l'électrode collectrice 3) 8 volts eb (Tension efficace de l'électrode de base 4) 0,4 volt
Avec les constantes de circuit précitées, la fréquence de résonan- ce du circuit 14 est 1,49 mc. La fréquence de résonance de l'oscillateur à. ondes sinusoïdales de la figure 7 qui s'approche de 1,02 me.
est de nouveau inférieure à celle du circuit 14. Cela peut être dû à la capacité répartie entre d'une part l'électrode de base 4 et d'autre part l'électrode collectri- ce 3 ou émettrice 2, ou d'autres capacités ou selfs réparties.
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L'oscillateur à ondes sinusoïdales de la figure 8 contient entre électrode collectrice 3 et terre un circuit résonnant série 40. Celui-ci comprend une self 41 et un condensateur 42 mis en série. La batterie 6 peut être 'connectée entre terre et électrode collectrice 3 par l'intermédiaire de -la self de choc 43. L'onde de sortie peut être prélevée aux bornes de sortie 44 du condensateur 42.
Le circuit résonnant série 40 fonctionne comme circuit déphaseur pour réaliser les déphasages appropriés entre les divers courants, nécessai- 'res pour les oscillations à fréquences élevées c'est-à-dire des fréquences supérieures à 500 kilocycles par exemple. De plus, le circuit résonnant sé- rie 40 augmente la stabilité de l'oscillateur, à cause du Q supplémentaire du circuit. Aux autres points de vue, le circuit de la figure 8 fonctionne de la manière décrite antérieurement. Il est entendu que l'on peut aussi connecter un circuit résonnant série, tel que le circuit 40, entre l'électro- de émettrice 2 et la terre.
L'oscillateur de la figure 9 est arrangé en générateur d'harmoni- ques auto-oscillateur. On peut dans ce but placer, entre la batterie 6 et l'électrode collectrice 3, un circuit résonnant parallèle 45 composé d'une self 46 et d'un condensateur 47 mis en parallèle. Le signal de sortie peut être prélevé à la self 48 couplée magnétiquement à la self 46, et dérivé aux bornes de sortie 50.
Le circuit résonnant 45 peut être accordé sur un harmonique de la fréquence fondamentale sur laquelle le circuit résonnant 14 est réglé. Ainsi, comme indiqué à la figure 9, le circuit résonnant 45 peut être réglé sur une fréquence 2f, f étant la fréquence fondamentale du circuit résonnant 14. Dans ce cas, l'oscillateur fonctionne simultanément comme un générateur d'oscilla- tions et un multiplicateur de fréquences, c'est-à-dire comme un générateur d'harmoniques auto-oscillateur. De cette manière, la fréquence d'oscillation peut être considérablement accrue. Avec ce type de circuit, l'onde de sortie doit être prise aux bornes de sortie 50.
Le circuit résonnant parallèle 45 pourrait être remplacé par un circuit résonnant série tel que le circuit 40 de la figure- 8, mais accordé sur un harmonique de la fréquence d'oscillation.
On peut dans' ce cas tirer du circuit série 40, de la lumière indiquée à la figure 8, une onde de sortie à la fréquence harmonique.
Il faut remarquer que les circuits de la figure 2 et des figures 6 à 9 peuvent -être agencés de manière analogue au circuit de la figure 5, afin d'osciller sur commande seulement. De plus, dans les circuits des figures 2 et 6 à 9,. l'électrode de base 4 peut être reliée par une prise 25 au circuit résonnant 14, afin d'améliorer le fonctionnement de l'oscillateur, comme il a été fait et décrit à la figure 5.
La description qui précède se rapporte donc à un oscillateur à on- des sinusoïdales utilisant un dispositif semi-conducteur à trois électrodes qui oscillera dans une gamme de fréquences dont la limite supérieure atteint plusieurs mégacycles. L'oscillateur à ondes sinusoïdales de l'invention est de construction simple et produit une onde sinusoïdale de bonne qualité. On peut aussi faire de l'oscillateur un générateur d'harmoniques auto-oscilla- teur. De plus, le circuit peut être normalement non-oscillateur et être com- mandé par un signal qui peut consister en impulsions espacées, de manière à produire une série d'ondes sinusoïdales individuelles espacées qui peuvent être modulées en vue de communications.
REVENDICATIONS.
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