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TRANSFORMATEUR A LARGE BANDE PASSANTE POUR SIGNAL SONORE OU
VISUEL,
L'invention concerne un perfectionnement aux transformateurs à lar- ge bande pour signal sonore ou visuel, utilisant des écrans électro-statiques.
Dans ce qui suit, on appelle signal de modulation le signal sonore ou visuel transmis par le transformateur, ce signal occupant, comme on le sait, une large bande passante. Les transformateurs à large bande passante habituellement utilisés ne présentent pas, aux fréquences élevées, supérieu- res par exemple à 10 Kilocycles, une réponse permettant l'utilisation d'un circuit de réaction sans circuit correcteur. L'une des origines de la mauvai- se réponse du transformateur aux fréquences élevées provient du manque de sy- métrie entre les deux moitiés de l'enroulement primaire, ataquées en push-pull.
Ce déséquilibre peut être représenté par des inductances et des capacitances de fuites Les conditions que doit remplir un transformateur à large bande sont multiples et contradictoires. En effet, si l'on se fixe les dimensions du noyau, le nombre total de tours est défini par les conditions de tension et d'impédance à l' extrémité inférieure de la bande de fréquences à transmet- tre. Les inductances de fuite et les capacités distribuées des enroulements ainsi calculés peuvent être suffisamment élevées pour créer des distorsions en haute fréquence à une fréquence bien inférieure à l'extrémité supérieure de la bande à transmettre, par exemple à partir de 150 Kc jusqu'à 2 Mc.
On peut obtenir une amélioration de cette caractéristique en augmentant les di- mensions du noyau, ce qui permet de réduire le nombre de tours des bobinages et en utilisant des bobines entrelacéeso Cette solution permet de réduire les inductances de fuite, mais ce gain est souvent plus que compensé par l'aug- mentation des capacités parasites résultant de l'augmentation de-la longueur moyenne du tour et de la surface des enroulements.
On a utilisé des écrans électro-statiques pour réduire l'effet des capacités parasites entre enroulements, cause principale du déséquilibre.
En utilisant des enroulements Symétriques, on obtient un équilibrage presque parfait des inductances de fuite. Cependant, cela tend à augmenter les capa- cités parasites shuntant les enroulements. Il devient donc difficile d'obte-
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nir une structure symétrique sans augmenter soit la capacité parasite, soit l'inductance de fuite entre les deux moitiés de l'enroulement primaire. Une inductance de fuite élevée entre ces deux moitiés d'enroulement est parti- culièrement nuisible lorsque l'on opère en push-pull classe B, chacun des de- mi-enroulements fonctionnant pendant une demi-période.
Selon la présente invention, ces inconvénients sont palliés en utilisant plusieurs écrans électro-statiques conçus et couplés de façon à é- viter tout effet nuisible. En résumé, on utilise au moins deux écrans élec- tro-statiques spiraux, disposés entre chacun des enroulements primaires et les enroulements secondaires.
Chacun de ces écrans comporte au moins un tour et les différents écrans sont réunis électriquement de manière telle que les tensions qui y sont induites par le flux de fuite s'ajoutent pour donner naissance à un courant de circulation, lequel produit à son tour un champ magnétique s'op- posant à celui créé par les courants primaire et secondaire. Les tensions induites dans les écrans par l'induction principale sont égales et de sens contraire et, par conséquent, ne produisent pas de courant de circulation dans ceux-ci.
Les transformateurs conformes à l'invention présentent à la fois une inductance de fuite faible et une capacité répartie peu élevée. Ils sont susceptibles de transmettre une large bande passante, la réponse aux fré- quences élevées de la bande étant rendue satisfaisante sans sacrifier la ré- ponse aux fréquences basses à transmettre. ±-invention sera bien comprise en se reportant à la description suivante et aux figures qui l'accompagnent, don- nées à titre d'exemples de réalisation non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 représente d'une façon schématique un transformateur de modula- tion push-pull conforme à l'invention.
- la figure 2 est une vue de côté d'un transformateur cuirassé selon la figu- re 1.
- la figure 3 est une coupe de la structure de la figure 2 par le plan 3-3.
- la figure 4 est une vue de côté principalement en coupe d'une variante de réalisation du transformateur de la figure 1.
- la figure 5 représente un transformateur push-pull, à enroulements multi- ples, conforme à 1-'Invention.
- les figures 6 & 7 sont des vues de côté respectivement d'un transformateur à noyau et d'un transformateur cuirassé conformes à l'invention..
- la figure 8 est une variante de réalisation conforme à l'invention d'un transformateur de modulation push-pull à enroulements multiples.
- la figure 9 est une vue de côté de la réalisation de la figure 8.
- la figure 10 représente la courbe de réponse d'un transformateur de modu- lation basse fréquence conforme à l'invention, ainsi que le schéma du mon- tage utilisé pour la déterminer.
Sur les figures, on a donné aux éléments identiques les mêmes nu- méros de référence, afin de faciliter la compréhension de la description de celles-ci.
On a omis dans les figures 2, 3, 4, 6, 7 & 9, les connexions ex- térieures des transformateurs et les connexions entre les enroulements de ceux-ci, les dites connexions apparaissant clairement dans les schémas as- sociés.
La transformateur représenté à la figure 1 comprend un noyau en une substance ferro-magnétique laminée 10, deux enroulements primaires 11 & 12 et un enroulement secondaire intermédiaire 13.
Les deux enroulements primaires sont réunis en série et leurs extrémités sont connectées aux bornes 15 & 14, le point milieu étant réuni à la borne 16 de façon à permettre une attaque du transformateur en push- pull.
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Les extrémités du secondaire 13 sont réunies aux bornes 17 & 18.
Selon l'invention, les deux enroulements primaires sont séparés de l'enrou- lement secondaire à l'aide d'écrans électro-statiques 19 & 20 réunis à la masse. Ces écrans sont représentés sous la forme d'enroulements, leur struc- ture sera décrite plus loin. Ils sont électriquement réunis de façon que les tensions induites par le flux de fuite dans les deux écrans s'ajoutent. Les tensions induites dans ces deux écrans par le flux principal lorsque le trans- formateur n'est pas chargé, sont égales et de sens contraire.
Par conséquent, en l'absence de charge et dans les conditions normales d'excitation, il ne circule aucun courant dans les écrans, Les figures 2 & 3 montrent un exemple de réalisation pratique du transformateur de la figure 1 du type cuirassé comportant un circuit magnétique 10; Celui-ci est constitué par un empile- ment de tôles'rectangulaires fixées ensemble par des moyens connus, par exem- ple par les rivets 25.Les enroulements et les écrans sont disposés concentri- quement autour de la branche centrale du circuit magnétique, l'enroulement secondaire étant disposé entre les deux enroulements primaires 11 & 12. Les écrans 19 & 20 sont disposés respectivement entre le secondaire et chacun des primaires.
Les écrans sont constitués par plusieurs spires de ruban mé- tallique conducteur,, du cuivre de préférence, disposées suivant une spirale cylindrique et s'étendant sur toute la longueur des enroulements du transfor- mateur. Les différentes spires sont isolées les unes des autres par un maté- riau convenable. Elles sont également isolées des enroulements voisins. Ain- si qu'il apparaît plus clairement sur la figure 3, les écrans 19 et 20 sont réunis électriquement par les connexions 26 & 27.
Les écrans sont bobinés en sens contraire et l'extrémité intérieure de l'écran 19 est réunie à l'extré- mité extérieure de l'écran 20 par l'intermédiaire du conducteur plat 26, a- lors que l'extrémité extérieure de l'écran 19 est réunie à l'extrémité inté- rieure de l'écran 20 par l'intermédiaire du conducteur plat 27.. Les extrémi- tés opposées des écrans sont, de préférence, connectées de la même façon par les conducteurs 28 & 29 de façon à permettre la circulation du courant.
Les deux écrans sont ainsi réunis en circuit fermé et le sens des enroulements est tel que les tensions induites par le flux de fuite dû à la charge du se- condaire ou de l'un des primaires sont de même senso Un courant circule alors dans les écrans dans un sens tel qu'il produit un champ magnétique s'opposant au flux de fuite et, par conséquent, réduit linductanbe de fuite apparente du transformateur..
Bien que ce détail soit donné à titre non limitatif,il est bon de préciser que, dans certains cas d'application, l'expérience a montré que la somme des sections droites des conducteurs constituant les.deux écrans, doit être du même ordre de grandeur que la section droite du conducteur con- stituant 1-'enroulement secondaire. Il est souhaitable que ce rapport soit voisin de 1.
En d'autres termes, la surface de la section droite conductri- ce des deux écrans 18 & 20 doit être approximativement égale à la section droite conductrice de l'enroulement secondaire 13. Cette condition n'est pas critique et des expériences ont montré que le rapport peut varier dans de larges proportions sans que les propriétés des écrans soient notablement modifiées, notamment en ce qui concerne la distorsion harmonique aux fré- quences élevées. Si l'on utilise un ruban de suivre d'épaisseur suffisante pour constituer les écrans, ceux-ci peuvent être constitués à laide d'une seule spire; dans le cas contraire, il est nécessaire, pour que la section conductrice soit suffisante de disposer de plusieurs spires ainsi qu'il est représenté sur les figures 1, 2, 3.
'La figure 4 représente un transformateur de construction similai- re, excepté en ce qui concerne la structure des écrans. Les écrans 19' et 20' sont constitués d'un ruban étroit de cuivre enroulé en une hélice à une seule couche. Les deux enroulements sont réunis à leurs deux extrémités par les conducteurs 35,36 pour permettre la circulation du courant dû au flux de fuite, dans le même sens que dans la construction précédemment décrite des figures 1-3.
La figure 5représente d'une façon schématique un transformateur d'un type utilisé couramment dans les amplificateurs push-pull-fonctionnant
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en classe B et comportant deux' groupes d'enroulements 37 & 38 couplés mag- nétiquement. Chacun de ces groupes d'enroulements et les écrans peuvent ê- tre réalisés d'une façon analogue à celle utilisée dans les transformateurs déjà décrits. On a, pour faciliter la lecture, donné aux enroulements corres- pondants des deux groupes les mêmes numéros de référence, accompagnés respec- tivement des indices a,b. Dans ces transformateurs, les extrémités inférieu- res des quatre écrans 19a, 19b, 20a & 20b sont réunis à la masse par l'inter- médiaire du condensateur de découplage 22.
Les figures 6 & 7 montrent que les deux groupes d'enroulements du transformateur de la figure 5 peuvent ê- tre couplés magnétiquement, soit en bobinant les deux groupes autour des deux branches d'un même noyau, soit en utilisant un circuit magnétique du type cuirassé., les deux groupes d'enroulements 37' et 38' étant bobinés sur la même branche, ainsi qu'il apparaît sur la figure 7.
Les figures 8 & 9 représentent un autre type de transformateur comportant deux fois deux groupes d'enroulements couplés magnétiquement les bobinages 40 & 41 disposés autour de la même branche du noyau laminé 39 et les enroulement 42 & 43 disposés autour d'une autre branche. Ce trans- formateur est un transformateur abaisseur de tension d'un type couramment utilisé dans les circuits de modulation à basse fréquence. Il comporte quatre enroulements primaires P1, P2, P3, P4, connectés deux à deux, en série et en parallèle, auxquels sont associés quatre secondaires S1, S, S , S , connectés en parallèle. La réalisation des écrans utilisables dans un3 tel trans- formateur, est légèrement différente de celle qui a été décrite plus haut.
Les enroulements 40 & 41 du groupe supérieur ont les mêmes écrans 44 de for- me tubulaire,s'étendant sur toute la longueur des deux groupes d'enroule- ments. Les groupes inférieurs 42 & 43 ont également des écrans spirales com- muns 45. Dans cette réalisation, les portions droite et gauche respective- ment de chacun des écrans 44 & 45 jouent le même rôle que l'un des deux é- crans des réalisations précédemment décrites. Etant donné que chacun des écrans se présente sous la forme d'un conducteur continu, magnétiquement couplé à deux groupes d'enroulements, il devient inutile de disposer des connexions auxiliaires aux extrémités des écrans pour fermer le circuit con- stitué par les fractions d'écran.
En effet, on peut supposer que, à un instant donné,, le sens du courant parcourant l'enroulement primaire Pl est tel que le flux de fuite induit un courant circulant de la surface intérieure de la section gauche de l'écran 44 vers la surface extérieure de celle-ci. Au même instant, le flux de fuite, dû à la charge du secondaire S2, induit un courant dans la section droite de l'écran 44, dirigé de la surface extérieure vers la sur- face intérieure de celui-ci. Etant donné que les deux surfaces sont réunies électriquement par la partie intermédiaire des écrans disposés entre les deux groupes d'enroulements, on peut facilement voir qu'on obtient un cir- cuit électrique fermé dans lequel les courants circulent d'une façon analo- gue à celle qui a été décrite plus haut.
Sur la figure 10 on a représenté un circuit destiné à étudier les caractéristiques d'un transformateur basse fréquence conforme à l'in- ventions On a également représenté, au-dessus, la courbe de réponse de ce- lui-ci. Les résistances anodiques des tubes amplificateurs normalement disposées entre les bornes d'entrée 1-2 et 2-3 du transformateur étaient remplacées par deux résistances de 1.400 ohms en série.
Le circuit de sor- tie connecté aux bornes 4 & 5 comporte un filtrage d'un type courant con- stitué par une inductance de 50 millihenrys, shuntée par une résistance de 10.400 ohms ; un condensateur de 400 picofarads représente la capacité pa- rasite du circuit de modulation qui est normalement ramenée aux bornes du secondaire., alors que le condensateur de 1.500 picofarads représente les capacités parasites du circuit émetteur. La résistance de 5.200 ohms re- présente la résistance de charge de l'amplificateur de sortie.
La courbe représentée sur la figure 10 montre que la réponse du circuit est plate, à moins de 3 db, de 30 périodes à 12.000 périodes. Si l'impédance de charge du transformateur avait été une résistance pure, on aurait obtenu une courbe de réponse encore plus'favorable..
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On remarquera que chaque fois qu'un courant circule soit dans un enroulement primaire, soit dans un enroulement secondaire, il apparaît un flux de fuite qui traverse deux parties de l'écran, les tensions induites se tra- duisant par des courants circulant dans le circuit fermé constitué par ceux-ci.
Ces courants développent des champs magnétiques qui supposent au flux de fuite et réduisent par conséquent l'inductance de fuite résultant du trans- formateur. En augmentant l'écartement entre les enroulements, on peut égale- ment diminuer la capacité répartie= Des expériences faites sur des transfor- mateurs conformes à l'invention ont prouvé que 1?on obtient une amélioration notable de la courbe de réponse en haute fréquence. Des calculs faits sur un type donné de transformateur montrent qu'il est possible de réduire l'induc- tance de fuite à environ 2/3 de sa valeur en 1-'absence des écrans spirales.
Les expériences réalisées sur des transformateurs selon l'inven- tion conduisent à des résultats expérimentaux encore meilleurs que ne le laissaient prévoir les calculs. Cela peut être dû à l'influence de la-partie résistive de l'impédance présentée par les écranso
Toutefois, des mesures de distorsion réalisées sur une série de transformateurs expérimentaux conçus de façon qu'il soit possible de dispo- ser une résistance en série dans le circuit des écrans, ont montré que l'am- mélioration obtenue correspond à la valeur calculée de 1-'inductance de fuite, plutôt qu'à sa valeur mesurée..
Bien que non limitée à cette utilisation, la Société demanderesse a constaté que la construction selon l'invention con- vient particulièrement aux transformateurs de modulation audio et vidéo. clas- se B dans lesquels il est habituellement difficile de réduire la distorsion à une valeur raisonnable,par suite de la non-uniformité de la charge du transformateur durant le cycle de fonctionnement.
Bien qu'on ait décrit et représenté plusieurs formes de réalisa- tion de l'invention, il est évident quon ne désire pas se limiter à ces for- mes particulières données à titre deexemples et sans aucun caractère restric- tif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'ivention.