<Desc/Clms Page number 1>
L'invention se rapporte à un oscillateur à fréquence variable et particuli- èrement à uh oscillateur dont la fréquence d'oscillation est variée par des moyens électriques, cette fréquence possédant un degré élevé de stabilité pour tout signal de commande donné.
Pour des oscillateurs électriques à battement, des générateurs à fréquence de balayage, et des équipementsélectroniques similaires, un oscillateur de fré- quence variable est requis. Invariableuent, un degré élevée de stabilité de fré- quence et de reproductibilité est souhaitable pour un tel oscillateur, et la pré- cision et l'utilité de tout le dispositif peuvent être déterminés par la perfor- mance de l'oscillateur à fréquence variable. L'invention permet d'obtenir une stabilité de fréquence vis-à-vis des effets aléatoires de l'ordre de deux parties par million dans un oscillateur à fréquence variable, suite à l'action co-ordonnéf de plusieurs aspects de circuits nouveaux.
Dans le but que la-fréquence d'un oscillateur puisse être contrôlée par
<Desc/Clms Page number 2>
des moyens électriques, un tube à réadtance est utilisé. Ce dernier est disposé pour apparaître à l'oscillateur comme une inductance presque pure, la composante résistive ayant été minimisée, fournissant ainsi une plage de fréquence maximum avec un minimum de Variations associées qui se produisent dans l'oscillateur.
Dans l'oscillateur proprement dit, l'inductance est sensiblement non- chargée, préservant ainsi un très haut facteur de surtension (le rapport de la réactance inductive à la résistance A.C. équivalente). Egalement, la fréquence de l'oscillation correspond à la fréquence d'accord du circuit résonnant, et non pas quelque peu à côté de celle-ci comme il se produit habituellement dans les oscillateurs de la technique entérieure. Ce nouveau fonctionnement améliore la stabilité de fréquence de l'oscillateur.
Le courant grille du tube oscillateur est utilisé par un tube suiveur de cathode plutôt qu'à partir de l'énergie circulante du circuit resonant, évitant ainsi une charge de ce circuit comme mentionné. La réalisation de l'oscillateur peut comprendre l'utilisation d'un pentode de même qu'une triode.
Un but de l'invention est de fournir un oscillateur de fréquence variable possédant un degré élevé de stabilité de fréquence pour toute valeur sélectionnée de la commande électrique de la fréquence.
Un autre but est de fournir une grande plage de variation de réactance qui est sensiblement une pure inductance, pour varier la fréquence d'un oscillateur à fréquence variable.
Un autre but est de prévoir un oscillateur dans lequel les exigences d'ener- gie électrique sur le courant circulant dans le circuit résonnant sont peu élevées
Un autre but est d'opérer un oscillateur à la fréquence de résonance d'un circuit résonant qui forme partie de celui-ci.
Un autre but est d'utiliser un tube à vide suiveur de cathode pour fournir le courant de grille d'un tube à vide oscillant.
Un autre but est de fournir un oscillateur ayant ucontenu d'énergie har- . monique peu élevé.
D'autresbuts de l'invention devien-dront plus clairs à la lecture de la spécification détaillée suivante et en examinant les dessins qui s'y rapportent dans lesquels;
<Desc/Clms Page number 3>
@g. -rite un diagramme sous forme de bloc d'un oscillateur à fréqu@ence variable; L@ Fig. 2,représente un diagramme schématique du même oscillateur, et.
La Fig. 5; représente un diagramme schématique d'une réalisation alterna- tive de celui-ci.
A la Fig. l, la borne 1 correspond à l'endroit où le potentiel électrique est appliqué pour contrôler la fréquence de l'oscillateur. Celui-ci peut être un potentiel continu, mais plus fréquemment ce sera un potentiel alternatif,, telle qu'une onde triangulaire ou en dents de scie pour provoquer.par l'oscillateur un balayage systématique d'une plage de fréquence., appliquer une
Le modulateur 2 comprend un tube à vide et des circuits associés pour/com- ' posante réactive sur le circuit résonant 3. Un fonctionnement approprié du modu- lateur peut s'obtenir en fournissant un régulateur de tension cathode-grille écran-plaque 4.
Le circuit résonnant 3 comprend des inductances et des condensa- teurs, ces derniers étant connectés pour alimenter le tube suiveur de cathode 5 à approximativement la moitié de l'impédance de l'ensemble du circuit,
La plaque du tube de l'oscillateur 6 est reliée à l'extrémité à haute im- pédance du circuit résolvant 3, comme représenté, tandis que la cathode est cou- plée au tube suiveur de cathode 5. Le débit utile est obtenu à la borne 7, la cathode du tube oscillateur 6.
Le circuit schématique de la Fig. 2 donne des détails. Certains éléments de circuit sont montrés comme étant ajustables ce qui est désirable pour des oscillateurs à fréquence variable du type expérimental, mais qui n'ont pas besoin d'être ajustables pour des applications générales. Le potentiomètre d'entrée 8, par exemple, permet un ajustage de la déviation de fréquence ou déplacement, à l'aide d'un potentiel fixe ou d'une onde appliquée à la borne 1. La résistance fixe 9 est' utilisée pour découpler et pour fournir une impédance perruettant un mélange d'éner -gie électrique comme on le décrira plus loin. L'élément grille de contrôle 10 du tube à vide modulateur.2 lui est connecté, amenant le signal changeur de fréquence, vers le système.
Le tube régulateur de tension 4 est ordinairement du type à décharge gazeuse, maintenant une tension de l'ordre de 100 Volts sur la grille écran 11 et la plaque 12 du tube 2.
<Desc/Clms Page number 4>
La résistance fixe 13 est une résistance de chute pour la plaque et' l'é- cran du tube modulateur et la résistance variable 14 qui est en série avec la résisitance 13 fournit un moyen simple d'ajuster la fréquence nominale à partir de, laquelle l'oscillateur peut dévier suite à des variations de potentiel à la grille 10. L'inductance 15 est une bobine radio fréquence convenant pour la plage de fréquence particulière à l'oscillateur et en 16, reliée à la bobine, on a indiqué une batterie HT d'une alimentation de puissance stabilisée fournissant la tension de plaque du système.
Le circuit du régulateur 4 atteint la terre à travers les résistances 17 et 18. La résistance variable 18 permet un ajustage du potentiel continu de la cathode 19 du tube modulateur 2, et ainsi la fréquence nominale de l'oscillateur en l'absence d'un potentiel à la grille 10 pouvant la modifier, et indépendemment de l'interaction du contrôle de déviation 8. Ceci se produit parce que le tube régulateur 4 opère en parallèle avec ie tube modulateur 2, absorbant plus de cou- rant de signal lorsque celui-ci est petit à travers le tube 2, et vice versa. Ainsi aucun signal n'est présent sur les résistances 17 et 18.
La résistance variable 18 sert à déplacer les potentiels continus d'opération de la grille-écran,.de la ca- thode et de la plaque, soit plus positivement ou plus négativement en un groupe, changeant par conséquent le potentiel effectif de la grille de commande 10 du tube 2. La résistance de la cathode 20 produit une certaine congre-réaction dans le circuit du tube 2 augmentant sa stabilité. Le condensateur 21 est un condensateur de découplage de la grille-écran à fréquence radio. Les résistances 22 et 23, formai' un diviseur de tension sur le tube 4 pour établir la tension de grille du suiveur de cathode 5.
La résistance 24 reliée à la jonction de 22 et 23, est prévue pour le découplage,
La réactance inductive pour le circuit résonnant 23 est fournie par l'in- ductance 25. Celle-ci est indiquée comme une bobine noyau en poudre de fer, ce qui est utile pour une fréquence de 500 kilohertz, mais qui peut être une bobine à air pour des fréquences plus élevées ou un noyau en fer pour des fréquences plus basses. Un facteur de surtension relativement élevé pour la bobine est désirable et peut être obtenu.
En combinaison avec les condensateurs de résonance, et suite à la faible charge du systèMe il est possible d'obtenir en opératimn des facteurs
<Desc/Clms Page number 5>
@@ @@ension @@ 1''ordre de 100 dans un appareillage commercial.
La réactince capacitive du circuit résonnant à la fréquence mentionnée est pri@@ipalement obtenue par deux condensateurs série 26 et 27 ayant un coefficient de tam pérature peu élevé, et des capacités individuelles supérieures à 100 pico- farad. Le condensateur variable 28 possède une capacité inférieure, et est prévu pour un ajustage relativement précis de la fréquence de l'oscillateur. Par suite du modulateur à tube à réactance, la plupart des ajustages de fréquence sont fait; en modifiant des potentiels électriques. Le condensateur 29 a une valeur relative- ment élevée pour découpler les courants alternatifs vers la terre.
La plaque in- férieure du condensateur 27 du circuit résonnant est ainsi à la terre en ce qui . concerne le signal, tandis que la plaque supérieure du condensateur 26-se trouve a une impédance maixmum vis-.à-vis du signal.
L'élément de grille 30 du tube suiveur de cathode 5 est relié à un point ayant une impédance égale à la moitié de celle offerte au signal entre les deux condensateurs 26 et 27. La résistance de retour de la grille 31 est connectée au diviseur de tension 22 et 23 à travers la résistance de découplage 24 comme noté précéder!'ment. Le condensateur 32 est relié à la cathode 33 plutôt qu'à la terre afin que soit sensiblement le même signal oscillatoire qui apparaisse aux deux extrémités de la résistance 31. Ceci provoque une valeur effective de résistance relativement élevée pour la résistance 31 en ce qui concerne la charge du circuit résonnant 3.
Ceci est l'un des différents arrangements qui peuvent être employés pour assurer une charge peu élevée du circuit r ésonnant.
La plaque du tube 5 est reliée à la source de tension positive à travers la bobine radio fréquence 15. L'énergie à la fréquence du signal pas a la plaque, la bobine radio fréquence 15. L'énergie à la fréquence du signala pas a la plaque, étant éliminée par le condensateur 48 de découplage de la fréquence radio. La ca- thode 33 du tube 5 est reliée à la résistance 34 par là à la, terre. Le signal de sortie est l'énergie de la cathode qui est reliée directement 'par le conducteur 35 à la cathode 36 du tube oscillateur 6.
La plaque 37 du tube oscillateur 6 n'est pas reliée directement à la source de tension positive 16, mais à travers la résistance 38 offrant une résistance appréciable par rapport à l'impédance de résonance du circuit 3 à la plaque 12 du tube modulateur 2. Cette dernière est maintenue au potentiel d'alimentation
<Desc/Clms Page number 6>
fixe dét rminé par le tube régulateur 4 agissaht par l'intermédiaire de l'induc- tance 25. La grille 30 du tube 5 étant rattachée de façon similaire au potentiel du tube régulateur à travers le diviseur de tension 22 et 23, et un couplage direct existant entre les tubes 5 et 6, le potentiel continu de la cathode 36 du tube 6 est déterminé uniquement par rapport au potentiel continu de la plaque 37 de ce dernier tube.
Pour des réalisations intrumentales, le potentiel plaque-cathode effectif est de l'ordre de 10 à 15 volts, suivant les valeurs du circuit choisi, mais tout-à-fait fixe pour tout jeu de valeurs particulières choisies. La résis- tance 38 réduit la charge sur le circuit résonnant 3, au bas potentiel de plaque du tube 6.
La grille du tube 6 est reliée à la cathode de ce tube à travers la résis- tance 40 et à la terre à travers la résistance 41. La constante de temps de cette @ combinaison RC est de préférence de l'ordre de cinq fois la durée d'un cycle'de fréquence radio. Ceci fournit la polarisation de la grille pour ce tube et une stabilisation en amplitude des oscillations. Une constante de temps considérable- ment plus longue'ne peut pas être employée car un fonctionnement en oscillateur de bloquage se produirait, c'est-à-dire des oscillations intermittentes.
La combinaison condensateur-résistance 42, 43, 44,45 constitue un circuit à deux cellules utilisé pour obtenir un déphasage précis de 90 électrique à la fréquence radio d'oscillations. La résistance 43 et le condensateur 45 fournissent la majeure partie de ce déphasage, le condensateur 45 ayant une plus grande capa- cité que le condensateur 44. Le condensateur 46 fournit un rétrocouplage vers la grille 10 du tube 2 à travers la résistance 9.-Ce rétrocouplage à exactement 90 , permet que l'opération du tube soit purement réactive en quadrature inductive avec l'énergie électrique du circuit résonnant. Une déviation linéaire relativement large de la fréquence de l'oscillateur est ainsi obtenue.
Pour un exemple repré- sentatif, ceci constitue 10% de la fréquence porteuse, soit une déviation liné- aire totale de 20%.
Il est à noter que la résistance 34 constitue la résistance cathode pour le tube 6 de même que pour le tube 5, étant la seule ainsi connectée qui fournit un chemin galvanique vers la terre. La sortie du système est prise de la cathode 6 à travers le condensateur 47 à faible réactance vers la borne de sortie 7. La
<Desc/Clms Page number 7>
tensi@@ de sortie prise entre les deux maxima s'approche du double de celle de l'élement de plaque du tube oscillateur 6, c'est-à-dire 20 à 30 volts pour les
EMI7.1
tensions. précédeIr- - -1t roentionnées.
Une réalisation modifiée de l'oscillateur à fréquence variable est montrée à la Fig. 3. Les différences importantes par rapport à la Fige 2 résident dans l'utilisation d'un tube pentode 50 au lieu de la triode 6 et dans l'utilisation d'un nouveau tube 51 constituant une impédance de cathode, associé au tube suives de cathode 5.
A la Fig. 3, les parties du circuit modulateur 2 et 4 sont sensiblement les mêmes que celles représentées à la Fig. 2. Le circuit résonnant 3 devient 3' avec élimination du condensateur 28 et l'utilisation d'une inductance à air 25' .
Les tubes 5 et 51 forment un amplificateur à contre-réaction de gain unité. Le tu, be 5 est couplé au circuit résonnant tel qu'à la Fig. 2, excepté qu'une résistan- ce 52 est insérée dans son circuit de plaque et sur laquelle une tension signal apparaît. Celle-ci est alimentée par le condensateur 53 de réactance négligeable à la fréquence d'oscillation vers la grille 54 du tube 51. La résistance de la cathode 55 et le condensateur de découplage 56 polarisent convenablement le tube 51. La plaque 57 de celui-ci est connectée directement à la cathode 33 du tube 5, ainsi le signal dans les deux tubes est complètement, couplé en retour, et le gain global est égal à l'unité.
Ceci a pour effet de diminuer l'impédance de sor- tie à la cathode 33 à une valeur de l'ordre d'un-, vingtième de la valeur en uti- lisant seulement le tube 5 tel qu'à la Fig. 2 et également d'augmenter considé- rablement l'impédance d'entrée à la grille 30 de ce tube. Ceci réduit encore la charge sur le circuit résonnant 3' par rapport à l'arrangement de la Fig. 2 (3), et améliore ainsi les caractéristiques d'opération désirables.
Le tube oscillateur 50 étant une pentode a une impédance de plaque dyna- mique élevée. Ainsi, la résistance 38 précédemment montrée n'est pas utilisée pour relier la plaque 58 au circuit résonnant 3', et malgré cela,.la charge du circuit pendant la période où le tube 50 est conducteur est encore plus petite que précédemment. La grille écran 61 est connectée directement à la borne stabi- lisée du tube régulateur 4 par le conducteur 62 en vue d'obtenir une alimentation par une tension fixe appropriée.
<Desc/Clms Page number 8>
les buts de l'invention sont obtenus comme détaillé ci-dessous.
Le degré élevé de stabilité en fréquence est obtenu parce que le circuit oscilleteur 3 est sensiblement sans charge, et parce que l'oscillation se produit à la fréquence de résonance de ce circuit.
En ce qui concerne la charge réduite, le tube suiveur de cathode 5 possède une impédance d'entrée élevée et est couplé au circuit résonnant à la demi-impé- dance de celui-ci. Le courant de grille requis pour l'oscillateur6 est fourni par la source de tension 16 à travers le tube 5 et non pas à partir du circuit ré- sonnant. Le circuit de plaque du tube oscillateur 6 a une impédance élevée vu le circuit résonnant, par conséquent l'énergie consommée est petite. A la Fig. 2, le tube triode oscillateur est opéré à une basse tension, par conséquent à une impé- dance de plaque élevée et la résistance 38 élève encore la résistance de plaque de ce tube vu le circuit résonnant, particulièrement pendant le demi-cycle à fréquence radio où le tube est conducteur.
A la Fig. 3, l'impédance de plaque du tube à vide pentode 50 est élevée à tout moment comme il est bien connu. Ainsi, le facteur de surtension du circuit résonnant lors de l'opération de l'oscillateur correspond presque fidèlement à celui obtenu pour un découplage complet de ce circuit, et est par conséquent élevé, il en résulte que la stabilité de fréquence des oscillations est élevée.
La fréquence d'oscillation correspond à la fréquence de résonance des cir- cuits résonnants 3 (ou 3') car une tension ayant exactement la phase requise est renvoyée vers l'entrée. On obtient un oscillateur où il n'y a pas d'inversion de phase et contrastant avec les oscillateurs habituels. Dans ces derniers, suite à des découplages inductifs ou autres compris dans le circuit de contre-réaction des oscillations, l'énergie n'est pas renvoyée exactement en phase; par conséquent la fréquence des oscillations est légèrement déplacée de la fréquence de résonance du circuit résonnant. Lorsque ceci se produit, le degré de déplacement est déter- miné par les caractéristiques des circuits auxiliaires et les paramètres des tubas à vide.
Lorsque ces valeurs changentjpour n'importe quelle raison la fréquence d'oscillation est également changée. Dans de telles conditions, il est connu qu'une modification de la tension d'alimentation de la plaque provoque des variations de' fréquence considérables. Avec le circuit de l'invention, un changement de 50% pour
<Desc/Clms Page number 9>
cetse tension provoque seulement un très petit changement de la fréquence, et pour les conditions usuellesd'opération, le changement de fréquence dû à des cau- ser al atoires n'est que de deux parties par million suivant des tests réalises
EMI9.1
deze modél s coumierciaux.
Une construction convenable est employée pour mini- miser la dérive en fréquence à long terme suite aux conditions thermiques de l' échauffement de circuit, etc.
On obtient une reéactancdce inductive sensiblement pure du tube modulateur 2,
EMI9.2
à l'aide de la précision du déphasage de g0" eo la contrs-rëaotion produite par le réseau 42, 45, 44, 45, Oelui."ti étant un e.rJ,"gnge!111;;1nt à deux cellules, la pré- cision peut être très grande.
Avec une cellule, 90 peut être approche, mais ne peut être atteint par des appareillages pratiques, La construction à deux cel-
EMI9.3
lules fournit une auementation de la plage de variation réactive, et élisde également la charge du circuit résout par lime composante résistive de l'impé- dance renvoyée vers le tube modulateur, et par conséquent imposée sur le circuit résonnant.
Il a été Mentionne qu'une variation linéaire de fréquence de
EMI9.4
20i peut être obtenue. Bang une réalisation opérant à ?9 Jcl.lohe1?trl<, la plage de balayage attend de 500 à 600 Idiohertz, @b geci est obtenu seulesënt l'aide d'un changement de potentiel de 2 Volta à la grille du Biadulateinr,
Quoi qu'il n'y a pas !le limite théorique à la fréquence d'opération de cet oscillateur, il petit de préférence être construit pour une opération en batte-
EMI9.5
mnt de fréquence à des frequenoede l'ordre de plusieurs pênta1nes do kilohorbz, Sans modification de prinçlpep 4 bien entendu d'm gh1% convenable du circuit résonant et des autres éléments sene1ble;
à la fréquence suivant la plage de fréquence utilisée, l'oscillateur peut f1'Cre construit pour des trdquçngea d'opération aussi basses que quelques dizaines de hertg et aussi élevée@ que 10 à 15 magahertz. Aux fréquenoes supérieures, 1 le Gircui t de la Fig. 2 pour le tube suiveur de cathode est supérieur. Bien entendu, on prendra les seins habituels pour minimiser les capacités parasites et celles du tube.
EMI9.6
Un degré élevé de stabilité en fréquence sera plus 1'Mlle!1)!;)p,t obtenu en sta< bilisant l'alimentation du filamnt du tube n!Od1ÜateU!'. a, A la Fig. 9, la batterie
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
3 .>30 nnnt#ée CV.l'.;:.!:) alimentation, et le régulateur 64 conçue constitué par une unité de résistance à température élevée. Ces éléments peuvent également être c::: .l8:. '.t.ués pnr, . transformateur en courant alternatif d'alimentation de filament, et un régulateur du type électronique ou magnétique.
L'alimentation des filaments des tubes oscillateurs 6 ou 50 peut également être stabilisée pour obtenir une stabilisation en fréquence encore légèrement améliorée, ou cette alimentation peut être conventionnelle, tel qu'indiqué par l'omission conventionnelle de l'élé- ment de chauffage et de son alimentation sur les circuits schématiques.
On comprendra que certains variations dans la construction de cet oscillateur à fréquence variable sont possibles sans se départir de l'esprit de l'invention.
L'oscillateur à pentode de la Fig. 3 peut remplacer celui à triode de la Fig. 2.
De façon analogue, le simple tube suiveur de cathode 5 de la Fig. 2 peut remplacer les tubes 5 et 51 à la Fig. 3.
Des impédances ayant une certaine composante réactive en plus de leur compo- sante principale en phase, peuvent remplacer les résistances, et des impédances ne passant pas le courant cohtinu peuvent être substituées pour les condensateurs, pour autant que la précision de la contre-réaction ayant zéro degré de déphasage pour l'oscillateur, et que la composante inductive à 90 pour le tube rénctance, ne soit pas diminuée,
EMI10.2
Dans l'oscillateur décrit, l'énergie aux freqUNMss hlu'moniq.u1i de la fard- quence fmdwwntalo d'oscillation est bonàiblomant absent@, suite au facteur do eurten6:Lon élevé du o:f.rou1t .;
rfQAnt Les tubes z, vide utilisés par l'invention peuvent OOftlpNndr@ ii-limporto quel tube b partir des tubes sous-miniature jusqu'eux tubes do puigggaee, et an a@ qui concerne les dimensions, et la capacité on puiesmeCt Dag tUb6 4 amants peuvent également être utilises au lieu de pntod, D'autres modification@ dans les détails dsëlsts de circuit, lae cararté- ristiques d'eperation, les plages di' fr@C!Uil'HI0 et da clb1t, m. des =enµ de 6t&- ' bilisatitm pour obtenir une :1.ndpendl!M@ viÍl..v1(ij des pxâmbtr@ Opl'Atoinr peuvent. stre faites sans file d'epaptip de l'eBppit do l'invmtien. l.--¯ .
Biffés; 12 mots.