CA1112727A - Filtre electrique de frequence a cristaux piezoelectriques - Google Patents
Filtre electrique de frequence a cristaux piezoelectriquesInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/542—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material including passive elements
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Abstract
: L'invention a trait à un filtre de fréquence, comportant deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie pour l'introduction et l'extraction respectives d'une tension électrique alternative de fréquence comprise dans des bandes respectives données. Les bornes d'entrée alimentent un transformateur différentiel dont les deux enroulements ont une extrêmité commune maintenue à un potentiel fixe, leur deux partie séparées étant reliées, suivant deux bras à deux pluralités de cristaux piézoélectriques connectés en parallèle, Les deux bras sont reliés par des moyens de raccordement aux deux bornes de sortie. Le filtre est caractérisé en ce que l'un au moins des cristaux piézoélectriques est inséré dans l'un des bras par l'intermédiaire d'un transformateur.
Description
~ a présente in~ention se rapporte au domaine des circuits électriques connus dans la technique sous le nom de ~iltres de fréquence. Ces ~iltres se présen-tent comme des quadripoles avec deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie ; une tension élec- ~ -trique alternative de valeur constante, étant appliquée entre lesbornes d'entrée, provoque aux bornes de sortie l'apparition d'une tension alternative dont la valeur est variable suivant la fré-quence ; le ~iltre montre ainsi un coef~icient de transmission variable en ~onction de la Préquence, qui est sou~ent visualisé
sous la forme d'une courbe de transmission où en abscisses est portée la fréquence et en ordonnées le rapport entre les valeurs des teisions à l'entrée et à la sortie du fil~re. Il est ain~si possible de ne tr~nsmettre soit au'une extrêmité, hau-te ou basse de la bande de fréquences, soit une portion donnée ; ces diffé~
rentes possibilités correspondent respec-tivement à des filtres passe-haut, pass~-bas et passe-bande.
Dans les nomvreux types de filtres con~us, sont souvent mis contribution des éléments accordés résonnants comportant, soit des capacités et bobines a'auto-inductance, soit, pour de plus haubes surtensions, des résonateu~s constitués ~ar des cristaux pié~oélectriques~
Un cristal piézoélectrique peut etre considéré comme équi~alent à un circuit résonnant du type série, constitué a~un condensateur et d'une bobine d'auto-inductance en série ; ces élémentsa dont la mani~estation ne peut 8tre mise en évide~ce que lorsque le cristal est en état de vibration, sont pour cette raison désignés sous le nom de capacité motionnelle et auto-inductance motionnelle.
~ 'application et l'e~traction des tensions électriques appa-raissant sur certaines de ses faces parallèles en vis-~-vis ste~fec-~ue au mo~en de couches métalliques déposées sur celles-ci, et leur présence crée un autre condensateur sont le cristal constitue le diélectrique, dont l'influence est négligeable en genéral sur le ;
fonctionnement en résona-teur du cristal.
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sous la forme d'une courbe de transmission où en abscisses est portée la fréquence et en ordonnées le rapport entre les valeurs des teisions à l'entrée et à la sortie du fil~re. Il est ain~si possible de ne tr~nsmettre soit au'une extrêmité, hau-te ou basse de la bande de fréquences, soit une portion donnée ; ces diffé~
rentes possibilités correspondent respec-tivement à des filtres passe-haut, pass~-bas et passe-bande.
Dans les nomvreux types de filtres con~us, sont souvent mis contribution des éléments accordés résonnants comportant, soit des capacités et bobines a'auto-inductance, soit, pour de plus haubes surtensions, des résonateu~s constitués ~ar des cristaux pié~oélectriques~
Un cristal piézoélectrique peut etre considéré comme équi~alent à un circuit résonnant du type série, constitué a~un condensateur et d'une bobine d'auto-inductance en série ; ces élémentsa dont la mani~estation ne peut 8tre mise en évide~ce que lorsque le cristal est en état de vibration, sont pour cette raison désignés sous le nom de capacité motionnelle et auto-inductance motionnelle.
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- 2 -Plusieur modes de découpage de ces résonateurs piézoélec ~ "~
triques dans les cristau~ d'origine sont possibles, suivant les bandes de fréquence considérées, et sont désignés sous des nom~ ~;
codifiés tels que "coupe X", "coupe AT" par exemple. . . :.
Pour ~ cristal de coupe AT de dimensions données, c'est une variation de son épaisseur, mesurée sui.vant la distance des ~aces où Ies couches métalliques sont déposées, qui fixe la ~ré- :
quence d'oscillatio~ de celui ci.
Pour un cristal de coupe X, dont la forme générale affecte souvent celle dlun barreau, c'est une variation de sa longueur, pour une largeur déterminée, qui fige, dans le mode dit drélonga- .
tion, la ~réquence d t oscillation.
Par ailleurs, une autre grandeur caractéristique est ~ prendre -~ -. ~ en eonsidération pour dé~inir un cristal cscillant, c~l-e de son - auto-inductance équivalente, dont le choi~ conditionne, comme on va le montrer plus loin en détail, la possibilité d'importantes .
utili.~a-tions pratique~. .
Dans le cas d'un cristal de coupe AT, l'auto-inductance est proportionnelle à l'épaisseur ;~da-ns le cas de la coupe X, les dimensions transversales déterminent, en plus de la fréquence, la ..
valeur de son auto-inductance. - . (.
Cependant, un moyen supplémentaire existe pour falre varier llauto-ind.uctance pour un c-ristal donné~ celui du choi~ détermine de la surface des couches métalliques deposées sur certaines ~aces de celui-ci dans la fonction d'électrode.s~
Fn effet, pour un cristal de dimensions fi~ées, la variation de leur étendue sur ses ~aces permet de faire varier l'auto-induc-tance équi~alente, dans des .limites typiques de l'ordre de 3.
` Dans le cas d'une coupe cristallographique du type X par e~emple, la valeur du coefficient d'auto-inductance ~, pour une sur~ace A d'électrodes est donn~e, en fonction de la ~réquence P, par la relation 1,8 . o~ A est en cm et F en mégahertz. : ~ :
. Or, ainsi qu'il va être décrit plus loin, les cristau~ piézo-électriques constituent les éléments résonnants de ~iltres élec- ~
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i72~7 triques de fréquence, dont la comple~ité croissante exige que les caractéristiques électriques de ces cristaux soient choisies en-tre de larges limites.
Par exemple, dans une grande partie de leur domaine d'appli~
cation, il est souvent souhaité que la courbe de transmission des filtres présente, aux limites de la bande de:eréquences transmise, des flancs plus proches de la verticale ; et l'obtention de ce résultat conduit à la nécessité de la mise en oeuvre d'un ~rand nombre de cristaw , dotés, de plUs 9 d'auto-inductance équivalentes très différentes, dans un rapport typiaue de l'ordre de 10.
Or, on a indiqué plus haut que, notamment, l'auto-inductance d'un cristal déper~,pour une fré~uence donrcie, de certaines de ses dimensions et de celles des électrodes conductrices qu'il porte ;
et le rapport élevé exigé conduit à des ordres de grandeur peu compatibles avec une conception rationnelle.
~ n particulier pour les valeurs faibles du coefficient ~, il en résulte des dimens~ons des cristaux importantes7 avec des sur-faces de métall sation pratiquement impossibles à réaliser ; de plus, les cristaux manifestent alors des résonances parasites néfastes.
~ es filtres électriques faisant l'objet ~e la présen~e inven-tion ne comportent pas ces irlconvénients. Ils font appel à une pluralité de cristaux piézoélectriques dont les auto-înductances équivalentes respectives ont des ordres de grandeur analogues~ ou sont limitées à des rapports faibles.
Par un choix convenable des éléments des filtres de l'invention, il est m8me possible de réaliser la pluralité des cristau~ suiva~t un type unique, où seule celle des dimensions qui détermine la fréquence de résonance, est différente. ~es co~s de fabrication sur machines en sont ainsi largement abaissés.
~ 'invention fait appel, dans son princîpe9 à la mise en oe~vre de transformateurs, associés aux cri~taux dont les auto-i~ductances ~quivalentes dans le filtre seraient difficîles ou împossibles à
réaliser~
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7~ 7 ::
~, Par un choix convenable du rapport m de transformation, A il est ainsi possible dans chaque cas, de substituer a un cristal d'auto-inductance L un cristal d'auto-inductance L' tel que ces.
valeurs soient sensiblement reliéespar la relation:
~' 2 L = m ~
L'invention, bien que d'une utilisation pratique dans ;
un domaine de filtres electriques etendu, est particulièrement avantageuse dans le cas des filtres connus sous le nom de filtres du type JAUMANW, et répondant à une fonction de transfert du type : :
CAUER-TCHEBISHEF. Ces types de filtres ont une structure qui ~ ::
peut se ramener à celle d'une pluralite de cristaux, inclus dans plusieurs branches de circuits parallèles, dont les extremites sont connectees a des transformateurs d'entree et de sortie.
C'est la difficulté de realisation de certains des .' ' :,::
cristaux necessaires pour satisfaire à certaines valeurs d'auto~
inductance qui limite habituellement les performances de ces : :
:
filtres; l'invention, qui remedie à ces difficultes, permet ainsi d'obtenir des filtres, de type CAUER-TCHEBISHEF par exemple, :i de performances très améliorées et de coût de fabrication plus réduit.
Plus précisement, l'invention se rapporte a un filtre électrique de fréquence, comportant deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie, pour l'introduction et l'extraction respectives d'une tension electrique alternative, de frequence comprise dans ~ -des bandes respectives données, les bornes d'entr8e alimentant un transformateur différentiel ayant deux enroulements secondaires :~
ayant une borne commune maintenue a un potentiel fixe, leurs deux autres bornes separées étant reliées, suivant deux bras, à deux pluralités de cristaux piézo-électriques, les deux bras étant .
reliés par des moyens de raccordement aux deux bornes de sortie, caractérise en ce que l'un au moins des cristaux piézo-électriques est inséré dans l'un des bras par l'intermédiaire d'un transf~r-mateur.
~ 4 ~ -.
L I invention sera mieux comprise ~ 1 ' aide de la description ci-apr~s, en s ' appuyant sur les igures annexées, o~: -- la figure 1 represente un f iltre de typé JAUMANN
selon 11 art connu, - ;
,........ ... . _ .. .. ~
, ~7~7 - la figure 2 représente un ~iltre du type JAU~L~NN à trois cristaux selon l'invention, - les figures 3, 4 et 5 des variantes de réalisation de ~iltres de type JAUMANN selon l1invention, - la ~igure 6 représente un autre mode de réalisation ~ -comportan-t des condensateurs. ;~
~a figure 1 représente un ~iltre de type JAUMA~N selon l'art -connu.
Il est constitué d'un transformateur T1, comportant deux ,~
enroulements couplés B1 et ~2 ; le signal alternatif à filtrer est introduit par couplage de ce trans~ormateur avec un enroulement d1entrée P, dont les bornes 1 e~; 2 constituent les born s d'entrée du quadripole représenté par le filtre. -`
Ce transformateur est habituellement désigné sous le nom de "trans~ormateur différentiel", pour des raisons qui seront expli-quées plus loin.
Ses deux bobinages sont réunis ensemble à une de leurs extré-mités 5, dont le potentiel est maintenu fixe par raccordement une "terre" ou "masse".
~e circuit du fiItre comprend deux "bras" 6 et 7, connectés à une de leur extremités, aux extrèmités libres-des deux ~obinages du transformateur différentiel, bras dans lesquels sont insérés des cristaux piézoélectriques résonnants tels que X1, X2, X
Ces deux bras sont connectés ensemble à leur autre extrêmité, par la connexion commune 8, qui constitue l'élément de sortie du filtre, raccordé à la borne de sortie 3,-qui représente, avec la ~orne "masse" 4, les bornes 3 et 4 de sortie S du quadripole fil~re.
Le fonctionnement d'un tel filtre est le suivant : lorqu1on applique aux bornes d'entrée ~ un signal électrique alternatif de ~ `
- 30 fréquence croissante, chaque bras présentera une variation d'impé-dance di~férente en fonction de la fréqu~nce du signal appliqué.
Or les deux bras sont connectés en parallèle. ~e filtre ne trans-~.
mettra que les fréquences qui provoquent, pour les impédances - respectives des deux bras, des valeurs de signes contraires, et de '' .
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- 6- ~ .
~L~P~7%`7 ~.
grandeurs différentes ; par contre, les fréquences qui déterminent l'égalité des grandeurs des impédances des deux bras s'annuleront la sortie du filtre.
Ainsi est justifiée la désignation, sous le nom de trans-formateur di~é~entiel, du transformateur Tl d'entrée, qui aeffectivement pour ~onction de permettre la mise en oeuvre de différences de signaux dans les deux bras du filtre.
Il est à remarquer que, bien que le description soit faite da~s le cas d'un ~iltre du type JAUMA~N , l'invention trouve un :
champ d'application beaucoup plus large, car la plupart des filtres électriques connus dans le domaine technique concerné, no~a~ment les "f.:ltres en tr~ llis", pevvent être tran~formés en filtres équivalents du type JAUMANN. Il est également à noter que le ~iltre représenté sur la figure 1 ne comporte que trois cristaux, ce qui conduit à une bande de transmission dont la courbe d'amplitude en fonction de la fréquence, présente des flancs latéraux nota~
blement éloignés de:la verticale .; pour obtenir des flancs plus raides, on est amené soit à multiplier les ~iltres "en cas¢ade avec tous les inconvénients de complication et de pri~ qui en résultent, soit à multiplier les branches et les cristaux d'un fil-tre du type JAU~ , avec des valeurs d'auto-inductance très :
dif~érentes, dif~iciles, ~oire impossibles à réaliser ; on consi dère, dans le cas général, qu'un tel filtre à~ six quartz consti~ue :
` . une li~ite pratique.
~a figure 2 représente un filtre de fréquence à cristau~
selon l'invention, de meme type de celui de la ~igure 1. Selon l'invention, u~ des cristaux X1 de cette figure, qui sui~ant l'art connu aurait du avoir une auto-inductance équivalente ~1 très difficile à réaliser, est remplacé par un cristal X'1 d'auto-~ inductance ~Y1 facile à obtenir, associé à un transformateur d'im-pédance T2~ de rapport commun m. ~a trans~ormation d'impédance es-t alors réalisée si la relation ci-après est satisfaite :
~' 2 = m , . , I,l .
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7~'~
Par choix convena~e des ordres de grandeurs, il ~st ainsi possible ; ;
de mettre en oeuvre deux cristaux 2'1 et X2 d'auto-inductance identique, ne diff`érant que par leur fréquenoe propre de leur résonance "série" ; en associant le~cristal ~ à un trans~ormateur ~
de rapport convenable, on peut aussi, dans le cas du filtre de la - ' ;
figure 2, rendre les trois cristauæ identiques, à la fréquence de résonance près. C'est une garantie d'un meilleur fonctionnement de l'ensemble du filtre, associé à un coût de fabrication plus ~
faible. -~a figure 3 represente une variante du filtre de l'invention, comportant 7 cristaux au total, répartis à 3 dans un bras et 4 dans l'aut~3, o~ tous les cristauæ piézoélectri~ss sont ide~tique~ à
leur fréquence d'oscillation près, et ont une auto-inductance motionnelle dont l'impédance est portée à la ~aleur désirée pour un fonctionnement convenable du filtre, par une pluralité de transformateurs d'adaptation, qui ont été représentés sous la forme commode de bobinages connectés e~ au-o-transformateur ; la pluralité
de transformateurs se présente alors suivant un auto-transformateur unique T3 à prises intermédiaires telles que 31, 32, ~a figure 4 représente une deuxième varia~te du filtre de l'invention, suivant laquelle les transformateurs d'impédance associés aux cristaux, caractéristiques de l'invention, font partie du transformateur différentiel propre aug filtres électriques de type JAUMA~N.
~e transformateur différentiel T4 assume ainsi deug fonctions, ~`
et ses enroulements doivent etre établis pour lui con~érer simul-tanément les caractéristiques électriques correspondantes, suivant des règles de oalcul à la portée de l'homme de l'art, et qui par conséquent ne seront pas données dans la présente description. Les cristau~ X1 et X~ des extrêmités des bras ne sont pas soumis ~ la -transformation d'impédance et les cristaux X'2 et X'~ le sont.
~a figure 5 représente une troisième variante du filtre de l'invention. Suivant celle-ci, les deux fonctions respectivement `
différentielles et transformatrices d'impédance ont été réparties , . , . . . .. .. :.. ,., -.,.: : : , ::
entre les enroulements des transformateurs d'entrée e-t de æortie, conférant à l'établisseme~t du filtre une souplesse accrue dans le choix des auto-inductances des cristaux oscillants.
Dans ce cas, tous les cristaux X'1, X'2 , X'39 X'~, peu~ent ~
5 8tre soumis à la transformation d'impédance caractéristique de :
l'invention.
~ a figure 6 représente un au-tre mode de réalisation du ~iltre selon l'invention, dérivé de celui décrit et illustré sur la ~igure 3. Suiv~nt ce mode, le trans~ormateur ~3de sortie est mis en état de résonance en connectant à ses bornes une capacitance, de valeur convenable, pour constituer avec son induc-tance propre un circuit accord~ ~e ~iltre bénéficie al~rs d'une mei~l3ure sélectivité en fonction de la ~réquence, ainsi que d'une ten~ion ae sortie plus élevée aue à la surtension du circuit accordé~ Bien qu'il soit possible de connecter, comme sur la ~igure 3 les cristaux au transformateur par des prises intermédiaires, il a été trouvé
avantageux, notamment pour des raisons de coût de ~abrîcation, ,~
d'effectuer les prélèvements de tensions intermédiaires sur un pont diviseur de condensateurs CA CB ...CD, ce qui écarte les difficultés de réalisation d'un transformateur de sortie à prises.
~ajustement précis des rapports de division peut être aisement obte~u en conférant à certains condensateurs une possibilité de variation de leur capacité, tel que figuré sur le condensateur aA~
~a description qui précède a été faite dans le cas d'un fil~re électrique de fréquence de type J~ANN ; il doit 8tre ente~du que la caractéristique de l'invention peut être comprise -dans tout autre type de filtre comportant une pluralité de cristæux piézoélectriques dont les auto-inductances propres doivent 8tre choisies dans une large gamme de valeurs, cette caractéristique étant, dans ces ~iltres, la mise en oeuvre de cristaug d'auto-inductance proches les unes des autres, typiquement dans un rapport ma~imal de 3, associées à des éléments transformateurs de l'impé~
dance équivalente de ces cristau~ piéæoélectriques.
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triques dans les cristau~ d'origine sont possibles, suivant les bandes de fréquence considérées, et sont désignés sous des nom~ ~;
codifiés tels que "coupe X", "coupe AT" par exemple. . . :.
Pour ~ cristal de coupe AT de dimensions données, c'est une variation de son épaisseur, mesurée sui.vant la distance des ~aces où Ies couches métalliques sont déposées, qui fixe la ~ré- :
quence d'oscillatio~ de celui ci.
Pour un cristal de coupe X, dont la forme générale affecte souvent celle dlun barreau, c'est une variation de sa longueur, pour une largeur déterminée, qui fige, dans le mode dit drélonga- .
tion, la ~réquence d t oscillation.
Par ailleurs, une autre grandeur caractéristique est ~ prendre -~ -. ~ en eonsidération pour dé~inir un cristal cscillant, c~l-e de son - auto-inductance équivalente, dont le choi~ conditionne, comme on va le montrer plus loin en détail, la possibilité d'importantes .
utili.~a-tions pratique~. .
Dans le cas d'un cristal de coupe AT, l'auto-inductance est proportionnelle à l'épaisseur ;~da-ns le cas de la coupe X, les dimensions transversales déterminent, en plus de la fréquence, la ..
valeur de son auto-inductance. - . (.
Cependant, un moyen supplémentaire existe pour falre varier llauto-ind.uctance pour un c-ristal donné~ celui du choi~ détermine de la surface des couches métalliques deposées sur certaines ~aces de celui-ci dans la fonction d'électrode.s~
Fn effet, pour un cristal de dimensions fi~ées, la variation de leur étendue sur ses ~aces permet de faire varier l'auto-induc-tance équi~alente, dans des .limites typiques de l'ordre de 3.
` Dans le cas d'une coupe cristallographique du type X par e~emple, la valeur du coefficient d'auto-inductance ~, pour une sur~ace A d'électrodes est donn~e, en fonction de la ~réquence P, par la relation 1,8 . o~ A est en cm et F en mégahertz. : ~ :
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Par exemple, dans une grande partie de leur domaine d'appli~
cation, il est souvent souhaité que la courbe de transmission des filtres présente, aux limites de la bande de:eréquences transmise, des flancs plus proches de la verticale ; et l'obtention de ce résultat conduit à la nécessité de la mise en oeuvre d'un ~rand nombre de cristaw , dotés, de plUs 9 d'auto-inductance équivalentes très différentes, dans un rapport typiaue de l'ordre de 10.
Or, on a indiqué plus haut que, notamment, l'auto-inductance d'un cristal déper~,pour une fré~uence donrcie, de certaines de ses dimensions et de celles des électrodes conductrices qu'il porte ;
et le rapport élevé exigé conduit à des ordres de grandeur peu compatibles avec une conception rationnelle.
~ n particulier pour les valeurs faibles du coefficient ~, il en résulte des dimens~ons des cristaux importantes7 avec des sur-faces de métall sation pratiquement impossibles à réaliser ; de plus, les cristaux manifestent alors des résonances parasites néfastes.
~ es filtres électriques faisant l'objet ~e la présen~e inven-tion ne comportent pas ces irlconvénients. Ils font appel à une pluralité de cristaux piézoélectriques dont les auto-înductances équivalentes respectives ont des ordres de grandeur analogues~ ou sont limitées à des rapports faibles.
Par un choix convenable des éléments des filtres de l'invention, il est m8me possible de réaliser la pluralité des cristau~ suiva~t un type unique, où seule celle des dimensions qui détermine la fréquence de résonance, est différente. ~es co~s de fabrication sur machines en sont ainsi largement abaissés.
~ 'invention fait appel, dans son princîpe9 à la mise en oe~vre de transformateurs, associés aux cri~taux dont les auto-i~ductances ~quivalentes dans le filtre seraient difficîles ou împossibles à
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valeurs soient sensiblement reliéespar la relation:
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L'invention, bien que d'une utilisation pratique dans ;
un domaine de filtres electriques etendu, est particulièrement avantageuse dans le cas des filtres connus sous le nom de filtres du type JAUMANW, et répondant à une fonction de transfert du type : :
CAUER-TCHEBISHEF. Ces types de filtres ont une structure qui ~ ::
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filtres; l'invention, qui remedie à ces difficultes, permet ainsi d'obtenir des filtres, de type CAUER-TCHEBISHEF par exemple, :i de performances très améliorées et de coût de fabrication plus réduit.
Plus précisement, l'invention se rapporte a un filtre électrique de fréquence, comportant deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie, pour l'introduction et l'extraction respectives d'une tension electrique alternative, de frequence comprise dans ~ -des bandes respectives données, les bornes d'entr8e alimentant un transformateur différentiel ayant deux enroulements secondaires :~
ayant une borne commune maintenue a un potentiel fixe, leurs deux autres bornes separées étant reliées, suivant deux bras, à deux pluralités de cristaux piézo-électriques, les deux bras étant .
reliés par des moyens de raccordement aux deux bornes de sortie, caractérise en ce que l'un au moins des cristaux piézo-électriques est inséré dans l'un des bras par l'intermédiaire d'un transf~r-mateur.
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L I invention sera mieux comprise ~ 1 ' aide de la description ci-apr~s, en s ' appuyant sur les igures annexées, o~: -- la figure 1 represente un f iltre de typé JAUMANN
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~a figure 1 représente un ~iltre de type JAUMA~N selon l'art -connu.
Il est constitué d'un transformateur T1, comportant deux ,~
enroulements couplés B1 et ~2 ; le signal alternatif à filtrer est introduit par couplage de ce trans~ormateur avec un enroulement d1entrée P, dont les bornes 1 e~; 2 constituent les born s d'entrée du quadripole représenté par le filtre. -`
Ce transformateur est habituellement désigné sous le nom de "trans~ormateur différentiel", pour des raisons qui seront expli-quées plus loin.
Ses deux bobinages sont réunis ensemble à une de leurs extré-mités 5, dont le potentiel est maintenu fixe par raccordement une "terre" ou "masse".
~e circuit du fiItre comprend deux "bras" 6 et 7, connectés à une de leur extremités, aux extrèmités libres-des deux ~obinages du transformateur différentiel, bras dans lesquels sont insérés des cristaux piézoélectriques résonnants tels que X1, X2, X
Ces deux bras sont connectés ensemble à leur autre extrêmité, par la connexion commune 8, qui constitue l'élément de sortie du filtre, raccordé à la borne de sortie 3,-qui représente, avec la ~orne "masse" 4, les bornes 3 et 4 de sortie S du quadripole fil~re.
Le fonctionnement d'un tel filtre est le suivant : lorqu1on applique aux bornes d'entrée ~ un signal électrique alternatif de ~ `
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Or les deux bras sont connectés en parallèle. ~e filtre ne trans-~.
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grandeurs différentes ; par contre, les fréquences qui déterminent l'égalité des grandeurs des impédances des deux bras s'annuleront la sortie du filtre.
Ainsi est justifiée la désignation, sous le nom de trans-formateur di~é~entiel, du transformateur Tl d'entrée, qui aeffectivement pour ~onction de permettre la mise en oeuvre de différences de signaux dans les deux bras du filtre.
Il est à remarquer que, bien que le description soit faite da~s le cas d'un ~iltre du type JAUMA~N , l'invention trouve un :
champ d'application beaucoup plus large, car la plupart des filtres électriques connus dans le domaine technique concerné, no~a~ment les "f.:ltres en tr~ llis", pevvent être tran~formés en filtres équivalents du type JAUMANN. Il est également à noter que le ~iltre représenté sur la figure 1 ne comporte que trois cristaux, ce qui conduit à une bande de transmission dont la courbe d'amplitude en fonction de la fréquence, présente des flancs latéraux nota~
blement éloignés de:la verticale .; pour obtenir des flancs plus raides, on est amené soit à multiplier les ~iltres "en cas¢ade avec tous les inconvénients de complication et de pri~ qui en résultent, soit à multiplier les branches et les cristaux d'un fil-tre du type JAU~ , avec des valeurs d'auto-inductance très :
dif~érentes, dif~iciles, ~oire impossibles à réaliser ; on consi dère, dans le cas général, qu'un tel filtre à~ six quartz consti~ue :
` . une li~ite pratique.
~a figure 2 représente un filtre de fréquence à cristau~
selon l'invention, de meme type de celui de la ~igure 1. Selon l'invention, u~ des cristaux X1 de cette figure, qui sui~ant l'art connu aurait du avoir une auto-inductance équivalente ~1 très difficile à réaliser, est remplacé par un cristal X'1 d'auto-~ inductance ~Y1 facile à obtenir, associé à un transformateur d'im-pédance T2~ de rapport commun m. ~a trans~ormation d'impédance es-t alors réalisée si la relation ci-après est satisfaite :
~' 2 = m , . , I,l .
. ~ -;
,, . . :~, . . .
-: ; ~ . , , : . . . .
7~'~
Par choix convena~e des ordres de grandeurs, il ~st ainsi possible ; ;
de mettre en oeuvre deux cristaux 2'1 et X2 d'auto-inductance identique, ne diff`érant que par leur fréquenoe propre de leur résonance "série" ; en associant le~cristal ~ à un trans~ormateur ~
de rapport convenable, on peut aussi, dans le cas du filtre de la - ' ;
figure 2, rendre les trois cristauæ identiques, à la fréquence de résonance près. C'est une garantie d'un meilleur fonctionnement de l'ensemble du filtre, associé à un coût de fabrication plus ~
faible. -~a figure 3 represente une variante du filtre de l'invention, comportant 7 cristaux au total, répartis à 3 dans un bras et 4 dans l'aut~3, o~ tous les cristauæ piézoélectri~ss sont ide~tique~ à
leur fréquence d'oscillation près, et ont une auto-inductance motionnelle dont l'impédance est portée à la ~aleur désirée pour un fonctionnement convenable du filtre, par une pluralité de transformateurs d'adaptation, qui ont été représentés sous la forme commode de bobinages connectés e~ au-o-transformateur ; la pluralité
de transformateurs se présente alors suivant un auto-transformateur unique T3 à prises intermédiaires telles que 31, 32, ~a figure 4 représente une deuxième varia~te du filtre de l'invention, suivant laquelle les transformateurs d'impédance associés aux cristaux, caractéristiques de l'invention, font partie du transformateur différentiel propre aug filtres électriques de type JAUMA~N.
~e transformateur différentiel T4 assume ainsi deug fonctions, ~`
et ses enroulements doivent etre établis pour lui con~érer simul-tanément les caractéristiques électriques correspondantes, suivant des règles de oalcul à la portée de l'homme de l'art, et qui par conséquent ne seront pas données dans la présente description. Les cristau~ X1 et X~ des extrêmités des bras ne sont pas soumis ~ la -transformation d'impédance et les cristaux X'2 et X'~ le sont.
~a figure 5 représente une troisième variante du filtre de l'invention. Suivant celle-ci, les deux fonctions respectivement `
différentielles et transformatrices d'impédance ont été réparties , . , . . . .. .. :.. ,., -.,.: : : , ::
entre les enroulements des transformateurs d'entrée e-t de æortie, conférant à l'établisseme~t du filtre une souplesse accrue dans le choix des auto-inductances des cristaux oscillants.
Dans ce cas, tous les cristaux X'1, X'2 , X'39 X'~, peu~ent ~
5 8tre soumis à la transformation d'impédance caractéristique de :
l'invention.
~ a figure 6 représente un au-tre mode de réalisation du ~iltre selon l'invention, dérivé de celui décrit et illustré sur la ~igure 3. Suiv~nt ce mode, le trans~ormateur ~3de sortie est mis en état de résonance en connectant à ses bornes une capacitance, de valeur convenable, pour constituer avec son induc-tance propre un circuit accord~ ~e ~iltre bénéficie al~rs d'une mei~l3ure sélectivité en fonction de la ~réquence, ainsi que d'une ten~ion ae sortie plus élevée aue à la surtension du circuit accordé~ Bien qu'il soit possible de connecter, comme sur la ~igure 3 les cristaux au transformateur par des prises intermédiaires, il a été trouvé
avantageux, notamment pour des raisons de coût de ~abrîcation, ,~
d'effectuer les prélèvements de tensions intermédiaires sur un pont diviseur de condensateurs CA CB ...CD, ce qui écarte les difficultés de réalisation d'un transformateur de sortie à prises.
~ajustement précis des rapports de division peut être aisement obte~u en conférant à certains condensateurs une possibilité de variation de leur capacité, tel que figuré sur le condensateur aA~
~a description qui précède a été faite dans le cas d'un fil~re électrique de fréquence de type J~ANN ; il doit 8tre ente~du que la caractéristique de l'invention peut être comprise -dans tout autre type de filtre comportant une pluralité de cristæux piézoélectriques dont les auto-inductances propres doivent 8tre choisies dans une large gamme de valeurs, cette caractéristique étant, dans ces ~iltres, la mise en oeuvre de cristaug d'auto-inductance proches les unes des autres, typiquement dans un rapport ma~imal de 3, associées à des éléments transformateurs de l'impé~
dance équivalente de ces cristau~ piéæoélectriques.
:, .'' , ~
:
,,,, , ,, - . . . .
.. ,,,, , ,:
Claims (8)
1. Filtre électrique de fréquence, comportant deux bornes d'entrée et deux bornes de sortie pour l'introduction et l'extraction respectives d'une tension électrique alternative de fréquence comprise dans des bandes respectives données, les bornes d'entrée alimentant un transformateur différentiel ayant deux enroulements secondaires ayant une borne commune maintenue à un potentiel fixe, leurs deux autres bornes séparées étant reliées, suivant deux bras à deux pluralités de cristaux piézo-électriques, les deux bras étant reliés par des moyens de raccor-dement aux deux bornes de sortie, caractérisé en ce que l'un au moins des cristaux piézo-électriques est inséré dans l'un des bras par l'intermédiaire d'un transformateur.
2. Filtre électrique selon la revendication 1, où une pluralité de cristaux sont insérés dans l'un des deux bras par l'intermédiaire de transformateurs correspondants, caractérisé en ce que la pluralité des transformateurs corres-pondant à la pluralité de certains des cristaux piézo-électri-ques constitue un enroulement transformateur unique à prises intermédiaires, chacune desdites prises étant connectée à un des cristaux.
3. Filtre électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit enroulement transformateur unique fait partie dudit transformateur différentiel d'entrée.
4. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite pluralité de transformateurs est divisée en deux portions réparties entre ledit transformateur différentiel d'entrée et lesdits moyens de raccordement aux bornes de sortie.
5. Filtre électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de raccordement aux deux bornes de sortie comprennent une pluralité de condensateurs connectés en série auxdites bornes.
6. Filtre électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que certains au moins des cristaux piézo-électriques ont, à l'exception de celle qui détermine leur fréquence d'oscillation, toutes leurs dimensions identiques.
7. Filtre électrique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que certains au moins des cristaux piézo-électriques ont des auto-inductances dont les grandeurs sont dans un rapport au plus égal à 3.
8. Filtre électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est du type JAUMANN.
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