Dispositif amplificateur. La présente invention, due à M. Couillard, concerne un dispositif amplificateur permet tant de modifier la, courbe de bain en fonc tion de la fréquence.
Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un réseau de contre- réaction et des moyens, pour appliquer une tension de commande agissant ,sur le gain pro- pre,de l'amplificateur.
De tels dispositifs peuvent avoir des: applications multiples, soit qu'il s'agisse de commander à distance, soit qu'il s'abisse @d'ob- tenir automatiquement la modification de courbe de réponse en fonction d'une grandeur quelconque (fréquence, ou amplitude par exemple), la tension continue de e.ommande étant elle-même fonction de cette grandeur.
Le résultat @désiré est obtenu en faisant appel aux propriétés, de l'amplificateur à contre-réaction. On sait que le bain global G d'un amplificateur à contre-réaction est donné par l'expression
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dans laquelle A représente le gain propre de l'amplificateur considéré sans contre-réaction, et B le gain du réseau de contre-réaction.
Cette expression montre que: 1. Lorsque le taux de contre-réaction AB est négligeable devant l'unité, le gain global est sensiblement égal à A, et la courbe de: réponse globale est la même que celle de l'am plificateur sans contre-réaction..
2. Lorsque le taux de contre-réaction AB est ,rand devant l'unité, le bain blobal est sensiblement égal à
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et la courbe de ré ponse globale est l'inverse de celle du réseau de contre-réaction.
Pour les valeurs de<I>AB</I> voisines dé l'unité, la courbe de réponse globale peut être aisément :calculée en remplaçant dans l'ex pression (1), A et B par leurs valeurs en fonction de la fréquence, exprimées en qua-n- tit6s complexes.
On utilise les propriétés ci-dessus en don nant à A et à B des caractéristiques. détermi nées en fonction de la fréquence, et en com mandant le gain propre de l'amplificateur par une tension continue appliquée à des électro des convenables des tubesidecetamplificateur. Dans ces conditions: 1.
Pour toutes les fréquences pour les quelles AB est négligeable devant l'unité, la ou les parties correspondantes de la courbe de réponse globale auront sensiblement la même allure que la. courbe,de A, et se dépla ceront parallèlement à elles-mêmes lorsqu'on fera varier la, tension de commande.
2. Pour toutes les fréquences pour Iesi- quelles AB est grand devant l'unité, les par ties correspondantes de la courbe de réponse blobale auront l'allure de l'inverse de la courbe de 13. 3. Les :deux portions de courbe :ci-.dessus seront raccordées par une troisième portion dont l'allure dépendra<B>de</B> la phase du pro- duit <I>AB.</I>
En choisissant :convenablement les carac- téristiques de A et -de B, on pourra donc ob tenir :des courbes de réponse modifiables<B>à</B> volonté par variation de la. tension de com mande.
Un grand nombre de dispositifs peuvent être réalisés, :qui répondent aux diverses applications :qu'on a -en vue. La description ,ci-après concerne, en relation avec les dessins annexés, quelques exemples particuliers d'exé- cution de l'objet @de l'invention; bien entendu, ils sont :donnés à titre d'exemple.
La fig. 1 représente un mode de réalisa tion d'un dispositif amplificateur avec filtre passe-bas .dont l'a fréquence de coupure peut être modifiée par le réglage -de la tensio:n de commande.
Un tel dispositif peut trouver son utilisa- tion soit, par exemple, dans la technique basse fréquence, pour la :commande à -dis- tance, soit encore dans les récepteurs de radio diffusion pour le réglage automatique de la bande passante en fonction du niveau 4u signal, la tensio:n de<U>commande</U> :étant elle même, dans ce cas, fonction :du niveau du signal.
Dans cette fig. 1, 1 désigne une lampe amplificatrice comportant une résistance d'anode 2 et un condensateur ,de couplage :de sortie 3. D'autre part, une résistance de 'contre-réaction 4,est insérée dans le .circuit de cathode, et un. condensateur 5 est connecté entre l'anode et la eathode.
La tensio:n d'entrée est appliquée à la grille de contrôle par l'intermédiaire d'un condensateur 6 -et la tension -de commande est appliquée à la même grille à travers, la résis tance de fuite 7.
L'allure des courbes de réponse obtenues est représentée -sur la fig. 2, Pour une tension de commande Vo, telle que la lampe soit à son maximum de gain, la courbe de réponse propre de l'amplifîca- teur, en l'abseruee de :eentre-réaction, serait représentée par la droite 9" dans la bande des fréquences utiles:. Cette droite, par suite :
de la présence du condensateur 5 (fig. 1), possède une pente négative de 6 décibels par octave.
En l'absence du conder@s:ateur 5 et avec ,contre-réactio:n, la courbe :de réponse serait représentée par la droite horizontale B .dont l'ordonnée dépend .de la valeur de la résis tance 4.
La combinaison de ces, deux earactéris- tqu'es donnera, une courbe de réponse globale représentée par la courbe en traits. pleins Co. On voit que cette courbe est celle d'un, filtre passe-bas ayant une fréquence frontière Fo.
Si maintenant on donne successivement à la tension de commande les valeurs, V@ et V2. par :exemple, les courbes de réponse propres de l'amplificateur viendrons' respectivement en Al et A2, et les courbes de réponse ,glo bales, en C, et C2, avec les fréquences de :cou pure F, et F.,.
En vue d'améliorer l'efficacité -du filtre, il peut être monté plusieurs :étages analogues en cascade avec une tension de commande commune.
On, pourrait encore donner aux différents étages des tensions de commande différentes, en vue de modifier l'allure de la courbe de réponse.
Enfin, au lieu de faire la combinaison des :courbes dans un amplificateur à un seul étage, on peut tout aussi bien l'effectuer dans un amplificateur à plusieurs étages.
La fig. 3 représente également, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécu tion d'un amplificateur à :deux étages don nant un résultat analogue à celui de la fig. 1.
Dans :cette fig. 3, :où les éléments -du pre mier étage sont désignés par les mêmes réfé rences numériques que dans la fig. 1, la deuxième étage comporte une lampe 8 asso ciée à une résistance d'e !charge 9, un conden- sateur de sortie 10 et une résistance de fuite de grille 11.
En outre, l'anode :de la lampe 8 est reliée à la :cathode de la lampe 1 par une résistance 12, à travers un -condensateur de blocage 13, Les résistances 4 et 12 constituent alors le réseau de contre-réaction.
Dans ce montage, le condensateur 5 pour rait tout aussi bien être connecté aux bornes de la résistance 2 ou du circuit anodique de la lampe 8. Les courbes obtenues seraient dans ce cas analogues à celles de la fig. 2.
Si, au lieu d'utiliser un seul condensateur tel que 5, on en utilisait un dans chaque étage, par exemple, l'un aux bornes de la résistance 2 et l'autre aux bornes du circuit anodique de la lampe 8, le calcul montre que les cour- bes de réponse obtenues seraient celles repré sentées par la fig. 4.
On voit sur cette fig. 4 que, pour les fré quences Fo, F, et F=, le gain passe par un. maximum d'autant plus élevé que la fré quence de coupure est elle-même plus élevée.
Cette disposition peut être avantageuse dans le cas d'un récepteur de radiodiffusion pour compenser la perte de gain aux fré quences élevées, due à la sélectivité des cir cuits haute et moyenne fréquences.
Au lieu d'un filtre passe-bas, on pourrait tout aussi bien constituer un filtre passe-haut, en remplaçant le condensateur 5, par exem ple, dans le cas de la fig. 1, par une self en série avec une forte capacité destinée à blo quer le courant continu.
Dans le cas de la. fig. 3, la self pourrait être connectée en série avec les résistances 2 ou 9, ou même à la place d'une de ces résis- tances.
Les courbes obtenues dans ces conditions sont représentées sur la fig. 5 où les mêmes références littérales désignent les mêmes grandeurs que dans la fig. 2.
De même, en utilisant, dans le schéma de la fig. 3, une self dans chaque étage (le con densateur 5 étant supprimé), les courbes ob tenues seraient celles représentées par la fig. 6.
La fig. 7 représente également, à titre d'exemple non limitatif, un dispositif ampli ficateur avec filtre passe-bande à un étage.
Dans cette fig. 7, analogue à la fig. 1 'et dans laquelle les mêmes organes sont désignés par les mêmes références numériques, un cir- cuit bouchon constitué par la self 15 et le condensateur 16 est, 'en outre, connecté entre l'anode et la cathode de la lampe 1. Le con densateur 14, de grande eapa:cité, a pour but de bloquer le courant continu.
Les courbes de réponse obtenues, sont représentées par la fi,g. 8, dans laquelle Ao désigne la courbe de réponse propre de l'am plificateur obtenue pour la tension de com mande correspondant au gain maximum.
Pour les tensions de commande différentes, cette courbe se déplacera parallèlement à elle-même dans le sens vertical et prendra,, par exemple, les positions < 4, et 11z. Les courbes de, réponse globales sont alors représentées respectivement par les courbes en trait plein Co, C, <I>et</I> C2.
Dans le cas d'un amplificateur à deux étages, tel que celui de la fig. 3, le circuit 15-16 peut être connecté à la place des résis- tances 2 ou 9, après suppression du conden sateur 5.
Si, dans un tel amplificateur, on remplace simultanément les résistances 2 et 9 par des circuits tels que 15-16 de la fig. 7, les cour bes de réponse obtenues sont celles de la fig. 9.
De tels amplificateurs peuvent trouver leur emploi dans les récepteurs de radiodif fusion, par exemple, la variation de largeur de la bande passante pouvant être obtenue soit par commande à distance, soit automati quement en fonction de. l'amplitude du signal ou de la tension du bruit de fond, la tension de commande étant alors obtenue à partir de ces grandeurs.
Dans les exemples envisagés plus haut, la caractéristique du réseau de contre-réaction est indépendante de la fréquence, alors que le gain propre de l'amplificateur varie avec la fréquence. Par contre, dans l'exemple de la fig. 10, donné encore à titre non limitatif, c'est la caractéristique du réseau de contre- réaction qui est fonction de la fréquence, et le gain propre -de l'amplificateur qui en est indépendant.
Ce résultat est obtenu en connectant un condensateur 17, de valeur convenable, aux bornes de la résistance de contre-réaction 4, Dans ces conditions, les courbes de réponse globales obtenues sont celles représentées par la fig. 11.
Sur cette fig. 11, où les notations sont les mêmes que dans les, courbes,des figures, précé dentes, -on voit que le gain global augmente d'abord avec la fréquence, de 6 décibels par octave dans l'exemple envisagé, et demeure ensuite constant pour toutes les fréquences supérieures à -une certaine fréquence Fo, F, ou Fz, par exemple, selon la tension de com mande appliquée.
Un tel dispositif trouve son emploi notam ment dans les récepteurs de radioaltimètres à modulation de fréquence. Dans ces appareils, utilisant une fréquence proportionnelle à l'al titude à mesurer, il est bien connu qu'une caractéristique telle que celle de la fig. 11 est avantageuse, afin de supprimer les per turbations de fréquence inférieure à la fré quence utile, tout -en limitant l'influence -des harmoniques de cette fréquence utile.
On obtiendra le résultat désiré, avec le dis positif de la fig. 10, en rendant la tension -de commande, fonction de la fréquence utile sui vant une loi convenable.
On peut encore améliorer le résultat ob tenu 'en ajoutant au dispositif de la fig. 10 un -condensateur tel que celui représenté en 5 (en pointillé) sur cette même figure. Le calcul montre que, dans ce cas, les courbes obtenues ont l'allure de celles représentées par la fig. 12.
On peut encore monter en cascade un am plificateur à gain propre constant et caracté ristique -de contre-réaction fonction -de la fré quence, avec un amplificateur à gain propre fonction de la fréquence et caractéristique de contre-réaction constante.
A titre d'exemple non limitatif, si on monte en cascade un amplificateur tel que celui de la fig. 10 (sans le condensateur<B>5),</B> avec un amplificateur tel que celui de la fig. 1, on obtiendra les courbes de réponse de la fig. 13.
Dans cette fig. 13, Ca, Cl -et CZ -désignent les courbes de réponse globales de l'amplifi- cateur de la fig. 1 pour différentes tensions de commande, et C'o, C',, C', les courbes de réponse globales de l'amplificateur de la, ; fig. 10 pour les mêmes tensions de commande.
L'allure des courbes de réponse de l'ensemble -est représentée respectivement en<I>Do,</I> D,. et D2.
Un tel dispositif pourra encore être utilisé ; dans la réalisation des radioaltimètres à mo dulation de fréquence.
La fig. 14 représente, enfin, à titre ,d'exemple non limitatif, une autre forme d'exécution -d'un dispositif amplificateur avec filtre passe-bande à largeur variable. Dans cette fig. 14, où les mêmes organes .sont dési gnés par les mêmes références numériques que dans la fig. 1, la résistance de contre-réaction 4 -est, en outre, shuntée par un circuit réson-, nant constitué par le condensateur 18 et la self 19 en série.
Dans ceps conditions, les courbes de ré ponse obtenues sont représentées sur la fig. 15 .dans laquelle Ao, <I>Al, A,</I> désignent, les -caractéristiques propres de l'amplificateur pour différentes tensions :de commande, 'et B, l'inverse de la courbe de réponse .du réseau de contre-réaction. Les courbes de réponse globales sont représentées en C,,, C,et C,.
En. introduisant un tel amplificateur dans un récepteur de radiodiffusion, par exemple, -si on utilise, comme tension de commande, la tension de réglage automatique du gain, on obtiend ira simultanément une augmentation de la largeur de bande et une réduction du gain lorsque le niveau du signal augmentera.
Et pour terminer, on complétera la .des cription précédente par quelques consdéra- tions générales sur la manière dont fonctionne le dispositif amplificateur suivant l'invention.
A cet effet, on se reportera. à la fig. 16 qui représente schématiquement un amplificateur à contre-réaction dans lequel Z, est une réac- tance connectée aux bornera du circuit ,d'anode de la lampe 1, .R la résistance de -contre- réaction et r la résistance de charge.
Si on appelle<B>S</B> la pente de la lampe 1, le gain global est donné par l'expression
EMI0005.0001
long laquelle Y #
EMI0005.0004
désigne l'admittance du circuit Z,. C'est ainsi que, pour le schéma de la<U>fi-.</U> 1, par exemple, on aurait <I>Y -</I> jc w.
Si on pose
EMI0005.0008
il vient
EMI0005.0009
Tant que RS est: grand devant l'unité, iY =
EMI0005.0013
et le bain dépend uniquement de cos 9p.
On voit que le gain sera égal à
EMI0005.0015
donc constant, pour toutes les fréquences rendant 99 négligeable et commencera à décroître lors que 9p ne sera plus n égligeable, c'est-à-dire à partir de fréquences (frontières du filtre) dépendant de la valeur de S.
La fig. 17 représente schématiquement., un amplificateur à contre-réaction dans le quel Z, est une ré#tactanc.e utilisée comme ré seau de contre-réaction et r la résistance de charge.
Alors le bain global est donné par
EMI0005.0030
<B>si</B> on pose tg < # =@@@Z I il vient (GI-Sr cosy On voit encore que le gain sera égal à Sr, donc constant pour toutes les fréquenoes ren dant<B>99</B> négligeable, et commencera à d6craî- tre lorsque (p ne sera plus négligeable, c'est- à-dire à partir de fréquences (frontières du filtre) dépendant de la valeur de S,
comme dans le cas de la fig. 16. Mais, tandis que dans le cas de la fig. 16, le gain était limité une valeur maximum constante
EMI0005.0046
dans le cas de la fig. 17, il est limité à une valeur maximum égale à Sr, donc variant propor tionnellement à S. Comme S est fonction de la tension -de commande, on voit comment la variation de cette dernière pourra modifier la courbe de réponse.
Si, dans le montage de la fib. 1"7, on uti lise une réactance Z., inverse de la réactance Z, de la fib. 16, on obtiendra, dans les deux cas, des courbes de réponse analogues, avec cette différence que, dans le cas de la. fig. 16, les différentes courbes de réponse correspon dant aux différentes tensions de commande seront limitées supérieurement par une partie horizontale d'ordonnée constante, alors que dans le cas de la fi* 17, l'ordonnée de la.
partie horizontale limitant chaque courbe est fonction de la pente, donc de la. tension de commande.
On pourra obtenir ainsi: Soit un filtre passe-bas en constituant Z, par une capacité ou Z4 par une self; soit un filtre passe-haut en constituant Z, par une self ou Z_ par une capacité; soit un filtre passe-bande en constituant Z, par un circuit antirésonnant ou Z.2 par un circuit résonnant (exemple fig. 7 et 8, 14 et l.5); soit, enfin, un filtre arrête-bande en cons tituant Z, par un circuit résonnant ou Z.@ par un circuit antirésonnant.
Dans le cas où l'impédance Z, laisse pas ser le courant -continu, on intercalera en série une capacité assez forte pour que la réactance ne soit pas sensiblement modifiée dans la gamme dies fréquences utiles (exemple fig. 7). ; Dans le cas où Z_ ne laisse pas passer le ,courant -continu, on connectera en parallèle une résistance assez élevée pour que la réac tance ne soit pa.s sensiblement modifiée dans la gamme des fréquences utiles (exemple fib. 14).
Il va sans dire que toutes les considéra- tions ci-dessus sont applicables au cas d'am plificateurs à plusieurs étages.; qu'elles sont également applicables aux combinaisons de s plusieurs amplificateurs de caractéristiques déterminées, avec des tensions .de commande communes ou indépendantes, suivant le résul tat désiré.