Dispositif basculeur électronique La présente invention a pour objet un dispo sitif électronique basculeur.
Un problème important, dans la conception des basculeurs, consiste à éviter de déformer excessive ment les fronts d'ondes raides des signaux en cré neaux qui sont transmis dans ces montages, par exemple, dans la bascule d'Ecclès-Jordan, de la plaque de l'un des tubes qui la constituent à la grille de l'autre. En effet, si ces fronts d'ondes raides sont déformés de manière excessive, par exemple par suite de la présence des capacités parasites des tubes, le basculement du système risque à certains moments d'être compromis.
Il est d'autre part nécessaire, notamment dans l'application de ces dispositifs au comptage d'im pulsions électriques, qu'après un basculement provo qué par une impulsion, le système retrouve très rapidement sa sensibilité vis-à-vis de l'impulsion sui vante qui doit pouvoir le faire basculer à nouveau.
On constate, par exemple dans l'échelle-de- deux classique, que ces deux exigences sont géné ralement contradictoires.
En effet, la première conduit à compenser l'ef fet des capacités parasites par des capacités dia gonales (c'est-à-dire des capacités de liaison entre la plaque de chaque tube et la grille de l'autre), ayant des valeurs importantes. Ces capacités dia gonales élevées introduisent par leur état de charge qui constitue en quelque sorte la mémoire<B> </B> du système, une dissymétrie dans l'état électrique du système aux instants de son basculement, et, évi tant ainsi son retour à l'état stable initial, provo quent son passage à l'état stable opposé.
La deuxième exigence mentionnée ci-dessus con duirait au contraire à utiliser des capacités diago- nales relativement faibles, afin d'éviter que, par un temps de décharge trop long, ces capacités main tiennent sur les électrodes des tubes des valeurs de potentiel les rendant insensibles aux impulsions de commande.
Le compromis généralement réalisé entre ces deux exigences contradictoires nuit finalement dans le cas d'une échelle-de-deux à la rapidité de comp tage.
L'invention a pour but de fournir un dispositif basculeur exempt de ces inconvénients.
Le dispositif électronique basculeur suivant l'in vention est caractérisé en ce qu'il comporte un com mutateur disposé et agencé pour transmettre alter nativement à chacun des éléments électroniques bi- stables que comprend le basculeur proprement dit, les signaux de commande de basculement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'objet de l'inven tion. La fig. 1 est un schéma général d'une échelle- de-deux munie d'organes commutateurs et d'or ganes de retard et constituant la première forme d'exécution. Les fig. 2, 3, 4, illustrent le fonctionnement du dispositif de la fig. 1.
Les fig. 5, 6, représentent des formes d7exécu- tion utilisant respectivement, comme organes com mutateurs, des pentodes à blocage par la grille d'ar rêt et des diodes.
La fig. 7 est le schéma d'un montage à divi seurs de tension utilisable dans l'un quelconque des dispositifs des fig. 1, 5 et 6. L'échelle-de-deux de la fig. 1 comprend essen tiellement deux triodes (1, 2, 3) et (4, 5, 6), étant entendu que, dans cette désignation, le premier chiffre à l'intérieur de la parenthèse désigne l'anode, le deuxième la grille, le troisième la cathode de chaque triode.
Les anodes 1 et 4 sont connectées, par l'in- termédiaire de résistances 7 et 8, respectivement, à une source de haute tension continue 9, de 300 volts par exemple. Les cathodes 3 et 6 sont connec tées à la masse par l'intermédiaire d'un ensemble de polarisation commun constitué par une résistance 10 à laquelle on a ajouté un condensateur 11. Les cir cuits du dispositif représenté comportent une branche gauche constituée par la résistance 8, l'ensemble comprenant une résistance 12 et un condensateur 13 qui sont disposés en parallèle, ainsi que par une résis tance 14.
Il comporte, d'autre part, une branche droite composée de la résistance 7, de l'ensemble compre nant une résistance 15 et un condensateur 16 qui sont disposés en parallèle ainsi que d'une résistance 17. Les connexions des anodes 1 et 4 aux points 18, 19, des branches gauche et droite sont croisées.
Les éléments énumérés ci-dessus composent une échelle-de-deux classique.
Le montage que l'on est en train de décrire com porte, en outre, un dispositif de commutation 20 comportant deux sorties 21, 22, respectivement con nectées aux grilles 2 et 5, et deux dispositifs de re tard 23, 23', reliant les points 18 et 19 au dispo sitif de commutation 20. Une source 24 d'impulsions à compter attaque les grilles de l'échelle-de-deux par l'intermédiaire du commutateur 20.
Le fonctionnement du dispositif de la fig. 1 est le suivant On supposera qu'a un instant donné, la lampe (1, 2, 3) débite. Pour simplifier l'exposé du fonc tionnement du dispositif décrit, on supposera, en outre, qu'elle fonctionne sans courant de grille dans les conditions du montage et que sa résistance interne est négligeable devant les résistances du montage.
Pour fixer les idées, et à titre d'exemple non limitatif, on donnera à ces résistances les va- leurs suivantes: Résistances 7 et 8 : 50 000 ohms Résistances 12 et 15 : 500 000 ohms Résistances 14 et 17 : 200 000 ohms Résistance 10 : 25 000 ohms Quant le tube (1, 2, 3) débite celui (4, 5, 6) est bloqué et les tensions s'établissent comme suit au point 18: 280 volts, sur la grille 2: 80 volts environ. En supposant que le tube (1, 2, 3) débite 3,2 mA de courant anodique, la tension au point 19 sera de 125 volts environ, et la tension sur la grille 5 sera de 50 volts environ.
La cathode du tube de gauche, qui débite, sera à un potentiel voisin de celui de sa grille, c'est-à- dire 80 volts environ. La cathode du tube de droite sera donc soumise au même potentiel de 80 volts. (Ce potentiel de 80 volts correspond à la chute de tension produite dans la résistance 10 par le cou rant de plaque du tube non bloqué.) Si l'on applique alors une impulsion négative sur la grille du tube de gauche, à l'instant d'application de cette impul sion, ce tube est polarisé à une tension inférieure à sa tension de coupure, et se trouve bloqué.
Le seul courant qui circule dans les résistances de la branche de droite est alors déterminé par les résistances seules, si bien que les potentiels de cette branche ont tendance à s'établir aux mêmes valeurs que ceux de la branche gauche, à savoir au point 19 : 280 volts, sur la grille 5 : 80 volts environ. Mais ces valeurs ne sont atteintes qu'après dé charge du condensateur 16 et, à l'instant d7applica- tion de l'impulsion, les potentiels de la branche droite s'établissent de façon que soit conservée la différence de potentiel de 75 volts qui existait à l'instant précé dent aux bornes de ce condensateur.
Par conséquent, le potentiel au point 19 prendrait à cet instant la valeur de 225 volts, et le potentiel sur la grille 5, la valeur de 180 volts s'il n'y avait pas de capacités parasites. Les potentiels Vto au point 19, et V5 sur la grille 5, sont représentés en traits pleins aux fig. 2 et 3 res pectivement, en fonction du temps t. Dans ces fi gures to désigne l'instant d'application de l'impul sion.
Les courbes en pointillés représentent les po tentiels Vio et V5 en tenant compte des capacités pa rasites des grilles 25 et 26 des deux tubes et en sup posant que ces capacités sont relativement peu éle vées. Ces courbes montrent, qu'après un instant t1 postérieur à to , la tension de la grille 5 dépassera la valeur 80 volts du potentiel de cathode du tube, et que, par conséquent, le tube de droite deviendra conducteur ; le multivibrateur basculera et le tube de gauche se bloquera alors.
L'évolution que prendrait le potentiel V., de la grille de gauche dans le cas théorique où les capa cités parasites sont nulles, est représentée 'a la fig. 4 à l'instant to de basculement, le point 18 passerait au potentiel de 125 volts et, la différence de poten tiel de 200 volts qui existait aux bornes du conden sateur 13 ne décroissant que progressivement, la grille 2 passerait donc à un potentiel de - 75 volts, qui remonte exponentiellement vers la valeur d'équi libre de 50 volts à mesure que le condensateur 13 se décharge.
Pour une amplitude donnée des impul sions de déblocage, le montage ne sera susceptible de basculer à nouveau qu'après l'instant t2 où le po tentiel de la grille 2 aura retrouvé une valeur suffi sante. Il existe ainsi un temps mort (t. <I>à</I> t2) pendant lequel le montage ne peut pas compter les im pulsions qu'il reçoit, ce qui limite en définitive sa fréquence de comptage.
Il est bien évident que ce temps mort est d'autant plus réduit que les valeurs des capacités 13 et 16 sont plus faibles. Mais, quand ces capacités ne sont pas suffisamment importantes vis-à-vis des capacités parasites 25 et 26, celles-ci interviennent dans l'évo lution des potentiels de la branche de droite, comme le montrent les courbes en traits mixtes des fig. 2 et 3, qui correspondent à ce cas. Dans les montages classiques, les organes 20, 23, 23', n'existent pas, et on applique les impulsions à compter simultané ment sur les deux tubes, par exemple sur les grilles 2 et 5.
Dans un tel montage, si les capacités 13 et 16 ont les valeurs faibles mentionnées ci-dessus, quand l'impulsion cesse, la grille 2 étant revenue au potentiel de 80 volts (dans l'exemple numérique décrit), et la grille 5 n'ayant pas atteint le potentiel de 80 volts (courbe en trait mixte de la fig. 3), c'est le tube (1, 2, 3) qui redeviendra conducteur.
Par conséquent, dans les montages classiques, pour qu'il y ait basculement, il est nécessaire que les condensateurs diagonaux 13 et 16 aient des va leurs relativement grandes vis-à-vis des capacités parasites du montage (s'il en est ainsi, en effet, la grille 5, à la fin de l'impulsion à compter, et sous réserve que celle-ci ait une durée suffisante, est à un potentiel supérieur à 80 volts, donc supérieur à celui de la grille 2). Mais alors, ainsi qu'on l'a expliqué ci-dessus, la fréquence de comptage ne peut être très élevée.
Au contraire, dans le montage de la fig. 1, le commutateur 20 a pour fonction d'appliquer l'im pulsion à compter à un seul des deux tubes, à sa voir à la grille du tube qui débite (en variante, elle pourrait être appliquée à la plaque du tube opposé, comme à la fig. 6), de manière à bloquer seulement le tube qui débite, et ceci pendant un temps suffi sant pour permettre à l'autre tube de devenir con ducteur et au système de basculer:
ainsi, l'impul sion à compter sera appliquée à la grille 2 jusqu'à l'instant t3 , où (en supposant que les valeurs des capacités diagonales soient faibles et qu'on se trouve ainsi dans le cas de la courbe en trait mixte de la fig. 3), la grille atteint un potentiel de 70 volts.
Si l'on suppose qu'un tube du type du tube (4, 5, 6) est susceptible d'être conducteur quand on applique 80 volts sur sa cathode et 70 volts sur sa grille (son anode étant, d'autre part, soumise à un potentiel approprié), à l'instant t3, le tube (4, 5, 6) se mettra à conduire (car, à cet instant, contrairement à ce qui se passait dans le cas du montage classique, la grille 2 est à un potentiel très inférieur à 80 volts, par suite du blocage du tube (1, 2, 3) par l'impulsion à compter). Le système basculera donc, bien que les capacités diagonales soient faibles.
On a effecti vement constaté que le montage de la fig. 1 per mettait d'utiliser des capacités diagonales faibles et d'augmenter considérablement la fréquence de comp tage. Ce résultat expérimental confirme que la va leur de l'idée à la base du montage de la fig. 1 est indépendante de l'exactitude et de la rigueur des explications théoriques contenues dans le présent texte, qui sont simplement données dans le but de faciliter la compréhension du mémoire.
Le rôle des dispositifs 23, 23', est le suivant : le commutateur 20 est conçu de telle façon que pendant qu'il transmet, par exemple, l'impulsion à compter issue de la source 24, sur la grille 2, sa sortie 22 soit bloquée ;
le dispositif 23' transmet alors avec un certain retard, l'impulsion à compter, amplifiée par le tube (1, 2, 3), à la partie du commutateur 20 qui correspond à la sortie 22, et débloque ainsi cette sortie. Le retard introduit par le dispo sitif 23' est réglé pour que l'instant de déblocage de la sortie 22 intervienne quand le basculement du sys tème est terminé, ou suffisamment avancé pour ne plus risquer d'être compromis par la transmission éventuelle de ladite impulsion au tube (4, 5, 6).
De même, le dispositif 23 empêche l'impulsion suivante appliquée à la grille 5, d'être transmise à la grille 2, par l'intermédiaire de la sortie 21 du commutateur 20, avant la fin du basculement du système pro voqué par cette impulsion. Le commutateur 20 est composé d'éléments de transmission à seuil, bloqués ou débloqués suivant que la polarisation qui leur est appliquée par les dispositifs 23 et 23' est d'un sens ou de l'autre, c'est-à-dire en définitive, suivant que le tube correspondant débite ou non.
La fig. 5 montre une forme d'exécution sem blable à celle de la fig. 1 et dans laquelle le com mutateur est représenté en détail et comprend deux pentodes (27, 28, 39, 30) et (31, 32, 33, 34), les chiffres entre parenthèses désignant successivement la plaque, la grille d'arrêt, la grille de commande et la cathode. Pour simplifier la figure, on n'a pas repré senté la connexion des grilles-écran, qui ne présente aucune particularité. Les cathodes 30, 34, sont con nectées au pôle positif de la source 9 de 300 volts, et les plaques 27, 31, aux pôles positifs respectifs de sources 35, 36, fournissant une tension de 500 volts.
Les plaques 27 et 31 sont, d'autre part, respective ment connectées aux points 18 et 19 par l'intermé diaire de condensateurs de liaison 37, 38. Les grilles d'arrêt 28, 32 sont respectivement con nectées aux points 18 et 19 par l'intermédiaire de dispositifs de retard 23 et 23'( tels que cel lules à inductance-capacité, ou, plus simplement, aux fréquences de comptage élevées, éléments de ligne coaxiale). Les grilles d'arrêt 28, 32, sont, en outre, connectées par l'intermédiaire de résistances respectives 39 et 40, au pôle positif de la source 9.
Le dispositif de la fig. 5 fonctionne suivant les principes énoncés ci-dessus en se référant aux fig. 1 à 4. Les condensateurs 13 et 16 ont des valeurs re lativement faibles, si bien que les formes d'ondes sont celles données en traits mixtes aux fig. 2 et 3.
Quand le tube (1, 2, 3) débite, sa tension de plaque est transmise par le dispositif de retard 23' à la grille d'arrêt 32, et la pentode (31, 32, 33, 34) se trouve bloquée. L'impulsion négative à compter issue de la source 24 est alors dirigée uniquement vers le point 18 (du fait que, le tube (4, 5, 6) ne conduisant pas, la pentode (27, 28, 29, 30), dont la grille d'arrêt est au même potentiel de - 300 volts que la cathode, est débloquée). Toutes les explica tions données à propos de la fig. 1 sont valables pour la fig. 5. Dans ces conditions, le tube (4, 5, 6) devient conducteur, tandis que le tube (1, 2, 3) est bloqué, et ainsi le basculement du système intervient de façon sûre.
Après un certain retard, déterminé par l'organe 23, cette impulsion, amplifiée dans le tube (4, 5, 6), revient à la grille d'arrêt 28, et bloque la pentode (27, 28, 29, 30). (Comme on l'a expliqué ci-dessus, ce temps de retard doit être suffisant pour que ce blocage de la pentode (27, 28, 29, 30) intervienne seulement quand le phé nomène de basculement ne risque plus de s'inter rompre.) A ce moment, quand une nouvelle impul sion négative est appliquée aux grilles 29, 33, elle est transmise seulement par la pentode (31, 32, 33, 34) (alors débloquée du fait que le tube (1, 2, 3) est maintenant bloqué).
Les résistances 39, 40, ont pour fonction d'adap ter l'impédance d'entrée des pentodes, du côté de leur grille d'arrêt, à l'impédance terminale des dis positifs de retard 23 et 23'. De cette façon, aucune réflexion de l'impulsion qui arrive sur ces grilles d'arrêt ne risque de se produire (de telles réflexions pourraient, dans certains cas, provoquer un bascule ment du système à contre-temps).
Dans la forme d'exécution de la fig. 6, le com mutateur est plus simplement constitué par deux diodes (40, 41) et (42, 43), dont les plaques 40 et 42 sont respectivement connectées aux points 18 et 19 par l'intermédiaire de dispositifs de retard 23, 23'. Les cathodes 41, 43, sont attaquées par la source 24 qui produit les impulsions à compter. Les électrodes des deux diodes sont connectées à la borne positive de la source 9 (qui, dans l'exemple non limitatif décrit, fournit une tension continue de 300 volts), par l'intermédiaire de résistances 44, 45, 46.
L'ensemble fonctionne suivant les principes énoncés ci-dessus : quand le tube (1, 2, 3) débite, la diode 42, 43, est bloquée ; une impulsion négative à compter qui survient alors est dirigée par le com mutateur uniquement vers le point 18 ; cette im pulsion débloque le tube (4, 5, 6) tandis qu'elle bloque le tube (1, 2, 3), ce qui a pour effet, d'une part, de faire basculer le système, d'autre part, de bloquer la diode (40, 41) et de débloquer la diode (42, 43), si bien qu'une nouvelle impulsion à comp ter sera, cette fois, dirigée uniquement vers le point 19.
La présence des dispositifs de retard 23, 23', convenablement dimensionnés, est, pour les raisons déjà exposées, indispensable si l'on veut ré duire les valeurs des condensateurs 13 et 16 et augmenter ainsi la fréquence de comptage, afin d'éviter le risque d'un déblocage inopportun des diodes en cours de basculement. Les résistances 44 et 46 jouent le même rôle d'adaptation d'impédance que les résistances 39, 40 du montage de la fig. 5.
Il faut remarquer, d'autre part, que, dans les montages des fig. 5 et 6, on est pratiquement obligé de prendre des valeurs des capacités diagonales (13 et 16) qui, bien que nettement plus faibles, toutes choses égales par ailleurs, que celles qu'on rencontre dans les montages classiques, sont cependant suffi santes pour assurer une transmission aussi correcte que possible des fronts raides des impulsions de bas- culement. En effet, tout en restant dans l'hypothèse des courbes en traits mixtes des fig. 2 et 3,
il est souhaitable d'atteindre assez rapidement la valeur limite des tensions (par exemple 80 volts dans la courbe en trait mixte de la fig. 3) pour obtenir un basculement franc. Or, il faut tenir compte des va riations des capacités parasites des tubes avec leur gain qui entraînent une déformation variable des im pulsions, et, en prévision de cette déformation, aug menter les valeurs des capacités diagonales , ce qui se fait, comme on l'a exposé ci-dessus, au dé triment de la vitesse de comptage.
Le montage de la fig. 7 supprime cet inconvé nient: on n'a représenté qu'une partie des circuits, la variante de la fig. 7 consistant simplement, dans l'un quelconque des montages des fig. 1, 5 et 6, à remplacer la résistance 15 par deux résistances 7' et 17' et à connecter la plaque 1 au point com mun à ces deux résistances (bien entendu, on effec tue une modification analogue à la branche gauche du montage). En outre, on donne aux capacités diagonales (telles que 16) une valeur élevée vis- à-vis des capacités parasites (telles que 26).
Enfin, on choisit les résistances 7, 7', 17 et 17', de façon que le rapport des deux premières soit égal au rapport des deux dernières, et on prend ces dernières grandes vis-à-vis des premières.
A titre d'exemple non limitatif, dans un montage effectivement réalisé, on a utilisé les valeurs sui vantes Résistances 7 et 7' :<B>1000</B> ohms Résistances 17 et 17" : 100 000 ohms Dans ces conditions, on constate que les formes d'ondes sur les grilles et les plaques des deux tubes sont très sensiblement en créneaux ; à chaque bas- culement, les tensions atteignent très rapidement leur valeur d'équilibre, et varient ensuite très lentement. Le basculement se fait alors sans difficulté, même aux fréquences élevées de comptage, et le temps mort signalé ci-dessus est particulièrement ré duit.
Il est probable que la transmission rapide des fronts d'ondes raides dans ce montage peut s'expli quer par le fait que, aux fréquences élevées, la cons tante de temps des connexions allant de la plaque d'un tube à la grille de l'autre est pratiquement déterminée par les capacités parasites telles que 26 et les résistances telles que 7 (les capacités éle vées telles que 16 se comportant sensiblement comme un court-circuit pour ces fréquences). Cette cons tante de temps est donc très faible.
D'autre part, les tensions alternatives transmises aux deux électrodes du condensateur 16 étant déri vées de la tension de la plaque 1 par division dans le rapport des résistances 7 et 7', d'une part, et 17 et 17', d'autre part, aucune tension alternative n'ap- parait aux bornes de ce condensateur, qui, même aux composantes à basse fréquence du créneau à transmettre, n'introduit donc pas de constantes de temps de charge ou de décharge.
Il faut remarquer qu'un artifice analogue a été antérieurement utilisé pour la transmission de si gnaux transitoires dans les amplificateurs vidéo . Mais on ne pouvait songer à l'appliquer aux mon tages basculeurs classiques, car il ne permettait pas d'obtenir des courbes des tensions de grille des tubes du type de celle figurée en pointillé à la fig. 3. Or, de telles courbes sont nécessaires pour assurer le basculement de ces montages classiques. Au con traire, elles ne sont nullement nécessaires pour as surer le basculement des montages décrits et, par suite, cet artifice peut avantageusement s'appliquer à ces montages.
En variante, à la place des tubes électroniques, on pourrait par exemple utiliser des transistors.