La modulation des courants continus par modulateur en anneau

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La modulation des courants continus par modulateur en

anneau

J.L. Leroy, C. Mabboux-Stromberg

To cite this version:

LA MODULATION DES COURANTS CONTINUS PAR MODULATEUR EN ANNEAU Par J. L.

_LEROY(*)

et C. MABBOUX

Laboratoire de _Physique, Faculté des Sciences de Caen.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM SUPPLÉMENT AU NO 7

PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME _18, JUILLET 1957, PAGE 106 A.

Introduction. - L’une des méthodes

employées

pour

amplifier

de

façon

stable les courants continus

consiste à les moduler _pour

_appliquer

la tension

alternative obtenue sur la

_grille

de la

_lampe

d’entrée d’un

_{amplificateur}

_ordinaire,

_par l’inter-médiaire d’un transformateur s’il _y a lieu

d’adap-ter les

_impédances.

Nous étudierons ici les condi-tions

_permettant

d’effectuer au mieux les deux

opérations,

modulation

_{puis adaptation}

d’impé-dances,

sur des courants lentement variables aussi

faibles _que

_possible,

en

_employant

un modulateur à redresseurs secs.

Nous avons

rejeté

les modulateurs du

_type

inter-rupteur

au

_profit

des modulateurs du

_type

inver-seur

_qui

ont un rendement

_quatre

fois

_supérieur.

Le modulateur en anneau en est le

_spécimen

le

_plus

connu

_{(fig. 1).}

FIG. 1.

On sait _que dans ce

_modulateur,

la

_porteuse

bloque

et

_débloque

successivement

_{chaque paire}

de

diodes,

ouvrant ainsi au

_signal

deux chemins

_qui

lui font

_parcourir

le

_primaire

du transformateur de

sortie dans des sens différents. On montre aisément

que si le

signal

a _pour

fréquence q

et la

_{porteuse p,}

la tension de sortie

_comprend

des termes de

fré-quences p - q, p + q,

3 p

- q etc... Mais le bon

fonctionnement de

_l’appareil

nécessite une identité

des

_quatre

branches du

_pont

_{pour que} la

_porteuse

s’élimine par

symétrie

et il est bien évident _que

l’aptitude

de

_l’appareil

à moduler des

_signaux

très

faibles

_dépendra

du

_degré

_{d’équilibrage}

atteint.

Recherche des conditions

_{d’équilibrage.}

- Dans

le cas

_présent,

le

_signal

étant continu ou lentement

variable,

le transformateur d’entrée doit être

rem-placé

par un

_{potentiomètre.}

D’autre

_part,

nous avons

_{pensé que}

l’équilibrage

serait

_simplifié

si on

éliminait les réactances dans les

_parties

du circuit

(*) LEROY _{(J. L.), Diplôme} d’études _supérieures soutenu

à Caen, le 31 mai 1957.

que

parcourt

la

_porteuse.

C’est

_pourquoi

nous

avons mis un autre

potentiomètre

à la

place

du

transformateur de

_sortie,

en branchant toutefois ce

dernier aux bornes du

_{potentiomètre}

_pour effec-tuer

_{l’adaptation}

_{d’impédances}

_2).

-Fic.2.

Le même souci nous a conduit à

_rejeter

les diodes

à

_oxyde

de cuivre dont la

_capacité

atteint 10 000 cm au

profit

des diodes au

_germanium

dont la capa-cité n’est _que de 1 cm.

Enfin la

_porteuse

a été

_prise

à basse

_fréquence

(50 périodes).

A propos des

diodes,

on _remarquera que les

plus

avantageuses

sont celles dont la résis-tance directe décroît le

_plus

vite avec la tension

appliquée,

et

_qui

_permettent

de diminuer la por-teuse

_jusqu’à

environ

_{0,5 volt,}

et _{par suite le résidu} de

porteuse

à la sortie.

Si l’on

_prend

ces

_{précautions,}

l’équilibrage

est ramené à un

_équilibrage

de

_{résistances,}

mais il est

encore très difficile à réaliser

complètement

car les

résistances des diodes varient

_inégalement

avec la

tension instantanée de la

_porteuse.

Pour obtenir un

équilibrage qui persiste

tout de même

_pendant

toute la

_période

de la

_porteuse,

on se contente

géné-ralement de sélectionner les diodes _pour en utiliser

quatre

dont les

_{caractéristiques}

sont _presque

iden-tiques,

ce

_qui

donne

_déjà

de bons résultats : par

exemple

le modulateur

_{Whestinghouse}

G 500 affai-blit la

_porteuse

de

_plus

de 40 décibels. Pour obtenir

un affaiblissement

plus grand,

une sélection

plus

poussée

des diodes serait illusoire car leurs

caracté-ristiques

varient dans le

_temps

et avec la

tempé-rature. Il nous a _{paru intéressant}

d’équilibrer

un

modulateur

_équipé

de

_quatre

diodes

_quelconques.

Ceci est

_possible

si _{l’on remarque}

_qu’en

utilisant une

_porteuse

de forme

_carrée,

la résistance des

diodes reste constante ce

_qui

_permet

de faire un

équilibrage

pour toute la

période

de la

poiteuse.

Mais cette

_possibilité

n’est intéressante _{que si l’on}

peut

utiliser un

_générateur

de

_signaux

carrés

107 A

simple :

on

_peut

_{remarquer que} les

_temps

de

mon-tée des carrés _{n’ont pas besoin d’être} très

_{courts ;}

la seule condition

_imposée

est _que la _{valeur moyenne} de la tension carrée soit nulle. Partant de ces

données,

nous avons construit un

_générateur

don-nant des

_signaux

de

_0,5

volt sous 500 olms avec des

_temps

de montée de

_{0,4 milliseconde,}

et consti-tué

_simplement

_par un

_système

à deux redresseurs secs écrêtant une tension de 12 volts à 50

_périodes,

obtenue à

_partir

du secteur.

_{L’expérience}

a montré

qu’une

tension obtenue si

_simplement

donnait des

résultats

_{incomparablement supérieurs}

à ceux _que

donne une

_porteuse

sinusoïdale

_{généralement}

utili-sée.

Le

_problème

se ramène alors à

_équilibrer,

_pour

les deux alternances de la

_porteuse,

à l’entrée et à

la sortie un circuit en

_pont

dont les branches

con-tiennent

_quatre

résistances différentes. On

_peut

voir _que ceci est

_impossible

avec la

_disposition

usuelle du modulateur en anneau

_{( fig.}

1 et

_2)..

En

revanche,

si on intervertit le rôle de la

_porteuse

et u

signal (fig.

3)

c’est-à-dire si l’on envoie la

por-... , ’

Fm. 3.

teuse sur AB et le

_signal

sur

_CD,

on

_peut

voir _que

le

_système

fonctionne

_toujours

comme un inver-seur et _que les deux

_{potentiomètres placés}

en E et

F

_permettent

d’éliminer toute différence de

poten-tiel due à la

_porteuse

entre C et D

_{(et par}

suite à la sortie

_aussi).

Pour améliorer encore

l’équilibrage,

on

s’effor-cera

_{d’égaliser}

les résistances inverses

_apparentes

des diodes en shuntant celles-ci _par des résistances

de l’ordre du

_mégohm.

Enfin la nouvelle

_disposition

a aussi

_l’avantage

d’avoir une entrée

asymétrique,

la terre

_pouvant,

_par

_exemple,

être mise en C.

Résultats. - Toutes

ces

_précautions

réduisent

beaucoup

le résidu de

_porteuse

à la sortie. On

_peut

améliorer encore le

_rapport

du

_signal

modulé au

résidu de

_porteuse

en shuntant le secondaire du

transformateur _par une

capacité qui

altère à

peine

le

_{signal puisqu’il}

est modulé à basse

_fréquence,

mais fait

_disparaître

divers

_{pics qui}

se trouvent

dans le résidu de

_porteuse.

Un

_filtrage

_plus

_poussé

n’est

_{guère avantageux}

car le

_signal

continu

mo-dulé a sensiblement même

_spectre

de

_fréquences

que le résidu de

porteuse.

En

_adoptant

les

_{dispositions précédentes}

nous avons --

avec un modulateur

_équipé

de

_quatre

diodes du

_type

0 A

_74,

non sélectionnées -

réa-lisé un affaiblissement

_{delapoiteuse de 90 .décibels ;}

le résidu de

_porteuse

était alors

_équivalent

à un

signal

d’entrée de 30 microvolts environ. Il faut noter _que cet

_équilibrage

est d’autant

_plus

instable

que les

quatre

diodes sont différentes. Il varie très

vite avec le niveau de la

_porteuse

et aussi avec la

température. Cependant

si ces deux

_grandeurs

sont

stables,

le résidu de

_porteuse

est constant et donc

beaucoup

moins

_{gênant qu’un}

bruit de fond.

_Bref,

sans

précautions spéciales,

le modulateur décrit est

_apte

à _{moduler des signaux}

_supérieurs

ou

_égaux

à

_0,1

millivolt.

Le fait que -

pour les faibles valeurs de la

ten-sion

_porteuse

utilisées - la résistance directe des

diodes soit de

_quelques

centaines

_d’ohms,

fixe une

limite inférieure à

_{l’impédance}

d’entrée du modu-lateur. Pour les diodes usuelles cette limite est de l’ordre de 500

ohms,

et on choisira une valeur

voi-sine pour

l’impédance

du

_primaire

du transforma-teur de sortie. Un

_blindage

au mumétal de ce trans-formateur est

_{indispensable.}

Enfin,

les défauts de linéarité du

_système

modu-lateur-adaptateur

sont inférieurs à _{1 pour} cent pour des

signaux

de

fréquence

inférieure à 50

pé-riodes, compris

entre

_0,1

millivolt et

_0,1

volt.

Exemple d’application.

- Nous

avons utilisé un

tel modulateur pour

amplifier

des courants de très

basse

_fréquence

utilisés dans une étude de filtres

passe-bas

à faible

_impédance

_{caractéristique}

cou-pant

à 30

_périodes.

Ces courants étaient

eux-mêmes

_engendrés

_par un

_premier

modulateur dans

lequel

on faisait battre deux tensionsà 4 000

pério-des,

un

_filtrage

ne laissant subsister _que la

com-posante

à très basse

_{fréquence :}

deux modulateurs

permettent

d’isoler une

_portion

de circuit dans

laquelle

on doit travailler à très basse

_fréquence,

le reste de la chaîne étant constitué

_{d’appareils}

de laboratoire courants.

Ce travail a été effectué au Laboratoire de

Phy-sique

corpusculaire

de la Faculté des Sciences de

Caen,

sous la direction de M. le

_professeur

Schérer

à

_qui

nous tenons à

_exprimer

toute notre

_gratitude.

Manuscrit reçu le 11 mai 1957.

BIBLIOGRAPHIE

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