Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~ 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.
.~, : .
~.
' . ' ~, , , , ' , , .; ' ! ~, ' , ' ' .
'''', ',' ' , ' ' ',' ,' " " , ~ " ' ' '"'"; " "'' , `'""' ,",`' ' ' ;" " . ~ ` . '
- 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- ~
, : ' ' ' ` ' ' ~:
' ' ' ' ',
.. , , ~ : : . ..... ... :.. , .,.. ,.:. .. .. . ,.. ., . -........ .
`
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~
, .
. . ., ~ .~
.. . . . .. : . ,;, ,. , . :
.. . : .. .. . . . .
, .. , . . . ~ . . .
, : .; . ,
,: . . . . .
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
''
.
~ .
- 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 .
. ~ -;
,, . . :~, . . .
-: ; ~ . , , : . . . .
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
,
. , . . . .. .. :.. ,., -.,.: : : , ::
-- 8 --
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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