LE NOUVEL I TALON PRIMAIRE DE TENSIONS EN HAUTE FRI QUENCE

DU LABORATOIRE.NATIONAL DE RADIOI LECTRICITI

JuLmN LOEB

l n g 6 n i e u r en chef a u L. N. R. charg6 du D6partement

(~ R6cepteurs et g6n6rateurs ))

PAR

J E a N PI~RILHOU I n g 6 n i e u r c o n t r a e t u e l au L. N. R.

SOMMAIRE. - - Apr~s avoir indiqug les raisons de la solu- tion choisie, on ddcrit l'appareiltage qui sert it l'gtalon- nage (~ absolu )), en haute [rdquence, des voltm~tres it grande sensibilitd.

1. INTRODUCTION. - - Parmi les a t t r ibut ions du D6par tement (( R6cepteurs et g6n6rateurs )) du Laboratoire National de Radio61ectricit6 (L. N. R.) figure la v6rification des prototypes des g6n6rateurs h tension'de sortie 6talonn6e qui lui sont pr6sent6s par les construeteurs.

Cette v6rification n6cessite l 'emploi d 'un milli- voltm~tre r6pondant aux conditions suivantes :

a) Son 6talonnage dolt gtre (( absolu ,. Si l 'on s'en tenai t h la signification exacte de ce terme, il faudrai t 6tablir une relation exp6rimentale enti~re- merit calculable entre les indications du voltm~tre et la f. 6. m. d 'une pile 6talon. En fait, la mesure des tensions en H. F. ne n6cessite pas une telle pr6- cision, et l 'on peut consid6rer comme (( absolu , l '6talonnage compor tan t une relation exp6riInen- tale enti~rement calculable entre les indications du voltm~tre H. F. 6tudi6 et cetles d 'un bon vohm~tre h courant continu. De cette faqon, on doit pouvoir garantir une pr6cision de 2 %.

b) L 'apparei l doit comporter une gamme de 30 h 100 millivolts.

c) L ' imp6dance d'entr6e dolt ~tre tr~s 61ev6e. d) Le domaine de fr6quences doit ~tre le plus

6tendu possible.

Point de d~part de l'dtude. - - Le d6par tement a 6t6 muni, par les soins de Mr FROMY, d 'un milli- voltm~tre h lampes r6pondant h ces sp6cifications.

L'6talonnage de l ' ins t rument s'effectue au moyen d 'un g6n6rateur h 30 000 pps 6tablissant dans une r6sistance connue un courant mesur6 par un couple thermo61ectrique. Ce couple est h son tour 6talonn6 au moyen d 'une pile 6talon.

Le millivoltm~tre est con~u de telle so~te que ses indications doivent gtre ind6pendantes de la fr6- quence darts un doInaine a t te ignant des fr6quences tr~s 61ev6es (t00 Mc/s par exemple). Ces qualit6s ont 6t6 v6rifi6es pour les gammes de tensions sup6- rieures h I volt, par comparaison avec un voltm~tre (( General Radio )) dont l '6talonnage ~tait garanti par son constructeur comme restant valable jusqu'h ces fr6quences. En fait, des essais effectu6s au

L. N. R. au moyen de couples thermo61ectrique so r t confirm6 la confiance que l 'on pouvai t avoir dans la constance de ce dernier 6talonnage avec la fr6- quence.

I1 6tait cependant n6cessaire d 'obteni r au L. N. R. une v6rification directe de l%talonnage du volt- m~tre en haute fr6quence, et pour la sensibilit6 30 fi 100 millivolts. Le pr6sent article a pour objet de relater les premiers r6sultats concrets obtenus au cours de l '6tude ordonn6e dans ce sens par le C. N. E. T.

2. M E S U R E DIRECTE DE FAIRLES TENSIONS EN

H A U T E F R I ~ Q U E N C E . - - La premiere question qui s'est pos6e est la suivante : (( Est-il possible de mesurer directement, en H. F., des tensions de l[ordre de la dizaine de millivolts ? )) et nous nous contente- rons, dans ce paragraphe, d ' indiquer les limites ren- contr6es au cours de chacune des tenta t ives effec- tu6es :

Mesure de la valeur efficace des tensions. - - Au moyen d'61ectrom6tres mont6s en idiostatique, on peut mesurer, h 1 % pros, des tensions de l 'ordre de 10 volts (la description de ces appareils sera reprise plus loin).

Au moyen de couples thermo61ectriques, on peut mesurer quelques milliamperes dans une r6sistance chauffante de l 'ordre de la centaine d 'ohms, soit quelques centaines de millivolts.

L'emploi de ((Thermistor, est 6galement h pr6voir, mais l ' in t roduet ion de ces appareils en France est encore trop r6cente pour qu 'on puisse indiquer des r6sultats.

Mesure de la tension de cr~te. - - De telles mesures auraient permis, si elles avaient donn6 des r6sultats, de t rouver des valeurs exactes pour les tensions efficaces, h condition d 'avoir affaire h des tensions parfa i tement sinusoidales. Toute mesure de tensions de crgte comporte obligatoirement l 'emploi d'616- ments redresseurs. Or les redresseurs utilisables en H. F. (diodes, eellules photo61eetriques, etc.), pos- s~dent une f. 6. m. propre de l 'ordre du volt. Cette f. 6. m. dolt ~tre retraneh6e de la tension mesur6e au moyen d 'une compensation quelconque.

L'exp6rience a montr6 que cette f. & m. n 'es t pas stable, de telle sorte que la. tension mesur6e subit des

- - 233 - -

2 / 4 J U L I E N LOEB ET

variations incontr61ables, de l 'ordre de 0,1 volt. La plus petite tension de crgte mesurable avec une erreur de I ~o est donc de l'ordre de 10 volts.

Utilisation de lu montd en hgt~rosta- tique. - - On d6veloppe en ce moment une m6thode de mesure directe des faibles tensions en H. F., eomportant l'emploi d'61ectrom~tres mont6s en h6t6- rostatique.

Le principe en est expos6 dans la note pr61imi- naire du L. N. R. n ~ 84. Cette 6tude est en bonne vole,, mais comme la m6thode expos6e ei-apr~s a do'nn6 plus rapidemen~ des r6sultats concrets, et comme les moyens du L. N. R. en personnel sont des plus limit6s, elle a pass6 en deuxi~me urgence.

3. MI~THODE E F F E C T I V E M E N T E M P L O Y I ~ E . - - La m6thode repose sur l?emptoi d 'un 61ectrom~tre mont6 en idiostatique, en l'esp~ce l'61ectrom~tre

M iralr

,4 m o r f l"aaeur I~uile

J E A N PI~RILHOU [ANNALES DES t~I~,LI~COMML~qICATIONS

La marche de la mesure est ainsi la suivante : On relie l'entr6e E h la source de tension H. F.

mesurer. On r~gle la tare P, jusqu'h l 'immobilisa- tiou du spot en un point de l'6chelle qu'on rep~re. Pu~s on relie E avee le potentiom~tre P1, qu'on

Fro. 2.

r~gle j,usqu'h ce qu'on ait remis le spot sur le rep6re. Ace moment la tension lue en Vest 6gale h la valeur efficace de la tension inconnue.

Attdnuateur dtalonng en valeur absolue. - - L ' 6 t a p e sui,vante est ]a r6a.lisation d 'un at t6nuateur dont on mesure l'affaiblissement par une m6thode absolue. Cette m6thode consiste en l 'application d'une tension h l'entr6e, assez forte non seulement pour qu'on puisse la mesurer facilement au moyen de la m6thode d6crite ci-dessus, mais encore pour que la tension, h la sortie soit mesurable de la mgme favon.

If faut donc des circuits qui, ne s'ah~,rent pas sous l'effet de tensions 61ev6es (ce qui exclut l'emploi de r6sistances), qui pr6sentent une imp6dance d'entr6e 61ev6e et peu de variations avec la fr6quenee. Ces exigences sont satisfaites par l'emploi, d'affaiblis- seurs h capacit6s (fig. 3).

S A II 0-----9

C' =-r = I

FIG. 3.

FIG. I .

Villey-Bouty ~fig. 1 ). I1 d6rive de l'61ectrom~tre h quadrants, tout en pr6sentant par rapport h eel,ai-ci les avantages suivants :

I1 a une capacit6 d'entr6e petite (10 cm environ). II est amorti par une coupelle remplie d'huile.

Mesure des tensions efficaces. - - Le montage est r6al~is6 suivant ]a figure 2'.

L'aiguille A est reli6e h ]a terre ; la borne d'entr6eE est mise en relation, soit avec la tension h mesurer, soit avec une tension continue r~gl6e par l e poten- tiombtre P1 et mesur6e avec le voltm6tre V.

Afin de maintenir toujours l'aiguille A dans la mgme position, on applique sur l 'autre paire de quadrants une tare fournie par le potentiom~tre P2 (suggestion de Mr FROMY}.

Les capacit6s C et y sont ajust6es de telle mani~re que si la borne B e s t connect6e h une capacit6 8 de 90 cm, on trouve entre A et la masse une capacit6 de 90 cm 6galement. L'affaiblissement est mesur~ en pla~ant effectivement aux bornes de sortie une capacit6 8 = 90 cm (somme de la capacit6 de l'61ec- trom~tre et d'une capacit6 d 'appoint d). Le montage est donn6 par la figure~4.

A ta

FIG. 6.

La m6thode de mesure est la suivante : La source de tension H. F. est appliqu6e en per-

manence h l'entr6e A de l 'affaiblisseur. L'~leetro-

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t. 1, n ~ 10,'1946] N O U V E L I~T AL ON P R I M A I R E H A U T E F R I ~ Q U E N C E 3/4

m~tre E i pent 6tre reli6 soit h l'entr6e A de l'affai- blisseur (position ~( alternatif ~), soit h l'entr~e F du potentiom~tre h courant continu RR' (position ~( continu ~). L'61ectrom~tre E z peut 6tre tell6 soit �9 ~ la sortie B de l'affaiblisseur (position ~ alternatif >~), soit h la borne b du potentiom~tre (position ~( con- t inu )~). Lfi tension de la pile P e s t 6gale h la tension H. F. d'entr6e. La mesure se conduit comme suit :

Les deux inverseurs 6tant en position ~( alternatif )~, on r~gle les tares (non repr6sent6es sur la figure 4) de faqon h amener les deux spots chacun sur son rep6re. Puis on met les deux inverseurs sur ~< con- t inu ~, et on ajuste la r6sistance R' de faqon h rame- ner le deuxi~me spot sur son repute (le premier y est d6jh en raison de l'6galit6 des tensions H. F. et con- tinue). L'affaiblissement est, en amplitude :

R + R ' R'

~20

f t ~

9a

oo

7o

6o

.5o

,40

30 /

o : e , ~ ' ~ t . . o ~ , e~ ":" t , 9 M,e/a

/ /

/ /

20

J

d

l~,talonnage absolu d'un r darts la gamme 50mV-t00mY. - - L 'a justement des imp6dances d'entr6e des att6nuateurs permet d'en utiliser 2 ou plusieurs mis en cascade. Avec 2 att6nuateurs, on obtient un affaiblissement de 225 environ. En appliquant une tension de 22,5 volts h l'entr6e, on obtient h la sortie une tension de 100 mV, connue de fa~on absolue (fig. 5).

FIG. 5.

E est l'6lectrom~tre, laiss6 en permanencc h ]'entr6e des att6nuateurs A~ et A.~ en cascade. La

/

J

/ /-

VOLTM~:TRP-- L, N.IR. ~" ") __

DYS~ Ym~7-~fOu~

& A M M E ' Oj 'I

40

qO 2O 40 $0 6"0 70 80 ,ga "100

FtG. 6.

Le domaine de fr6quence accessible h cette m6thode est celui pour lequel les deux 61ectro- mbtres accusent la m~me tension d'6quilibre en continu pour la m~me tension H. F. Cette identit6 a 6t6 v6rifi6e jusqu'h 10 Me/s) en al imentant les deux 61ectrom~tres en parall~le. Elle est due aux tensions de tare, qui maintiennent les deux aiguilles dans des positions identiques. Elle subsiste vrai- semblablement pour des fr6quences sup6rieures, mais n'a pas encore pu ~tre v6rifi6e, faute de g6n6- rateurs assez puissants.

Les affaiblissements mesur6s sur quatre affai- blisseurs ont donn6 les r6sultats respectifs suivants exprim6s enrapports d 'ampli tude : 14,5 15,3 t4,9 15,7. Ces chiffres peuvent gtre certifi6s h 1 % pr~s. Ils sont les m~,mes pour toutes los fr6quences allant de 0 h 1,9 Mc/s.

tgte H. F. du voltm~tre, T, est plac6e juste h la sortie de As, le condensateur d 6tant r6"g16 de faqon h compl6ter h 90 ~ F la capacit6 de T.

Les ]uites pouvaient fausser la mesure (si le blin- dage n 'avai t 6t6 soigneusement r6alis6), en raisoll de la coexistence, dans le montage, dc tensions tr~s blev6es et de tensions tr~s faibles. Oil a v6rifi6 l'absence de fuites en 6tablissant un court-circuit entre le point ] e t la terre. Dans les conditions de la mesure, aucune fuite n'6tait d6celable avec une tension de 100 V h l'entr6e.

La fr6quence maximum utilis6e au cours des essais a 6t~ de 1,9 Mc/s.

4. CoNCl.USlON. - - Le d~partement ~ R6cepteurs et g6n6rateurs ~ est maintenant en possession d 'un 6talon primaire de tensions en H. F. qui permet

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4/4 d'6talonner directement les millivoltm~tres, "~ des

fr6quenees comprises entre 0 et 1,9 Me/s.

5"0~

1

~. 400

s ~

/

J U L I E N L O E B E T J E A N P I ~ R I L H O U [ANNALES s '~]~L~COMMIJNICATIONS

La fr6quence 1,9 Mc/s n'est pas, et de loin, la limite au-dessus de laquelle on ne pourrait plus

/ ,~, 3 0 ~', 3 /

~, r '~ la / / .

/ . /

/ VOI._'rI'. 'IETI:~'F__. L. N , R . N" 2 _ _

G A M M F _ . " 0 , 5

40 ..20 ~ 0 40 SO 6 0 70 8 0 ,90 400

F~G. 7.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~'uit au L. N. R., et utilis6 effectuer l'6talonnage. Elle constitue une premiere jusqu'~ pr6sent, est constant entre 30 kc/s (seule 6tape, rendue possible par le mat6riel exi~tant au fr6quence pour laquelle il 6tait 6talonn6) et 1,9 Mc/s. L . N . R . D~s que l'on pourra disposer de sources de Les figures 6 et 7 montrent la supcrposition des courant fournissant 150 V & des fr6quences sup6-

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courbes d'6talonnage fares h ces deux fr6quences, rieures, les essais se poursuivront dans le domaine La figure 8 montreune photographie del'installation. "des fr6quences plus 61ev6es.

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