Brevet FR2008059A1 — publié le 19700116

î 2008059 Des boucles d'asservissement verrouillées sur phase sont couramment utilisées pour synchroniser la rotation d'un arbre de moteur, par exemple, sur une fréquence de référence. C'est-à-dire que la fréquence de référence d'alimentation est corn-5 parée au point de vue phase à une fréquence de réaction issue de la rotation de l'arbre du moteur, et est appliquée au moteur en vue d'augmenter ou de diminuer la vitesse de manière correspondante. De telles boucles sont également utiles lorsqu'une fréquence de réaction quelconque est comparée à une fréquence d'alimentation 10 en vue d'une régulation de phases. Un circuit flip-flop est très souvent utilisé comme élément comparateur de phases. Cependant, ce circuit présente des inconvénients graves qui limitent son champ dsapplication en ce domaine. En premier lieu, dans le mode de 15 verrouillage sur phase, la sortie du flip-flop est une onde carrée dont la valeur moyenne est proportionnelle à la différence de phases des fréquences de référence et de réaction. Un filtrage considérable est, par conséquent, nécessaire pour dériver la valeur moyenne du signal de sortie d'onde carrée. 20 En deuxième lieu, le niveau moyen en courant continu de l'onde carrée de sortie peut être nul lorsque les fréquences de référence et de réaction sont différentes. Un tel état peut susciter une indication de verrouillage fausse. Lorsqu'une régulation de vitesse ou de phase précise est nécessaire, une comparaison de phases 25 adéquate doit être présente pour maintenir la sécurité de fonctionnement du système. Cela étant, l'invention a pour but de procurer des circuits de synchronisation perfectionnés. L'invention a également pour but de procurer des cir-30 cuits perfectionnés servant à déterminer avec précision le déphasage de deux signaux. Suivant l'invention, il est prévu un système servant à maintenir un signal de fréquence de travail synchronisé sur un signal de fréquence de référence comprenant : 35 un dispositif pour comparer les signaux de fréquence de travail et le signal de fréquence de référence et pour produire des impulsions rectangulaires dont la durée est directement proportionnelle au déphasage des signaux, un dispositif pour intégrer les impulsions rectangu-40 laires afin de produire une tension de sortie centrée sur une 69 14607 2 2008059 tension médiane, la tension médiane étant la valeur indiquant que la fréquence de travail est égale à la fréquence de référence, un dispositif pour produire le signal de fréquence en réponse à la tension de sortie, cette tension de sortie étant 5 supérieure à la tension médiane lorsque la fréquence de travail est inférieure à la fréquence de référence auquel cas la tendance est à l'accroissement de la fréquence de travail, et la tension de sortie étant inférieure à la tension médiane lorsque la fréquence de travail est supérieure à la fréquence de référence auquel cas 10 la tendance est à la diminution de la fréquence de travail. Un exemple de 1*invention sera décrit ci-après avec référence au dessin annexé dans lequel : la Fige 1 est un schéma synoptique montrant la relation entre les circuits comparateur et intégrateur décrits plus loin; 15 la Fig. 2 montre le compteur à trois étages qui con stitue le circuit comparateur de la Fig. 1, et la Fig. 3 représente le circuit intégrateur représenté à la Fig. 1. La Fig. 1 est un schéma Synoptique d'un système 20 à boucle • d'asservissement à verrouillage sur phase . Une antenne 101 ou un oscillateur local 103 produit la fréquence de référence W . L'antenne 101 est représentée à titre d'exemple dans une application dans laquelle la fréquence de référence peut être un signal transmis d'un endroit à un autre et un appareil local doit 25 être mis en phase avec ce signal. Une telle application réside, par exemple dans une installation de phototslégraphie dans laquelle le moteur de balayage de 1'émetteur et le moteur du récepteur doivent être synchronisés de manière précise sinon la copie produite serait déformée. On peut également imaginer une 30 situation dans laquelle un appareil local doit fonctionner en synchronisme avecyun appareil semblable situé à distance» La fréquence de référence W , quelle que soit la source, est appliquée à un réseau comparateur de phases 105 en même temps que la fréquence de . réaction à laquelle elle est comparée. 35 Ce circuit comparateur de phases 105 doit être,! comme décrit plus haut, un circuit logique flip-flop ordinaire, mais pour la précision et la sécurité du fonctionnement, on utilise le circuit représenté à la Fig. 2= La sortie du circuit comparateur de phases 105 est un signal dont la largeur des impulsions est en relation di-40 recte avec le déphasage relatif de Wr et de Le signal est alors 69 14607 3 2008059 appliqué -au convertisseur 107 qui fonctionne comme un .convertisseur largeur des impulsions: analogique et produit la tension de sortie VQ. On peut se référer à la Fig. 3 pour obtenir . une représentation d'un circuit convertisseur numérique-analogique 5 suivant l'invention. La tension VQ est une tension qui est en relation directe avec le déphasage relatif des fréquences et VQ est appliqué à une source de fréquence réglée en tension qui peut être constituée par un appareil quelconque dans lequel la fréquence de sortie varie selon la tension d'entrée appliquée. 10 La Fig. 1 montre diverses formes d'exécution de la source de fréquence réglée en tension. Si le moteur 115 est un moteur à courant continu, VQ peut être appliqué directement par la ligne 108. Si, par exemple, la source de fréquence réglée en tension est un oscillateur réglé en tension, sa sortie peut être 15 utilisée pour faire fonctionner le moteur 115 par la ligne 113 ou, comme indiqué, elle peut être utilisée comme circuit comparateur par-réaction defréquence:phase 105 par la ligne 111. Grâce à la ligne 111, l'oscillateur réglé en tension 109 devient la source de fréquence pour tout autre type d'appareil de régulation que 20 l'on désire synchroniser en phase sur la fréquence de référence Wr# Dans ce cas-ci, la Fig. 1 montre le moteur 115 qui est commande par l'oscillateur 109. La référence 119 indique schéma-tiquement un repère ou un autre type d'indicateur utilisé par le détecteur 117 pour mesurer la vitesse de rotation du moteur 115. 25 Par exemple, le repère 119 peut être un aimant qui excite un capteur magnétique 117 pour produire le signal de réaction nécessaire Un autre type de capteur peut être optique et dans ce cas un détecteur optique 117 détecte un repère 119 prévu sur l'arbre du moteur 115. En tout cas, la sortie du dé-30 tecteur 117 est la fréquence de réaction qui est renvoyée au circuit comparateur de phasesl05. Si Wj est une fréquence inférieure à Wr, la sortie du circuit comparateur de phase 105 varie de manière correspondante et la sortie de l'intégrateur ou du convertisseur 107 se situe à 35 une tension VQ plus élevée. Dans le cas où l'on utilise un oscillateur réglé en tension, cet oscillateur produit, en réponse à la tension accrue, une fréquence plus élevée qu' il transmet au moteur 115. Le moteur, en réaction àla fréquence d'alimentation ping élevée acquiert de la vitesse jusqu'à ce que le détecterr 117 40 produise le signal W^. à une vitesse égale à \t'r. A ce moment, la 69 14607 . 2008059 tension VQ transmise à l'oscillateur réglé en tension 109 se trouve au niveau correct pour maintenir la vitesse du moteur 115 à la valeur désirée. Cette action est semblable lorsque la fréquence est supérieure à la fréquence Wr. Dans ce cas,M?oscil-5 lateur réglé en tension 109 produit me fréquence mains- élevée de façon à ralentir le moteur 115 jusqu'à la fréquence de ..^travail. La Fig. 2 représente le circuit comparateur de phases 105 représenté sous une forme synoptique à la Fig. 1. Le circuit comprend trois flips-flops 209, 215 et 223 interconnectés de ma-10 nière qu'ils soient réglés dans l'ordre 1, 2 et 3, par le train d'impulsions de référence Wr et repositionnés dans l'ordre 3, 2 et 1 par le train d'impulsions de réaction W|.* Ainsi, si Wr, c'est-à-dire la fréquence du train d'impulsions de référence, est supérieure à (la fréquence du train d'impulsions de réac-15 tion) le flip-flop 2 est maintenu danis l'état "1". Si est supérieur à Wr, le flip-flop 2 est maintenu dans l'état "0" et si est exactement égal à Wr, le flip-flop 2 est réglé par Wr et repositionné par et sa valeur de sortie moyenne est proportionnelle à la différence de phases. Si, à titre de définition, 20 les flips-flops sont réglés par une tension de terre et repositionnés par une tension négative, si est égal à zéro, par exemple lorsque le moteur 115 de la 'Fig. 1 est stationnaire, la première impulsion du train d'ondes Wr règle le flip-flop 209 par l'intermédiaire de la porte ET 205. La sortie réglée ou nlM 25 du flip-flop 209, qui se trouve maintenant à son premier niveau, excite la porte ET 211. L'impulsion suivante du train d'impulsions Wr sur la ligne 201 règle donc le flip-flop 215. La sortie de la borne réglée ou "1" du flip-flop 215 se trouve alors au premier niveau, apparaissant sur la ligne de sortie 217 et 30 excitant la porte ET 219. La troisième impulsion du train Wr règle le flip-flop 223 dans l'ordre voulu. Si, par exemple, la fréquence est égale à zéro, la fréquence de réaction d'entrée repositionne les flips-flops dans l'ordre inverse. La première impulsion du train repositionne 35 donc le flip-flop 223 dont la sortie excite la-porte ET 213 du flip-flop 215. L'impulsion suivante du train règle le flip-flop 215 dont la sortie excite la porte ET 207 du flip-flop 209. La troisième impulsion du train règle le flip-flop 209 par l'intermédiaire de la porte ET 207. La sortie apparaissant sur la li 69 14607 5 2008059 gne 217 dans ee cas-ci est égale à zéro lorsque le flip-flop 215 a été repositionné. La Fig. 3 montre le circuit convertisseur largeur des impulsions:analogique 107 fonctionnant conformément aux principes 5 de l'invention. Le circuit représenté est une forme d'exécution spécifique de convertisseur 107 représenté à la Fig. 1. Sa sortie doit être une tension variable proportionnelle à l'écart de phase détecté entre la fréquence de référence et la fréquence de réaction afin de commander l'oscillateur réglé en tension. La sortie 10 du circuit comparateur de phase 105 à la Fig» 1, représentéeplus clairement à la Fig. 2, est une onde rectangulaire variant selon la différence détectée entre les fréquences^ et Ce signal doit, par conséquent, être filtre si l'on veut obtenir la tension analogique nécessaire pouvant être effectivement utilisée par l'oscil-15 lateur réglé en tension 109. Le filtrage désiré peut être effectué à l'aide d'une technique numérique comme indiqué avec référence à la Fig. 3. Comme l'état de régime désiré est un écart de phase nul, le signal de sortie permanent FF2 est ion signal carré symétrique. Si 20 Wr était également un signal carré symétrique, on pourrait le soustraire de la sortie du flip-flop 2 sans changer sa valeur en courant continu. La forme d'onde de sortie doit alors être un zéro constant, pour un écart de phase nul, lorsque de petits écarts de phase ne produisent que des impulsions étroites à tendance po— 25 sitive ou négative qui sont plus faciles à filtrer car la majeure partie de leur énergie de courant alternatif se trouve dans la gamme des harmoniques les plus élevées de W . Comme indiqué de manière spécifique à la Fig. 3, le signal FF2 est transmis par la ligne 301 aux diodes 305 et 311. La 30 fréquence de référence Wr est transmise par la ligne 303 aux diodes 307 et 309. Par conséquent, lorsque Wy et FF2 se trouvent dans leur état "haut", c'est-à-dire à la terre, les diodes 305 et 307 sont coupées tandis que les diodes 309 et 311 sont conductrices. La base du transistor T2 es'fc> ?ar conséquent, polarisée en sens direct, 35 coupant ainsi le transistor. Lorsque les diodes 305 et 307 sont rétropolarisées, une tension positive apparaît à la base du transistor T-^ qui devient ainsi conducteur. Lorsque est conducteur, du courant traverse les résistances et R2, faisant ainsi apparaître une tension de polarisation fixe sur la base du transistor 40 Le courant traverse alors la résistance R^ et le transistor 69 14607 . 2008059 et sort par l'impédance de sortie ZQ, c'est-à-dire l'impédance utilisée pour stabiliser le système compte tenu de ses caractéristiques transitoires. Ce courant passant par l'impédance ZQ,qui est proportionnelle à la largeur des impulsions,produit la tension 5 de sortie V nécessaire pour faire fonctionner la source de fréquence réglée en tension. Cependant, lorsque les signaux de sortie FF2 et Wr sont dans leur état de tension ''basse" ou "négative", les diodes 305 et 307 sont excitées tandis que les diodes 309 et 311 sont coupées. 10 Le transistor est maintenant coupé tandis que le transistor T2 est conducteur. De la même manière que pour le transistor ci-dessus, du courant passe de la terre par le transistor T2 et les résistances R-^ et R2. Ceci rend le transistor conducteur et le courant passe alors de la terre par l'impédance de sortie ZQ 15 à travers le transistor et la résistance R^ vers la tension d'alimentation négative. La tension de sortie VQ dans ce cas-ci, devient une tension négative destinée à être appliquée à la source de fréquence réglée en tension* Le fonctionnement de la Fig. 3 ressort donc de la des-20 cription qui précède. Si le signal FF2 sur la ligne 301 est dans l'état "haut" ou terre pendant un laps de temps plus long que la largeur, dans le temps des impulsions, du signal V>'r, ceci indique que la fréquence de référence Wr est plus élevée que la fréquence de réaction Le fonctionnement du circuit comparateur res-25 sortira de la Fig. 2. Lorsque la fréquence de réaction Wfest inférieure à la fréquence de référence V«rr, cela indique que le fonctionnement de l'appareil produisant le signai Wç est plus lent que la fréquence de référence Comme indiqué à la Fig. 3, dans ce cas le transistor est maintenu conducteur pendant une période 30 de temps plus longue que le transistor T2, produisant ainsi une tension positive VQ à sa sortie. Cette tension positive est décelée par l'oscillateur réglé en tension dont la fréquence de sortie augmente. Dans l'exemple représenté à la Fig. 1, le moteur doit donc tourner à une vitesse plus élevée pour augmenter la vi-35 tesse à laquelle la fréquence est produite. Si la fréquence Wr reste élevée par rapport au signal FF2 ceci indique que la fréquence de réaction est plus élevée que la fréquence de référence. Le transistor T2 à la Fig. 3 est donc maintenu conducteur pendant une période de temps plus longue et le 40 transistor produit ainsi la tension négative VQ à la sortie re 69 14607 7 2008059 présentée à la Fig. 3 pour l'oscillateur réglé en tension. Cette tension de sortie doit donc diminuer la.fréquence de sortie de l'oscillateur réglé en tension pour ralentir le fonctionnement de son appareil qui, sur la Fig* 1, est le moteur 115. Cela étant, 5 le circuit qui précède intègre effectivement le signal de la sortie du circuit comparateur de la Fig. 2 pour faire fonctionner l'oscillateur réglé en tension selon la phase détectée des fréquences de référence et de réaction. On a donc décrit un appareil servant à régler effective-10 ment la sortie d'un oscillateur réglé en tension en vue de l'utiliser pour comparer des phases et/ou pour régler la vitesse d'un appareil de sortie. Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits auxquels divers changements et 15 modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre. 69 14607 2008059 REVENDICATIONS.. . . . . 1.- Système servant à.maintenir un signal de fréquence de travail synchronisé sur un signal de fréquence de.référence, caractérisé ce qu'il comprend : ; 5 un dispositif pour comparer les signaux de la fréquence de travail et le signal de la fréquence de référence et pour produire des impulsions rectangulaires dont la durée est directement proportionnelle à la différence de phases entre les signaux,. un dispositif pour intégrer les impulsions rectangulai-10 res afin de produire une tension de sortie centrée sur une tension médiane, la tension médiane étant la valeur qui indique que le signal de fréquence de travail est égal au signal de fréquence de référence, un dispositif pour produire le signal de fréquence en 15 réponse à la tension de sortie, la tension de sortie étant plus élevée que la tension médiane lorsque la fréquence du signal de travail est inférieure à la fréquence du signal de référence auquel cas la tendance est à l'augmentation de la fréquence du signal de travail, et la tension de sortie étant inférieure à la 20 tension médiane lorsque la fréquence du signal de travail, est supérieure à la fréquence du signal de référence auquel cas la tendance est à la diminution de la fréquence du signal de travail. 2.- Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comparateur comprend : 25 un circuit flip-flop servant à produire les ondes rec tangulaires, ce circuit comprenant un premier, un second et un troisième flip-flop réglés dans l'ordre du premier, du second,et du troisième flip-flop par l'autre signal de fréquence, et lès flips-flops étant repositionnés dans l'ordre du troisiè-30 me, second et premier par le signal de fréquence de travail, le second flip-flop restant réglé lorsque l'autre fréquence est supérieure à la première et restant repositionné lorsque la fréquence du signal de travail est supérieure à la fréquence de référence. 3.- Système suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé 35 en ce que le dispositif intégrateur comprend : un premier dispositif pour produire un premier courant d'une polarité lorsque la première fréquence est supérieure à l'autre, un second dispositif pour produire un second courant de U0 l'autre polarité lorsque l'autre fréquence est supérieure à la 69 14607 9 2008059 première, et Tin dispositif d'impédance couplé au premier et au second dispositif servant à produire la tension de sortie en réponse au premier et au second courant. 5 Circuit suivant la revendication 3> caractérisé en ce que le premier dispositif comprend : un premier interrupteur servant à produire un premier signal d'excitation en réponse à un état lorsque le premier et le second signal de fréquence sont tous deux d'une même polarité , et 10 un premier dispositif générateur de courant sensible au premier signal d'excitation pour produire un premier courant prédéterminé. 5.- Système suivant la revendication 4> caractérisé en ce que le second dispositif comprend : 15 un second interrupteur servant à produire un second si gnal d'excitation en réponse à un état déterminé lorsque le premier et le second signal de fréquence sont tous deux de l'autre polarité, et un second générateur de courant sensible au second si-20 gnal d'excitation pour produire un second courant prédéterminé. 6.- Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend : une première diode destinée à recevoir les premiers signaux de fréquence, 25 line seconde diode destinée à recevoir les seconds si gnaux de fréquence, ces diodes détectant les polarités relatives des premier et second signaux de fréquence pour les appliquer au premier et au second interrupteur.