Brevet FR2005562A1 — publié le 19691212

La présellte invention se rapporte, d'une manière générale, à un montage de comparaison pour un système de commande et plus particulièrement à un montage oui sélectionne soit le plus petit, soit le plus grand parmi plusieurs signaux d'entrée, en bloquant les signaux non-sélectionnés. Dans de nombreux systèmes de commande et, en particulier, dans ceux destinés à commander des processus industriels et autres, il est souvent utile de surveiller et de contrôler certains signaux d'entrée, puis de sélectionner l'un de ces signaux d'entrée répondant à certaines conditions prédéterminées. C'est ainsi, par exemple, que si l'on mesure la température en divers points dans un réservoir de pression, afin de conduire un processus, tout point du réservoir où la température dépasse un certain seuil peut nécessiter un arrêt du processus pour éviter des accidents au personnel et à l'équipement. Il est bien évident que lorsque la température dépasse le seuil prévu en un point quelconque des réser- voirs, une certaine action s'impose.En supposant que le processus soit contrôlé par une calculatrice et que l'on dispose de dispositifs de conversion numérique-analogique et analogique-numérique appropriés, un échantillonnage périodique des signaux d'entrée pourrait être effectué pour contrôleur la température dans le réservoir. Toutefois, puisqu'une situation dangereuse n'existe que quand l'un des différents signaux d'entrée dépasse un maximum prédéterminé, il est plus avantageux, du point de vue de la calculatrice, de n'échantillonner que le plus grand de ces signaux d'entrée. Le schéma de montage le plus répandu à ltheure actuelle pour de tels comparateurs consiste à appliquer les signaux d'entrée sur les anodes de diodes et de relier ensemble les cathodes de celles-ci. La difficulté que l'on rencontre avec ce genre de montage est que la tension qui existe aux cathodes interconnectées n'est -pas exactement la même que celle de la tension d'entrée choisie. Ùe plus, le maintien des diodes a une température ambiante déterminée soulève aussi des difficultés, mais est nécessaire oar le courant de fuite et la résistance directe des diodes sont dépendants de la, température. Le but principal de la présente invention est de fournir an nouveau montage de comparaison perfectionné, insensible à la température ambiante, qui est peu coûteux et extrêmement fiable et qui peut être adapté pour comparer soit le plus grand, soit le plus petit parmi plusieurs signaux d'entrée. Selon l'invention, un signal d'entrée est appliqué respectivement à plusieurs amplificateurs opérationnels dont les voies de rétroaction sont reliées électriquement0 Le plus grand signal d'entrée produit alors une polarisation inhibant l'action des autres signaux d'entrée, tout en développant un signal de sortie précis appliqué à un inverseur à la sortie duquel apparaît alors un signal ayant la même polarité que le signal original En appliquant à chacun des amplificateurs opérationnels et à l'inverseur un signal d'entrée supplémentaire dont la polarité est opposée à celle des signaux d'entrée précédents et dont l'amplitude est plus grande que celle du plus grand de ces derniers, le plus petit parmi plusieurs signaux d'entrée peut être sélectionné d'une manière analogue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la fig. 1 est un schéma de principe d'un montage permettant de sélectionner le plus grand parmi plusieurs signaux d'entrée conformément aux principes de la présente invention ; et, - la fige 2 est un schéma analogue d'un montage permettant de sélectionner le plus petit parmi plusieurs signaux d'entrée. En se référant à la figo t, on voit un montage pour sélectionner le plus grand d'un certain nombre de signaux, montage qui est désigné en son entier par 10. A titre d'exemple, le montage a été représenté comme ne comportant que trois circuits d'entrée Il, 12 et 13, mais dans la. pratique, on peut utiliser un nombre de circuits d'entrée quelconque, suivant les besoins de l'installation dans laquelle le montage est utilisé. Chacun des circuits d'entrée reçoit respectivement un signal d'entrée St, S2 et S3.Chaque si gnal d'entrée est applioué à une résistance d'entrée R. qui de son in côté est connectée àune borne d'entrée S d'un amplificateur opérationnel A. Une voie de rétroaction est prévue dans chacun des circuits d'entrée, entre la sortie de l'amplificateur A et sa borne d'entrée S, voie dont l'une des branches comprend une diode DF et une resistance de contre réaction RF toutes diodes DF sont montées de la meme façon, leur cathode étant connectée à la sortie de l'amplificateur A, cependant que leur anode est connectée directement à la résistance RF. En parallèle sur la voie de rétroaction est branchée une diode ÙS dont la cathode est reliée à la borne d'entrée S de l'amplificateur A et dont l'anode aboutit à la sortie de cet amplificateur.Le signal apparaissant au point de jonction de la diode DF et de la résistance RF de chacune des voies de rétroaction est appliqué à une borne commune L. Le signal présente à la borne f est ap-plicué à un étage inverseur I qui a été représenté, à titre d'exemple, comme se composant d'une résistance d'entrée 12, d1une résistance de rétroaction 14 et d'un amplificateur classique 16. Le but de l'inverseur est de changer le signe du signal apparaissant à la borne 2 afin de produire à la borne 0 un signal de sortie ayant la même polarité que le signal d'entrée. En général, le rapport de la résistance 14 sur la résistance 12 est de 1, ce qui donne un facteur de gain égal à l'unité, bien que le gain puisse être adapté à l'application sans altérer pour autant l'intégrité de la sélection. Pour expliquer les principes de fonctionnement du montage comparateur-sélecteur 10, on peut supposer que les signaux d1en- trée S1, 52 et S3 ap-pliqués respectivement aux circuits d'entrée I1, I2 et I3 ont une polarité positive. Aux fins-de l'exposé, on suppose que le signal d'entrée S2 est plus grand que chacun des signaux SI ou S3 et que le rapport des résistances de rétroaction RF sur les résistances d'entrée R. est le même, dans chaque cas. 'n Chacun des signaux d'entrée est, dans ces conditions, amplifié par son amplificateur opérationnel respectif A et ce, par un facteur égal au rapport de la résistance de rétroaction RF sur la résis tance d'entrée R. . Suant donné que la borne d'entrée S est prati in quement maintenue au potentiel de la mas: e, un courant sera nécessaire dans la résistance de rétroaction RF pour produire à ces bornes une chute de tension compensant exactement la chute de tension le long de la résistance d'entrée R. .Ainsi donc, dans chaque cir in cuit d'entrée, il existe entre la diode DF et la résistance de rétroaction RF du circuit d'entrée une tension dont la polarité est le contraire de celle di signal d'entrée correspondant et dont la grandeur varie en fonction directe du gain ruz du circuit d'entrée Etant donné que tous es circuits entrée son-a;; interconnectés, notamment du point compris entre les diodes DF et les résistances de rétroaction RF et la jonction d'addition # et, puis- qu'un seul niveau de signal peut exister à la jonction 2 le signal du circuit I2 sera prédominant puisqu'il produit le plus grand signal de sortie. Dans ces conditions, le signal existant à la jonction de la résistance RF et de la diode DF dans les circu. s d'entrée I1 et I3 a la mtme grandeur.Toutefois, puisque ce signal est plus négatif que le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel A des circuits d'entrée Il et I3, la diode DF est polarisée inversement et empêche le passage d'un courant à travers ces voies de rétroaction, annulant ainsi toute influence des circuits d'entrée Il et I3.Le signal qui, dans ces conditions, est présent à la jonction d'addition est le plus positif des différents signaux d'entrée mais a la polarité opposée, ce qui justifie son application à l'inverseur I qui produit à la borne O un signal de sortie ayant la même polarité que le signal d'entrée originale Les diodes DS insérées dans les voies de rétroaction des circuits d'entrée servent à assurer une réponse rapide à un signal d'entrée positif en évitant que l'amplificateur opérationnel puisse être saturé par un signal d'entrée négatif précédent pouvant s'être présenté. En considérant maintenant la fig. 2, on voit un second mode de réalisation de l'invention qui permet également de comparer plusieurs signaux d'entrée, mais sélectionne le plus petit d'entre eux, ce montage étant désigné en son entier par la référence 20. butant donné que la majorité des composants du montage de la fig. 2 sont les mêmes que ceux de la fig. 1, on a utilisé les mêmes références numériques pour les éléments analogues ou- tefois, chacun des circuits d'entrée comporte, dans le cas présent, une entrée supplémentaire aboutissant à une source électrique F agissant, à travers une résistance W sur sur les points d'addition S des amplificateurs opérationnels A. ll convient également de remarquer que l'orientation des diodes IF et DS de tous les circuits d'entrée a été inversée, la cathode des diodes DP étant connectée au point d'addition S correspindant ; l'anode des diodes DF et la cathode des diodes ES sont connectées à la sortie de l'amplifi cateur A correspondant. an suoposant @@ nouveau que les signaux ap@@ liqués aux différents eireuits d'entrée Sl, S2 et S3 ont tous une polarité positive, il est clair que la. source électrique l'- doit nécessairement avoir la polarité opposée (négative) à celle des signaux d'entrée et doit avoir une grandeur supérieure à la lus grande valeur possible des signaux d'entrée Sl, SA et b3. one source électrique analogue P- est également reliée à la résistance d'entrée RV aboutissant au point d'aduition SI de l'ampli- ficateur opérationnel 16 de l'étage inverseur I'. fuisque maintenant deux sources d'entrée apparaissent au point d'addition S de chacun des circuits d'entrée, le niveau du signal à ces mornes S sera manifestement égal au complément des signaux d'entrée respectifs par rapport à la source électrique P-. Si S3 est le plus petit des signaux d'entrée, alors le niveau du signal au point d'adaition 3 du circuit d'entrée I3 sera le plus négatif car il en résultera la plus grande différence entre le signal d'entrée considéré et la source électrique 1 > -. Ce mode de fonctionnement est analogue à celui du mode e réalisation de la fig. 1 où le signal ayant la plus grande amplitude d'entrée produit aussi le plus grand signal entre la résistance de rétroaction RF et la diode DF.Ainsi, le niveau du signal ajjparaissant à un point situé entre la résistance de rétroaction RF et la diode DF du cireuit d'entrée 13 sera prédominate à la jenetion #, En eonsé agence, le plus petit des trois signaux d'entrée, c'est-à-dire, le signal S3, produit le signal prédemeinant à la jenetion #, imposant ainsi le niveau de la tension présente à la jonction entre la résistance de rétroaction ÂLF et la diode DF des autres circuits d'entrée Il et I2. Co.me dans le rode de réalisation précédent, la tesion présente à ce point, e'est-à-dire, du cêté de la cahode des diodes DF est maintenant plus grande, dans le sens positif, ut celle présente 'a l'anode de la diode DF, le sorte que cette diode est polarisée inversenent, empêchant ainsi toute conduction à travers 1(s voies de rétroaction considérées.Cette action a Pour conséenence d'éliminer l'influence des signaux d'entrée des circuits non-sélectionnés sur le fonctionnement du montage. Le complément du signal d'entrée apparaissant à la jonction # est alors appliqué à l'inverseur l' afin d'appliouer un signal d'entrée au point e'addition SI De plus, la source électrique p-agit à travers la résistance RV dans l'inverseur I' pour produire une recomplémentation de la tension qui étuit présent à la borne il produisant ainsi un signal dont l'ampli.ude et la polarité sont les mêmes que celles du plus petit signal d'entrée sélectionné. l,n conséquence, bien que le signal apparaissant au point d'addition SI de l'inverseur I, ait la polarité opposée, cet inverseur change le signe de celui-ci de sorte que l'on obtient à la borne de sortie '0 un signal dont la. grandeur (lorsque tous les circuits d'amplification ont un gain égal à l'unité) et la pola- rité sont les mêmes que celles du plus petit des signaux d'entrée. fCVEmDICATIONS 1. Un montage de comparaison et de sélection qui comprend plusieurs amplificateurs et qui est adapté à sélectionner l'un de plusieurs signaux d'entrée, montage dans lequel chacun des amplificateurs répond à l'un des signaux d'entrée différents en produisant respectivement un signal de sortie, des moyens de sélection étant prévus qui, en réponse auxdits signaux de sortie, produisent un autre signal de sortie sélectionné correspondant à une caractéristique prédéterminée des signaux de sortie. 2. Un montage selon t dans lequel des moyens sont prévus pour inverser la polarité du signal de sortie sélectionné afin de lui redonner la polarité du signal d'entrée dont il émane. 3. Un montage selon i, 2 ou 3 dans lequel les moyens de sélection comprennent un moyen d'isolement de signaux qui, en réponse aux signaux de sortie sélectionnés isolent le signal de sortie sélectionné des autres signaux de sortie. 4. Un montage selon 3 dans lequel les moyens d'isolement de signaux comprennent un élément de commutation connecté à l'am- plificateur afin d'inhiber le fonctionnement des amplificateurs de signaux d'entrée correspondant aux signaux de sortie non-sélectionnés quand le signal de sortie sélectionné est plus grand que chacun des signaux de sortie non-sélectionnés. 5. Un montage selon 4 dans lequel chaque amplificateur comporte une voie de rétroaction entre sa sortie et son entrée et un élément à impédance dont l'un des côtés est connecté à entrée de l'amplificateur, et des moyens de commutation connectés à ltautre côté de l'élément à impédance et, de là, à la sortie de l'amplificateur. 6. Un ontage selon 5 dans leauel chacun des signaux de sortie est le signal qui existe à la jonction entre l'élément à impédance et les moyens de commutation. 7. Un montage selon 5 et 6 dans lequel les moyens de commutation sont constitués par une diode polarisée en sens direct par rapport au signal de sortie de l'amplificateur. 8. Un montage selon 2 à 7 dans lequel les signaux d'en- trée sont modifiés de façon que les signaux apliués à l'entrée de l'amslificateur soient les compléments par rapport à un signal d'entrée supplémentaire applique de l'extérieur, et ou le signal de sortie sélectionné est modifié de façon qu'il ait un complément par rapport au signal d'entrée externe supplémentaire0