Brevet FR2002944A1 — publié le 19691031

La présente invention concerne des convertisseurs électroniques de tension en fréquence, c'est-à-dire des appareils électroniques délivrant un signal dont la fréquence représente la grandeur d'une tension d'entrée. Les convertisseurs tension-fré-5 quence ont de nombreuses applications et, dans certains cas, il est nécessaire de disposer d'un convertisseur présentant une relation linéaire précise entre la grandeur de la tension appliquée et la fréquence du signal de sortie. On rencontre des difficultés pour maintenir cette linéarité dans de larges plages de variation. 10 Un mode de réalisation connu de convertisseur tension- fréquence comprend un amplificateur d'intégration ou un élément similaire qui délivre un signal de pente ascendante dont le taux de variation est fonction de la grandeur d'un signal d'entrée. Lorsque le signal de pente ascendante atteint Tin niveau prédéter-15 miné, le système est ramené dans la condition initiale et la génération du signal de pente ascendante est réamorcée. Les difficultés rencontrées avec ce type de convertisseur proviennent du fait que l'amplificateur d'intégration comprend classiquement ion condensateur qui doit être ramené dans la condition initiale à la 20 fin de chaque cycle. Il va de soi que le condensateur nécessite un certain temps pour se décharger et, en outre, des retards sont introduits pour faire en sorte que le condensateur soit complètement déchargé. Ces retards donnent naissance ou contribuent à la non-linéarité du convertisseur puisque, même aux basses fréquen-25 ces, la période de retard peut correspondre à un pourcentage relativement faible de la durée du cycle, son importance devenant de plus en plus grande à mesure que les fréquences augmentent. Lorsque la fréquence de sortie doit varier dans le rapport 100:1 ou 1000:1 ; la non-linéarité peut devenir in&âmissible. 350 Pour compenser cet état de choses, on sait produire un signal de décalage dont la grandeur varie avec celle du signal d'entrée. Le signal de décalage est combiné au signal de pente ascendante de manière à réduire la non-linéarité. Par exemple, on peut brancher un second amplificateur en parallèle avec l'amplifi-35 cateur d'intégration. Son signal de sortie forme en fait un support pour le signal de pente ascendante sortant de l'amplificateur d'intégration et son amplitude augmente lorsque la fréquence du signal de" pente ascendante croît. Il en résulte que le signal composite ainsi obtenu atteint le niveau prédéterminé relativement 40 plus tôt lorsque la fréquence du signal en dents de scie augmente» 69 05469 2 2002944 On peut commodément faire en sorte que les caractéristiques d'amplification du second amplificateur soient telles que le signal de décalage compense la non-linéarité décrite dans le paragraphe précédent. Ce mode de compensation est efficace mais nécessite un 5 second amplificateur. L'invention a pour objet de fournir un moyen de compensation sans faire intervenir de second amplificateur. L'invention concerne un convertisseur électronique tension fréquence comprenant un amplificateur d'intégration comportant un condensateur branché dans une dérivation de réaction, des moyens 10 pour appliquer une tension d'entrée à l'entrée de l'amplificateur, un comparateur relié à la sortie de l'amplificateur et assurant, à la réception d'une tension prédéterminée, 1'actionnement d'un interrupteur fermant un circuit de décharge du condensateur pendant une période prédéterminée, ainsi qu'une impédance branchée 15 en série dans la dérivation de réaction et présentant une valeur liée à la capacité du condensateur et à la dite période prédéterminée de manière que la caractéristique tension/fréquence du convertisseur soit sensiblement linéaire. L'impédance est classiquement une résistance branchée en-20 tre la sortie de l'amplificateur et le condensateur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 25 - figure 1 est un schéma du circuit du convertisseur selon l'invention; - figure 2 donne des formes d'ondes permettant d'expliquer le fonctionnement du convertisseur. En référence à la figure 1, le convertisseur comporte une 30 borne d'entrée 20 qui est reliée, par une résistance de couplage 21, à lfentrée d'un amplificateur 22. La sortie de 1'amplificateur 22 est reliée à l'entrée d*un comparateur 27 dont la sortie est reliée à une borne de sortie 28. Une dérivation de réaction est branchée entre la sortie et 1'entrée de l'amplificateur 22 et 35 comprend une résistance 26 reliée en série à un condensatëur 25. Une résistance 23 et un interrupteur 24 normalement ouvert sont reliés en série l'un à l'autre et sont branchés en parallèle avec le condensateur 25. On ne va pas tenir compte de la résistance 26 pour le mo-^O ment. Un relais (non-représenté) est reli^ à la borhè &e sortie 28 -.î, ' 69 05469 3 2002944 tadnis que le comparateur 27 est agencé pour produire une variation du niveau du signal de sortie lorsque la tension appliquée à son entrée devient égale à un niveau de tension prédéterminé engendré à l'intérieur du circuit. La variation du niveau de ten-5 sion provoque 1'actionnement du relais en vue de la fermeture de l'interrupteur 24, ce qui amorce la décharge du condensateur 25. La résistance.23 est incorporée pour limiter le courant initial de décharge. L'interrupteur 24 est rouvert au bout d'une période prédéterminée après sa fermeture, la durée de cette période étant 10 choisie de manière à obtenir la décharge désirée du condensateur 25. Tout ceci est parfaitement classique» Cependant, la résistance 26 est branchée dans la dérivation de réaction et, comme cela sera précisé dans la suite, elle produit une tension de décalage qui compense la non-linéarité 15 existant, comme indiqué plus haut, dans le circuit classique. Il est à noter que la résistance 26 pourrait être également branchée en série avec le condensateur 25 et en parallèle avec la résistance 23 et l'interrupteur 24 mais, suivant ce mode de connexion la constante de temps du circuit de décharge du condensateur 25 20 est augmentée, ce qui peut être indésirable. En service, un signal d'entrée E est appliqué à la borne 20. Le signal de sortie de l'amplificateur 22 a été désigné par V. Le comparateur 27 est branché de manière que son signal de sortie varie pour provoquer une fermeture de l'interrupteur 24 lorsque 25 la tension V est égale à Vq. La période T pendant laquelle V est égale à Vq est appelée la période d'intégration du- circuit. La figure 2 représente des formes d'ondes idéales illustrant le fonctionnément du circuit de la figure 1. La forme d'onde en dents de scie 100 indiquée en trait plein représente le 30 fonctionnement d'un circuit idéal dans lequel l'intégrateur se décharge instantanément à chaque fois que la tension V atteint la valeur Vq. Si aucune compensation de la non-linéarité n'-est exercée, la forme d'onde devient similaire à celle représentée par la cour-35 be en tirets 101. Lorsque la valeur 7Q est atteinte pour la première fois, l'intégrateur étant supposé se décharger complètement à l'instant t = 0, il existe une période comprise entre T1 et T3 et pendant laquelle l'intégrateur est déchargé (cette condition étant représentée idéalement par une période T1-T2 pendant laquelle 40 se Produit une décharge complète et une autre période de repos BADOWGfNAL 69 05469 4 2002944 T2-T3 lorsqu'en pratique il se produit une décharge exponentielle continue pendant une période égale par exemple à cinq à dix fois la constante de temps de décharge). Il en résulte.que le second cycle de la forme d'onde 101 est décalé dans le temps par rapport 5 à celui de la forme d'onde 100 tandis que le troisième cycle est déplacé d'une valeur plus grande. Cet écart ou erreur de temps TO = T3 - T1, s'il n'est pas corrigé, introduit la non-linéarité indésirable dans la caractéristique tension/fréquence, comme décrit plus haut. 10 Dans le circuit représenté sur la figure 1, la tension V à la sortie de l'amplificateur 22 est liée au temps t_ par la fonction suivante : V = ER26/R21 + Et/R21C25 (1 ) E désignant la tension à la borne d'entrée 20, 15 R^ et les valeurs ohmiques des résistances 21 et 26 et C2,_ la capacité du condensateur 25. A l'instant 0, la tension V est donnée par V1 = ER2g/R21 du fait qu'une application du signal d'entrée E à la borne 20 provoque instantanément le passage d'un courant de 20 réaction dans la résistance 26. Ce courant de réaction produit une chute de tension Y1 aux bornes de la résistance 26. A l'instant T^, l'interrupteur 24 est supposé être ouvert et"amorce l'intégration avec la forme d'onde de sortie 100 suivante. A l'instant T1, la tension de sortie V produite par 25 l'amplificateur 22 est égale à VQ et l'équation (1) ci-dessus peut être écrite de la manière suivante en remplaçant t_ par t1 et V par Vq : T1 = VqR21C2^/E -R26C25 Lorsque l'interrupteur 25 est fermé à l'instant "T1, 30 le condensateur 25 se décharge pratiquement à zéro (en pratique évidemment la décharge est limitée au niveau déterminé par la chute de tension aux bornes de la résistance 23). La tension v à la sortie de l'amplificateur tombe à une valeur égale à la chute de tension aux bornes de la résistance 26, c'est-à-dire la valeur 35 V.j, au lieu de tomber à zéro comme pour la forme d'onde 101. En outre, comme indiqué sur la figure, ce niveau de tension est déterminé comme étant le niveau que doit atteindre la forme d'onde idéale 100 après la période de décharge totale ou d'erreur T0. En conséquence, lorsque l'interrupteur 24 est rouvert à l'instant. 40 T3 et lorsque le circuit est préparé pour l'intégration, la MAO ORIGINAL 69 05469 5 2002944 tension croît conformément à la forme d'onde idéale 100. Des opérations similaires se produisent aux instants T4, T5 et ainsi de suite de sorte que la forme d'onde engendrée en réalité est représentée sous une forme idéalisée par la coirbe en traits mixtes 5 103. Un signal présentant un profil en dents de scie est engendré et a la même fréquence que la forme d'onde idéale 100, cette fréquence variant linéairement avec la tension d'entrée. En revenant à l'équation (2), le temps T1 ainsi défini est la période d'intégration, c'est-à-dire la période de chaque 10 cycle correspondant à la partie inclinée de la forme d'onde. On doit ajouter à cette période la période d'erreur T0 pour calculer la fréquence dë fonctionnement P qui est donnée par : 1/F = T1 + TO En introduisant dans cette équation la valeur de T1 dé-15 terminée à partir de l'équation (2), on obtient : 1/F = T1 + T0 = V0R21C25/E - R26C25 + T0 (3) En ré-écrivant l'équation (3) sous la forme d'une relation entre P et E, on obtient : P = E/(V0R21C25 - ER26C25 + ETO) (4) 20 Ceci donne une relation linéaire entre F et E seulement si T0= R26c25 et es^ possible à partir de là, en connaissant T0 et C2^, de calculer la valeur de R2g pour obtenir la caractéristique linéaire désirée. Il est à noter que la tension atteinte par la forme d'onde 100 lors d'une charge du condensateur pendant une pé-25 riode T0 = R26C25 est donn®e P^r : ER„/r Cot- ER ETO ———= 26 (5) R C ~ R ' " C R - - 21 25 21 25 21 cette tension étant égale à la tension V dans le circuit de la figure 2 au moment où le condensateur C2^ se décharge. Si l'effet de la résistance 23 est important, les résistances 23 et 26 peuvent être groupées ensemble dans le calcul de la tension de base, c'est-à-dire, lorsque l'interrupteur 24 est fermé, la dérivation de réaction comprend les résistances 23 et 35 26. En conséquence, l'interrupteur 24 est protégé contre une dèstruction et la tension de base correcte est atteinte. Il est à noter que le circuit décrit plus haut correspond à un mode de réalisation fondamental et que des variantes ou modifications peuvent être apportées en vue de permettre son adapta- 30 T BAD ORIGINAL 69 05469 6 2002944 fcion à des applications particulières. Par exemple, bien que l'interrupteur 24 ait été représenté sous la forme d'un contacteur mécanique, il va de soi qu'il peut être constitué par un interrupteur électronique. ? ,.:4./ bad onmtÂL 69 05469 7 2002944 REVENDICATIONS 1 - Convertisseur électronique tension-fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur d'intégration comportant un condensateur branché dans une dérivation de réaction, 5 des moyens pour appliquer une tension d'entrée à 1'entrée de 1'amplificateur, un comparateur relié à la sortie de l'amplificateur et assurant, à la réception d'une tension prédéterminée, l'ac-tionnement d'un interrupteur fermant un circuit de décharge du condensateur pendant une période prédéterminée, ainsi qu'une im-10 pédance branchée en série dans la dérivation de réaction et présentant une valeur liée à la capacité du condensateur et à la dite période prédéterminée de manière que la caractéristique tension/ fréquence du convertisseur soit sensiblement linéaire. 2 - Convertisseur électronique suivant la revendication 15 1i caractérisé en ce que l'impédance est une résistance. 3 - Convertisseur électronique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance est branchée entre la sortie de l'amplificateur et le condensateur. 4 - Convertisseur électronique suivant la revendication 20 2 ou la revendication caractérisé en ce que la résistance a une valeur ohmique égale au quotient de la période de fermeture de l'interrupteur et de la capacité du condensateur. I bad original