Brevet FR2001667A1 — publié le 19690926

La présente invention se rapporte à un circuit de changement de gamme automatique servant à affaiblir ou atténuer par échelons, de préférence suivant des puissances de 10, la tension de sortie d'un amplificateur de courant - en - tension soumis par exemple à 5 un signal d'entrée analogique en forme d'impulsions, ce circuit comprenant un certain nombre de circuits de réaction montés en parallèle aux bornes de l'amplificateur, chacun, de ces circuits comprenant une résistance et un transistor montés en série, et un circuit de commande servant à détecter la valeur de la tension à 10 la sortie de l'amplificateur et à rendre successivement conducteurs les transistors des circuits de réaction lorsque le signal d'entrée analogique augmente de valeur. Le circuit de commande est constitué de préférence par un générateur d'impulsions qui produit une impulsion nette chaque fois que la tension de sortie atteint une 15 valeur prédéterminée et un circuit logique comportant une série de porte.s "intersection-négation", dont les sorties sont destinées à rendre conducteurs les transistors sous l'action des impulsions nettes provenant du générateur d'impulsions. Lorsque chacun des transistors devient conducteur, une résistance supplémentaire est 20 shuntée aux bornes de l'amplificateur, ce qui diminue la résistance de réaction totale et affaiblit obligatoirement la sortie de 1'amplificateur. La présente invention se rapporte particulièrement à l'objet de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 704.443 du 25 9 Février 1968 déposée par Raymond ¥ TA3E1IÏTG- et John D. McGBEE, par le fait que la présente invention peut être utilisée dans le système décrit dans cette demande de brevet pour affaiblir ou atté-nuer la sortie d'un amplificateur de courant - en - tension. Cette référence n'est donnée qu'à titre d'illustration et n'est pas des-30 tinée à limiter ni le cadre ni l'utilisation de l'une ou l'autre invention. Il arrive souvent qu'un état ou une quantité devant être mesuré présente une gamme étendue de variations. Il peut devenir nécessaire de ce fait d'utiliser un instrument de mesure présentant 35 un certain nombre d'échelles différentes. Le réglage à la main des échelles d'un instrument de mesure est bien entendu lent et est soumis aux erreurs humaines. De plus, il faut souvent' changer rapidement l'échelle pour passer à une échelle plus élevée afin de pro 69 02970 -2- 2001667 téger l'instrument. Le présente invention se rapporte à un circuit de changement de gamme automatique destiné à affaiblir rapidement, par échelons le signal de sortie d'un amplificateur dont l'entrée-est un signal 5 analogique d'amplitude variable, et qui comprend s au moins un circuit de réaction, comprenant une résistance et un commutateur électronique montés en série, le circuit de réaction étant monté entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur, et 10 un moyen de commande monté entre la sortie de l'amplifica teur et le commutateur électronique, ce moyen de commande étant destiné à rendre conducteur le commutateur électronique toutes les fois où le signal de sortie atteint une valeur prédéterminée de façon à permettre de produire un signal de réaction entre la sortie 15 et l'entrée de l'amplificateur par l'intermédiaire de la résistance . D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention rcessortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre expli-20 catif, mais nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 représente un mode de réalisation de la présente invention ; 25 la figure 2 représente une forme de moyen produisant des im pulsions pouvant être utilisé dans le mode de réalisation de la figure 1 ; et la figure 3 représente une porte "intersection-négation" type qui peut également être utilisée dans le mode de réalisation de 30 la figure 1. Bien que la présente invention puisse être utilisée pour affaiblir presque n'importe quel signal analogique d'amplitude variable, elle convient particulièrement bien à être utilisée dans un instrument conçu pour mesurer l'amplitude crête d'un signal ana-35 logique en forme d'impulsions. Un tel instrument, par exemple, est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 704.443 précitée. Comme on le voit sur la figure 1, entre les bornes d'entrée BAD ORIGINAL 69 02970 3_ 2001667 et de sortie 3 et 4, respectivement, de l'amplificateur 1 est montée une résistance 2. Cet amplificateur est de préférence un amplificateur opérationnel. Pu fait du g?.in extrêmement élevé d'un amplificateur opérationnel et de son déphasage de 180e, le potentiel à la 5 borne 3 peut être considéré comme étant essentiellement nul. Il en résulte que 1'asplificateur 1 fonctionne corrie amplificateur de courant - en -tension, la tension de sortie étant égale au courant d'entrée multiplié par la résistance de réaction. Pour un courant d'entrée donné, la tension de sortie peut 10 être affaiblie ou diminuée en faisant diminuer la résistance totale de réaction. De ce fait, dans la présente invention, une série de circuits de réaction, comprenant des résistances 5, 6, 7 et 8 et des transistors de commutation 9, 10, 11 et 12 sont montés entre les bornes 3 et 4. Bien qu'on puisse utiliser n'importe quel nombre 15 de circuits de réaction, pour des raisons de commodité, on n'en a représenté que quatre. Lorsque des signaux négatifs sont appliqués aux bases des transistors de commutation 9, 10, 11 et 12, les résistances 5, 6, 7 et 8 sont respectivement shuntées sur la borne de sortie 4. Des condensateurs 13, 14, 15 et 16 montés en parallèle 20 sur les résistances 5 à 8, forment des conducteurs d.e phase servant à amortir les oscillations et aux gammes inférieures, ils aident à réduire le bruit. Des résistances 17, 18, 19 et 20 montées respectivement entre les émetteurs et les bases des transistors de commutation 9 à 12 servent de "garantie de blocage" loi"sque les signaux 25 négatifs sont supprimés sur les bases des transistors de commutation. La sortie de l'amplificateur 1 est appliquée directement à un moyen de commande qui de préférence comprend un générateur d'impulsions 21 connecté à la borne de sortie 4, un circuit logique 30 22 connecté au générateur d'impulsions 21 et quatre moyens de commutation comprenant des transistors 23, 24, 25 et 26 montés en série entre le circuit logique 22 et les transistors de commutation 9, 10, 11 et 12. Un générateur d'impulsions type qui peut être incorporé à la 35 présente invention est représenté sur la figure 2. Sur cette figure, la base du transistor 27 est alimentée à l'aide d'un signal d'entrée par une résistance 28 et une borne 29. La base du transistor 27 est connectée à la masse au mojren d'une résistance 30. Le transistor bad original 69 0,970 , 2001667 — ij.—» 27 est préréglé de manière à n'être conducteur que lorsque, le signal d'entrée atteint un certain niveau de tension, à l'aide d'une diode zener 31 qui est montée entre l'émetteur et la masse. L'extrémité supérieure de la diode cener 31 est connectée à une source de ten-5 sion positive non réglée par une résistance 32. La diode zener 31 est maintenue à une chute de tension constante par la résistance 32. Un condensateur 33 sert à présenter une faible impédance en courant alternatif à la pointe produite par le générateur d'impulsions. Lorsque le transistor;27 est conducteur, il tire du courant à tra-10 vers une résistance 34, ce qui rend conducteur un transistor 35. L'émetteur du transistor 35 est connecté directement à sa base, et indirectement par une résistance 36 à une seconde source de tension positive. La sortie du transistor 35 revient alors par l'intermédiaire d'un circuit à action rapide, constitué par des résistances 15 37 et 38, ce qui rend le transistor 27 plus conducteur, de façon à assurer une commutation rapide et positive. Pour supprimer les difficultés présentées par les vibrations dues au bruit, un condensateur 39 est monté aux bornes de la résistance 37. La sortie du transistor 35 est prise juste au-dessus de la résistance 40 et 20 elle est appliquée à un condensateur 41. qui produit à la borne 42 une impulsion positive nette. Un commutateur 77 permet au générateur d'impulsions d'être bloqué en sliuntant la base du transistor 27 à la masse. En revenant a la figure 1, la sortie du générateur d'impul-25 sions 21 est appliquée à l'entrée d'un circuit logique 22 qui comprend une série de portes de "intersection-négation" à double entrée, de 43 à 54, qui sont séparées en quatre circuits de condi- 57 tionnement ; quatre moyens de rétablissement 55, 56/et 5? et trois moyens de temporisation comprenant respectivement une résistance 30 59 et un condensateur 60, une résistance 61 et un condensateur 62, et une résistance 63 et un condensateur 64. Pour mieux comprendre le fonctionnement d'une porte de "intersection-négation", on se reportera à la figure 3, qui représente une porte de "intersection-négation'1 courante comportant deux 35 entrées 65 et 66 et une seule sortie 67. Les entrées 65 et 66 sont connectées par l'intermédiaire de diodes 68 et 69 à la base d'un transistor 70 et par l'intermédiaire de résistances71 et 72 à mie source de tension positive 73. Normalement, les diodes 68 et 69 sont BAD ORIGINAL 69 02970 2001667 -5- conductrices dans le sens direct, de sorte que les entrées 65 et 66 sont essentiellement à un potentiel nul ou potentiel de la masse, les entrées 65 et 66 étant à la masse, le transistor 70 est "bloqué. Si, par exemple, une impulsion positive supérieure au potentiel de 5 la source de tension 71 est appliquée à l'entrée 65, la diode 68 est polarisée en sens inverse et devient non conductrice, le transistor 70 reste "bloqué du fait que la diode 69 continue à produire la chute de tension initiale aux bornes des résistances 71 et 72. Ce n'est que si les deux entrées sont amenées simultanément à être 10 positives que le courant traversant la résistance 71 tente de s'annuler, ce qui élève le potentiel de la base du transistor 70. Ceci rend conducteur le transistor 70 qui amène le transistor 74 à la saturation par l'intermédiaire d'une diode 75• lorsque le transistor 70 et par suite le transistor 74 sont bloqués, aucun courant 15 ne traverse une résistance 76, ce qui laisse la sortie 67 qui est montée entre la résistance 76 et le transistor 74 au potentiel de la source de tension 73. Cependant, lorsque le transistor 74 est amené à la saturation, la sortie 67 passe brusquement au potentiel de la masse. De ce fait, on voit que la sortie 67, qui d'une manière 20 générale est à un niveau de tension positive déterminé, n'est amenée au zéro que lorsque les entrées 65 et 66 sont soumises à des tensions positives coïncidentes. Cette condition de zéro n'existe que pendant la durée de la coïncidence des entrées. Pour des raisons de simplicité et de commodité, toutes les 25 portes de "intersection-négation" de la figure 1 sont de préférence destinées à fonctionner entre les deux mêmes niveaux de tension déterminés', indiqués ci-après comme le niveau supérieur et le niveau inférieur. Comme indiqué précédemment, les portes "intersection-négation" de 43 à 54 sont divisées en ce qui concerne leur 30 fonctionnement en quatre circuits de conditionnement dont chacun comporte trois portes "intersection-négation" ; le premier circuit de conditionnement comprenant les portes "intersection-négation", 43, 44 et 45 5 le second les portes 46, 47, 48 5 le troisième les portes 49, 50 et 51 5 et le quatrième les portes 52, 53 et 54. 35 Dj-.ns le premier circuit de conditionnement, les deux entrées et la sortie de la porte 43 sont connectées au générateur d'impulsions 21 et à une entrée de la porte 44, respectivement, les portes 44 et 45 sont reliées l'une à l'autre de telle sorte que la sortie de chacune 69 02970 g 2001667 d'elles alimente une entrée de l'autre. L'entrée restante de la porte 45 est connectée à un moyen de rétablissement 55, représenté sous la forme d'un commutateur fonctionnant entre une position ouverte et une position de fermeture sur la masse. 5 En supposant que le premier circuit de conditionnement a été rétabli en connectant brièvement le moyen de rétablissement 55 à la masse, le circuit fonctionne comme suit. Initialement, le moyen de rétablissement 55 étant en position ouverte, et lorsqu'il n'y a pas de sortie du générateur d'impulsions 21, les sorties des portes 10 43 et 45 sont au niveau supérieur. De ce fait, la sortie de la porte 44 est au niveau inférieur. Une impulsion positive provenant du générateur d'impulsions 21 rend alors négative la sortie de la porte 43. La sortie de la porte 44 devient alors positive, ce qui rend négative la sortie de la porte 45. De ce fait, la sortie de 15 la porte 44 est bloquée au niveau supérieur jusqu'à ce que le moyen de rétablissement 55 soit connecté à la masse. Le second circuit de conditionnement est identique au premier à l'exception du fait qu'une seule première entrée de sa première porte, la porte 46 est connectée directement au générateur d'impulsions21= L'autre entrée 20 est connectée à la sortie du premier circuit de conditionnement, c'est-à-dire la sortie de la porte 44, par l'intermédiaire d'un premier moyen temporisateur qui comprend la résistance 59 et le condensateur à la masse 60. Le premier moyen temporisateur empêche la sortie du second circuit de conditionnement (c'est-à-dire la sortie 25 de la porte 47) de devenir positive sous l'action de la première impulsion, à condition, bien entendu, que le circuit ait été initialement rétabli. Sans le moyen temporisateur, la sortie du premier circuit de conditionnement rendrait l'entrée de la porte 46 positive tandis que l'impulsion positive existerait encore à l'autre 30 entrée. Le troisième et le quatrième circuits de conditionnement sont identiques au second, des moyens temporisateurs étant disposés entre chacun de ces circuits. Les quatre•circuits de conditionnement étant initialement rétablis au niveau inférieur de sortie par les moyens 35 de rétablissement 55, 56, 57 et 58, une première impulsion provenant du générateur d'impulsions 21 rend positive la sortie du premier circuit de conditionnement, une seconde impulsion rend positive également la sortie du second circuit de conditionnement et BAD ORIGINAL 69 02970 -7. 2001667 ainsi de suite. Les sorties de tous les circuits de conditionnement restent au niveau supérieur jusqu'à ce qu'ils soient rétablis. L'-;s tensions de sortie des quatre circuits de conditionnement alimentent quatre moyens 3e commutation. Lo.s quatre Moyens de corn-5 mutation ne fournissent des courants constants aux bases des transistors de commutation 9, 10, 11 et 12 pour les rendre conducteurs que lorsque les serties des circuits de conditionnement sont au niveau de tension supérieur. Le premier des circuits de conditionnement comprend un transistor 23 et des résistances 78, 79 et 8-0 j 10 le second, un transistor 24 et les résistances 81, 82 et 83 $ le troisième, un transistor 25 et des résistances 84, 85 et 86 ; et le quatrième un transistor 26 et des résistances 87, 88 et 89. En montant des résistances égales entre la base et la masse, et entre l'émetteur et la masse des transistors 23 à 26, chacun des transis-15 tors fonctionne comme un commutateur de courant. Ceci laisse les transistors 9 à 12 à l'état conducteur par des courants constants, ce qui permet d'obtenir des résultats linéaires. Un élément d'équipement auxiliaire mais souvent nécessaire, c'est-à-dire un moyen indicateur de gamme 90, est destiné à faire 20 allumer des lampes indicatrices de gamme 91, 92, 93, 94 et 95 lorsque le tension de sortie est successivement affaiblie. Le moyen indicateur 90 est représenté à titre d'exemple connecté aux sorties des circuits de conditionnement. Comme s'en rendront facilement compte les spécialistes, un tel appareil peut être connecté de di-25 verses manières. Dans un mode de réalisation préféré, une seule lampe indicatrice de gamme s'allume pour chacune des gammes. Par exemple, la lampe indicatrice de gamme 91 s'allume lorsque la seule réaction entre les bornes 3 et 4 de l'amplificateur 1 s'effectue par la résistance 2 ? la lampe 92 s'allume (et la lampe indicatrice 30 de gamme 91 s'éteint) lorsque la réaction s'effectue par l'intermédiaire des résistances 2 et 5 etc.. Les lampes indicatrices de gamme peuvent être des lampes au néon, des lampes incandescentes ou d'autres types de lampes. Djns un mode de réalisation de l'invention qui a été utilisé, 35 le fonctionnement d'ensemble a été le suivant. Les résistances de réaction 2, 5, 6, 7 et 9 présentaient des valeurs de 500 mégohms, 55,5 méghoms , 556 kiloohms et 55,6 ohms, respectivement. A mesure que les transistors de commutation 9 - 12 ont été successivement BAD ORIGINAL 69 02970 _g_ 2001667 rendus conducteurs, la variation e résistance de réaction totale ^ affaibli la tension de sertie chaque fois suivant une puissance de dix. Le générateur d'impulsions 21 a été réglé de manière à émettre dos inrulsiotts toutes les fois où la tension Ce sortie de l'am-5 plificateur 1 atteignait 10 volts. De ce fait, la tension de sortie de 1'amplifie-'.teur 1 représente 0-20 nanoampère, 0-200 nanoampère, 0-2 iriicroaiui'èrt, 0-20 microampère et 0-20C nicroanpère. Los circuits de conditionnement étaient destinés à fonctionner entre + 9 volts et la masse. Initialement, chacun d'eux* a été rétabli au potentiel 10 de la masse. Un signal analogique en forme d'impulsion présentant une amplitude maximale de 100 microampères a été alors appliqué à l'entrée ne l'amplificateur 1. (la lampe indicatrice de gamme 91 s'est allumée). Lorsque la sortie s'est élevée jusqu'à un potentiel de 10 volts, le générateur d'impulsions 21 a produit une impulsion 15 nette. Cette impulsion a déclenché le premier circuit de conditionnement en l'amenant au niveau de sortie de 9 volts, ce qui a fait rendre conducteur le transistor 9 par le transistor 23. Le transistor 9 étant conducteur, la résistance 5 a été shuntée sur la borne A, ce qui a fait passer la sortie de l'amplificateur 1 de 10 volts 20 à 1 voit. Ls sortie à 9 volts du premier circuit de conditionnement a de plus fait allumer la lampe indicatrice de gamme 92 et éteindre la lampe indicatrice de gamme 91. Lorsque la sortie de l'amplificateur 1 a atteint à nouveau 10 volts, l'impulsion produite a amené la sortie du second circuit de conditionnement à une valeur posi-25 tive, en rendant conducteurs les transistors 24- et 10, de façon à shunter la résistance 6 sur la borne 4. En même temps, la lampe 92 s'est éteinte et la lampe 93 s'est allumée. Z1 mesure que l'entrée analogique en forme d'impulsion a continué à s'élever, les deux résistances restantes 7 et 6 ont été shuntées sur It- sortie de 30 l'amplificateur 1, avec une indication correspondante donnée par les lampes 94 et 95. L'amplitude de pointe de l'amplificateur a été enregistrée comme étant do 5 volts à 1'aide d'un appareil de mesure approprié connecté à la borne 4. Ceci représentait une sertie non affaiblie de 5 x 10^ ou 50 OCC volts. Ghacui- des circuits de 35 conditionnement a été rétabli avant d'introduire des signaux d'entrée analogiques supplémentaires. On voit qu'on a décrit un appareil de changement d'échelle automatique souple et à action rapide, destiné à être utilisé prinBAD ORIGINAL 69 02970 .9. 2001667 cipalement avec des instruments servant à la mesure de signaux analogiques à amplitudes variables. Bien que la présente invention ait été décrite en utilisant des moyens pour rétablir l'échelle à l'échelle la plus basse en supprimant le signal d'entrée analo-5 gique, on se rend compte facilement que la diminution d'échelle peut s'effectuer par échelons, de la même manière que l'accroissement d'échelle par échelons qui a été décrit. De plus, bien que la présente invention ait été décrite et représentée comme comportant quatre gammes d'échelles, on peut utiliser n'importe quel 10 nombre de gammes suivant les nécessités de conception. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée"qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 0297(3 .,0- 2001667 REVENDICATIONS 1 . Circuit de changement de gamm.es automatique servant à affaiblir le signal de sortie d'un amplificateur recevant un signal d'entrée d'amplitude variable, caractérisé en ce qu'il comprend au 5 moins un circuit de réaction, comprenant une résistance et un commutateur électronique connectés en série, ce circuit étant monté entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur, et un moyen de ""^romande monté entre la sortie de l'amplificateur et le commutateur électronique, ce moyen de commande étant destiné à rendre conducteur 10 le commutateur électronique toutes les fois où le signal de sortie atteint une valeur prédéterminée de façon à permettre une réaction du signal entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur par l'intermédiaire de la résistance. 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 15 chacun des moyens de réaction comprend une résistance et un premier transistor de commutation. 3. Circuit suivant la revendication 1, ou la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de commande comprend un moyen produisant des impulsions qui est connecté à la sortie de l'ampli- 20 ficateur et un circuit logique monté entre le moyen produisant les impulsions et le premier transistor de commutation. 4. Circuit suivant la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'un second transistor de commutation est monté entre le circuit logique et le premier transistor de commutation. 25 5. Circuit suivant la revendication 4, servant à affaiblir par échelons la tension de sortie d'un amplificateur de courant -en - tension recevant un signal d'entrée dont une partie présente une valeur croissante, circuit caractérisé en ce que le moyen produisant les impulsions est destiné à produire une impulsion en 30 courant continu, le circuit logique comporte une série de circuits de conditionnement destinés à ce que chacune des impulsions en courant continu fasse passer une sortie d'un autre circuit de conditionnement d'un premier niveau de tension à un second niveau de tension, le circuit comprenant une série de moyens de commutation 35 dont chacun d'eux est monté entre la sortie d'un circuit de conditionnement différent et un transistor de commutation différent. 69 02970 2001667 -11- 6. Circuit suivant la revendication 5> caractérisé en ce que le circuit logique comprend de plus des moyens de rétablissement connectés à chacun des ircuits de conditionnement pour rétablir la sortie des circuits de conditionnement au premier ni- 5 veau de tension. 7. Circuit suivant la revendication 6, caractérisé en ce que des moyens servent à indiquer, celle des sorties des circuits d^konditionnement qui se trouve au second niveau de tension, ces moyens indicateurs étant montés entre les circuits de condition- 10 nemeut et les moyens de commutation. 8. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les circuits de réaction sont choisis de telle sorte que la tension de sortie de l'amplificateur est affaiblie suivant une puissance de dix chaque fois que la tension 15 de sortie atteint la valeur prédéterminée.