Brevet FR2002038A1 — publié le 19691003

La présente invention est relative à des montages amplificateurs à réaction ayant un gain total qui peut être réglé à une valeur désirée et maintenu à cette valeur. En particulier, l'invention est relative à un montage amplificateur à réaction ^ dont le gain total peut être réglé automatiquement à une valeur qui est déterminée par l'amplitûde'd'un signal d'entrée fourni à l'amplificateur au moment du réglage du gain et qui peut être maintenu ensuite à la valeur fixée lorsque l' amplitude du signal d'entrée varie. jq Beaucoup d'applications nécessitent un montage amplificateur à réaction ayant les caractéristiques et le fonctionnement mentionnés ci-dessus. Ainsi par exemple, on désire souvent dans les opérations de mesure déterminer la variation de la quantité mesurée pendant un intervalle de temps prédéterminé, par rapport à . 15 la valeur de la quantité mesurée au début de l'intervalle. A l' aide d'un montage amplificateur à réaction ayant les caractéristiques et le fonctionnement précités, ceci peut être réalisé facilement en ce sens qu'au début de la période de mesure, le gain total du montage amplificateur est fixé automatiquement de 20 façon à être inversement proportionnel à la valeur de la quantité ou grandeur mesurée à cet instant et est maintenu ultérieurement à cette valeur, de sorte que pendant la période ultérieure de mesure, le signal de sortie du montage amplificateur représente directement le rapport, c'est-à-dire la variation, entre la 25 valeur'instantanée de la grandeur mesurée et sa valeur au début de la période de mesure. Un exemple d'opération de mesure de ce type est la mesure photométrique destinée à déterminer ou à étudier la variation de la transmission lumineuse et de l'extinction d'un échantillon pendant un intervalle de temps prédéter-30 miné, Dans une telle mesure photométrique, un faisceau lumineux provenant d'une source de lumière convenable traverse l'échantillon à mesurer ou à étudier et se dirige ensuite vers une cellule photoélectrique, de sorte que la tension de sortie de la cellule photoélectrique représente la transmission instantanée de 35 l'échantillon. L'échantillon est généralement constitué par un liquide contenu dans un récipient ou circulant dans un tuyau dont les parois sont translucides. Au lieu du facteur de transmission de l'échantillon, on désire souvent déterminer le facteur d'extinction qui est défini comme étant la valeur logarithmique de j^q la transmission et qui peut être obtenu par conséquent par une 69 03605 ? 2002038 transformation logarithmique du signal de sortie de la cellule photoélectrique. Dans les mesures photométriques de ce type, on est très rarement intéressé par la valeur absolue de la transmission ou de l'extinction de l'échantillon mais plutôt par la ^ variation de cette grandeur pendant un intervalle de temps prédéterminé, par rapport à la valeur de la grandeur au début de cet intervalle. Une telle variation de la transmission de lumière ou de l'extinction de l'échantillon peut être provoquée par exemple par une réaction dans l'échantillon ou par des jq variations de la nature ou des caractéristiques d'un échantillon circulant dans une conduite. Un exemple de mesure photométrique, dans lequel la transmission ou l'extinction de l'échantillon varient en fonction du temps ët dans lequel on désire déterminer la variation de la transmission ou de l'extinction pendant un intervalle de temps prédéterminé par rapport à la valeur de la transmission ou de l'extinction respectivement, au début de cet intervalle, est la mesure photométrique de l'activité enzymatique de divers liquides bioorganiques, comme par exemple le sang. L'activité enzymatique est alors déterminée en déclenchant dans 20 l'échantillon une réaction biochimique qui dépend de l'activité enzymatique de l'échantillon, à la suite de quoi la variation de'la transmission de lumière ou de l'extinction de l'échantillon provoquée par la réaction par rapport à la valeur de la transmission ou de l'extinction respectivement au début de la réaction 25 est déterminée pendant un certain intervalle de temps au moyen d'un photomètre. On notera que pour des mesures du type décrit ci-dessus aussi bien que pour beaucoup d'autres applications, un montage amplificateur ayant les caractéristiques et le mode de fonction-30 nement mentionnés ci-dessus est d'une très grande valeur. Le but principal de l'invention est par conséquent de fournir un montage amplificateur à réaction ayant un gain total qui peut être réglé facilement et de préférence automatiquement-, à une valeur déterminée par l'amplitude prédominante du signal d'entrée 35 appliqué au montage amplificateur et être maintenue ensuite à cette valeur pendant une durée prédéterminée. Selon l'invention, ceci est réalisé par un montage amplificateur à réaction qui comprend un amplificateur ayant une boucle de contre-réaction, un dispositif de commande _de la réaction 40 monté dans la boucle, pour' commander le facteur de réaction en 69 03605 3 2002038 réponse à un signal de commande, un dispositif de comparaison de signaux pour comparer momentanément le signal de sortie de l'amplificateur ou un signal dérivé du signal de sortie à un signal de référence et pour produire un signal représentant la 5 différence entre les deux signaux comparés, le signal de différence étant appliqué en signal de commande au dispositif de commande de la réaction de façon à provoquer une réduction de la différence entre les deux signaux comparés et un dispositif d'emmagasinage de signaux pour maintenir, consécutivement à la 10 comparaison, le signal de commande à la valeur qui était la sienne au moment de la comparaison. Autrement dit, dans un montage amplificateur selon l'invention, le gain total ou le facteur d'amplification du montage est fixé initialement en ce sens qu'un certain signal d'entrée est 15 appliqué au montage amplificateur et ainsi à l'entrée de l'amplificateur à réaction et le signal de sortie de l'amplificateur ou un signal dérivé de ce signal de sortie est comparé à un signal de référence en même temps que le facteur de réaction destiné à l' amplificateur à réaction et réglé au moyen d'un 20 signal de commande produit par le dispositif de comparaison de signaux, de sorte que le signal provenant de la sortie de l'amplificateur devient pratiquement égal au signal de référence auquel il est comparé. De cette manière, le gain obtenu de l' amplificateur à contre-réaction et donc du montage d'amplifi-25 cateur devient inversement proportionnel à l' amplitude du signal d'entrée appliqué au montage amplificateur pendant la comparaison, c'est-à-dire pendant l'opération de réglage du gain. Ensuite, le facteur de réaction de l'amplificateur à contre-réaction et donc le gain du montage sont maintenus constant par le fait 30 que le signal de commande qui détermine le facteur de réaction est maintenu à la valeur qu'il avait pendant l'opération de comparaison. Par conséquent, le signal de sortie de l'amplificateur à contre-réaction et donc le signal de sortie du montage amplificateur représentent le rapport entre le signal d'entrée, 35 c'est-à-dire la variation du signal d'entrée, et l'amplitude du signal d'entrée au moment de la comparaison ou de l'opération de réglage du gain. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée à titre 40 d'exemple et faite en référence au dessin annexé sur lequel la 69 03605 4 2002038 figure unique représente un mode de réalisation préféré d'un montage amplificateur selon l'invention, destiné à amplifier le signal de sortie d'un photomètre. Le dessin représente un montage amplificateur 1 selon 5 l'invention qui comporte une borne d'entrée 2 et une borne de sortie 3- La borne d'entrée 2 du montage est connectée à une cellule photoélectrique 4 d'un photomètre qui n'est représenté que schématiquement. Outre la cellule photoélectrique 4, le photomètre comprend une source lumineuse 5 et l'échantillon 6 jO pour lequel la transmission de lumière ou l'extinction doit être mesurée. Le montage amplificateur 1 comprend un amplificateur à contre-réaction J, un signal d'entrée étant appliqué à la borne d'entrée 2 du montage et donc à la cellule photoélectrique 4. Le jj- signal d'entrée du montage amplificateur 1 donc de l'amplificateur 7, provenant de la cellule photoélectrique 4 est désigné par la référence V^, tandis que le signal de sortie de l'amplificateur 7 est désigné par la référence V . Ce signal de sortie est appliqué à l'entrée de l'amplificateur 7 en contre-réaction au PO moyen d'une boucle de réaction comportant un découpeur 8., un circuit intégrateur de signaux § et un détecteur de tension de crête 10. Le découpeur 8 a une fréquence de fonctionnement asservie qui est inversement proportionnelle à un signal de commande V qui lui est appliqué. Ce signal de commande est engendré par 25 un amplificateur différentiel 11 dont la première entrée est connectée à la sor tie de l'amplificateur 7 par l'intermédiaire d'une fonte résistance 12. Un condensateur 13 est connecté entre la seconde entrée de l'amplificateur différentiel 11 et la sortie de l'amplificateur. Une tension de référence V peut être 30 appliquée, au moyen d'un commutateur 14, en alternance à l'une et à l' autre borne d'entrée de l'amplificateur 11. Dans le mode de réalisation représenté de 1'invention, la borne de sortie 3 du montage amplificateur est connectée directement à la sortie de l'amplificateur Y, de sorte que le signal de sortie apparais-35 sant sur la borne de sortie 3 du montage amplificateur est identique au signal de sortie de l'amplificateur 7* Par conséquent, dans le présent mode de réalisation, le signal apparaissant à la borne de sortie 3 du montage amplificateur représente la transmission de l'échantillon 6. Si l'on désire plutôt obtenir un signal 40 de sortie du montage amplificateur qui représente l'extinction 69 03605 5 2002038 de l'échantillon, on peut y parvenir en insérant un circuit logarithmique 15, comme représenté en pointillé sur le dessin, entre la borne de sortie 3 du montage amplificateur 1 et la sortie de l'amplificateur à réaction 7• 5 Le montage amplificateur représenté selon l'invention fonc tionne de la manière suivante. Le découpeur 8 contenu dans la boucle de contre-réaction de l'amplificateur 7 fournit un signal rectangulaire ou un train d'impulsions rectangulaires ayant la forme d'onde 10 représentée sur le dessin et dont l'amplitude correspond au signal de sortie Vu de l'amplificateur 7 et ayant une période 2t, c'est-à-dire une largeur d'impulsion t qui est proportionnelle à l'amplitude du signal de commande V_ appliqué au découpeur. On notera que le circuit intégrateur de signaux 9 délivre un signal 15 symétrique en dents de scie ayant la forme d'onde représentée sur le dessin, de période 2t et d'amplitude k^.Vu.t. Ainsi le signal de sortie provenant du détecteur de tension de crête 10 est k^. k2.Vu.t expression dans laquelle k^ et k^ sont des facteurs de proportionalité déterminés par le circuit intégra-20 teur 9 et le détecteur de crête 10 respectivement. Le signal de sortie provenant du détecteur de crête 10 constitue le signal de contre-réaction appliqué à l'amplificateur 7 et, si.l'on suppose que cet amplificateur présente une amplification interne très grande, l'amplificateur va tenter de maintenir nulle la diffé-25 rence entre le signal de contre-réaction et le signal d'entrée V Par conséquent Vi = kx . k? . vu • fc OU 30 Vu - V± . . F, où k = k^ . kg et F est le gain résultant de l'amplificateur à contre-réaction 7 et donc également le gain obtenu entre la borne d'entrée 2 et la borne de sortie 3 en passant par le montage amplificateur 1, à condition que le circuit logarithmique 35 15 soit supprimé. Comme on l'a vu ci-dessus, le facteur d'amplification ou gain F est inversement proportionnel à la période t du découpeur 8 et est déterminé par conséquent par l'amplitude du signal de commande V qui lui est appliqué. Le facteur de gain ou d'ampli- S 69 03605 6 2002038 fication est fixé par le fait que le commutateur 14- est commuté momentanément à la position représentée sur le dessin, de sorte que le signal de référence V est appliqué à la première entrée de l'amplificateur différentiel 11 en même temps que la 5 sortie Vu de l' anplificateur 7 est appliqués à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel 11 à travers la résistance 12. On notera que l'amplificateur différentiel, dont on suppose qu'il présente une amplification interne importante, compare le signal de référence V au signal de sortie Vu de l'amplificateur 7 et TO tente de fournir un signal de commande V_ destiné au découpeur 8 d'amplitude telle que les deux signaux d'entrée V et V de l'amplificateur différentiel soient égaux. On notera également que ceci est obtenu automatiquement, du fait qu'une augmentation de V provoque une augmentation de V et donc de t_ et, par consé-u s ■- 15 quent, une diminution du gain total obtenu F de l'amplificateur 7. Si l'on suppose que pendant cette opération de comparaison ou de réglage du gain, qui a lieu très rapidement, le signal d'entrée appliqué à la borne d'entrée 2 du montage amplificateur 1 a la valeur et fait délivrer à l'amplificateur 7 un signal de 20 sortie de valeur V ", on. a évidemment ; V = V ou uo r Y. . F = V ou 10 r * v. îo c'est-à-dire que le gain total F du montage amplificateur est 25 réglé automatiquement de manière à être inversement proportionnel à l'a valeur V. du signal d'entrée qui est appliqué à la borne d'entrée 2 du montage amplificateur pendant l'opération de réglage du gain. Pendant cette opération de réglage du gain, le condensateur 30 13 connecté entre la sortie de l'amplificateur différentiel 11 et sa première entrée se charge évidemment à la tension V -V • Après l'opération d$crite ci-dessus de réglage du gain, opération qui est très rapide, le commutateur 14 est commuté à son autre.position, de sorte que le signal de référence est 35 appliqué à la borne d'entrée supérieure de l'amplificateur différentiel 11 tandis que la borne d'entrée inférieure de l'amplificateur différentiel reçoit un signal d'entrée déterminé par la tension mentionnée ci-dessus du condensateur 13 et par l' ampli- 69 03605 7 2002038 tude du signal de sortie provenant de l'amplificateur 11. Lorsque l'amplificateur 11 continue à tenter de maintenir ses deux signaux d'entrée égaux, il doit évidemment continuer à délivrer un signal de sortie V de même amplitude que pendant l'opération de réglage 5 du gain décrite ci-dessus, de sorte que le gain total F est maintenu à la valeur Vr/Vj_0 fixée initialement. L'amplitude ou la valeur du signal de sortie V provenant de l'amplificateur diffé- S rentiel 11 ne peut être modifiée que par la décharge du condensateur 13- Comme toutefois, l'amplificateur 11 peut être doté très jO facilement d'une très grance impédance d'entrée, on peut tendre la durée de décharge du condensateur 13 très longue, même pour un condensateur de capacité réduite, de sorte que le gain total du montage amplificateur peut être maintenu à la valeur initialement fixée, avec une bonne précision et pendant une durée pro-jtj longée. A cet égard, on notera que dans le mode de réalisation représenté de l'invention, la puissance de commande nécessaire pour le découpeur 8 est fournie par l'amplificateur 11 et non par le condensateur 13. Le condensateur 13 a pour seule fonction de fournir la puissance de commande nécessaire pour l'amplificateur 11. L'opération de réglage du gain une fois terminée et après commutation du commutateur 14 à sa position supérieure sur le dessin, on a par conséquent : 20 25 V Vu m -E * Vi V. 10 c'est-à-dire que le signal de sortie présent sur la borne de sortie 3 du montage amplificateur 1 représente le rapport ou la variation entre un signal d'entrée existant momentanément et l'amplitude du signal d'entrée pendant l'opération de réglage 30 du gain. On notera que le même résultat peut être obtenu si un circuit de transformation de signaux, comme par exemple le circuit logarithmique 15, est intercalé entre l'amplificateur 7 et la borne de sortie 3 du montage amplificateur 1. Dans ce cas, le 35 signal qui est comparé par l'amplificateur différentiel 11 au signal de référence V pendant l'opération de réglage du gain peut être soit le signal présent sur la borne de sortie 3 du montage amplificateur 1, soit le signal présent à la sortie de l'amplificateur 7- 2j0 Bien entendu, l'invention est nullement limitée au mo.d,e de 69 03605 8 2002038 réalisation représenté et décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple. Ainsi, le dispositif de commande de réaction sensible aux signaux, qui est contenu dans la boucle de contre-réaction dé l'amplificateur 7 peut comporter divers autres composants. De plus 5 d'autres dispositifs ou circuits que ceux représentés sur le dessin peuvent être utilisés pour comparer momentanément le signal de référence et le signal de sortie de l'amplificateur et pour délivrer un signal de commande destiné au dispositif de commande de la réaction contenu dans la boucle de contre-réaction. En outre, 10 d'autres montages que ceux représentés sur le dessin peuvent être utilisés pour maintenir le signal de commande à une valeur cons-tante^ consécutivement à l'opération de réglage du gain. Ainsi par exemple, dans un montage amplificateur du type général représenté sur le dessin, le condensateur 13, au lieu d'être connecté entre 15 la sortie de l'amplificateur 11 et la première entrée de l'amplifi cateur, peut être connecté entre la sortie de l'amplificateur et la masse, auquel cas, après l'opération de réglage du gain, tous les signaux appliqués à l'amplificateur 11 sont coupés; Toutefois, dans un tel mode de réalisation de l'invention l'entrée des si-20 gnaux de commande du découpeur 8 doit présenter une grande impédance d'entrée pour obtenir une longue décharge du condensa-teur. 69 03605 9 2002038 REVENDICATIONS 1) Montage amplificateur comprenant un amplificateur ayant une boucle de contre-réaction, un dispositif (8, 9, 10) de commande de la réaction, situé dans la boucle de réaction pour commander le 5 facteur de réaction en réponse à un signal de commande, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif (il) de comparaison de signaux, destiné à comparer momentanément un signal dérivé de la sortie de l'amplificateur et un signal de référence et à produire un signal amplifié représentant la différence entre les deux signaux comparés, 10 le signal amplifié étant appliqué au dispositif de commande de la réaction en tant que signal de commande, de façon à provoquer une réduction de la différence entre les deux signaux comparés, et un dispositif (13) d'emmagasinage de signaux destiné à maintenir le signal de commande, consécutivement à la comparaison, à la valeur 15 qui a été obtenue pendant.la comparaison. 2) Montage amplificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande de la réaction comprend un découpeur (8) commandé par le signal de commande (V ) et dont la fréquence de fonctionnement dépend de l'amplitude du signal de 20 commande, le signal de sortie (V ") de l'amplificateur étant appliqué au découpeur (8), un dispositif intégrateur de signaux (9) -ayant son' entrée connectée à la sortie du découpeur, et un dispositif détecteur de crête (10) ayant son entrée connectée à la sortie du dispositif intégrateur de signaux, le signal de sortie du dis- 25 positif détecteur de crête étant appliqué à 1*amplificateur (7) au niveau de la contre-réaction. 3) Montage amplificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de comparaison de signaux comporte un amplificateur différentiel (il) ayant une première et une seconde 30 entrées, le signal de référence (V ) et le signal dérivé de la sortie (V ). de l'amplificateur (7) pouvant être appliqués momentanément à la première entrée et à la seconde entrée respectivement, le signal de sortie de l'amplificateur différentiel constituant le signal de commande (V ) et le dispositif d'emmagasinage de signaux S 35 comprend un condensateur (13) connecté à la sortie de l'amplificateur différentiel (11).. 4) Montage amplificateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le condensateur (13) est connecté entre la sortie de l'amplificateur différentiel (il) et ladite première entrée, ce 40 montage comprenant un moyen de commutation (14) pour appliquer le 69 03605 10 2002038 signal de référence (V ) à la seconde entrée de l'amplificateur différentiêl (11) après que la comparaison des signaux a été effectuée.