Brevet FR2010316A1 — publié le 19700213

Cette invention porte sur un circuit de détection de tension, et en par ticulier, sur un circuit pour suivre rapidement et précisément et pour maintenir le niveau de tension le plus élevé ou le moins élevé d'un signal d'entrée viable. Des circuits de détection de cretes trouvent de nombreuses utilisations dans des applications diverses, telles que les ordinateurs, les mesures, les tests etc.. Cependant, les détecteurs de crêtes classiques qui ont comme base l'écrstage, la différentiation et autres découpages sont dessinés, premièrs- ment pour des signaux à fréquence relativement élevée, st ne se prêtent pas convenablement à des signaux de fréquence basse comme par exemple ceux d'environ 1 ou 2 cyclss par seconde, et particulierement à des signaux de basse fréquence ayant des niveaux de pointes variables et associés à du bruit.Par exemple, des circuits de détection de crêtes ayant comme base l'écrêtage exigent le réglage initial pour un niveau de tension d'entrée déterminé, et ainsi ne peuvent pas déceler les crêtes se situant hors des limites fixées. Semblablement, on ne peut pas employer des circuits de détection de crêtes ayant comme base la différentiation pour des signaux de fréquence basse accompagnés de bruit, puisque le bruit couvrira le signal désiré. Une crête à fréquence basse particulière exige l'utilisation d'un détecteur de niveau de tension précis. En conséquence, un objet de cette invention est de fournir un détecteur de niveau de tension qui peut mesurer précisément et suivre les tensions de crêtes de signaux à basse fréquence. Un autre objet ds cette invention est de fournir un détecteur de niveau de tension qui peut suivre précisément et mesurer la tension maximum ds crête d'une onde ayant des niveaux de crêtes de tensions variables. D'autres objets caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront iaiaux de l'exposé qui suit fair en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préféré do celle-ci. La figure 1 est un diagramme d'un détecteur de niveau de tension construit selon le. enseignements de cette invention. Las figures 2A et 2B sont des formes d'onde comparatives pour illustrer le fonctionnement du circuit de détection de niveau de la figure 1. La figure 3 représente un cycle d'une forme d'onde lente et répétitive d'un cycle par secoode ayant dss niveaux de crêtes variables. La figure 4 est un diagrammes schématique employa pour une analyse de la fonction de transfert de réaction du circuit de la figure 1. Le signal d'entrée. dont la crête de tension doit être détectée et mesu rée, est appliqué à la borne d'entrée I du circuit de la figure 1 qui est re- lié à un circuit d'addition 2 (ou sommateur algébrique) constitué de deux r6- distances semblables 3 et 4 ayant un bout attaché à uno jonction de somnation 5. Comme illustre dans le diagramme l'autre extrêmité de la résistance 4 est connectée à à la borne d'entrée 1. La jonction de sommation 5 est connectée à une entrée 6 d'un amplificateur opérationnel 7, utilisé en un inverseur à gain élevé par une résistance 8 placée entre l'entrée 6 et la sortie 9 de l'amplificateur 7.Dans une réalisation préférée, l'amplificateur 7 est pourvu d'un gain réglable par lequel l'exactitude. le taux de chargement et la sensibilité du système peuvent être réglés. Dans un circuit particulier construit selon la figure 1, l'amplificateur 7 avait un gain de 100. La sortie de l'amplificateur est attachée par le contrôleur de polarité 10 à un côté d'un condensateur d'emmagasinage Il et à l'entrée 12 d'un amplificateur de gain égal à l'unité et d'impédance élevée 13 converti en un suiveur de tension par une boucle de réaction 14 placée entre son entrée 15 et sa sortie 16 qui est aussi rattachée à la borne de sortie 17. La sortie 16 de l'amplificateur 13 est aussi rattachée via la boucle de réaction 18, et la résistance 3 à la Jonction 5 pour sommer le niveau de tension de sortie dé l'amplificateur 13 et le niveau de tension d'entrée du signal à la borne d'entrée 1, L'autre côté du condensateur de charge Il est relié à une source de tension de référence 19, par exemple à la terre, de même que la borne d'entrée 20 de l'amplificateur 7.Grâce au circuit illustré dans la figure 1, le temps de charge T du condensateur 11 est réduit par un facteur de To/G où To est le taux rendant compte de la vitesse (dit taux de charge) du condensateur 11 en l'absence de gain du signal d'entrée, et G est le gain de l'amplificateur 7. Le taux de charge du condensateur 11 à une tension particulière (par exemple 1 volt) est illustré dans la figure 2A et dans la figure 28. Le contrôleur de polarité 10 permet de détecter les crêtes maxima ou minima du signal d'entrée. Le contrôleeur de polarité 10 comprend un commutateur 30 pour connecter la sortie de l'amplificateur 7 à un des contacts 31 et 32. Quand le commutateur 30 est connecté au contact 31 (comme illustré en figure 1), le circuit est adapté pour détecter l'excursion la plus élevée Hi du signal d'entrée. Cela est accompli à cause de l'inversion du signal d'entrée à travers l'amplificateur 7 qui polarise la diode 33 qui est connectée entre le contact 31 et l'entrée de l'amplificateur suiveur de tension 13 via une connexion commune 34 pour charger le condensateur 11 via la connexion commune 36, Quand le commutateur 30 est relié au contact 32, le circuit est modifié pour détecteur l'excursion la plus basse Lo du signal d'entrée. Une telle excursion du niveau de tension est inversée dans l'amplificateur 7 pour polariser la diode 35 qui est connectée entre le contact 32 et l'entrée 15 de l'amplificateur 13 à la connexion commune 34 et charger le condensateur 11. En général, le circuit illustré et décrit suivra et maintiendra le niveau de tension de crête d'une onde à fréquence basse ayant des niveaux de crêtes variables. comme par exemple une onde du type illustré en figure 3. Le circuit élimine les erreurs dues au taux de charge et chutes de tension de la diode par exemple. Quand le commutateur 30 est relié au contact 31, le circuit fonctionne comme suit: Le signal d'entrée est alimenté à la borne d'entrée 1 et inversé par l'amplificateur 7. La sortie de l'amplificateur 7 alimente un circuit de détection comprenant la diode 33, le condensateur 11 et l'amplificateur 13. Tout désaccord entre la sortie de l'amplificateur 13 et le signal d'entrée, provenant de la chute aux bornes de la diode, du déphasage du au condensateur et autres phé nomènes du même genre, est indiqué à une boucle de réaction 18 comme une différence de tension à la jonction de sommation 5.Cette différence de potentiel est amplifiée par l'amplificateur 7 pour charger le condensateur Il jusqu'à ce que la tension de sortie à la borne 17 ait le même valeur que la tension d'entrée à la borne 1, étant entendu que les tensions d'entrée et de sortie sont de polarités opposées à cause de l'inversion du signal d'entrée dans l'amplificateur 7. Quand la tension de réaction (par exemple, la tension de sortie à la borne de sortie 173 est égale à la tension d'entrée à la borne d'entrée 1 l'anplificateur 7 cesse de conduire st la sortie de l'amplificateur 13 Frend la même valeur que la tension d'entrée à la borne d'entrée 1. Une analyse de fonctions de transfert du circuit a été faite pour une solution générale et une solution pour une onde sinusoidale d'entrée conjointement avec un diagramme schématique du circuit de la figure 1. Ce diagramme est illustré en figure 4 dans laquelle le signal d'entrée est appliqué à travers un point de sommation 40 à un amplificateur 41 pour introduction dans le bloc 42 dans lequel 1/RCS représente une fonction de transfert de l'impédance de sortie de l'amplificateur 7 et du condensateur Il dont RC est la constante de temps et où s est la variable de LaPlace. Pour la solution générale, on a présumé que: a) une diode idéale était employée b) l'impédance d'entrée de l'amplificateur suiveur de tension 13 était infinie c) il n'y avait pas de fuite dans le condensateur Il d la tension d'entrée était égale à 5 sin 20t, d'où En écrivant: où aAet B2 4x102 RC L'équation (2) peut être convertie dans le domaine des temps en où 8 = arctag (20RC) (5) A Afin de diminuer 8 pour éliminer le déphasage, le gain est rendu aussi élevé que possible. Par exemple, pour un gain de 100 et un RC de 2,5x10 (par exemple R de 5k et C de 0,5 uf] dont la grandeur peut être négligée. De même les termes transitoires peuvent être négligés puisque qui est petit. Avec ces simplifications l'équation t4) devient qui se réduit encore à est # 5 sin 20t (9) Afin de vérifier que la tension de sortie suit la tension d'entrée, supposons que: sin=10t (le taux maximumde change de tension). (10) La solution est la suivante eo(s) = ein (s) H(s) (11) où, après identification on trouve, d'où l'on déduit En conséquence Dans le cas où A (GAIN) - 100, R=5k, et C=0,5iif (RC=2,5x10-3) = - 2,5 x 10-4 + 2,5 x 10-4 (e-4x105t) (22) où eo = ein représente l'erreur totale. où e = e in Puisque le terme transitoire est petit, il peut être négligé et l'équa- tion (22) se réduit à erreur totale = eo - e in = 250 microvolts (233 Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède, et représenté sur les dessins, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celui-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Circuit de détection et d'emmagasinage de tensions, caractérisé en ce qu'il comprend: - un étage sommateur de signaux électriques et comprenant une première et une seconde entrée, ladite première éntrée recevant le signal à détecter. - des moyens d'emmagasinage des signaux issus dudit étage sommateur. - un étage amplificateur à gain égal à l'unité, destiné à isoler les moyens d'emmagasinage, de la broche de sortie, et fournissant de même un signal de contre-réaction envoyé sur ladite seconde entrée de l'étage sommateur 2.- Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens d' emmagasinage comprennent un circuit à diode et condensateur, permettant de choisir la polarité du signal d'entrée à retenir.