Brevet FR2018785A1 — publié le 19700626

• 1 La présente invention se rapporte aux discriminateurs d® signaux &!impulsions et concerne plus particulièrement ûes discriminateurs de signaux d'impulsions modulées en largeur. Four la démodulation des signaux d'impulsions modulées en largeur, il est 5 connu d'envoyer le signal d'impulsion à un filtre passe-bas du type RC. La tension filtrée correspond à la valeur moyenne du signal d'impulsion qui est linéairement fonction de la largeur des impulsions. Une telle démodulation de largeur d'impulsions est naturellement très économique, mais présente l'inconvénient que la caractéristique du discriminateur est très plate ou à faible 10 pente dans la gamme de fonctionnement. En d'autres termes, le rendement de la démodulation est très faille. Cette catégorie de démodulation n'est pas appropriée pour 8tre utilisée dans les cas où des variations relativement faibles de largeur d'impulsions sont appliquées. De plus, un discriminateur présentant une caractéristique à pente raide 15 est déjà connu et est approprié poux la démodulation de largeur d'impulsions présentant une caractéristique de discriminateur-semblable à celle de la présente invention. Ce discriminateur fonctionne en utilisant la durée de recou-vreaent (ou durée de mémoire) des éléments semiconducteurs, et est destiné en particulier à l'utilisation dans des circuits intégrés, en évitant l'emploi de 20 condensateurs et de bobines. Etant donné que oe disoriminateur est "basé sur 1' utilisation de la durée de rëcouvrement (mémoire) des semiconducteurs, la linéarité de la caractéristique du disoriminateur, dans la gamme de fonctionnement, est fonction des propriétés des semiconduoteurs qui sont difficiles à contrôler. En outre, ce disoriminateur n'est pas approprié pour de grandes lar-25 geurs d'impulsions à une fréquence d'impulsions faible, parce que la durée de recouvrement (mémoire) des semiconducteurs ne peut pas être étendue à volonté. La présente invention a pour objet de proposer un disoriminateur de lar-"geux.d'impulsions remédiant aux inconvénients des discriminateurs de largeur d'impulsions actuellement connus. 30 La présente invention a également pour o"bjet deproposer un discriminateur àe largeur d'impulsions présentant une caractéristique sensiblement linéaire et à pente raide entre les largeurs d'impulsions ti et ti . * ° * min max L'invention a encore pour objet de proposer un discriminateur de largeur d'impulsions approprié pour des très grandes largeurs d'impulsions à une fré-35 quence très faible. Selon l'invention, le discriminateur de largeur d'impulsions engendre une tension de sortie ayant une amplitude de valeur U pour une largeur d'impul- ÏIlc&X sion timin et au-dessous, une amplitude de valeur pour une largeur d'im pulsion ti et au-dessus et une amplitude sensiblement linéaire, fortement 40 pentue, entre U et ïï . , ^ * ' max mm bad original 69 32626 2018785 2 Selon l'invention, 1© discriminâteur de largeur d'impulsions pour des signaux d'impulsions modulées en largeur, est caractérisé en ce qu'il comporte i - une source de signaux d'impulsions, modulées en largeur, présentant une amplitude constant© j 5 - dos moyens commandés par conduction j - des premiers moyens5 couplés :.uâ .noyens commandés par conduction, pour engendrer une valeur déterminée drun premier potentiel de polarisation pour les moyens commandés de conduction ; - des seconds moyens, couplés entre la source et les moyens comaaiidéa par con-10 duction, pour convertir le signal d'impulsions en signaux en dents de scie, sensiblement linéaires, .ayant une durée égale à la largeur des signaux d'impulsions, les signaux en dents de scie et le premier potentiel de polarisation commandant la conduction des moyens commandés par conduction j - deB troisièmes moyens, couplés aux moyens commandés par conduction pour re—' 15 dresser leur signal de sortie afin d'engendrer la tension de sortie du disoriminateur. Le discriminateur de largeur d'impulsions, selon l'invention, présente les avantages suivants t - il est approprié pour des largeurs d'impulsions aléatoirement grandes, à de 20 faibles fréquences ; - il présente une caractéristique de discriminateur presque iinéaire et raide à l'intérieur de la gamme de fonctionnement entre les largeurs d'impulsions tijnin e"fc t3-max' 1 ' i^ol^Jtiaison de cette portion de la caractéristique du disoriminateur et sa linéarité étant oapables d'être commandées d'une manière relati- 25 vement simple par un circuit olassique - à l'extérieur de la gamme ti^ et ti ^ la caractéristique du disoriminateur présente une allure horizontale. Cette âarnière propriété est particulièrement souhaitable quand on utilise le discriaainateur de largeur d'impulsions dans des circuits de commande 30 (par exemple dans des régulateurs de vitesse pour moteurs) paroe que dans des circuits de commande, une inclinaison opposée de la caractéristique du discriminateur par rapport à la gamme de travail provoque des problèmes considérables. Même dans le sas de grandes variations, à partir de la gamme de travail réelle, la tension dQ sortie du disoriminateur maintient une valeur correspon- 1 35 dant à la valeur minimale ou maximale, respectivement, de telle sorte que l'on obtient un critère pour la direction de désaooord. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et. 1$3dessire ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention, 40 La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un discriminateur de iÂô qrusinalJ 69 32626 2018785 3 largeur d'impulsions, selon l'invention. Les figures 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, 3& et 4 représentent des courbes illustrant le fonctionnement du cirouit de la figure 1. La figure 5 représente un autre exemple de réalisation d'un discrimina-5 teur de largeur d'impulsions, selon l1invention. Tel que cela est représenté sur la figure 1, une source 1 engendre des impulsions modulées en largeur, à amplitude constante. A partir de la borne de sortie 2 de la source 1, le signal drimpulsions est envoyé à un redresseur 4 et ensuite à un circuit 5,6 du type EG, le potentiel de polarisation U^. pour 10 le redresseur 4 étant appliqué à la résistance 6 du circuit RC. La tension engendrée dans le condensateur 5» présentant une portion en dents de scie, est envoyée, dans l'exemple considéré, par l'intermédiaire d'une diode zener 3, à l'électrode de "base d'un étage à transistor 7 qui, dans l'exemple considéré, comporte un transistor de type de conductivité UPÎT. La diode zener 3 peut être 15 évitée dans les cas où l'éleotrode de l'émetteur du transistor 7 reçoit un potentiel de polarisation positif, ou bien dans les oas où un potentiel de polarisation négatif, de valeur déterminée, est superposé à la tension d'impulsions de la source 1. La résistance 8 est la résistance collectrice du transistor 7» Un transistor 9> couplé au collecteur du transistor 7 fonctionnant selon un mon-20 tage avec colleoteur à la terre, sert de redresseur de crêtes ; 9 a une résistance d'entrée élevée et est, dans l'exemple considéré, un transistor du type PÏÏT. La résistance 10 est la résistance de fonctionnement du redresseur 9, et le oondensateur 11 est un condensateur de blocage. Sa outre, à partir de l'électrode emettrice du transistor 9j tension de sortie du discriminateur est 25 prélevée sur la borne 12. Dans les cas où la résistance 10 et la charge de la borne 12 sont relativement élevées, il est possible d'utiliser une diode au lieu du redresseur à transistor 9» Pour expliquer le mode de fonctionnement du circuit selon la figure 1, il est fait référence aux figures 2a, 2b et 2c. Sur la figure 2a, on a représen-30 té deB signaux d'impulsions d'entrée qui sont réduits à une valeur d'amplitude constante. T indique la durée de la période du signal d'impulsions. Le circuit du discriminateur répond à la largeur d'impulsion ti. La figure 2b montre la tension apparaissant sur le condensateur 5. Au cours de la durée (T - ti), le redresseur 4 est conducteur, de telle sorte que la tension sur le condensateur 35 5 est identique à la valeur momentanée de la tension d'impulsions. Dès 1'expiration de la période de temps (T — ti), le redresseur 4 est bloqué, de telle sorte que le condensateur 5 est chargé, par l'intermédiaire de la résistance 6, au potentiel de polarisation du redresseur U^.. La figure 2b représente la valeur de tension qui est tracée par une ligne en traits mixtes E, pour laquel-40 le le transistor 7» Par l'utilisation de la diode zener 3, commence à devenir BAD orjginal1 69 32626 2018735 ocïidueteur. Quand -a tîïisi^ aa ^oMauia-5su? 5 dépasse -râleur as tension, la. -cension col?_âet-jv;.1 du sranaistoi- 7 ohuts linéairement ïa-=o uns pente très raid®. au La figure 2c montre sett-a tension/collecteur . Des l'expiration de la pê-5 riocLs Is terajï ti. le redresseur t est rendu conducteur de nsiv/eau, de telle 3o:;-ts ru© maintenant la iveiûioa. au condensateur 5 chuté âs nouveau à presque G volt j le transistor 7 est oloqué et, an conséquence, la tension collectrice du transistor 7 ïspx ^à la -/ôjLôu;,? positive originale. De cette aaaière, au collecteur du transistor 7 il apparaît des impulsions en forme l'aiguilles, diri-10 gses négativâ.usnt qui, en réalité, sont beaucoup plus étroites que cela est représenté sur la figure 2c. L-amplitude de ces impulsions, en forme d'aiguilles, est fonction, pratiquement linéairement, de l'augmentation de la largeur d'impulsion ti. Dans le cas d'une largeur d'impulsion ti , ces impulsions max atteignent une valeur négative maximale parce que dans ce cas le transistor 7 15 est complètement saturé ..... ... Le signal d'impulsions sur la figure 2c, au collecteur du transistor est redressé au moyen d'un redresseur de pointe 9 qui, dans l'exemple considéré, est un transistor du type PÏÏP fonctionnant selon un montage avec collecteur à la terre. La tension de sortie du discriminateur est prélevée sur l'émetteur du transistor 9 par l'intermédiaire 20 de la borne 12. A partir des figures 2a, 2b et 2c, on peut voir que dans le cas de largeur d'impulsions plus faible que ti^^, le transistor 7 demeure toujours bloqué, de telle sorte que la tension de sortie du discriminateur, apparaissant sur la borne 12, est identique à la tension d'alimentation positive, qui dans cet ex-25 emple particulier est positive. Dans le cas de largeur d'impulsions supérieure à ti , le transistor 7 est complètement . , de tel— max le sorte qu'une tension constante apparaît sur la borne 12. Sur la figure 2c, dans, le but de définir la largeur d'impulsion ti , l'amplitude d'impul- max sion totale a été indiquée en traits interrompus. 30 Sur les figures 3a, 3b, 3c et 3d, la tension d'impulsions au collecteur du transistor 7 est représentée d'une manière agrandie par rapport aux diverses largeurs d'impulsions ti à l'intérieur de la gamme de fonctionnement ti^^ et timax* Comme on peut'le voir, la valeur de l'amplitude de ces impulsions, dirigées négativement, augmente presque linéairement ave3 la largeur d!impulsion 35 ti. La tension U ^ ? sur la figure 3a, correspond à la tènsion de sortie du discriminateur par rapport à la largeur d'impulsion ti . La valeur U . sur la max max-' figure 3d, correspond à la valeur de la tension de sortie du discriminateur dans le cas d'une largeur d'inroulsion demeurant inférieurs à ti . . les ten- 31a sions Uet ÎI0, représentées sur les figures 3b et 3c corres-jon&ent s.v:£ lar- 40 grarç d!-!.ïnt>ul-icr.c? t - 2+ t, comprises sntre les valeurs ti . st ti ^ - min max BAD original 69 32626 2018785 5 Sur la figure 4, on a tracé la caractéristique du discriminateur, c'est-à-dire la tension de sortie du discriminateur, en fonotion de la largeur d'impulsion ti. Sur cette figure 4 on a utilisé également les mômes symboles de référence que sur les figures 2a à 3d. La caractéristique du discriminateur ee 5 termine pour la valeur ti = T, o'est-à-dire en d'autres termes quand la largeur d'impulsion est égale à la durée ds le. période T, et, en oonséquence, quand le signal d'impulsions disparaît lui-même. Quand on réduit la fréquence d'un signal d'impulsions, la durée de la période T augmente et la caractéristique du disoriminateur de la figure 4 est étendue en conséquence. 10 Sur la figure 5, les éléments identiques portent les mêmes références nu mériques que sur la figure 1. Le oirouit représenté sur la figure 5 diffère du circuit représenté sur la figure 1 seulement en ce que le potentiel de polarisation Uy, pour le redresseur 4> n'est pas déterminé ou stable, mais est égal à (ou fonction de) la valeur moyenne de la tension de sortie du discriminateur, 15 Par oe moyen, on parvient au résultat que dans le cas de signaux modulés par impulsions de largeur variable, la caractéristique dynamique, maintenant comme avant, est très raide, tandis que la caractéristique statique prend une allure extrêmement platé, de telle sorte que les tolérances peuvent être observées complètement et un équilibrage du circuit est rendu superflu. Si, par exemple, 20 la valeur statique de la tension de sortie du discriminateur chute, par exemple par suite du vieillissement des composants, la tension Uy chute également, cette tension étant obtenue à partir de la tension de sortie du discriminateur par filtrage, à l'aide du filtre passe-bas 13,14 du type RC. Par suite de cette chute de tension IL. on étend la période de temps t . , de telle sorte que v min 25 l'amplitude des pointes d'impulsions négatives au collecteur du transistor 7 chute, oe qui provoque un accroissement de la tension de sortie du discriminateur. „ Comme'on peut le voir, ce oirouit a un effet de réaction extrêmement important, La portion à basse fréquence de la tension de sortie du discriminateur 30 apparaissant dans le cas de signaux d'entrée modulés par impulsions de largeur variable, toutefois, n'est pas restituée parce que la constante de temps des cirouits 13,14 a une valeur telle que même la composante à basse fréquence, la plus basse ne forme pas de réaction du tout, ou seulement d'une manière négligeable. Par suite de cette importante réaction, il devient possible que le dis-35 criminateur s'accorde automatiquement pour avoir sa gamme de fonctionnement située sur la largeur d'impulsion moyenne du signal d'entrée. En faisant ainsi, la largeur d'impulsion moyenne peut varier dans de grandes limites, par exém-ple de 1 à 20. Dans les cas où la portion de fonctionnement de la courbe du discrimina-40 teur est supposée avoir une inclinaison opposée, il est nécessaire de prévoir BAD ORlGimt? 69 32626 2018785 au .'.isu d'an xrensistor 7 du type fîPN, un transistor du typa PHP es d'utiliser ra lieu d'un transistor 9 du typa £Î Bien que las principes de lu présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple narticulier de réalisation) on comprendra clairement que ladite description, est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. copy ! 69 32626 2018785 7 BEVEÎTD ICATIONS 1°) Discriminateur de largeur d'impulsion pour des si.--jna.ux d'impulsions modulées en largeur, caractérisé en oe qu'il comporte î - une source de signaux d'impulsions modulées en largeur présentant une ampli-5 tude constante ; - des moyens commandés par conduction ; - des premiers moyens, couplés aux moyens commandés par conduction, pour engendrer une valeur prédéterminée d'un premier potentiel de polarisation pour les moyens commandés par conduction ; 10 - des seconds moyens, "branchés entre la source et les moyens commandés par conduction, pour convertir les signaux d'impulsions en signaux en dents de scie sensiblement linéaires, présentant une durée égale à la largeur des signaux d' impulsions, le signal en dents ds scie et le premier potentiel de polarisation commandant la conduotion des moyens oommandés par conduction ; 15 - des troisièmes moyens, couplés aux moyens commandés par conduction pour redresser leur signal de sortie afin d'engendrer la tension de sortie du discriminateur. 2°) Discriminateur selon la revendication 1°), caraotérisé en oe que les troisièmes moyens comportent un redresseur de pointe. 20 3°) Discriminateur selon la revendication 2°), caractérisé en oe que le redresseur de pointe comporte un transistor, connecté selon un montage avec collecteur â la terre. 4°) Discriminateur selon la revendication 1°), caractérisé en ce que les moyens commandés par conduction comportent un circuit à transistor, le transis-25 tor étant rendu non conducteur quand la largeur d'impulsion des signaux d'impulsions est inférieure à une largeur d'impulsion minimale donnée, momentanément conducteur quand la largeur d'impulsion des signaux d'impulsions est .comprise entre la largeur d'impulsion minimale donnée et une largeur d'impulsion maximale donnée, pour laisser passer les impulsions dont l'amplitude croît li-30 néairement dans une direction négative quand la largeur d'impulsion des signaux d'impulsions augmente, et saturé quand la largeur d'impulsion des signaux d'impulsions est supérieure à la largeur d'impulsion maximale donnée. 5°) Discriminateur selon la revendication 1°), caractérisé en ce que les premiers moyens comportent une diode zener, "branchée entre les moyens comman-35 â.és par conduction et les seconds moyens. 6°) Discriminateur selon la revendication 1°), caractérisé en ce que les seconds moyens comportent t - des quatrièmes moyens couplés à la source pour redresser les signaux d'impulsions 5 40 - des cinquièmes moyens présentant une constante de temps donnée, couplés aux 69 32626 2018785 quatrièmes moyens, répondant aux signaux d'impulsions redressées afin d'engendrer les signaux en dents de soie» 7°) Discriminateur selon la revendication 6°), caractérisé en ce que les cinquièmes moyens comportent s 5 — un c-irouit à constante de temps par résistance-condensateur s - des sixièmes moyens, couplés au circui-'; à constante ds tempe afin d'engendrer un second potentiel de polarisation. 8°) Discriminateur selon la revendication 7°)s caractérisé en ce que les sixièmes moyens comportent une source de potentiel de polarisation constante. 10 9°) Discriminateur selon la revendication 7°)? caractérisé en oe que les sixièmes moyens comportent des septièmes moyens, "branchés entre les troisièmes moyens et le circuit à constante de temps pour engendrer le second potentiel de polarisation variant selon la tension de sortie du discriminâteur. 10°) Discriminateur selon la revendication 1°), caractérisé en ce que 15 - les seconds moyens comportent i - un redresseur, couplé à la source de signaux d'impulsions f - une source de potentiel de polarisation j - un circuit à constante de temps, par résistance-condensateur, dont la "borne commune entre la résistance et le condensateur est couplée au re— 20 dresseur, tandis que l'autre "borne de la résistance est couplée à la source de potentiel de polarisation afin d'engendrer les signaux en dents de scie. - les moyens commandés par conduction comportent un circuit à transistor, du type 1TP1T, le transistor étant rendu non conducteur quand la largeur d'impulsion 25 des signaux d'impulsions est inférieure à une largeur d'impulsion minimale donnée, momentanément conducteur quand la largeur d'impulsion des signaux d'impulsions est comprise entre la largeur d'impulsion minimale donné et une largeur d'impulsion maximale donnée, afin de laisser passer les impulsions dont l'amplitude augmente linéairement dans une direction négative quand la largeur d' 30 impulsion des signaux d'impulsions augmente, et saturé quand la largeur d'impulsion des signaux d'impulsions est supérieure à la largeur d'impulsion maximale donnée f - les premiers moyens comportent une diode zener, "branchée entre la "base du transistor et la "borne commune à la résistance et au condensateur ; 35 — les troisièmes moyens comportent un redresseur de pointe, comprenant tua. transistor du type P1IPS connecté selon un montage avec collecteur à la torre. bad original