Brevet FR2019565A1 — publié le 19700703

I1 est souvent nécessaize, notamment dans les dispositifs de commande automatique, d'obtenir à partir d'un signal électrique variable, un autre signal électrique qui varie lui-m8me, en fonction du signal d'entrée, conformément à une courbe prescrite. La présente invention se propose de résoudre le problème ainsi posé. Elle concerne donc des générateurs de fonction en courant al ternatifpu en courant continu. Elle concerne plus particulièrement des générateurs restituant la fonction recherchée au prix d'une certaine approximation en substituant à cette dernière des segments de droite successifs. De nombreux circuits de ce type ont dejà été étudiés et mis au point. I1 est connu par exemple d'utiliser des diodes Zener ou des diodes polarisées avec des tensions de référence pour engendrer des segments de droite. Les diodes nécessitent des signaux de courant élevé et elles ne déterminent pas des points précis en raison de variations dans leurs caractéristiques et de leur sensibilité aux variations de température. L'utilisation de diodes et de transistors pour réaliser des circuits destinés à fixer des points de départ et d'arrivée provoque des distorsions dans les signaux en courant alterw natif en raison de leurs caractéristiques unidirectionnelles. Il en résulte une limitation des dispositifs de l'art antérieur aux applications en courant continu.Les transistors utilisés pour effectuer des commutations sont également sensibles aux variations d'alimentation en énergie. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients par l'utilisation d'amplificateurs opérationnels à couplage direct et de transistors à effet de champ pour les commutations. On obtient un reglage précis de la pente à l'aide de résistances de précision et l'uti- lisation d'amplificateurs opérationnels à couplage direct rend possible une détermirsation précise des points de départ et d'arrivée des segments. Be gain des amplificateurs est réglé par des résistances oe qui permet de contrôler l'acuité des points de départ et d'arrivée. Be dispositif résultant est relativement insensible aux variations d'alimentation en énergie puisque les signaux ne sont ni démodulés ni modulés. La présenté invention révèle un générateur de fonction capable de fonctionner avec des signaux soit continus soit alternatifs pour engendrer une tension de sortie qui soit une approximation d'une fonction prédéterminée d'une tension d'entrée. Le générateur de fonction suivant l'invention réalise l'approximation de la fonction des en ajoutant des segments de droite caractérisés chacun par un polit de départ et une pente. Chaque segment est engendré par un générateur particulier et les segments sont combinés à l'aide d'un amplificateur additionneur pour réaliser la fonction prescrite. La pente de chaque segment est contrôlée par une résistance en série et un amplificateur opérationnel à couplage direct, et le point de départ de chaque segment est détecté par des amplificateurs opérationnels à couplage direct et des transistors à effet de champ. Lorsque la tension d'entrée atteint un niveau dépassant une dans sion de seuil prédéterminée, la tension de sortie de l'un des ampni- ficateurs opérationnels subit un renversement de phase et est utilisée pour rendre passant un transistor à effet de champ. Ce dernier permet au signal d'entrée de traverser la résistance connectée en série pour rejoinre un amplificateur additionneur. L'utilisation d'amplificateurs opérationnels à couplage direct permet d'obtenir des points de départ pour les segments successifs extrêrement préois qui ne dépendent que de la variation des caractéristiques des résistances de précision. L'acuité des points de départ peut étre contrôle ce qui élimine toute distorsion en ces points. L'utilisation de transistors à effet de champ réduit la distorsion relative en courant alternatif en raison de leur caractéris- tique bi-directionnelle unique. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un circuit suivant l'invention capable d'engendrer une approximation représentée par trois segments de droite successifs d'une fonction déterminée d'un signal d'entrée. Les éléments correspondants des générateurs de segments ont été désignés par les mêmes références numériques suivies des suffixes "aa Ou "b" pour différencier les circuits élémentaires entre eux; et - la figure 2 représente la manière dans laquelle on obtient l'approximation de la fonction prescrite au moyen de segments de droite. Suivant la représentation de la figure 1, un générateur de fono- tion 1 est capable d'engendrer trois segments de droite S1 S2 et S) fournissant une àpproximation de la fonction représentée à la figure 2. On comprendra que l'approximation n'est pas limitée à trois segments de- droite et que cet exemple ntest donné que dans le but d1il- lustrer un mode de réalisation de l'invention. Une entrée 2 fournit un signal d'entrée en courant alternatif EI aux trois circuits élémentaires engendrant chacun un segment de droite. Le premier segment de droite S1 commence à l'origine des coordonnées sur la figure 2 correspondant à une tension d'entrée EI nulle et à une tension de sortie E0 nulle et il est formé par un signal de sortie e1 d'un premier générateur de segment de droite possédant une résistance 17 en série entre l'entrée 2 et l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel à couplage direct 5 utilisé comme amplificateur d'addition. Une résistance 4 est insérée dans un circuit de réaction négative entre la sortie et l'entrée inverseuse de l'amplificateur d'addition 5.Le signal à la sortie de l'amplificateur d'addition 5 apparaît conne une tension en opposition de phase par rapport à la tension désirée Eo La sortie de l'amplificateur d'additif 5 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance 33 à l'entrée inverseuse un amplificateur opérationnel 31 à couplage direct ayant une résistance 32 insérée dans un circuit de réaction négative entre la sortie et L'entrée inverseuse. L'amplificateur 31 inverse le signal de sortie de l'amplificateur 5 et fournit la tension désirée 610 à la sortie 6. La pente du premier segment S1 sur la figure 2 est déterminée par le rapport entre les valeurs des résistances 17 et 4. Un second générateur de segment fournit une tension de sortie qui est ajoutée à el pour former le segment S2. Le second générateur de segment a une entrée 8a fournissant une tension de seuil Bbl en courant alternatif égale en amplitude à la tension du point de départ du segment S2 mais en opposition de phase par rapport à une tension de référence en forme d'onde carrée fournie au point 7. L'extrémité 8a est connectée à une entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 12a à couplage direct par l'intermédiaire d'une résistance 10a. L'entrée 2 est connectée également à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 12a par l'intermédiaire d'une résistance 9a. Une résistance 11a est insérée dans un circuit de réaction négative reliant la sortie de l'amplificateur operationnel 12a à son entrée inverseuse. Le signal à la sortie de l'amplificateur 12a est en phase avec la tension de référence si le signal EI est en phase avec le signal Eb1 ou en opposition de phase et inférieur à Ebl et le signal à la sortie de l'amplificateur 12a est en opposition de phase avec la tension de référence lorsque E1 est en opposition de phase et plus grand que Eb1. La sortie de l'amplificateur 12a est reliée à l'élément source 26a d'un transistor à effet de champ 29a par l'intermédiaire d'une résistance série 17a. L'élément drain 27a du transistor à effet de champ 29a est relié à l'entrée de l'amplificateur additionneur 5. Le transistor à effet de champ 29a est un transistor du type à jonction voie N qui présente une résistance élevée entre sa source 26a et son drain 27a lorsque son électrode porte 28a est/un certain potentiel inférieur à celui de sa source 26a. Lorsque sa porte 28a est ouverte ou est à un potentiel nul ou positif par rapport à sa source 2 la résistance entre source et drain est relativement faible, approxima- tivement 100 ohms. Une diode 23a a sa cathode connectée à la source 26a et son anode à la masse.La diode 23a est utilisée pour limiter la tension négative sur la source 26a à une valeur approximative de -0,7 volt pour éviter une commutation à l'état conducteur non désirée du transistor à effet de champ 29a lorsque le signal à la sortie de l'amplificateur 12a devient négatif.La sortie de l'amplificateur opérationnel à couplage direct 12a est également connectée à l'entrée inverseuse d'un autre amplificateur opérationnel iSa à couplage direct et gain élevé par l'intermédiaire d'une résistance 13a. Une résistan- ce 14a est insérée dans un circuit de réaction négative entre la sor- tie et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 15s. Une diode Zener 16a est à la masse par sa cathode et son anode est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 15a. La diode Zener 16a limite le signal positif de sortie de l'amplificateur à approximati vement 0,7 volt et il limite aussi le signal négatif de sortie à quelque tension appropriée.La sortie de l'amplificateur 15a est connectée à la source 18a d'un transistor à effet de champ 3Oa. Le drain 19a du transistor 30a est connecté à la cathode d'une diode 22a dont l'anode est reliée à une résistance 24a, à un condensateur 25a et à l'électrode porte 28a du transistor à effet de champ 29a. La diode 22a empêche le condensateur 25a de se charger positivement et n'autorise le développement que d'une tension négative. La résis- tance 24a est utilisée pour fournir un chemin de déchargé à la capa- cité 25a L'électrode porte 20a du transistor à effet de champ 30a est connectée à l'anode d'une diode 21a. L'extrémité 7 qui fournit la tension de référence sous forme d'une onde carrée est reliée à la cathode de la diode 21a qui bloque les demi-ondes positives et permet seulement aux demi-ondes négatives d'atteindre l'électrode porte 20a. Le transistor à effet de champ 30a a une résistance élevée entre source et drain lorsque son électrode porte 20a est à iine tension in férieure à celle de sa source 18a.L'amplitude de l'onde carrée de la tension n de référence est suffisante pour être sûr que le transis- tor à effet de champ 30a ne conduira jamais pendant un demicycle négatif. osque l'électrode porte 20a est ouverte ou est à un potentiel nul ou positif par rapport à sa source 18a, la résistance entre source 18a et drain 19a est relativement faible, environ 100 ohms. Le transistor à effet de champ 30a ne conduit que lorsque son électrode porte 20a est ouverte ou soumise à un potentiel nul ou supérieur à celui de la source 18a. Pendant les demi-cycles positifs, la tension de référence 7 est bloquée par la diode 21a.L'électrode porte 20a est donc à un potentiel nul et le transistor à effet de champ 30a conduit lorsque la tension sur la source 18a est dans un demi-cycle négatif; il passe donc le signal de sortie de l'amplificateur 15a si celui-ci est en opposition de phase avec la tension de référence. Le signal à la sortie de l'amplificateur 15a est en opposition de phase avec la tension de référence seulement lorsque la tension EI est en phase avec le signal Eb1 ou en opposition de phase avec Eb1 et inférieure à ce derniers Cette condition existe lorsque le signal d'entrée EI n'a pas encore atteint la valeur correspondant au point de départ du segment S2.Seules les demi-ondes négatives du signal à la sortie de l'amplificateur 15a peuvent traverser la diode 22a pour charger négativement le conducteur 25a ce qui amène le transistor à effet de champ 29a à avoir une résistance élevée et à interdire le passage au signal EI. Lorsque le signal d'entrée EI est en opposition de phase avec Ebl et plus grand que lui, condition qui existe lorsque le signal EI a atteint le point de départ du segment le le signal l à la sortie de l'amplifiaateur 15a est en phase avec la tension de référence et est bloqué par le transistor à effet de champ fOa ou par la diode 22a. Le condensateur 25a n'est plus chargé et le transistor à effet de champ 29a laisse passer le signal sortant de l'ampliiicateur t2a au travers de la résistance 17a vers l'entrée de l'amplificateur additionneur 5. L'amplificateur additionneur 5 combine le signal e2 à la sortie du se o- d générateur de segment avec le signal e1 à la sortie du pre mier teur de segment pour forraer le segment S2. La pente du segment S2 est déterminée par le rapport des valeurs des résistances 4 et 17a ranci que par la pente du segment S1. Le segment S3 est engendré d'une manière analogue lorsque la tension d'entrée SI est en opposition de phase- et plus grande qu'une tension alternative Eb2 amenée à l'entrée 8b. Eb2 est égale en amplitude à la tension du point de départ du segment S3 mais elle est en opposition de phase avec ira tension de référence. La pente du segment S3 est déterminée par le rapport des valeurs des résistances 4 et 17b et les pentes des segments S1 et Par conséquent on obtient une approximation de la fonction de sortie désirée au moyen des trois portions de ligne droite S1, S2 et S3 suivant la représentation de la figure- 2.Les points de départ des segments S2 et S3 sont contrôlés avec précision par les tensions seuils Eb1 et Eb2 et l'accroissement de la tension d'entrée nécessité pour franchir le point de départ d'un des segments est inversement proportionnel au gain de l'amplificateur 15a. S'il est souhaitable que la pente d'un segment soit supérieure à celle du segment précédent on utilise alors les entrées non inverseuses desamplificateurs opérationnels à couplage direct au lieu des entrées inverseuses. Cela permet au générateur de segment de passer à l'amplificateur additionneur un signal en phase ce qui a pour résultat d'ajouter quelque chose au segment précédent ce qui mène à une pente croissante. L'invention peut être utilisée avec des signaux en courant continu en utilisant des tensions seuils continues pour Eb1 et 3b2 et une tension nulle ou positive comme tension de référence. Si l'on désire uniquement des signaux en courant continu, le circuit peut être simplifié en éliminant les tensions de référence et les composants 21 a, 21b, 24a, 24b, 25a, 25b, 30a et 30b et en reliant la sortie des amplificateurs 15a et 15b respectivement aux électrodes portes 28a et 28b au travers des diodes 22a et 22b. S'il est souhaité que la fonction prescrite ne passe pas par l'origine des coordonnées, la fonction peut être décalée par rapport aux axes de coordonnées de façon à fournir une tension de sortie nulle jusqu'à ce que la tension d'entrée atteigne une tension prédéterminée correspondant à un point de départ. Ceci peut être obtenu en remplaçant la résistance 17 par un générateur de segment semblable à ceux utilisés pour engendrer les segments S2 et S3 et ayant une tension de seuil égale en amplitude à la tension du point de départ désirée mais en opposition de phase avec la tension de référence. Eien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à t2tred'exemple. Il appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Revendications 1) Générateur de fonction électronique réalisait l'approximation d'une fonction déterminée d'une tension d'entrée en engendrant plusieurs segments de droite successifs ayant chacun un point de départ bien déterminé et une pente, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs circuits élémentaires générateurs chacun d'un segment de droi te, chacun de ces circuits générateurs élémentaires comportant: une source de tension de seuil; un amplificateur opérationnel répondant à la tension d'entrée et à la tension de seuil et fournissant un si-L de sortie; une porte connectée à la sortie de 11 amplificateur opéra- tionnel et une impédance connectée à la sortie de l'amplificateur opérationnel et répondant à ses signaux de sortie pour déterminer la pente du segment correspondant; et un additionneur relié aux sorties des différents circuits élémentaires générateurs pour combiner les segments de droite en liaison avec le signe des pentes pour aboutit à la fonction recherchée. 2) Générateur de fonction électronique suivant la revendication 1, caractérisé an ce que l'amplificateur opérationnel comporte des moyens pour renverser la phase du signal de sortie au point de départ du segment correspondant. 3) Générateur de fonction électronique suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la porte comporte des moyens de détection de l'inversion de phase dans les signaux de sortie. 4) Générateur de fonction électronique suivant la revendication 1 ou l'une des revendications 2 ou 3 dans la mesure où elle dépend de la revendication 1, caractérisé en ce que: les tensions de seuil correspondent aux points de départ des segments et les impédances comportent des résistances de gain. 5) Générateur de fonction électronique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une résistance reliant la tension d'entrée à l'additionneur pour déterminer la pente d'un segment ayant un point de départ coincidant avec l'origi- ne des coordonnées. 6) Générateur de fonction électronique suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'additionneur comprend un amplificateur opérationnel. 7) Générateur de fonction électronique suivant la revendication t, caractérisé en ce que la porte comporte en outre des moyens de commande connectés sur elle en parallèle entre la sortie de 11 ampli- ficateur opérationnel et son électrode de commande. 8) Générateur de fonction électronique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la porte est de type bidirectionnel. 9) Générateur de fonction électronique suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la porte comprend un transistor à effet de champ. 10) Générateur de fonction- électronique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent: un amplificateur opératiozznel connecté par une deses entrées à la sortie de 11 amplificateur opérationnel et un transistor à effet de champ reliant la sortie de ce nouvel amplificateur opérationnel à ltélec- trode de commande de la porte0