Brevet FR2016999A1 — publié le 19700515

i 2016999 L'invention esi relative a1! senteur a«s convertisseurs (électriques et conc ;rne plus nartiouli*r e transistors complémentaires agencés en montage pusn-pull unilatéral. Le but de l'invention est de réaliser un convertisseur ne comportant aucun transformateur et/ou aucune inductance, pouvant donc être réalisé facilement sous forme intégrée et convenant en particuli er très bien pour une "polarisation par tension continue, obtenue par redressement de la tension alternative engendrée, des dioaeS d'accord ayant dans un récepteur de signal des capacités qui varient avec la tension de polarisation appliquée. Le convertisseur de tension autogénérateur conforme â l'invention, est remarquable en ce que le trajet parcouru, par le courant principal n'un .premier, desnits transistors complémentaires est shunté par la combinaison en série ii 'un doublet piézo-électrique et d'une capacité qui est élevée par raprort à la capacité en série de ce doublet, une tension alternative ne sortie, -à fréquence »..e résonance en série Il y a lieu -jc remarquer ici oue le brevet français H" 1.1 $>0 65^ ùécri t aéj& la î açon -aont 'une tension alternative ae" fréquence déterminée peut fitre portée S. ces valeurs plus élevées A. l'aide d'un élément piëzo-é)ectrique en résonance â cette fréquence, toutefois, l'élément utilisé «ans jouit brevet est. équipé de deux électrodes d'entrée et d'au moins une éi«f>t.rooe de g ortie séparée, et n'est cionc pas un aoublet. lin outre, J e brevet, «n nuestion ne nonno aucune i ns i.ructi on en ce nui concerne la façon «ont on peut réal iser un convertisseur autofrénérateûr à l'airae d'un tel élément pi^tîo—électrinue. Il est possible que le deuxième transistor La description suivante, en re--ara du dessin annexé, le tout donné à titre a t exemple non limitatif, fer»' bien com-prenore comment l'in— ■ - ï 1 BAD ORIGINAL 69 28739 2016999 vention peut être réaliséelas particularités qui ressortent du texte que .des figures du dessin faisant, bien entendit, partie de l'invention. La fif, 1 pst un schéma équivalent servant â expliquer le prin-. p cipe sur lequel est "basé le convertisseur conforme à l'invention. La fig. 2 est .le schéma montrant un premier exemple- de réalisation d'un tel convertisseur. La fig. 3 est un schéma équivalent plus détaillé servant à expliqiier le fonctionnement du convertisseur conforme à l'invention. 10 La fig. 4 est un graphique permettant de déterminer la tension de sortie et la puissance, susceptibles d'être obtenues. La "fig. S est un schéma montrant un deuxième exemple de réalisation d'un convertisseur conforme à l'invention. Lorsqu'une source de tension alternative à résistance propre 15 "0 est raccordée à un circuit résonant en série à fréquence propre égale à la fréquence de la tension engendrée par ladite source, et lorsque ce circuit L-C^ est fermé par une capacité montée en série avec une résistance R , une tension ïï , supérieure â la tension U. induite, u' u' ^ ^ 1 peut être engendrée aux bornes de l'impédance de fermeture (g + ^u) • 20 Lorsque le circuit en série est en résonance, on peut écrire: /u / /Z / ' u' ' u' /U./ R ' i' u Il se peut également que l'impédance de sortie soit formée par la combinaison en parallèle d'un condensateur et d'une résistance de charge R^. 25 Le convertisseur conforme à l'invention repose sur un tel accroissement de tension, connu en soi et obtenu à l'aide d'un circuit résonnant monté en série. Sur la fig. 2, le convertisseur comporte deux transistors (1) et (?) en montage push-pull unilatéral. Le transistor (1) est de type p-n-p, et son émetteur est raccordé directement à la borne po-30 sitive d'une source (3) fournissant une tension continue, le collecteur du transistor' (1) étant raccordé directement â celui de l'autre transistor (2), de type n-p-n, dont l'émetteur est à son tour raccordé directement â i la borne négative de ladite source (3). Si aux bàses des transistors (1) et (2) de l'amplificateur ainsi formé est-fournie une tension alternative, 35 cet am.plificateur se comporte comme un générateur de tension alternative (e_, fig. 1) dont une des bornes de sortie est le point commun aux collecteurs des transistors (1) et (2) et dont l'autre borne de sortie est une des bornes de la source (3). iÂ§ original 69 28739 2016999 Au point commun aux collecteurs des transistors (1) et (2), on a connecté une borne d'un doublet piézo-électrique, en particulier un résonateur céramique (4), dont l'auxre borne est raccordée à la borne négative de la source (3) â travers un diviseur de tension capacitif, cons- 5 titué par deux condensateurs (5) et (6) montés en série. Le résonateur (4) C C forme le circuit en série L, C de la fig. 1, la capacité 5 6 , Cj- + C, du 5 6 diviseur de tension étant la cancité C de ce circuit. u A partir ce la dérivation du diviseur de tension (5), (6), une tension de rétrocouplage est fournie, â travers une résistance (7) 10 montée dans une branche longitudinale, d'une part à la base du transistor (2), et d'autre part à la base du transistor (1), à travers une résistance (8), montée dans une branche transversale et shuntée par un condensateur (9). La base du transistor (2) est raccordée â son émetteur â travers un condensateur (10) de faible capacité, qui réduit fortement l'amplification 15 des fréquences plus élevées que la fréquence propre du résonateur (4)» Une résistance de charge R^, branchée en parallèle, est formée par un redresseur agencé en montage doubleur de tension comportant une diode en série (11) et une diode en parallèle (12) ainsi qu'un condensateur de charge (13) que shunte la résistance de charge proprement dite 20 (14)« Sans ces conditions, la valeur électrique de la résistance R est égale à 14 - 14 Ru 2 x 22 8 La fig. 3 montre plus en détail le schéma équivalent du résonateur (4). Abstraction faite d'un circuit en série L-C , ce schéma équi-25 valent comporte encore une résistance d'amortissement propre Rg et une capacité parallèle C^. La résistance de charge est montée en parallèle avec la caiAcité de sortie G , au lieu d'être montée en série avec celle-ci. u R Si G) C R = V , l'expression u désigne la valeur de la résistance 1 en série correspondant â la résistance en parallèle R , alors que l'ex- R u u 30 pression —> désigne l'impéda.nce de la ca-cacité en série correspon- 1 +Tu2 1 + dant à la capacité parallèle 0^. Le rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée , '/U / /Z / est m u' q ~ e ~ /Z + Z / * — ' 11 -| L'aclr.Ittance •iu résonateur (4) est égale âî j ^ f A , N » 35 - w + R ■- / 69 28739 A 1 2016999 expression dans laquelle x = (_W _ my ^ . gt u)° a) 0 \iLes Qq. = » l'impédance Z eu résonateur (4) étant éçale â: * s "s —s—2[i + j(x-^T,-T)J. avec T = w cp\ • R Par ailleurs, —u,_— , avec 7 = o)C R , et l'on peut donc /zu/ =f=rr^r 5 écrire que: R q —\t( **■ H» r /v^r-r) r»\ y ^1 + yu2 vv (i-Y'x) Bans le domaine dans lequel x^ eét considérablement inférieur à l'unité, l'expression de q peut être ramenée à : R u i1+TV vf r + + g * -tr - y s + 10 Le facteur d'accroissement d'oscillation q présente alors un maximum pour.une fréquence déterminée par l'expression: ^u Ru Y I = +■ (- . ( 1 +7 s) R v I u ' u Cette valeur maximale est ég-ale à : V V>JC Trrfr^s +22— ). (U V S 1 + ^2 ' 15 En prenant maintenant comme nouvelle valeur variable t = 1+/ 2 u I u , l'expression de devient: Ru TK. q__ = ——37 r— , et on obtient donc l'équation: Tnax K t + n su u t 2 (q2R 2) + t (2R R q2 - R 2 ) + q2R 2 = 0, u v^sy u^us^- u ' u ' équation restant valable tant que x ^ 20 En tenant compte de cette équation, on a dressé dans un plan à coordonnées rectilignes simples R^ - du graphique formant la fig. 4, des lignes de facteur d'accroissement d'oscillation constant t|) q (q = 8, 4, 2 et 1 ) pour un résonateur à fréquence propre fQ = à résistance d'amortissement propre 24 ohms et à capacité parallèle de 25 175 pw. Le" -.••"rties en pointillé des ligri^s q se trouvent dans le domaine BAD 69-28739 5 2016999 dans lequel x ^ est supérieur à 0,1, domaine dans lequel se produisent des écarts qui sont plus forts à mesure de l'augmentation de x f. Outre le facteur d'accroissement d'oscillation, un convertisseur présente comme caractéristique intéressante le rendement }j, c'est-à-dire la relation entre la puissance fournie à la résistance de charge et la puissance totale absorbée: 7 ■ R u R t +R ' s u u f] expression de laquelle il découle R^ = ^^ ^s*^u 10 Bans le plan â coordonnées Ry-"^» des lignes caractérisant un rendement constant sont des droites (lj = 0,9, 0,5 et 0,1) qui dans le domaine x y 0,1 sont indiquées également en pointillé. La puissance transmise enfin constitue également une caractéristique importante d'un convertisseur. Cette puissance est égale à : * = 4^ = * - e2 • u 15 On-peut démontrer que dans le plan à coordonnées les lignes de puissance spécifique constante p sont également des droites, de sorte qu'il existe entre p et tj une relation qui est exprimée par : 2R 9"—z5"- ' 1 - / 1 - 4RsP - Bans une réalisation pratique comportant le résonateur céra- 20 mique précité, â, fréquence propre de 452 kHz, à résistance R de 24 ohms à capacité parallèle C de 175 pF à inductance L de 8,5 mHz et à capacité P en série de 14♦5 pF, ainsi qu'un redresseur agencé en montage quadrupleur de tension, on a utilisé les composants suivants: Transistor 1 : BC 179 Philips 25 Transistor 2 : BC 107 Philips Biodes 11, 12 et 11', 12» (fig. 5): AA 119 Philips Condensateurs: 5. : 560 pF 6 : 5100 pF 30 9 i 4700 pP 10 : 470 pP 13, 13', 15 et 16 (fig. 5) : 47OO pF Résistances: 7 : 1 kiX 35 8 : 1 Mil , réglable 14 : 220 k.O- , réglable, 69 28739 6 2016999 La résistance R était donc au maximum égale à : u Ri/i = 6,9 kû. 2x4s Cn avait en outre inséré un condensateur de 1500 pP entre les -collecteurs des transistors (1) et (2) et la borne négative de la source 5 (3). Pou£ une tension continue d'alimentation de 3 volts, ce convertisseur fournissait une tension de 26,5 volts aux bornes de la résistance (14)» Le courant absorbé était alors égal à 3 mA> de sorte que le rendement f~) 1 était égal à s l "V* R** 10 !?' - 9 t- *20, 000*3*5*lo-8 • Dans le deuxième exemple de réalisation dont le schéma est représenté sur la fig. 5» les émetteurs des transistors (1) et (2) sont interconnectés et raccordés au résonateur (4)» le collecteur du transistor (1) étant raccordé directement â la borne négative de la source (3)» alors 15 que le collecteur du transistor (2) est raccordé directement à la borne positive de cette source. Cette conception a l'avantage que l'étage amplificateur comportant les transistors (1) et (2) est pratiquement insensible à des dispersions, à des écarts et/ou â des variations des facteurs respectifs d'amplification de courant de ces transistors. D'autre part, pour res- 20* pecter les conditions d'auto-oscillation, il faut alors une inversion de la tension, ainsi qu'une amplification de celle-ci entre la dérivation du diviseur de tension capacitif (5)> (6) et les bases des transistors (1) et (2). Ceci est réalisé par un troisième transistor (17)» Pa^ exemple de type n-p-n, monté avec émetteur â la masse. L'émetteur de ce transistor 25 est raccordé directement à la borne négative de la source d'alimentation (3), le collecteur de ce transistor étant raccordé d'une part à la borne positive de cette source â travers une résistance de charge (18) et d'autre part, aux bases des transistors (1) et (2) par l'intermédiaire d'un condensateur (19)- La base du transistor (17) est connectée à la dérivation du 30 diviseur de tension (5)» (6) à travers la résistance (7) équipant la branche de rétrocouplage, ainsi qu'à la borne négative de la source (3) à travers le condensateur de découplage (10). La base du transistor (17) est connectée également à la dérivation d'un potentiomètre ohmique (20), (21) branché entre les bornes de la source (3)» de sorte que 1» transistor (17) 35 est polarisé suffisamment dans le sens de conduction pour fonctionner dans la classe (A) et pour exciter les transistors (1) et (2) sans détecter la partie de tension alternative engendrée, ramenée à sa base. Les convertisseurs décrits ont l'avantage de ne comporter aucun BAD ORfâlHÀk 69 28739 2016999 1- ^ + c rer.r at' -..u -'me -n >u'. '.ncfr, - :? ^ v**? ?v. 1 i j. *? ^-nîvvnt : ~r^ m— t rf .mis forme nonoli t-- : 'u®, par exer,*cl - * 11 exe-*?'t ion '"u r'sonf-teur ( 4 ) » "or.t un n-ncor/r r1?'"rt- v>v^s réduit en "ont- + l^/cers • Les con- vertissourr* conviennent - ' r\- r*tr nuli^r noun °r.-"'Td'v!,9r nn" t^i'ion n ontinue 5 desti.é° ? polariser des "• io .fs l'accor5 ou -Ses ■'ioô-03 à aapacité variable (r'.ioôes varicsp) équipant un radiorécepteur ou récepteur ie télévision. Four une te-lie application, la tension -£- polarisation doit être stabilisée et pouvoir être ajustée "'e façon sinrle» le courant abs ->rté par des ioaes varicap peut ~tre né.-_":lir;é, de sorte que la charge du convertisseur est 10 formée pratiquement per le stabilisateur et ré/culateur e tension qui compare * une tension ie référence stable une portion réglable de sa tension 'e sortie. En variante, il est é/raleaen;. possible de varier et/ou ,!e stabiliser ]a valeur ae la tension continue fournie t»ar la source (3)« et 15 l'on obtiendrait ainsi un meilleur rendement total ^ du. régulateur-stabilisateur et du convertisseur. La ren ement fp = 35*57=» r.entionné en ce qui concerne 1*exemple : rat i que- -"écrit, peut être oonsi-d^rr-bleEzent amélioré. Avec le résonateur précité, pour un facteur à 1 acca-oissement 1 oscillation q lérrère-20 ment plus petit, et é al à 4, on peut obtenir par exemple un rendement ^ de 0.9 (f-',r. 4). Ce^i correspond ? une valeur j^1 = 0,9^ = 0,7"!, valeur de laquelle il y a lieu :5e défalquer! a) des per+es de puissance additionnelles dans le résonateur (4) causées par le dépassement des limites du domaine ''e fonctionnement à 25 l'intérieur -'ucuel le résonateur suit encore la loi de ïïooke. t) pertes causées quand 1 'ar.plificateur ne fonctionne pas dans la clause 3, fonctionnaient pour lequel le facteur pour la conversion de "F l'énergie :e courant ,'ontinu en énersrie "e courant alternatif est égal à — - h c) -7 es nertes ne red nesner^ent « 30 "oiapte tenu ?a a> 3 perfces, on devrait donc -pouvoir atteindre une ••aieur tj*, érale * - nvi ron 0,'. To'.r y arriver, il est avant a.--eux d'utiliser un résonateur (4) oui, pour des valeurs R et .4 -constantes, est caractérisé par un rapport 3 O n — au.33i /""an" que possible: sur la fi;-. la. li-me limite x = 0,1 est de "'p 53 ce "ai t 'rl-aée vera le --.sut, rie sorte aue de.a aoeroisaer-°nts de facteur ,• »o"Till-. ti-; '.iU.s . r'-a-'■ SAD ORIGINAL 69 28739 8 2016999 d£îerairi4es 3» ^ et de p, une valeur relativement llevée de est favorable. ,'nfin, pour polariser des diodes varicap, il est avantageux de choisir un résonateur dont ni la fréquence propre ni les harmoniques supé-5 rieurs ne se trouvent dans une des bandes de fréquences du- récepteur, accordé â l'aide de ces diodes, varicap, résonateur présentant par exemple une fréquence propre de 28 KHz pour un radiorécepteur normal. Cette précaution rend superflu le blindage du convertisseur, étant donné que le résonateur n'est pas â même d'assurer un rayonnement â l'extérieur du récep-10 teur. 8A0 ORIGINAL 69 28739 2016999 R '/I: : ■ • _ Jl.-. ji 3 1. Convertisseur de tension autogénérateur comportant une paire de transistors complémentaires agencés en montage push-pull unilatéral, caractérisé en ce -.rue le trajet parcouru par le courant principal d'un premier 5 desdits transistors complémentaires est shunté par la comoinaison en série d'un douDlet piézo—electri-ue et d'une capacité qui est élevée par rapport à la capacité en série de ce doublet, une tension alternative de sortie, à fréquence de resonnance en serie du douolet, étant engendrée aux Dornes de ladite capacité élevee alors que par l'intermédiaire d'un reseau RC, au 10 moins une partie dë tension alternative precitée est ramenée comme tension de rétrocouplage aux bases des transistors formait la paire. 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le doublet piézo—électri ue est un résonateur céramique. 3« Convertisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 15 que la capacité élevée est celle d'un diviseur de tension capacitif sur lequel est prélevée la tension de rétrocouplage. 4» Convertisseur selon l'une dès revendications précédentes caracté risé en ce que le réseau RC comporte dans une branche longitudinale une résistance à travers laquelle la tension de rétrocouplage est ramenée à la 20 base du premier transistor, et dans une branche transversale un condensateur inséré entre l'extrémité, appartenant à cette résistance et située à l'opposé du doublet piézo—électrique, et un point de potentiel constant, ainsi qu'une deuxième résistance, shuntée par un deuxième condensateur et insérée entre la base du premier transistor et celle de l'autre transistor. 2? 5« Convertisseur selon la revendication 4» dans lequel le doublet piézo—électrique est raccordé aux collecteurs des deux transistors, ce convertisseur étant caractérisé en oe que la résistance montée dans la branche longitudinale est montée directement entre la capacité élevée et la base du premier transistor. 3r 6. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes, utili sé nour poIcn ^er avec, une -.en^ion continue obtenue par redre^'îC'T.1; "p i -+ on^l^n — i-"-» , '»u -ries une «li^o *1 î»«c-crd ayant dans un ré cepteur, une oar*-cité v?ri*nt svpi i s tension -I® ^ol frisati^n irruée, ce convertisseur étant caractérisé en ce eue la fréquence de resonnance en 3? ï*ie du doublet piézoélectrique est choisie assez élevée oour se trnuver, av-î? î BAD ORIGINAL