Brevet FR2041139A1 — publié le 19710129

La présente invention concerne un amplificateur électronique à affaiblissement variable. Un circuit affaiblisseur classique pouvant, par exemple, être- incorporé dans des instruments de mesure et dans des dis-5 positifs analogues, tel celui qui sera décrit ci-après en regard de la figure 1 , comporte en général un affaiblisseur variable attaquant un amplificateur. Dans le cas d'un affaiblisseur à basse impédance d'entrée, la gamme de valeurs de l'affaiblissement est habituellement un peu limitée. Aux grandes 10 valeurs de l'affaiblissement, 1'affaiblisseur est plus sensible à des paramètres parasites de composants. Ceci augmente la compli-catinn de 1'affaiblisseur aux valeurs supérieures de l'affaiblissement, si une bonne réponse en fréquence est nécessaire. Le type d'amplificateur 'employé d'une manière appropriée 15 dans le montage a, par suite, un gain limité. Par exemple, l'amplificateur comporte, un étage à transistors à émetteurs communs ou à la masse dont la borne d'entrée de base est reliée à l'af-. faiblisseur. On doit prévoir un gain très bas-pour qu'un tel étage ait la meilleure réponse en fréquence. Par conséquent, on 20 n'élargit pas facilement la gamme d'affaiblissements maximale de 1'affaiblisseur en changeant le gain de l'amplificateur. Un amplificateur différent, par exemple, un amplificateur utilisant un étage à transistors à bases communes ou à la masse pourrait avoir un gain plus grand, mais l'impédance d'entrée d'un tel étage 25 est suffisamment basse pour influencer d'une manière indésirable le fonctionnement de 11affaiblisseur et, par conséquent, un tel amplificateur n'est généralement pas attaqué par un affaiblisseur. Conformément à l'invention , un amplificateur à affaiblisse-30 ment variable à basse impédance d'entrée comprend des étages à transistors susceptibles d'être choisis, respectivement à base commune et à émetteur commun et utilise un affaiblisseur variable à l'entrée de l'étage à émetteur commun. Ces deux étages attaquent un amplificateur déphaseur qui produit un signal de sor-55 tie de la même polarité, que le signal d'entrée donné soit appliqué à l'étage à base commune ou à l'étage à émetteur commun. L'étage à base commune est utilisé pour les positions de sensibilités supérieures du montage d'affaiblissement, tandis que l'étage à émetteur commun est utilisé dans une gamme d'affaiblis- sements très réduite par rapport à l'affaiblissement total de Copy 70 12412 2 2041139 façon à produire une gamme étendue de valeurs de l'affaiblissement total. Cette gamme étendue d'affaiblissements est obtenue avec un montage amplificateur caractérisé par une excellente réponse en fréquence et un faible bruit et ayant une impédance 5 d'entrée très basse. L'invention a pour objets : un dispositif perfectionné d'affaiblissement variable et un amplificateur à affaiblissement variable ayant une basse impédance d'entrée et caractérisé par une bonne réponse en fréquence et un faible bruit. 10 D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven tion ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins : 15' La figure 1 est un schéma synoptique dfun amplification con nu à affaiblisseur; et la figure 2 est un schéma d'un amplificateur à affaiblissement variable, à basse impédance•d!entrée, salon l'invention. Le montage connu à affaiblissement variable représenté sur 20 ia figure 1 comprend un affaiblisseur 10 qui reçoit un signal d'entrée par une borne 12 et qui fournit un SIGNAL de sortie atténué à un amplificateur 14. L'amplificateur 14 pourrait comporter d'une manière classique, au moins un étage d'entrée constitué par un transistor à émetteur commun recevant le signal de sortie de 25 1'affaiblisseur 10 par sa base. Ainsi qu'il a été mentionné précédemment, si on souhaite obtenir une faible impédance d'entrée à la borne d'entrée 12, la gamme d'affaiblissements de l'affaiblisseur 10 est un peu limitée à cause de complications qui se présentent aux valeurs élevées de l'affaiblissement. 30 La figure 2, à laquelle on va se référer maintenant, repré sente un amplificateur à affaiblissement variable selon l'invention. Un signal d'entrée est reçu par une borne d'entrée 16 qui est reliée au contact mobile d'un commutateur 18. Les bornes de sortie 20 et 22 du commutateur 18 sont reliées"respectivement à un 35 premier'amplificateur comprenant•un transistor npn 24-et à un second amplificateur comprenant un transistor npn 26» 'La base du transistor 24 est reliée à la masse et son émettéùr est relié à la borne 20 du -commutateur par une résistance 28 ayant d'une manière appropriée, une valeur de sept ohms environ. Ainsi, le transistor 40 24 est monté suivant le montage à base commune .'L'émetteur du 70 12412 5 2041139 transistor 24" est aussi relié à une borne à -15 volts par une résistance 30, tandis que son collecteur est relié à une borne 52 par une résistance de charge 34. La borne 32 est reliée à une borne à + 15 volts par une résistance 36 et est découplée à 5 la masse par un condensateur 38. Le transistor 24 a un gain en courant de l'ordre de 1 . Un affaiblisseur commutable 40 couple la borne 22 du commutateur à la base du transistor 26. L'affaiblisseur 40 comprend un certain nombre de tronçons désignés respectivement par tronçon 10 n° 1, 2, 4, 8, 20, 40. L'impédance d'entrée de chacun de ces tronçons.d'affaiblisseur est établie à 10 ohms. Ainsi, dans le cas du tronçon n° 1, une résistance shunt de 10 ohms est en parallèle entre le conducteur à signS.1 et la masse. Les tronçons d'affaiblisseur successifs, sont insérés dans le circuit au moyen 15 de contacts mobiles de commutateurs 42 et 44 qui sont jumelés de façon à connecter les tronçons d'affaiblisseur choisis. Les résistances des tronçons d'affaiblisseur ont des valeurs destinées-à donner l'affaiblissement indiqué à la borne de commutateur 44 par rapport à la borne de commutateur 42 quand un tronçon d'af-20 faiblisseur est inséré dans le montage. Les tronçons d'affaiblisseur autres que le tronçon d1affaiblisseur n° 1 comprennent chacun, d'une manière convenable, un réseau en pi de résistances et le calcul de valeurs appropriées de celles-ci est bien connu des spécialistes. 25 Puisque le transistor 26 reçoit son signal d'entrée par sa base, on voit qu'il est monté suivant le montage à émetteur commun. Le collecteur du transistor 26 est relié à la borne 32 par une résistance de charge 48. L'émetteur du transistor 26 est relié à la borne d'alimentation à -15 volts par une résistance 46. En ou-30 tre, un circuit série comprenant une résistance 51 et un condensateur 53 est interposé entre l'émetteur du transistor 26 et la masse. La résistance 51 est variable et est employée pour régler le gain de l'amplificateur comprenant le transistor 26, de sorte que le gain en tension de cet ét,age soit de l'ordre dé 2. Le 35 transistor à émetteur commun a une bonne réponse en hautes fréquences à un gain aussi faible. Le circuit comprenant la résistance 51 et le condensateur 53 constitue une charge d'émetteur à bassé"impédance aux fréquences de fonctionnement souhaitées. On peut voir qu'il .se produit une inversion de phase dans 2j.Q le transistor 26 tandis que le transistor 24 ne produit pas d'in 70 12412 2041139 4 version de phase. Toutefois, chacun de ces transistors reçoit sélectivement le signal d'entrée en fonction du réglage du commutateur 18, et on sdufiâite qu'il ne se produise pas de changement de la phase du signal de sortie lorsque le réglage du com-5 mutateur 18 change. Il est également souhaitable, dans de nombreux cass•par exemple dans la commande des moyens de déviation d'un oscilloscope, d'obtenir un signal de sortie symétrique. Dans le montage présent, le collecteur du transistor 24 est relié à la base d'un transistor npn 50 tandis que le collecteur du 10 transistor 26 est relié à la base d'un transistor npn 52. Le collecteur du transistor 50 est relié à la borne d'alimentation à +15 volts par une résistance de charge 54, et le collecteur du transistor 52 est relié à la borne d'alimentation à +15 volts par une résistance de charge 56. Les émetteurs des transistors 15 50 et 52 sont reliés à la borne d'alimentation à -15 volts par des résistances 58 et 60 tandis qu'une résistance 62 est interposée entre ces deux émetteurs. Les transistors 50 et 52 constituent un amplificateur dépha-seur dans lequel un signal d'entrée d'une première polarité appli-20 qué à la base du transistor 50 produit un signal de sortie d'uiE polarité donnée sur le collecteur du transistor 50. Ainsi, l'application d'un signal croissant à la base du transistor 50 produit un signal de sortie décroissant aux bornes de la résistance 54. En même temps, par suite du circuit de couplage interposé entre 25 les émetteurs et comprenant des résistances 58, 60 et 62, un signal de sortie semblable mais croissant est engendré aux bornes de la résistance 56. Ainsi, un signal fourni à partir du collecteur du transistor 24 produit un signal de sortie symétrique. Toutefois, un signal de sdrtie provenant du collecteur du transistor 26 30 produit aussi un signal de sortie symétrique. Cette fois un signal décroissant engendré sur la base du transistoi/52 produit le même signal de sortie symétrique q.is celui qui a été considéré précédemment . Le couplage mutuel entre les émetteurs des transistors 50 35 et 52 est établi essentiellement par les résistances non découplées 58 et 60, comme les spécialistes le comprendront. La résistance 62 est"une résistance de réglage de gain et accroît aussi la réponse du montage en haute fréquence. Le signal de sortie symétrique de l'amplificateur déphaseur comprenant les transistors 50 et 52 est appliqué à un circuit de 70 12412 5 2041139 commutation de gain 64. Ce circuit de commutation de gain est aussi un affaiblisseur semblable à 1'affaiblisseur 40 et comprend un tronçon n° 1, un tronçon n° 2 et un tronçon n° 5 qui sont ainsi désignes sur le dessin. Dés organes de commutation 66, 68 5 connectés respectivement aux•collecteurs des transistors 50 et 52 coopèrent avec des organes de commutation 70 et 72 de façon à insérer en cascaàe un des tronçons d'affaiblisseur entre l'amplificateur déphaseur et une paire de bornes de sortie 74 et 76. Le tronçon d'affaiblisseur n° 1 comprend deux connexions qui sont 10 le cas échéant, disposées directement entre les organes de commutation 66 et 70 et aussi entre les organes de .commutation 68 et 72.Chaeuiî des autres tronçons d'affaiblisseur comprend une résistance dans chaque branche série et une résistance supplémentaire entre les bornes d'entrée du tronçon pour produire l'affai-15 blissement assigné. Le calcul des valeurs appropriées des résistances produisant l'affaiblissement indiqué est bien connu des spécialistes. En outre, une résistance de sortie j8 est connectée en permanence entre les bornes de sortie 74 et"76. On va examiner maintenant le fonctionnement du montage :1e 20 montage selon l'invention est agencé pour avoir une impédance d'entrée très basse, de l'ordre de 10 ohms, par exemple, tout en assurant une commande à affaiblissement variable d'un instrument tel qu'un oscilloscope o.u un dispositif analogue. Ainsi qu'on l'a signalé précédemment il était difficile d'employer des montages 25 connus pour produire un grand affaiblissement d'un signal pour cette impédance initiale. Conformément à l'invention, le commutateur 18 est placé -dans sa position supérieure, dans laquelle il relie/la borne d'entrée 16 à la borne de commutateur 20 pour le réglage à grande sensibilité. Alors que la résistance 28 donne 30 à l'impédance d'entrée totale une valeur dé l'ordre de 10 ohms, dans le mode d'exécution particulier de l'invention, la résistance 34 a une valeur de 100 ohms, et l'amplificateur à base commune comprenant le transistor 24 fait une transformation djimpédance de 10 ohms à 100 ohms. Un signal à faible bruit , de 100 roi 11 i -35 volts par milliampère du courant-d'entrée, est engendré aux bornes de la résistance Un gain en tension de 10 est alors obtenu. Cette tension aux bornes de la résistance ^4 est appliquée à l'amplificateur déphaseur comprenant les transistors 50 et 52 pour produire un signal de sortie symétrique. Trois affaiblisse-40 "ments distincts sont alors établis par le circuit de commutation 70 12412 6 2041139 de gain 64. Pour les positions restantes d'affaiblissements différents le commutateur. 18 établit une connexion de transmission du signal d'entrée, par l'intermédiaire de 1®affaiblisseur 40, de la borne 5 16 à l'étage à émetteur commun comprenant le transistor 26, lequel a un gain en tension de deux. L'impédance d'entrée de l'affaiblisseur 40 est de 10 ohms et son impédance de sortie est faible devant l'impédance d'entrée de l'étage à transistor à émetteur commun.. Par conséquent, les paramètres du transistor 26 10 n'ont pratiquement aucune influence sur la précision de -l'affaiblisseur. L'affaiblisseur 40 étant dans la position correspondant au tronçon n° 1, la tension engendrée aux bornes de la résistance 48, qui a aussi une valeur de 100 ohms, est de 20 millivolts par milliampère du courant d'entrée. Cette tension est aussi 15 appliquée à l'amplificateur déphaseur comprenant les transistors 50 et 52. On remarquera que ce sigEv,? - ime valeur égale au cinquième de la valeur développée et appliquée quand le commutateur 18 est dans sa position supérieure. La phase du signal de sortie fourni par l'amplificateur dé-20 phaseur est la même pour l'une ou l'autre position du commutateur 18, malgré les déphasages différents à travers les transistors 24 et 26. Ainsi on obtient un signal de sortie de la même polarité qu'un signal soit appliqué par le collecteur du transistor 24 à la base du transistor 50 ou qu'un signal de la polarité opposée 25 soit appliqué par le collecteur du transistor 26 à la base du transistor 52. Pour des valeurs- progressivement croissantes de l'affaiblissement, les contacts 42 et 44 de commutateurs positionnés de façon à insérer d'autres tronçons de 1'affaiblisseur 40 entre 30 la borne de commutateur 22 et la base du transistor 26» Par une sélection du tronçon de 11 affaiblisseur 40 et aus-sî par une sélection du tronçon d'affaiblisseur du circuit de commutation de gain 64, il est possible d'obtenir un affaiblissement variant par échêlons de 10 à 1 000, et pouvant avoir les valeurs 10, 20 50, 100, 200, 500-et 1 000. Quand le commutateur 18 est dans sa position Supérieure, on-fixe-les valeurs de l'affaiblissement à 1,2 ou 5 en choisissant le tronçon d'affaiblissement du circuit de'commutation de gain 64. En pratique, les organes de commutation 18, 42, 44, 66, 68, 72 êt.74 sont jumelés pour choisir des va-40 leurs "souhaitées"de l'affaiblissement. 70 12412 •7 2041139 Avec le montage de l'invention, on obtient une gamme étendue d'affaiblissements s'étendant de positions correspondant aux sensibilités supérieures à des positions correspondant à des affaiblissements relativement grands et, cependant, on obtient, à la 5 sortie, un faible bruit et une faible distorsion.C'est-à-dire que le montage amplificateur selon l'invention a une large bande et la réponse en fréquence nécessaire pour un instrument d'essai ou un dispositif analogue pour produire un signal de sortie représentatif du signal d'entrée. La large gamme d'affaiblissements est obtenue 10 au moyen d'un affaiblisseur 40 ayant un affaiblissement maximal de-40 seulement. L'affaiblissement maximal est le cinquième de celui qui serait nécessaire dans le montage connu de la figure 1, ce qui rend l'amplificateur moins sensible à des paramètres parasites de composants et donne une meilleure réponse en fréquence 15 globale. L'adjonction de l'étage à transistor à base commune comprenant le transistor 24 pour produire une plus grande amplification dans les positions correspondant aux sensibilités supérieures permet l'emploi d'un affaiblisseur 40 ayant un affaiblissement maximal réduit. 20 II importe de remarquer que 1'affaiblisseur du type employé en 40 ne serait pas utilisé d'une manière appropriée entre le commutateur 18 et le transistor 24 par exemple.Dans un tel cas, l'affaiblissement choisi serait beaucoup trop sensible aux caractéristiques du transistor 24. Par conséquent, le transistor 24 à base commune 25 est employé d'une manière appropriée seulement pour les positions correspondant aux sensibilités supérieures, tandis que le transistor 26, qui est arrangé de façon à avoir un gain faible et qui n'influence pas le fonctionnement de 1'affaiblisseur 40, coopère dans les positions correspondant aux affaiblissements supérieurs. J>0 Ces deux transistors 24 et 26 sont agencés pour produire des signaux de sortie symétriques .de la .même polarité étant donné qu'ils attaquent l'amplificateur déphaseur comprenant les transistors 50 et 52 dans des sens opposés. Le terme "affaiblissement" utilisé dans la prisente description 35 a seulement un sens relatif, en particulier dans le cas de la position de sensibilité maximale des commutateurs du montage. Ainsi pour les positions de commutation correspondant aux sensibilités supérieures une amplification est réalisée. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre préférentiel et que l'on pourra apporter, des équivalences dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, lequel est défini dans les revendications annexées. 70 12412 2041139 8 REVENDICATIONS 1 - Montage amplificateur à affaiblissement variable, caractérisé en ce qu'il comprend un premier étage auptfcfieateur ou premier élément amplificateur à transistor à base commune, un se-5 cond étage amplificateur ou second élément amplificateur à transistor à émetteur commun, une borne d'entrée et un premier organe de commutation reliant sélectivement la borne d'entrée à l'entrée du premier étage amplificateur ou à celle du second étage amplificateur, v — — — 1 q ■ - - — ; ;— ^ un élément affaiblisseur interposé entre l'organe de commutation et le second étage amplificateur» et un organe de sertie couplé à la fois à la sortie du premier étage amplificateur et à la sortie du second étage amplificateur pour fournir un signal de sortie. -[^ 2 - Montage amplificateur selon la revendication 1, caracté risé en ce que l'organe de sortie comprend un amplificateur déphaseur qui reçoit des signaux de phases opposées provenant des premier et second étages amplificateurs et risé en ce qu'il comprend des bornes de sorties et un élément de commutation de gain interposé entre l'amplificateur déphaseur et ces bornes de sortie. 4 - Montage amplificateur caractérisé en ce qu'il comprend une 25 borne d/entrée, un premier étage amplificateur ayant un premier transistor monté suivant le montage à base commune, un second étage amplificateur ayant un second transistor monté suivant le montage à émetteur commun, un organe de commutation pour coupler alternativement la borne d'entrée à l'émetteur du premier transis--50 tor et à la base du second transistor, et un élément de traitement de signaux recevant les signaux de sortie des premier et second transistors. 5 - Montage amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de traitement de signaux comprend -un amplificateur déphaseur ayant deux bornes d'entrée recevant des si- 35 gnaux de phases opposées respectivement à partir du premier étage amplificateur et du second étage _ amplificateur. 6. - Montage amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu il comprend un élément d'affaiblissement réglable interposé entre l'organe de commutation et la base du second transistor. 40 7 - Montage amplificateur selon la revendication 6, caracté- 70 12412 2041139 9 risé en ce qu'il comprend un organe de commutation d'affaiblissement variable couplé à la sortie de l'amplificateur déphaseur. 8 - Montage amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance interposée entre l'or- 5 gane de commutation et l'émetteur du premier transistor. 9 - Montage amplificateur selon la revendication k, caractérisé en ce qu'il comporte des résistances de charge reliant les premier et second transistors à une source de tension. 10 - Montage amplificateur selon la revendication caracté-10 risé en ce que l'amplificateur déphaseur comporte deux transistors pourvus d'éléments de couplage d'émetteur et recevant respectivement les signaux de sortie du premier transistor et les signaux de sortie du second transistor par les bases des transistors de cet amplificateur déphaseur.