Brevet FR2069840A1 — publié le 19710910

La présente invention concerne un dispositif de couplage, de préférence en technique RC active, permettant la réalisation d'une fonction de tr@n@fert variable de deuxième ordre avec comportement e résonance et/ou de mise a zéro, dont la fréquence de r@sonance, 1. qualité et le facteur de transfert @ou@ la fréquence de résonance peuvent être r@glés ou commandés à volonté, indéoendamment les uns des autres. On sait, pour r:aliser des fonctions de transfert dont le polynôme dénominateur est du second degré et dont le solynome numérateur est au mazimum du second degré, utiliser des cou@lages dits FbC ou @ circuit oscillant. les résonateur; mécariques sont; également utilise en liai- son avec des convertisseurs lectro-mécaniquespour r@aliser les dites fonctions. De même, on met en oeuvre pour reproduire ces fon@tions des couplages RC actifs en utilisant des amplifica @eurs, des gvrateurs ou d'autres quadripôles de transformation. Une importance particulière est attribuée à un dis@ositif de couplage connu à trois amplificateurs invertissants qui, chacun par l'intermédiaire d'une résistance de couplage, sont assemblés de façon à former un circuit fermé, le premier amplificateur étant accouplé au moyen d'une résistance de contre-réaction et 1 deu- xième et le troisième amplificateurs étant couplés en contreréaction chacun p r un. condensateur entre l'entrée et la sortie. On sait déjà relier la borne d'entrée de ce dispositif, par l'intermédiaire de différentes impédances, au@ trois entrées d'amplificateur et utiliser comme sortie du dispositif une sortie d 'amplificateur quelconque. Un autre couplage utilise un am@lificateur invertissant à sortie non s@métrique, dont l'entrée et 1- sortie sont reliées par un circuit de contre-r@action com-osé Me résistances et e cana- cités, de préférence d'un -lément en T court-circuité, mis n la terre. On a déjà proposé de mu@ir l'amplificateur d'une entrée sup plément@ire non invertissante et d'appliquer le signal d'entrée sar l'intermédiaire de différentes impédances aux entrées d'amplificateur et au circuit de contre-r action, ta dis que le signal de sortie est prélevé à la sortie d'amplificateur. @our raliser des fonctions de transfert variables on sait, en faisant va.rier les résistances ou condensateurs qui détermi- nent la fréquence, délacer la fonction Se transfert proportion- tellement à la fréquence. ar contre, on ne connaît aucune solution permettant de faire varier les propriétés de sélection, par conséquent de modifier la qualité de r -sonance ou de mise à zéro, d'une façon simple et indépendamment du facteur de transfert à la fréquence de résonance, ou à la fréquence O ou ?, c'est-à-dire in@épendamment de l'amortissement de base.Si la variation de qualité doit ebre indépendante de l'amortissement de base, il faut @r@voir cet effet au moins un autre régulateur pour compenser la variation de l'amortissement de base. Etant donné que la qua- lité et le f@ facteur se transfert pour la fréquence de résonance ne sont ;as en général en corrélation proportionnelle, il est très di@ficile tec@niquement d'effectuer avec les dispositifs connus un réglage ce la qualité oui n'influe ps sur le facteur de transfert à la fréquence de r sonance. La présente invention se propose d'éliminer ou d'atténuer ces @@fauts avec des moyens simples. Le problème à résoudre consiste à réaliser un dispositif de couplage qui possède une fonction de transfert variable de deuxième ordre, avec lequel on peut en particulier obtenir une modification de la qualité de résonance et/ou de mise n zero an actionnant seulement un élément de r glage et dans lequel, en lus, les paramètres de la fonction de transfert, c'est-à-dire la @ré@uence de résonance, la qualité et le f@cteur de transfert pour l@ fréquence de résonance, doivent ouvoir varier indé@endamment les uns des autres. avec u-n disno sitif @e cou@lage utilisant un quadripôle dont la tension ou l'in- tensité de sortie présente un comportement de résonance à symétrie de fréquence avec, de préférence, une qualité allant d'une vnleur Élevée à une valeur i@finie, et dont la fréquence de réso- nance peut éventuellement être modifiée avec un couplage de contre-réaction actif entre la sortie et l'entrée du quadripôle, le r.sultat voulu est obtenu par le fait que le circuit de contreréaction se compose du montage en série d'une résistance en série, d'un amplificateur totalisateur, d'un diviseur de tension ou d'une autre résistance an série, et sue l'entrée de l'amplificateur totalosateur sert de préférence en même temps d'entrée au couplage cormandée par le coulant et Qu'on utili-e comme sortie du dispo sitif de couplage pour la caractéristique filtre passe-bande la sortie du quadripôle et pour la caractéristique filtre coupebande la sortie de l'amplificateur totalisateur, la première résistance en série et/ou la deuxième résistance en série ou le diviseur de tension étant réglables ou commandables de préférence de façon continue ou par degrés. a variation du diviseur de tension ou de la deuxième résistance en série entraîne la modification de qualité souhaitée avec le transfert constant pour la fréquence de résonance tandis que la variation de la première résistance en série entrain cette modification avec transfert proportionnel à la qualité pour la fréquence de résonance. le facteur de transfert pour la fréquence de résonance ou pour la fréquence 0 ou M reste constant tant que la qualité de résonance du quadripôle reste suffisamment grande par rapport à la qualité de résonance réglée du couplage. Si cette condition n'est pas réalisée, la qualité du quadriptle peut, suivant un développement de l'invention, être augmentée au moyen d'une contre-réaction positive.Si la qualité de résonance du qua dribble à fréquence variable dépend de la fréquence de résonance, il faut que la contre-réaction positive soit elle-même fonction de la fréquence. En cas de quadripôle non invertissant, on obtient cette contre-réaction positive en intercalant entre la sortie et l'entrée du quadripôle une autre résistance, éventuellement complexe, ou une combinaison de résistances éventuellement complexe, de préférence en forme de T, dont l'élément transversal est de préférence mis à la terre, cette résistance ou une partie de cette combinaison de résistances étant de préférence réglable ou commandable. Dans le cas où on souhaite avoir un facteur de transfert qui, au point de résonance, doit avoir un comportement proportionnel à la qualité, il est prévu par l'invention que l'entrée du quadri p3le sert d'entrée au dispositif de couplage commandée par le courant. Si, outre la qualité, la fréquence de résonance doit elle aussi varier, il est prévu d'utiliser comme quadripôle un circuit fermé formé d'un premier amplificateur, d'une première résistance de couplage, d'un deuxième amplificateur, d'une deuxième résistance de couplage, d'un troisième amplificateur et d'une troisième résistance de couplage, le premier amplificateur étant accouplé rétroactivement avec une résistance de couplage de réaction et les autres amplificateurs avec des capacités dans chaque cas entre entrée et sortie; on utilise de préférence comme entrée du quadripôle l'entrée du premier amplificateur et comme sortie du quadripôle de préférence la sortie du deuxième amplificateur et les résistances de couplage sont variables synchroniquement ou isolément, de préférence par paires ou toutes ensemble. Pour éviter les décalages de point de~travail avec des amplificateurs couplés galvaniquement au moyen des résistances de couplage à égalisation de potentiel, il est prévu que les capacités sont connectes du côté entrée à-des prises médianes des résistances de couplage et que ces prises médianes sont modifiables, de préférence synchroniquement. Outre le problème consistant à réaliser le comportement de résonance ou de mise à zéro à fréquence symétrique, on a également souvent à résoudre le problème de réaliser des fonctions de transfert variables à comportement de passe-bas ou de passe-haut. Il en est ainsi lorsqu'on utilise comme sortie du dispositif la sortie du premier amplificateur pour le comportement en passe-haut ou la sortie du troisième amplificateur pour le comportement en passe-bas.Dans les dispositifs proposés, les amplificateurs sont directement reliés entre eux par des résistances. Cela signifie que les potentiels continus des entrées- et des sorties d'amplificateur doivent être les même. Pour tourner cette difficulté, il est proposé de remplacer les résistances en série, les résistances de couplage ou/et la résistance de couplage rétroactif chacune par un circuit de résistance, de préférence un élément en T, dont l'élément transversal est mis à la terre ou connecté à une tension continue. lie dispositif de couplage proposé est, par exemple, avantageusement appliqué à l'analyse des fréquences et à la mesure du facteur de distorsion. En faisant varier la largeur de bande ou la qualité, la caractéristique de filtre peut être adaptée de façon optimale aux caractéristiques du spectre. Lorsqu'on mesure le facteur de distorsion à l'aide de la caractéristique de filtre-coupe- bande, le réglage de la remise à zéro est pratiquement inutile et le réglage de la fréquence suffit. lies caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, et des dessins annexés. La fig 1 représente le dispositif de couplage destiné à réaliser une fonction de transfert du second degré avec qualité variable. La fig. 2 montre le schéma de couplage d'un quadripôle à comportement de résonance. La fi. 3 représente le comnortement en passe-bande et en coupe-bande lorsque R2 varie. La fig. 4 montre le comportement en nasse-bas et en nassehaut auand R1 varie. La fig. 5 montre le remulacement des résistances en série, des-résistances de couplage ou des résistances de couplage rétroactif par des éléments en T. lie quadripôle V1 de la fig. 1 est avantageusement décrit ear l'impédance de transfert, c'est-à-dire par le rapport entre la tension de sortie U-a2 et l'intensité de courant entrée dans lequel - p représente la variable de fréquence complexe standardisée par rapport à la fréquence de résonance Z - Qz est la qualité de quadripôie - Zz est la résistance de transfert du quadripôle. z sous le nom de quadripôle, il faut entendre ici tous les ensembles techniques à deux paires de bornes qui, lorsqu'ils sont alimentés par une naire de bornes @@entrée, pr@sentent la or ire de bornes de sortie un comportement de résonance @ svmétrie de fréquence, avec de préférenco une qualité de résonance levée ou infinie. La qualité @eut être éve@tuellement augmentée par un cou plage à contre-réaction positive entre la sortie et l'entrée au quadripôle V1 au moven d'une résis@anee R3.La drénuence de résonance du quadri@ôl@ peut également être v@@iable. Lorsque la qualité de résonance du @uadripôl@ V1 @st fonction de l@ fréquence, la lésistance R3 est rem lacée @ar une r sist@@ce cemplexe. entre les bornes de sortie et les bornes d'entre du guadri- pôle est monté un circuit de couplage rétroactif actif. Ce circuit se compose du montage en série d'une résistance en série R1, d'un am@lificateur totalisateur V2 et d'une deuxième résistance en série R2. L'entrée de l'amplificateur totAlisateur V2 sert d'entrée au dispositif de couplage E1 qui, p-r suite de la fai- ble valeur de sa résistance d'entrée, est commandée par intensité. Corme sortie du dispositif de counlage A1 pour la caractéristique coupe-bande, on utilise la sortie de l'amplificateur totali- sateur et comme sortie A2 pour la caractéristique passe-bande, 1 sortie du quadripôle. De la fig. 1, lorsque l'amplification de V2 tend vers l'in fini, on tire les relations suivantes: U-al Rp (II) I-o = , pour I'-e = . R2 R2 (III) -U-al = U-a2 . + I-e . Rp R1 ü ces trois relations, on tire: lorsque dans le c:s idéal, la qualité Qz du quadripôle V1 devient infinie, la qualité Q du dispositif de couplage seul est donnee par 1, formule ta dis que le numérateur de l'égalité (V) présente une valeur nulle purement imaginaire peur une valeur de variable de fréquence cor; lexie p = j, c'est-à-dire exactement pour la fréquence de résonance technique #m. En faisant varier la résitance R2, on obtient les traces @e courbes de résonance de principe représen- tés à la fig. 3. A la sortie A2, on obtient comme prévu, une variation de la qualité de résonance sans influence sur le facteur de transfert au point de résonance. A la sortie A1, la précision de remise à zéro varie sans influence sur le facteur de transfert pour la fréquence 0 et #. Par contre, en faisant varier la résistance en série R1, on obtient à la sortie A2 un transfert d'amnlitude proportionnel à la qualité Q au point de résonance. lie dispositif de couplage représenté à la fig. 2 représente un autre mode de réalisation du quadripôle V1. I1 se compose d'un amolificateur invertissant V3 et de deux amplificateurs intégrants V4 et V5, qui, par l'intermédiaire de résistances de couplage R4, R5 et R6, sont connectés ensemble pour former un circuit fermé. lies condensateurs intégrants C1 et C2 qui sont associés aux amplificateurs intégrants V4 et V5 sont montés entre la sortie de leur amplificateur et le courseur du potentiomètre des résistances de couplage R4, R5.La variation synchrone des deux résistances de couplage R et R5 couplées mécaniquement permet de faire varier la fréquence de résonance sans qu'il y ait décalage des points de travail des amplificateurs V4 et V5 reliés galvaniquement par l'intermédiaire de ces résistances de couplage R4 et R5. Ce dispositif de couplage suivant la fig. 2 est intercalé en tant que quadripôle V1 dans le dispositif de couplage de la fig. 1, de telle façon que l'entrée E3 du premier amplificateur V3 sert d'entrée au quadripôle tandis que la sortie du quadripôle est formée par la sortie A4 du deuxième amplificateur V4. Le dis V5 ( calcul avec amplification V = d ) et avec les résistances R4@ = R5 = R et les capacités C1 = C2 = C, l'impédance de transfert (VI) Ua4 = R6 . P I-o 1 + et correspond à la relation (I) lorsque R6 = Zz , U-al = Ua2 et Ca La fréquence de résonance fivm sur laquelle a été alignée la fréquence complexe est donnée par la relation En modifiant la résistance R (= R4 = R5 ) ou la capacité C ( = C1 = C2 ), il est possible de faire varier la fréquence de résonance #m. Pour l'ensemble du système de couplage, on obtient des relations (VIIIa) et (VIIIc) correstondant aux relations (IV) et (V). En outre, à partir du facteur de transfert des amplificateurs intégrants V4 et V5 on obtient la tension de sortie U-a3 et U-a5 des amplificateurs V3 et V5. Pour une qualité Qz = # ces relations sont les suivantes: Alors que la relation (VIIIa), c'est-à-dire la sortie A1, fournit une caractéristique coupe-bande t la relation (VIIIc), c'est-à-dire la sortie A2, une caractéristique passe-bande, on a avec la relation (VIIIb), c'est-à-dire la sortie A3 , un comnortement passe-haut et avec la relation (VIIId), c'est-à-dire la sortie A5, un comportement passe-bas. Lorsque la résistance R1 varie, on obtient les différentes courbes représentées à la fig. 4. On y @oit qu'au moyen de la résistance R1 on agit sur le comportement dans le voisinage de la fréquence limite et que celuici peut être choisi en fonction du rôle de filtrage. On obtient des expressions correspondant aux relations (VIIIa) à (VIIId)avec une alimentation en courant I'e à l'entreé E2 au lieu de l'alimentation à l'entrée E1 en rem@laçant Ie par R I'-e . @ R2 En eas de comportement passe-bas et passe-haut, il est ainsi possible de réaliser é@@lement une modfication de sélection au moyen des résistances R2 ou Rp sans que le transfert à la fréquence 0 ou # soit modifié. Lorsque les résistances de rie, de couplage ou de couplage rétroactif utilisées dans les montages possèdent des valeurs tro élevées ou qu'elles doivent supporter une chute de tension continue, on les remplace avantageusement par les couplages en T représentés à la fig. 5. Avec les r'sitances-diviseurs de tension Ra, R@, on eut annuler un notentiel de tension continue des sorties d'amnlificateurs en mettant à la terre ou en connectant à un potentiel de tension continue le nied M de l'élément transver- sal, comme le montre la fig. 5a. En faisant varier la résistance Rc dans la fig. 5b, la ré- sistance de couplage réactif efficace est inverse de la résistance Rc et, pour Rc = 0, tend vers l'infini. ERVENDICATIONS couplage pour la réalisation de fonctions de transfert variables de second ordre avec comportement de résonance et/ou comeortement de remise à zéro, utilisant un quadripôle dont la tension de sortie ou l'intensité de sortie présente par rapport à la tension ou à l'intensité d'entrée un comportement de résonance à symétrie de fréquence, de préférence à qualité élevée ou infinie, et dont la fréquence de résonance est Éventuellement modifiable, avec un accouplement rétroactif allant ae la sortie à l'entrée du quadripôle, caractérisé en ce que le circuit d'accou @lement rétroactif se compose du montage en série d'u@e résistance en série R1, d'un am@lificateur totalisateur V2, d'un diviseur de tension ou d'une deuxième résistance en surie R2, en ce qu'egalement l'entrée E1 de l'amplificateur totalisateur V2 joue en même temps s le rôle d'entrée commandée par intensité de courant du dispositif de couplage et en ce qu'on utilise comme sortie du dispositif de couplage pour la caractéristique passebande la sortie du quadripôle A1 et pour la caractéristique cou@e-bande la sortie A2 de l'amplificateur tot@lisateur V2, la première résistance en série R1 et/ou la deuxième résistance en série a2, , 51 le diviseur de tension pouvant etre réglés ou com- mandés, de préférence de façon continue, ou par degrés. 2 - Couplage suivant 1 @ revendicotion 1, caractérisé en ce qu'une autre résistance R3, @ventellement complexe, ou une combinaison de résistances éventuellement complexe, de préférence en T, dent l'élément transversal est re référence mis à la terre, est intercalée entre la sortie et l'entrée du quadripôle, cette troisième résistance R3 ou une partie tie cette combinaison de résistances pouvant être réglée ou commandée. 3 - Couplage suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'entrée n2 du quadri@ôle sert d'entrée comman- dée p:r l'intensité de courant du dis ositif de couplage. 4 - Couplage suivant @ l'une des revendications 1 à 3, carac- %'ris en ce qu'on utilise comme quadripôle un circuit fermé formé d'un premier amplificateur V3, d'une première résistance de couplage R4, 'un deuxième amplificateur V4, d'une deuxième résistance de couplage R5, d'un troisième amplificateur V5 avec une troisième r'sistance de couplage R6, le premier amplificateur V3 étant couplé rétroactivement avec une résistance de réaction et les autres amplificateurs V4, V5 étant couplés avec des capacités C1, C2 ,dans chaque cas entre l'entrée et la sortie, caractérisé également en ce qu'on utilise comme entrée du quadripôle de préférence l'entrée E3 du premier amplificateur V3 et comme sortie du quadripôle de préférence la sortie A4 du deuxième amplificateur V4, les résistances de couplage R4, R5, R6 étant variables, de préférence synchroniquement, ou bien individuellement, soit par paires, soit toutes ensemble. 5 - Couplage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les capacités C1, C2 sont connectées côté entée à des prises médianes des résistances de couplage R4, R5, ces prises mé- dianes étant variables, de préférence synchroniquement. -6 - Couplage suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme sortie du dispositif de couplage la sortie AD du premier amplificateur V3 ou celle A5 du troisième amplificateur V5. 7 - Couplage suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les résistances de série R1, R2, les résistances de couplage R4, R5, R6 ou/et la résistance de couplage réactif R7 sont replacées chacune par un circuit à résistances de préférence en T, dont l'élément transversal est mis à la terre ou connecté à une tension continue.