Brevet FR2080647A1 — publié le 19711119

L'invention concerne un amjalif icateur de puissance à transistors pour un oscilloscope à faisceau unique, fonctionnant avec une déflexion magnétique et comportant en vue de l'enregistrement simultané de plusieurs signaux, un 5 commutateur reliant périodiquement la bobine de déflexion des signaux aux sources individuelles de signaux, ledit amplificateur de puissance amplifiant d'une part le signal à enregistrer, dans le domaine de mesure de l'oscilloscope, durant la durée d'enregistrement et envoyant d'autre part à 10 la bobine, durant les pauses d'enregistrement, une tension dépassant sensiblement le domaine de mesure (surtension) avec une polarité de même sens que celle de la variation brusque du signal. Les amplificateurs de puissance connus de ce type 15 comportent essentiellement un transistor du type p-n-p, dont l'émetteur est polarisé positivement par la surtension, et un transistor n-p-n dont l'émetteur est polarisé négativement par la surtension (montage à émetteur commun en push—pull). Les deux collecteurs des transistors constituent la sortie 20 commune de l'amplificateur de puissance et son reliés directement à la bobine de déflexion. Un étage d'inversion de phase est monté entre l'entrée de l'amplificateur et les bases des transistors pour transmettre les signaux aux transistors avec une phase correcte. 25 Lorsqu'il n'y a aucun signal à l'entrée de l'amplificateur, les- deux transistors sont bloqués. Lorsqu'il existe un signal positif, se trouvant dans le domaine de mesure, à l'entrée de l'amplificateur, ce signal est amplifié par le transistor p-n-p, et lorsqu'il existe un signal 30 négatif, se trouvant également dans le domaine de mesure, à l'entrée de l'amplificateur, ce signal est amplifié par le transistor n-p-n. La transmission de la surtension s'effectue de la façon suivante. A chaque commutation entre un signal et le suivant, grâce par exemple à un circuit de contre-réaction 35 établi entre la bobine de déflexion et l'entrée de l'amplificateur à l'aide d'une résistance ohmique branchée en série avec la bobine, une pointe de tension positive apparaît à •l'entrée de l'amplificateur de puissance lorsque le signal passe brusquement à des valeurs plus positives, ladite pointe de 40 tension saturant le transistor p-n-p tant qu'elle demeure 71 04974 2 2080647 supérieure à la valeur limite positive du domaine de mesure. De façon correspondante, lors du passage brusque du signal à des valeurs plus négatives, une pointe de tension négative apparaît, cette pointe de tension saturant le transistor 5 n-p-n tant qu'elle reste supérieure à la valeur limite négative du domaine de mesure. La surtension dans le sens positif ou négatif est transmise directement à la bobine de déflexion par le circuit collecteur-émetteur du transistor qui est saturé, 10 pendant la durée de la saturation (pause d'enregistrement). Dans un amplificateur de ce type, un inconvénient réside dans la chute de tension apparaissant, en raison des tensions de polarisation élevées nécessaires pour l'émetteur desdits transistors, dans le circuit collecteur-émetteur du 15 transistor amplifiant le signal, à chaque fois qu'un signal est enregistré. Cette chute de tension est un multiple du signal amplifié et conduit par conséquent à une détérioration du rendement de l'amplificateur de puissance. La consommation de puissance élevée du transistor fonctionnant en amplifica-20 teur durant la durée d'enregistrement impose en outre des exigences particulières quant au choix des transistors amplificateurs de puissance et des moyens pour leur refroidis-s ement. Le but de la présente invention consiste à 25 éliminer ces inconvénients. Ce but est atteint, suivant l'invention, en prévoyant un simple amplificateur à transistors pour l'amplification des signaux se trouvant dans le domaine de mesure de l'oscilloscope ainsi qu'un dispositif de commutation 30 supplémentaire qui, durant les pauses d'enregistrement, transmet à la bobine de déflexion la surtension dans le sens positif à chaque passage brusque du signal à une valeur plus positive et la surtension dans le sens négatif à chaque passage brusque du signal à une valeur plus négative. Le" 35 dispositif de commutation est constitué avantageusement par deux transistors fonctionnant comme des commutateurs, le premier transmettant la surtension positive et le second transmettant la surtension négative à chaque fois qu'ils sont conducteurs. Un avantage de ce type de montage est qu'il 71 04974 3 2080647 est possible, en raison de la séparation du commutateur pour la transmission de la surtension et de l'amplificateur de signaux proprement dit, d'alimenter celui-ci avec une tension qui est beaucoup plus faible que celles nécessaires jusqu'ici ; 5 ce qui améliore considérablement le gain de l'amplificateur de puissance. La consommation de puissance de l'amplificateur, durant la durée d'enregistrement, étant très faible, on peut utiliser des transistors consommant moins de puissance et par conséquent moins coûteux. 10 On peut commander simplement les transistors à l'aide d'un amplificateur de puissance à transistors à l'entrée duquel, en raison d'une contre-réaction réalisée entre la bobine de déflexion et l'entrée par l'intermédiaire d'une résistance ohmique branchée en série avec la bobine 15 de déflexion, apparaît une pointe de tension, dépassant sensiblement le domaine de mesure et possédant la polarité de la variation brusque du signal, à chacune de ces variations, lorsque les pointes de tension sont transmises aux transistors avec le sens correct, de sorte que pendant la durée d'une 20 pointe de tension positive le premier transistor est conducteur et pendant la durée d'une pointe de tension négative le second transistor est conducteur. Il est avantageux de prévoir un premier discri-minateur de seuil, entre l'entrée de commande du premier 25 transistor et l'entrée de l'amplificateur de puissance, dont le transistor se bloque pour des tensions n'atteignant pas la valeur limite, positive du domaine de.mesure de l'oscilloscope et devient conducteur à chaque fo'is qu'apparaît » une pointe de tension positive, ainsi qu'un second discri-30 minateur de seuil, branché entre l'entrée de commande du second transistor et l'entrée de l'amplificateur de puissance, dont le transistor se bloque pour des tensions n'atteignant pas la valeur limite négative du domaine de mesure et devient conducteur à chaque fois qu'apparaît une pointe de tension 35 négative. Une forme de réalisation simple de l'amplificateur de puissance à transistors consiste à brancher en parallèle du côté de la sortie l'amplificateur à transistors pour l'amplification des signaux et les premier et second transis-kO tors, et à prévoir des moyens, par exemple des diodes 71 04974 h 2080647 semiconductrices, à la sortie de l'amplificateur à transistors pour découpler la sortie de l'amplificateur lorsque le premier ou le.second transistor est conducteur. La présente invention sera mieux compirise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel la figure unique est un schéma d'un amplificateur à transistors suivant l'invention qui est relié, du côté de la sortie, à une bobine de déflexion des signaux et, du côté de l'entrée, à tin pré-amplificateur destiné à amplifier la tension des signaux. L'amplificateur de puissance 1 comporte un transistor de puissance 2 de type p-n-p dont l'émetteur est polarisé par une tension continue + U^ (valeur limite positive du domaine de mesure de l'oscilloscope) et qui sert uniquement à l'amplification des signaux positifs. Un transistor 3 de type n-p-n est polarisé, du côté de l'émetteur, par la tension continue -U^ (valeur limite négative du domaine de mesure de l'oscilloscope) et sert uniquement à l'amplification des signaux négatifs. Les bases des transistors 2 et 3 sont respectivement reliées aux transistors k et 5 pour transmettre, avec une phase correcte, un signal positif ou négatif, apparaissant à l'entrée 6 de l'amplificateur de puissance 1, aux transistors 2 ou 3. Les résistances ohmiques 7 à 14 servent à établi** le point de fonctionnement des transistors 2 à 5»~ La diode semiconductrice 15, à l'entrée 6 de l'amplificateur de puissance 1, empêche la transmission d'un signal négatif au transistor 4, de même la diode 16 empêche la transmission d'un signal positif au transistor 5. La référence 17 désigne un autre transistor de puissance de type p-n-£ dont l'émetteur est polarisé avec une tension + U^ (surtensi beaucoup plus importante que la tension + U1 .;.Un montage "S; équivalent est prévu pour le transistor de puissance 18 de type n-p-n avec la tension de polarisation "à'émetteur - Ug (surtension négative). Les collecteurs des transistors 17 et 18 sont reliés directement à là sortie 21 de l'amplificateur de puissance 1 et les collecteurs des transistors 2 et 3 sont reliés respectivement à la sortie 21 de l'amplificateur de puissance 1 par l'intermédiaire des diodes 19 et -, BAD ORIGINAL 71 04974 5 2080647 20 prévues pour le découplage des sorties d'émetteur des transistors 2, 3, 17 et 18. Les diodes 22, 23 sont des diodes de protection pour les transistors 17 et 18. La base du transistor 17 est reliée à l'entrée 6 de l'amplificateur de 5 puissance 1 par l'intermédiaire des éléments 32, 2k, 25, 26, 15 et la base du transistor 18 est reliée à l'entrée 6 de l'amplificateur de puissance 1 par l'intermédiaire des éléments 33, 27, 28, 29, 16. Les éléments 2k, 25, 26 (transistor, diode, résistance) et 27, 28, 29 constituent 10 la partie essentielle d'un discriminâteur de seuil. Les résistances 30 à 35 servent à fixer le point de fonctionnement des traiisistors 17, 18, 2k, 27. L'amplificateur de puissance 1 est dimensionné de façon que, dans le cas où + U^U^^O, la diode 15 soit conductrice alors que la diode 25 est bloquée. 15 De façon correspondante, dans le cas où 0 la diode 16 est conductrice alors que la diode 28 est bloquée. Lors de l'apparition d'un signal plus positif que la valeur de seuil + Uj la diode 25 devient conductrice et lors de l'apparition d'un signal plus négatif que la valeur de seuil -U^ 20 la diode 28 devient conductrice. A l'apparition d'une tension d'entrée U plus positive que la tension + U , le transistor hi 1 17 est saturé et transmet la tension + à la sortie 21 de l'amplificateur de puissance 1. Lorsque la tension UE devient plus négative que la valeur -U^, le transistor 18 devient 25 conducteur et transmet de ce fait -U^ à la sortie 21 de l'amplificateur de puissance 1. L'amplificateur de puissance 1 est relié directement, du côté de l'entrée, à un amplificateur différentiel 36 servant de pré-amplificateur pour les signaux à transmettre 30 à une bobine 37 de déflexion des signaux de l'oscilloscope à partir de la sortie 21 de l'amplificateur de puissance 1. La bobine de déflexion 37 est branchée en série avec une résistance ohmique 38, le point commun de cette bobine et de cette résistance étant relié à l'entrée de l'amplificateur 35 différentiel 36 pour établir une contre-réaction. Les références 40 et 41 désignent deux sources de signaux, et la référence k2 désigne un commutateur électronique qui relie périodiquement, en synchronisme avec le générateur de cadence 43, l'entrée 39 de l'amplificateur différentiel 36 aux sources kO de signaux kO et 41. .«AHlt.xnn ÛA£1 71 04974 s 2080647 Le fonctionnement du circuit représenté dans la figure est le suivant : La source de signaux 40 peut fournir un signal positif par rapport à la ligne zéro de l'oscilloscope., par 5 exemple une tension continue positive, et la source de signaux 41 peut fournir un signal négatif, par exemple une tension continue négative. Les valeurs des tensions des signaux et le gain de l'amplificateur différentiel 36 sont choisis de façon que les signaux amplifiés dans l'amplificateur différentiel 10 36 se trouvent dans le domaine de mesure (+ - U^) de l'oscilloscope. Le commutateur électronique 42 fonctionné avec une fréquence de commutation f = 2 kHz. Tant que le signal positif est appliqué à l'entrée 6 de l'amplificateur de puissance 1 (ce qui correspond 15 à la position représentée pour le commutateur 42), ce signal est transmis, amplifié par le transistor de puissance 2, à la bobine 37. Au moment de la commutation sur le signal négatif, au moyen du commutateur 42 une pointe de tension négative apparaît en raison de la contre-réaction établie à l'entrée 20 6 de l'amplificateur de puissance, cette pointe de tension saturant le transistor 18. Pendant la durée de la saturation la tension -U^ est transmise à la bobine 37 et simultanément la diode 20 et par conséquent le transistor 3 se bloquent. Dès que la pointe de tension négative atteint de-nouveau la valeur 25 -U.j , le transistor 18 se bloque de nouveau et le signal, après avoir été amplifié par le transistor 3, est alors transmis à la bobine 37 pour être enregistré. Lorsque le signal passe d'une valeur négative à une valeur positive, il apparaît de façon correspondante une pointe de tension positive à l'entrée 30 6 de l'amplificateur de puissance 1, cette pointe de tension saturant le transistor 17 tant qu'elle est supérieure à la valeur +U^. Dans l'amplificateur de puissance suivant l'invention, lorsquel'onutilise une bobine de déflexion d'os-35 cilloscope AE 66/T 4 (Telefunken) possédant les caractéristiques suivantes : Courant absorbé maximal î I = +_ 450 mA Inductance : L = 1,6 m H Résistance effective : R =4,2 Ohm avec des tensions de fonctionnement +_ = 6 V, +_ = 36 V, 40 on obtient une fréquence de commutation f =2 kHz, ainsi qu'une S BAD ORIQINAI* 71 04974 7 2080647 10 15 20 durée d'enregistrement ts = 210 et une pause d'enregistrement t = 40 |is, la puissance totale maximale étant ^raax = 2,91 V alors qu'elle est égale à 14,25 ¥ pour les amplificateurs de puissance classiques ; l'amplificateur de puissance suivant l'invention n'absorbe aussi que 0,2 fois la puissance d'un étage final classique. Un dimensionnement avantageux des principaux éléments est donné ci-dessous Bobine de déflexion 37 25 Transistor 2 Transistor 3 Transistor 4 Transistor 5 Transistor 17 Transistor 18 Transistor 24 Transistor 27 Diodes 15, 16, 25, 28 Diodes 19, 20, 22, 23 Résistances 7» 8 Résistances 9» 10 Résistances 11, 12 Résistances 13» 14, 26, 29 Résistances 30, 31 Résistances 32, 33 Résistances 34, 35 ' Amplificateur différentiel 36 Tensions AE 66/T 4 BSV 11-10 BSX 46-10 BCY 58 IX BCY 78 IX BSV 12-10 BSX 50-10 BCY 59 IX BCY 79 IX SSD 55 T B 05 40 120 Ohm 82 Ohm 3,9 kOhm 820 Ohm 5,6 kOhm 680 Ohm 8,2 kOhm p A 709 ± U1 = 6 V ; + U2 = 36 V 30 35 Dans la forme de réalisation décrite on n1utilise que deux sources de signaux 40, 41 pour plus de simplicité. Il est évident que, à l'aide d'une forme de réalisation correspondante du commutateur 42, on peut aussi enregistrer simultanément trois ou plusieurs signaux. L'amplificateur de puissance suivant l'invention peut ne pas être modifié, car à chaque passage d'un signal au suivant la surtension est transmise automatiquement avec la polarité correcte à la bobine de déflexion. 71 04974 8 2080647 REVENDICATIONS 1. Amplificateur de puissance à transistors pour un oscilloscope à faisceau unique, fonctionnant avec une déflexion magnétique et comportant en vue de 11 enregistrement 5 simultané de plusieurs signaux, un commutateur reliant périodiquement la bobine de déflexion des signaux aux sources individuelles de signaux, ledit amplificateur de puissance amplifiant d'une part le signal à enregistrer dans le domaine de mesure de l'oscilloscope durant la durée d'enregistrement 10 et envoyant d'autre part à la bobine, durant les pauses d'enregistrement, une tension dépassant sensiblement le domaine de mesure (surtension) avec une polarité de même sens que celle de la variation brusque du signal, caractérisé par le fait qu'il comporte un simple amplificateur à 15 transistors (2,3) pour l'amplification des signaux se trouvant dans le domaine de mesure de l'oscilloscope (+U^-U^) ainsi qu'un dispositif de commutation (17,18) supplémentaire qui, durant les pauses d'enregistrement, transmet à la bobine de déflexion (37) la surtension (U2) dans le sens positif 20 à chaque passage brusque du signal à une valeur plus positive et la surtention (Ug) dans le sens négatif à chaque passage brusque du signal à une valeur plus négative. 2. Amplificateur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de commutation est 25 constitué avantageusement par deux transistors fonctionnant comme des commutateurs, le premier transmettant la surtension positive et le second transmettant la surtension négative à chaque fois qu'ils sont conducteurs. 3. Amplificateur suivant la revendication 2, à 30 l'entrée duquel, en raison d'une contre-réaction réalisée entre la bobine de déflexion et l'entrée par l'intermédiaire d'une résistance ohmique branchée en série avec la bobine de déflexion, apparaît une pointe de tension, dépassant sensiblement le domaine de mesure et possédant la polarité de la variation 35 brusque du signal, à chacune de ces variations, caractérisé par le fait que les pointes de tension sont transmises aux transistors (17s 18) pour les commander avec le sens correct, de sorte que pendant la durée d'une pointe de tension positive le premier transistor (17) est conducteur et pendant kO la durée d'une pointe de tension négative le second transistor BAD ORIGINAL. 71 04974 9 2080647 ( 18) est conducteur. k. Amplificateur suivant la revendication 3» caractérisé par le fait qu'il comporte un premier discrimi-nateur de seuil (2k, 25, 26) entre l'entrée de commande du premier transistor (17) et l'entrée (6j de l'amplificateur d puissance, dont le transistor (17)» se bloque pour des tensions n'atteignant pas la valeur limite positive (+U|) du domaine de mesure de l'oscilloscope et devient conducteur à chaque fois qu'apparaît une pointe de tension positive, ainsi qu'un second discriminateur de seuil '27, 28, 29), branché entre l'entrée de commande du second transistor (18) et l'entrée (6) de 1 ' amplificateur- de puissance, dont le transistor se bloque pour des tensions n'atteignant pas la valeur limite négative (-U0) du domaine de mesure et devient conducteur à chaque fois qu'apparaît une pointe de tension négative. 5. Amplificateur suivant la revendication k, caractérisé par le fait que l'amplificateur à transistors (2,3) pour l'amplification des signaux et les premier et second transistors (17,18) sont branchés en parallèle du côté de la sortie et que des moyens (19,20), par exemple des diodes semiconductrices, sont prévus à la sortie de l'amplificateur à transistors pour découpler la sortie de l'amplificateur lorsque le premier ou le second transistor est conducteur. BAD ORIGINAL