Brevet FR2090246A1 — publié le 19720114

La présente invention concerne un circuit monolithique susceptible d'être réalisé sous forme de circuit intégré et destiné à la mesure de la vitesse de rotation des moteurs à explosion. La mesure de la vitesse de rotation d'un moteur à explosion peut 5 être effectuée suivant différents principes. Pour les moteurs à essence, un principe connu consiste à utiliser la tension de l'impulsion d'allumage comme quantité à mesurer; les impulsions sont mises en forme dans un circuit déclencheur de Schmitt, puis appliquées à un multivibrateur monostable dont les impulsions 10 de sortie de largeur constante sont appliquées à un appareil intégrateur à cadran. En fait, la présente invention concerne un circuit susceptible d'être réalisé sous forme de circuit intégré monolithique destiné à la mesure de la vitesse de rotation de moteurs à explo-15 sion en utilisant la tension de l'impulsion d'allumage ou une impulsion dérivée de celle-ci pour déclencher un multivibrateur monostable qui est suivi d'un appareil de mesure de courant par intégration destiné à indiquer le nombre de tours, le multivibrateur monostable comprenant f quand il est dans son état stable, 20 un transistor bloqué et m transistor passant, l'électrode de base de ce dernier étant reliée à la tension d'ali mentation par une résistance. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un circuit intégré monolithique pour mesurer la vitesse des 25 moteurs à explosion. A part le condensateur du multivibrateur, la résistance de charge et l'appareil indicateur de la mesure, tous les composants essentiels au fonctionnement sont disposés dans un circuit à l'état solide. Le circuit est, en particulier, conçu de manière à être 30 insensible aux impulsions de bruit ou d'interférence appliquées au circuit par la tension d'alimentation quand le multivibrateur monostable est dans son état stable. Les impulsions d'interférence dans les moteurs à explosion des véhicules automobiles sont souvent dues au fait que la tension d'alimentation des circuits du 35 véhicule est engendrée par la batterie quand le véhicule est à l'arrêt ou par une génératrice électrique quand il est en marche. Dans toute sa généralité, le problème de l'intégration d'un circuit destiné à la mesure de vitesse de rotation implique également que, pour des raisons économiques, le circuit de mesure 40 ne soit actionné que par la partie pointue en forme d'aiguille de 71 18417 2090246 l'impulsion d'allumage et ne fonctionne pas en réponse aux impulsions d'oscillations décroissantes qui suivent la première impulsion en aiguille. Le circuit intégré monolithique de mesure de la vitesse de 5 rotation de moteur à explosion, suivant l'invention, permet de résoudre les problèmes exposés ci-dessus en ce qu'on a affecté exclusivement au transistor bloqué un réseau comprenant des composants actifs et passifs destiné à rendre l'état stable du multivibrateur monostable insensible aux impulsions d'interférence 10 affectant la tension d'alimentation et à recharger, après la fin de l'état métastable,le condensateur pendant un temps très court par rapport à la durée de l'état métastable, en ce qu'on a affecté au transistor passant un réseau comprenant des composants actifs destiné à permettre la sélection d'une résistance de charge 15 élevée, et en ce que la durée de l'état métastable est inférieure à 70% de la constante de temps de charge du circuit RC comprenant la résistance de charge et le condensateur. De préférencejla durée de l'état métastable est égale à environ 50 à 63% de la constante de temps de charge dudit circuit RC. De plus, on obtient des 20 caractéristiques optimales en maintenant le temps de charge du condensateur aussi faible que possible par rapport à la durée de l'état métastable, par exemple plus faible dans un rapport 100. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante 25 d'exemples de réalisation de l'invention, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés, dans lesquels: la figure T représente un premier exemple de réalisation du circuit de l'invention, et la figure 2 représente un autre exemple de réalisation plus 30 complet du circuit de l'invention. Dans ces deux circuits, les parties qui sont montrées à l'intérieur du rectangle dessiné en traits tirets correspondent à celles comprises dans le circuit intégré. Dans le circuit de la Fig. 1, les deux transistors T1 et 35 T2 sont les transistors du multivibrateur, T1 étant bloqué quand le multivibrateur monostable est dans son -état stable tandis que T2 est passant. Entre le collecteur de T1 et sa résistance de collecteur R1 est connectée une première diode D1 polarisée dans le sens du courant collecteur. Au point de jonction de R1 et D1 est 40 reliée la base du transistor de découplage T3 qui a son collecteur 3 71 18 k17 9 n g o 24 6 relié à la tension d'alimentation par une résistance limiteuse de courant R3. A l'émetteur de T3 sont reliés trois composants, à savoir une borne du condensateur C, la résistance R4 et la seconde diode D2. L'autre électrode de la diode D2 est reliée 5 au collecteur du transistor bloqué T1, dans le même sens que la diode D1. L'autre borne de la résistance R4 est reliée à la masse. L'autre borne du condensateur C est reliée à la tension d'alimentation par l'ensemble de résistances R qui sert de résistance de charge variable au condensateur C. Le point commun de R et 10 de C est relié à la base du transistor passant T2. Au collecteur de T2 sont reliées la base du transistor Tif à montage suiveur d'émetteur et la résistance de collecteur R2 qui, par son autre borne, est connectée à la tension d'alimentation IL,. D L'émetteur de T4 est reliée à la base de T1 par la résis-15 tance R5. L'émetteur de T2 est relié à la masse par le circuit base-émetteur d'un transistor T5 fonctionnant en amplificateur Darlington. L'appareil de mesure A de type courant à intégration, destiné à indiquer le nombre de tours du moteur à explosion,est 20 relié à l'émetteur du transistor T4 à montage suiveur d'émetteur, si nécessaire par une résistance. Le circuit émetteur-base du transistor bloqué T1 est monté en parallèle avec le circuit collecteur-émetteur du transistor d'amortissement T6 dont la base comme celle de T5 est reliée 25 à 1'émetteur du transistor passant T2. Etant donné que le condensateur C n'est pas relié directement au collecteur du transistor bloqué T1 et que les composants D1, D2, T3, R3 et R/f sont montés à cette borne de C, la charge rapide suivant l'invention du condensateur peut être effectuée 30 après le passage de l'état métastable à l'état stable. Les deux diodes D1 et D2 ainsi que le transistor T6 rendent le circuit insensible aux impulsions d'interférence apportées par la tension d'alimentation. Pendant la durée de l'état stable, le circuit base-émetteur 35 de T1 est court-circuité à basse résistance par le circuit collec-teur-émetteur de T6 qui pratiquement sert à l'insensibilité aux impulsions d'interférence ou parasites. De plus, le circuit est aussi protégé contre les impulsions d'interférence par la diode D1, car cette diode empêche la décharge de la charge emmagasinée 40 par le condensateur C, par le diode D2, le circuit base-collecteur 4 71 18417 2090246 de T3 et la résistance R3, dans le cas où le circuit base-collecteur de ce transistor fonctionnerait en inverse. Afin d'éviter que le condensateur soit déchargé pendant un évanouissement profond et rapide de la tension d'alimentation Ug, le courant de précon-5 duction passant par la résistance R4 ou le transistor T10 et la résistance R4 doit être petit par rapport au courant passant par la résistance de charge R (voir dans la Fig. 2, T10 et Rlf). Le transistor à montage Darlington T5 permet de faire fonctionner le transistor passant T2 avec un courant de base 10 faible si bien que la résistance de charge R peut être prévue avec une résistance élevée, car le courant de base nécessaire pour faire complètement fonctionner les transistors T5 et Té à l'état de saturation, également avec distribution de courant inégale entraînée par la variation fl.es valeurs d'échantillons, passe 15 par la résistance R2 et le circuit collecteur du transistor passant T2. Le déclenchement par la tension de l'impulsion d'allumage est appliqué à la borne d'entrée E, qui affecte le transistor bloqué T1 en mettant le circuit collecteur-émetteun de T1 en parai-20 lèle avec le circuit collecteur-émetteur du transistor d'entrée T7. Entre la borne d'entrée E et la base de T7 est montée une diode Zener D5. De plus, il est prévu entre la base de T7 et la masse, la diode D6 avec en parallèle la résistance R6. A ce propos, la diode D6 rend les composantes négatives de la tension 25 de l'impulsion d'allumage inefficace en ce qui concerne le déclenchement, alors que la diode Zener D5 permet d'avoir un niveau de sensibilité d'entrée élevé. La Fig. 2 montre un autre exemple de réalisation. Le circuit a des parties communes avec celui qui a été décrit en 30 relation avec la Fig. 1 et comporte des composants supplémentaires pour améliorer et optimiser le fonctionnement du circuit par rapport à celui du circuit de la Fig. 1. On a trouvé qu'en ce qui concerne l'application universelle et la compatibilité avec divers appareils de mesure de courant, il y avait avantage de 35 monter à la sortie du circuit intégré un autre étage d'amplificateur Darlington. A cet effet, on a prévu le transistor T8 à montage Darlington dont la base est reliée à l'émetteur du transistor T4.à circuit suiveur d'émetteur, et dont l'émetteur est relié à l'appareil de mesure de courant. 40 De plus, on a avantage à avoir le courant passant par 71 18417 2090246 l'enroulement de l'instrument de mesure de courant après le pas- §our ^eViter, à cause du retard inductif, de passer par la résistance R2 et les circuits base-émetteur des transistors T4 et T8. En conséquence, on a 5 prévu un autre transistor T9. Ce transistor T9 est couplé par son collecteur à l'émetteur de T8 et par son émetteur à la masse, tandis que sa base est reliée à l'émetteur du transistor passant T2. Alors que le courant passe encore dans l'inductance de l'appareil de mesure après un passage de l'état métastable à l'état 10 stable, le transistor T9 fonctionne en inverse avec le courant passant par la résistance R2, le circuit collecteur-base de T2 et le circuit base-collecteur de T9. Afin de rendre l'indication de l'appareil de mesure aussi indépendante que possible de la tension d'alimentation, on a 15 avantage à stabiliser la tension de sortie avec une diode Zener. Dans le cas présent, cela est réalisé en reliant le collecteur de T2 à la masse par la diode Zener D4. Finalement , pour fixer d'une manière précise la durée de l'état métastable, la résistance d'émetteur Rif du transistor 20 T3 à montage suiveur d'émetteur est remplacée par un autre transistor T10 associé à la résistance d'émetteur R4,reliée comme une source de courant constant. L'émetteur de T10 est relié à la borne de R4 qui n'est pas connectée à la masse. Le collecteur de T10 est relié à l'émetteur du transistor de découplage T3 et à la borne de 25 la diode D2 couplée à cet émetteur, si bien que le collecteur de T10 est aussi relié à une borne du condensateur C. La base de TIO est directement reliée à la base du transistor T2, à l'autre borne du condensateur C et à une borne de la résistance de charge R. 30 La diode D3 sert à la stabilité en température du circuit entier. Elle est reliée par une de ges bornes à la tension d'alimentation ïïg et elle est polarisée dans le sens du courant collecteur de T1; elle est montée en série avec la résistance de collecteur R1 et la diode D1. 35 Le mode de fonctionnement du circuit de l'invention va maintenant être décrit en détail en se référant à l'exemple de la Fig. 2, qui comprend une explication du mode de fonctionnement de celui de la Fig. 1 une fois les composants supplémentaires enlevés. ifO On va considérer d'abord l'état stable. Dans ce cas, la x 6 71 18417 2050246 capacité C est chargée, et comme le transistor Tî est bloqué, l'armature du condensateur reliée à l'émetteur du transistor T3 est plus positive que l'armature du condensateur reliée à la base du transistor passant T2. Cela est indiqué par la flèche 5 ïïc. En plus de T1, le transistor de sortie T8 et le transistor d'entrée T7 ainsi que les diodes D1 et D2 ne conduisent pas. Tous les autres transistors du circuit sont conducteurs à l'état stable. Ainsi, par la diode D3» la résistance de collecteur R1, le circuit 10 base-émetteur du transistor T3 et le circuit collecteur-émetteur du transistor à courant constant T10, il passe un courant préconducteur qui fixe exactement le niveau de charge défini du condensateur C. De plus, le transistor T4 à montage suiveur d'émetteur est 15 légèrement conducteur, son courant d'émetteur passant par la résistance R5 et le circuit collecteur-émetteur du transistor amortisseur T6 vers la masse. Comme T2 est passant, les transistors T5 et T9 sont débloqués. Si, maintenant, le transistor T7 est rendu conducteur par 20 une impulsion d'allumage abrupte, l'état métastable démarre. Il enjrésulte que les diodes D1 et D2 sont rendues conductrices et le transistor de découplage T3 est immédiatement bloqué. La base de ce transistor, comme la diode D1 fonctionne dans le sens direct^ elle est rendue par la tension de seuil directe plus positive que le 25 collecteur du transistor T1, tandis que l'émetteur du transistor T3 est de même plus positive de la même tension de seuil que le collecteur de T1, si bien que la tension base-émetteur qui est primordiale pour amener le transistor T3 à saturation est pratiquement nulle. En conséquence, la tension d'émetteur de T3 tombe à 30 une valeur qui est pratiquement égale à la somme de la tension de saturation collecteur-émetteur de T7 et de la tension de seuil directe de la diode D2. Comme, étant donné la durée brève de la commutation, la charge emmagasinée ds.ns C n'a aucune possibilité de s'écouler, 35 l'impulsion négative résultant de la chute de la tension d'émetteur de T3 d'un c"t>té de C est transférée entièrement de 1'a.utre côté de C, c.a.d. la tension de base de T2 par rappor t a la masse devient soudainement négative ce qui rend le transistor non conducteur. Il en résulte que les transistors T5, T6, ?9 et T10 40 sont bloqués. La tension collecteur de T2 augmente et place la copy 71 18417 2090246 diode Zener D4 dans sa plage active de manière que la tension de la base de T4 soit, comme on l'a déjà dit, stabilisée. Le saut de tension positif du collecteur de T2 est transféré par les transistors Tif et T8 à l'appareil de mesure de courant. 5 Donc, sur l'émetteur de T8 apparaît une tension de sortie qui, par rapport à la masse, est égale à la tension de claquage de la diode Zener D4 moins les tensions de seuil émetteur-base des transistors T/f et T8. Par la résistance R5, cette impulsion de tension de sortie rend T1 conducteur de manière que les autres 10 impulsions d'entrée deviennent inefficaces. A travers la résistance de charge E, le condensateur C est maintenant chargé suivant la constante de temps du réseau RC de manière que la tension de la base de T2 augmente lentement. Dès que cette tension atteint la valeur des deux tensions de 15 seuil base-émetteur des transistors T2 et T5, on a atteint la fin de l'état métastable et le transistor est d'abord rendu faiblement conducteur. De ce fait, de moins en moins de courant passera dans le transistor T1 de manière que la tension de collecteur de T1 augmente. Cette augmentation est transférée par T3 et C à la base 20 de T2 pour rendre ce dernier complètement conducteur et sert à rendre subitement le circuit à son état stable. Finalement, le condensateur C se recharge très rapidement par le transistor .de découplage T3, comme on l'a déjà dit, le courant de charge étant limité par la résistance R3. 25 Le transistor à courant constant T10 fournit, à l'état stable, un courant de préconduction constant qui passe par la diode D3, la résistance R1 et le transistor de découplage T3, pour recharger l5__c£>ndenss-teur C à un potentiel fixe le plus rapidement pos'sible. — 30 Sous sa forme intégrée, le circuit de l'invention a prouvé qu'il convenait à une utilisation réelle telle que l'on en rencontre dans les véhicules automobiles. Il est bien entendu que la description précédente d'exemples de réalisation de l'invention a été faite uniquement à titre 35 d'exemple et qu'elle ne limite pas la portée de l'invention. COPy 8 2090246 REVENDICATIONS 1°) Circuit intégré monolithique destiné à la mesure de la vitesse de rotation des moteurs à combustion interne, ledit circuit comprenant une tension d'alimentation, un multivibrateur qui est déclenché par une tension d'impulsion d'allumage ou une tension d'impulsion dérivée de celle-ci, et un appareil de 5 mesure de courant par intégration relié à la sortie dudit multivibrateur pour indiquer le nombre de tours, ledit multivibrateur comprenant un premier transistor non conducteur pendant l'état stable dudit multivibrateur, un second transistor conducteur pendant l'état stable dudit multivibrateur, une résistance de charge couplant la base dudit second transistor à ladite tension d'alimentation, 10 un condensateur couplant le collecteur dudit premier transistor à la base dudit second transistor, le collecteur dudit second transistor étant connecté directement à la base, dudit premier transistor, ledit circuit étant caractérisé en ce qu'il est prévu s - des moyens couplés audit premier transistor pour rendre l'état stable dudit 15 multivibrateur insensible aux impulsions parasites provenant de ladite tension d'alimentation et pour recharger rapidement ledit condensateur après la fin de l'état métastable ; - et des moyens couplés audit second transistor pour permettre d'avoir une résistance de valeur élevée et pour faire que la durée de l'état métastable soit 20 plus court que la constante de temps du réseau formé par ladite résistance et ledit condensateur. 2°) Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens couplés audit premier transistor comprennent : - une première résistance de collecteur ; 25 - \one première diode couplant la première résistance de collecteur au collecteur dudit premier transistor, la polarité de ladite première diode étant dans la direction du courant du collecteur dudit premier transistor ; - Tin transistor de découplage, la base dudit transistor de découplage étant reliée au point commun de ladite première diode et de ladite première résistance de 30 collecteur, l'émetteur dudit transistor de découplage étant relié à une des bornes du condensateur ; - une résistance limiteuse de courant couplant le collecteur dudit transistor de découplage à la tension d'alimentation ; - une seconde diode couplant l'émetteur dudit transistor au collecteur dudit pre-55 mier transistor, la polarité de ladite seconde diode étant dans la direction du courant dans le collecteur dudit premier transistor ; - et des moyens pour coupler l'émetteur dudit transistor de découplage à la masse. 3°) Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens du transistor de découplage comprennent une résistance de couplage. 40 4°) Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens 71 1841 71 18417 9 2090246 du transistor de découplage comprennent un troisième transistor, le collecteur dudit troisième transistor étant relié à l'émetteur dudit transistor de découplage, sa base étant reliée à la base dudit second transistor et à l'autre borne dudit condensateur, et une première résistance d'émetteur couplant l'émetteur 5 dudit troisième transistor à la masse. 5°) Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un quatrième transistor, le collecteur dudit quatrième transistor étant relié au collecteur dudit premier transistor, son émetteur étant relié à celui dudit premier transistor et à la masse, une résistance de base couplant la base dudit 10 quatrième transistor à la masse, une troisième diode couplant la base dudit quatrième transistor à la masse, la polarité de ladite troisième diode étant dans le sens du courant à travers la base dudit quatrième transistor, et une première diode Zener couplant la tension d'impulsion d'allumage à la base dudit quatrième transistor, la polarité de ladite première diode Zener étant dans le sens con-15 traire à celui du courant à travers la base dudit quatrième transistor. 6°) Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une quatrième diode couplant la tension d'alimentation à ladite première résistance de collecteur, la polarité de ladite quatrième diode étant dans le sens du coursait dans le collecteur dudit premier transistor. 20 7°) Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens dudit second transistor comprennent : - une seconde résistance de collecteur couplant le collecteur dudit second transistor à la tension d'alimentation ; - un transistor à montage suiveur d'émetteur, la base dudit transistor suiveur 25 d'émetteur étant reliée au collecteur dudit second transistor, son collecteur étant relié à la tension d'alimentation ; - des moyens pour coupler son émetteur à l'appareil de mesure de courant par intégration ; - un transistor amortisseur ayant un émetteur, une base et un collecteur, l'émet-30 teur dudit transistor amortisseur étant relié à la masse, sa base étant reliée à l'émetteur dudit second transistor ; - une résistance suiveuse d'émetteur couplant l'émetteur dudit transistor suiveur d'émetteur au collecteur dudit transistor amortisseur et à la base dudit premier transistor ; 35 - et vin cinquième transistor, l'émetteur dudit cinquième transistor étant relié à la masse, sa base étant reliée à l'émetteur dudit second transistor et son collecteur au collecteur dudit second transistor. 8°) Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens dudit transistor suiveur d'émetteur comprennent de plus tin second transistor sui-40 veur d'émetteur, le collecteur dudit second transistor suiveur d'émetteur étant relié à la tension d'alimentation, sa base étant reliée 71 18417 io 2 C 9 0 2 6 à l'émetteur du premier transistor suiveur d'émetteur et son émetteur à l'appareil de mesure de courant par intégration. 9°) Circuit suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un sixième transistor, le collecteur dudit sixième transistor étant 5 relié à l'émetteur dudit second transistor suiveur d'émetteur, son émetteur étant relié à la masse et sa base à celle dudit cinquième transistor^elle-même reliée à l'émetteur de T2. 10°) Circuit suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une seconde diode Zener couplant le collecteur dudit second transistor 10 à la masse, la polarité de ladite seconde diode Zener étant dans la direction du courant dans le collecteur dudit second transistor.