Brevet FR2092839A1 — publié le 19720128

L'invention concerne un multiplicateur ce fréquence et, plus particulièrement, un circuit doubleur de fréquence utilisable aux fréquences basses et n'employant pas de filtres. Il est courant, en effet, d'effect-ier la multiplication de la fréquence d'un signal par génération d'harnoniques sélectionnées au moyen de filtres. Cependant, plus la fréquence est basse, plus les filtres sont coûteux. L'invention concerne donc un multiplicateur de fréquence prévu pour un fonctionnement aux fréquences basses et qui présente les avantages d'être simple et peu encombrant, peu coûteux et de fournir un signal de sortie dont le rapport des durées des alternances positives et négatives est constant pour des variations tris larges de la fréquence d'entrée. Le multiplicateur de fréquence de l'invention comprend ; un circuit d'entrée transformant un signal périodique d'entrée en un signal en dents de scie ; un circuit séparateur centrant le signal en dents de scie par rapport à un potentiel de référence (terre par exemple) ; un circuit redresseur redressant le signal fourni par le circuit séparateur et fournissant ainsi un signal redressé dont la fréquence est double de celle du signal d'entrée. Il suffit ensuite d'amplifier et d'écrêter le signal redressé pour obtenir un signal de sortie rectangulaire pouvant faire 1 'objet d'un nouveau doublement de fréquence. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront détaillés dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, le diagramme général d'un exemple de réalisation du multiplicateur de fréquence de l'invention - la figure 2, le diagramme général d'une variante du multiplicateur de fréquence de la figure - la figure 3, un exemple de réalisation détaillée du multiplicateur de fréquence de la figure 1 ~I - la figure 4, des courbes illustrant des signaux observés en différents points des circuits de la figure 3. En se reportant à la figure 1, on va tout d'abord décrire le diagramme d'un exemple du multiplicateur de fréquence de l'invertionO Ce circuit comprend - un conducteur d'entrée A recevant un signal périodique d'entrée A (rectangulaire par exemple), de fréquence tj dont on doit multiplier la fréquence - un circuit intégrateur IT intégrant le signal d'entrée et fournissant un signal en dents de scie de même fréquence ; - un circuit amplificateur à sorties symétriques SE, amplifiant le signal en dents de scie et le centrant par rapport à un niveau de référence, la terre par exemple ;; - un circuit redresseur RE opérant un redressement double alternance du signal fourni par le circuit SE, par rapport audit niveau de référence, ce qui produit un signal redressé, en dents de scie, dont la fréquence est double de celle du signal dtentrée, soit 2f - un convertisseur fréquence-tension CF recevant le signal d'entrée et fournissant un signal continu dont la tension est fonction de la fréquence du signal d'entrée ; - un circuit de mise en forme FO ayant deux entrées El et E2, recevant, sur l'entrée El, le signal redressé fourni par le circuit RE et, sur l'entrée E2, le signal continu du convertisseur CF, amplifiant puis écrêtant la différence des signàux appliqués à ses entrées pour fournir, sur la sortie F, un signal périodique rectangulaire de fréquence 2f. Le signal d'entrée est appliqué au circuit intégrateur IT qui fournit un signal en dents de scie de même fréquence f que le signal d'entrée A et dont l'amplitude dépend de la fréquence du signal A. Ce signal en dents de scie est appliqué au circuit séparateur SE qui l'amplifie et le centre par rapport à un potentiel nul. La fréquence du signal obtenu est égale à celle du signal d'entrée A et son amplitude est fonction de la fréquence. Ce signal, redressé par RE, fournit un signal en dents de scie d'une fréquence double 2f de celle du signal d'entrée A, entièrement positif et dont l'amplitude est aussi fonction de la fréquence du signal d'entrée A. Par ailleurs, le convertisseur fréquence-tension CF est prévu pour fournir un potentiel de référence continu, d'un niveau variable en fonction de la fréquence du signal d'entrée A. La valeur de ce potentiel de référence est la moitié de l'amplitude crête du signal redressé fourni par RE. Ce potentiel est appliqué à l'entrée E2 du circuit de mise en forme F0. Le circuit de mise en forme FO amplifie, puis crête la différence des signaux appliqués à ses deux entrées, ce qui permet d'obtenir, sur la sortie Ft un signal de sortie rectangulaire de fréquence 2f dont les alternances successives sont de durées égales. En se reportant à la figure 2, on va maintenant décrire une variante du multiplicateur de fréquence de la figure 10 On retrouve sur cette figure, les conducteurs d'entrée A et de sortie F et les circuits IT, SE, RE et F0. Un circuit séparateur CE est intercalé entre le circuit RE et le circuit FO. Ce circuit a pour rôle de centrer le signal redressé fourni par le circuit RE, par rapport à un potentiel de référence u, et de fournir le signal résultant à l'entrée El du circuit FO. Pour obtenir, sur la sortie F, un signal rectangulaire de sortie dont les durées des alternances positives et négatives sont égales, il suffit d'appliquer à l'entrée E2 du circuit F0 un signal continu dont le niveau est égal au potentiel de référence u. Le fonctionnement du multiplicateur de fréquence de la figure 2 est par ailleurs identique à celui du circuit multiplicateur de la figure 1. En se reportant aux figures 3 et 4, on va maintenant décrire un exemple de réalisation détaillé du multiplicateur de fréquence de la figure 1. La figure 3 fournit le schéma détaillé des circuits IT, SE, RE et FO, La figure 4 représente des courbes illustrant des signaux obtenus en différents points des circuits de la figure 3. Le circuit intégrateur IT est constitué essentiellement d'un transistor TI fonctionnant en régime de commutation, d'un diviseur de tension (R3, R4) et d'un circuit intégrateur (R5, C1). Le circuit d'anplification SE comporte essentiellement : un condensateur de liaison C2 ; un transistor T2 et ses circuits de polarisation (résistances R6, R7, R8 et R9) constituant un amplificateur fonctionnant en classe A ; un transistor T3 monté de façon symétrique entre la source de tension + VG et la terre par deux résistances égales R10 et RI # et commandant deux sorties symétriques D'1 et D'2 par des condensateurs de liaison identiques C3 et C4 avant pour rôle de centrer les signaux de sortie par rapport à un potentiel de référence, la terre par exemple. Le circuit redresseur RE est constitué d'un pont de diodes Di et de deux résistances R12 et R14 de valeurs égales connectant deux sorties du pont de diodes Di à la terre. Le circuit de mise en forme FO comprend essentiellement une résistance d'entrée RI 3, un amplificateur différentiel AN amplifiant la différence des signaux appliqués à ses deux entrées El et E2 et un transistor de commande de sortie T4, avec sa résistance de collecteur RIS. Le signal d'entrée A, tel que celui de la ligne A de la figure 4, par exemple, est appliqué à la base du transistor T1 par la résistance R1. Le transistor T1 est saturé pendant les alternances positives du signal d'entrée A et est bloqué pendant les alternances de niveau nul (ou négatif), ce qui lui permettrait éventuellement de rendre rectangulaire un signal périodique d'entrée de forme quelconque. Le signal obtenu est transmis au circuit intégrateur R5-C1. Durant une alternance nulle (ou négative) du signal A (voir figure 4), le condensateur Cl se charge. Les valeurs des résistances R4 et R5 ont été choisies de façon à obtenir une charge sensiblement linéaire du condensatear Cl. De même, durant une alternance positive du signal A, le condensateur se d#'charge ; les résistances R5 et R3 sont choisies de manière que la décharge du condensateur C2 soit linéaire et ait la même pente que celle de la charge. Le signal Bobtenu au point B est ainsi un signal en dents de scie tel que représenté sur la ligne B de la figure 4. Ce signal a une amplitude variable en fonction de la fréquence f du signal d'entrée A et sa fréquence est f. il est transmis par le condensateur de liaison C2 à la base du transistor T2. Le transistor T2, fonctionnant en classe A, amplifie le signal B et le transmet au transistor T3. Le transistor T3 fonctionne en classe A ; il fournit sur son émetteur et sur son collecteur des signaux en opposition de phase et d'amplitudes égales. Le signal D1 au point D1 (voir ligne D1, figure 4) est un signal en dents de scie, d'amplitude V, dont le potentiel varie entre des potentiels +V1 et +V2 et le signal D2 au point D2 (voir ligne D2, figure 4) est un signal semblable, d'amplitude V, en opposition de phase avec D1, dont le potentiel varie entre +V3 et +V4. Les signaux Dl et D2 transmis respectivement par les condensateurs C3 et C4 au pont de diodes Di, sont centrés par rapport à un potentiel de référence (te 4 Les signaux D'1 et D'2 fournis au pont de diodes Di sont illustrés par les courbes D'1 et D'2 de la figure 4 et leur amplitude par rapport à la terre est sensiblement + V/2. Ces signaux sont redressés par le pont de diodes Di et sont transmis vers la terre par R12 et R14, de façon à fournir au point El un signal El redressé, en dents de scie, d'amplitude sensiblement moitié de celle des signaux D'1 et D'2 (V/2) et d'une fréquence double de celle du signal d'entrée A. Le signal El est transmis par l'intermédiaire de la résistance Rl3, à l'entre supérieure de l'amplificateur différentiel AN. L'amplitude V/2 de ce signal, comme celle du signal B, dépend de la fréquence. Par ailleurs, le convertisseur fréquence-tension CF, qui peut être réalisé de manière connue, fournit un signal positif continu E2 dont l'amplitude, variable en fonction de la fréquence, est sensiblement égale à la moitié de celle du signal El, dans toute la gamme des fréquences admises. Dans ces conditions, durant les alternances du signal El positives par rapport au niveau du signal E2, l'amplificateur différentiel AN fournit un signal positif d'amplitude constante, tandis que durant les alternances négatives du signal El par rapport au niveau du signal E2, il fournit un signal négatif. Le transistor T4 fonctionnant en régime de commutation permet d'amplifier la puissance du signal de sortie de l'amplificateur différentiel AN et le rend asymétrique. Le signal F, sur le fil F, est ainsi un signal rectangulaire de fréquence double de celle du signal d'entrée A et dont les alternances successives de niveaux positif ou sensiblement nul sont de durées égales. il est similaire au signal A et pourrait faire l'objet d'un même doublement de fréquence. Le rapport des durées des alternances d'une période du signal F pourrait entre modifié en réglant le circuit CF de façon qu'il fournisse une tension appropriée par rapport à l'amplitude crête du signal El. On voit donc que les circuits décrits permettent de doubler la fréquence d'un signal, sans employer de filtre, c'est-à-dire d'une façon économique même aux fréquences basses. De plus, la fréquence peut varier, le signal obtenu conserve néanmoins un rapport constant entre les durées des alternances positives et négatives. Il convient d'ajouter quten montant en serine plusieurs multiplicateurs du type décrit, n par exemple, il est aisé d'obtenir une multiplication de fréq enee dans un rapport 2n. En combinant les sorties de plusieurs étages multiplicateurs, il est possible d'obtenir des facteurs de multiplication quelconques Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes sont susceptibles entre envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. RI#VENDICBTIONS 1. Multiplicateur de fréquence caractérisé par le fait qu'il comprend notamment, en série : un circuit d'entrée transformant un signal périodique d'entrée en un signal en dents de scie ; un étage séparateur à sorties symétriques fournissant deux signaux en dents de scie, en opposition de phase, d'amplitudes égales et centrés par rapport à un potentiel de référence (la terre par exemple) ; un circuit redresseur double alternance redressant les signaux fournis par l'étage séparateur par rapport audit potentiel de référence et fournissant ainsi un signal en dents de scie de sortie dont la fréquence est double de celle du signal périodique d'entrée. 2. Multiplicateur de fréquence tel que défini en 1, caractérisé par le fait qu'il comprend également un circuit de mise en forme constitué notamment par un amplificateur différentiel à deux entrées recevant, d'une part, ledit signal en dents de scie de sortie et, d'autre part, un deuxième signal de référence d'amplitude réglable et fournissant sur sa sortie un signal ayant par conséquent la fréquence du signal en dents de scie, mais avec des alternances dont le rapport des durées dépend du niveau dudit deuxième signal de référence. 3. Multiplicateur de fréquence tel que défini en 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens pour convertir la fréquence du signal périodique d'entrée en un signal continu utilisé comme deuxième signal de référence de façon à obtenir un rapport constant des durées des alternances du signal de sortie, quelle que soit la fréquence du signal périodique d'entrée du multiplicateur de fréquence, dans des limites d'emploi relativement larges. 4. Multiplicateur, de fréquence tel que défini en 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, entre le circuit redresseur et le circuit de mise en forme, un circuit séparateur permettant de centrer ledit signal en dents de scie de sortie, par rapport à un potentiel continu déterminé (terre par exemple) et fournissant le signal obtenu à la première entrée de l'amplificateur différentiel du circuit de mise en forme, un signal de potentiel continu constant étant, par ailleurs, appliqué à la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel, ce qui permet d'obtenir également un signal de sortie dont le rapport des durées des alternances est constant quelle que soit la fréquence du signal périodique d'entrée du multiplicateur de fréquence, dans des limites d'emploi relativement larges. 5. Multiplicateur de fréquence tel que défini en 1, caractérisé par le fait que n systèmes multiplicateurs de fréquence sont montés en série de façon à multiplier la fréquence d'un signal par 2n.