Brevet FR2102234A1 — publié le 19720407

L'invention a pour objet de déterminer la position de phase d'un signal de courant alternatif périodique par rapport à la phase d'un signal de référence périodique. Des montages qui assurent cette fonction sont déjà connus sous les noms de détecteur de phase, redresseur synchrone, démodulateur ou étage mélangeur, selon l'angle sous lequel on considère le domaine d'utilisation. Indépendamment des formes d'exécution comportant des commutateurs mécaniques, des relais ou des tubes à grilles multiples, le problème a déj-è été résolu avec des transistors (voir par exemple la publication "Electronic Engineering" 1968, page 508). On utilise volontiers comme élément central, dans de tels montages, un amplificateur opérationnel qui établit entre deux sorties la différence linéaire de deux potentiels appliqués à des bornes -d'entrée. On monte alors, à la suite de cet amplificateur opérationnel, un inverseur électronique qui, sur la base du signal de référence, inverse la polarité des tensions de sortie de l'amplificateur opérationnel par rapport aux piles de sortie de l'ensemble du montage. Malheureusement, un tel montage présente une impédance de sortie relativement élevée, car la sortie est directement connectée aux résistances de charge des transistors assurant l'inversion de polarité. En. outre, il s'avère difficile de neutraliser le signal de sortie en ce qai concerne les variations de température et en ce qui concerne les irrégularités de fabrication des transistors individuels de l'étage inverseur de polarité. Cette neutralisation ne peut etre obtenue que par un choix très rigoureux des transistors de# commutation. L'invention évite ces inconvénients. L'invention part d'un montage électrique permettant la détection de la position de phase d'un signal de courant alternatif périodique par rapport à la phase d'un signal de référence périodique dans lequel sont utilisés un amplificateur opérationnel destiné à établir la différence de deux tensions d'entrée ainsi qu'un étage de multiplication monté à la suite dudit amplificateur opérationnel pour inverser la polarité du signal-différence en fonction de la valeur du signal de référence.L'invention est caractérisée en ce que les deux boucles de contre-réaction de l'amplificateur opérationnel partent des piles de sortie de l'étage de multiplication et aboutissent à l'entrée de l'amplificateur opérationnel et ceci de telle manière que chacune desdites boucles soit connectée, par l'intermédiaire de résistances d'entrée respectives, aux deux points de sommation de l'amplificateur opérationnel. De préférence, les résistances d'entrée sont choisies telles que le gain total du dispositif, en ce qui concerne le signal de courant alternatif soit exactement égal au facteur UN. Par "amplificateur opérationnel", on entend ici un montage la plupart du temps transistorisé, constitué par un amplificateur en circuit ouvert à très haut gain et par une contre-réaction qui, si elle ramène le gain total à une valeur égale à l'unité, empêche en même temps les influences de la température ou les dissymétries dans les paires de transistors d'agir défavorablement sur la fonction de l'amplificateur. La constatation décisive faite par la demanderesse réside en ce qu'on peut utiliser ces boucles de contre-réaction, non seulement pour la stabilisation de l'amplificateur lui-même, mais encore pour la stabilisation des éléments de l'étage de multiplication monté à sa suite si l'on dispose les boucles de contre-réaction qui, dans lesztplificateurs différentiels, sont au nombre de deux, entre la sortie de l'étage de multiplication et l'entrée de l'amplificateur opérationnel en leur faisant traverser l'ensemble du montage.De cette manière, on rédUit généralement l'impédance de sortie du montage (qui ne dépend plus que des valeurs des résistances de la boucle de contre-réaction) et l'on rend considérablement moins impératives les exigences en ce qui concerne la sélection par paire et l'insensibilité à la température des transistors. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente schématiquement un schéma de principe général du montage suivant l'invention3 et - la figure 2 représente de façon détaillée une forme d'exécution pratique de ce principe. Comme on peut le voir sur la figure 1, le montage suivant l'invention comprend, comme élément principal, un amplificateur en circuit ouvert 1 à gain très élevé qui est utilisé en amplificateur différentiel. A cet effet, il comporte deux entrées 2 et 3 et deux sorties 4 et 5. Le signal de courant alternatif 6, dont on désire déterminer la position de phase, est appliqué entre deux pales d'entrée 7 et 8 reliés par des résistances d'entrée respectives 9 et 10 aux bornes d'entrée précitées 2 et 3 de l'amplificateur 1 Les bornes de sortie de l'amplificateur opérationnel sont connectées à un étage de multiplication qui, dans la représentation de principe, est symbolisé par un relais bipolaire à deux contacts mobiles. La bobine 11 de ce relais reçoit le signal de référence 12 qui apparaît ici sous la forme d'un signal rectangulaire; En fonction de ce signal, les deux contacts mobiles 13 et 14 commutent les signaux de sortie de l'amplificateur opérationnel l-avec une polarité alternée, sur des bornes de sortie 15 et 16 de l'ensemble -du montage. Généralement, on transforme un-amplificateur en circuit ouvert en amplificateur opérationnel en prévoyant une contre-réaction entre ses sorties et ses entrées. Au contraire, suivant l'invention,les deux boucles de contre-réaction traversent lrensemble du montage, -c'est-à-dire qu'elles partent des bornes de sortie 15 et 16 et aboutissent, par l'intermédiaire de résistances de contre-réaction 17, 18, 19, 20, aux entrées de l'amplificateur. Plus précisément, chaque borne de sortie est reliée, par l'intermédiaire de résistances de contre-réaction#respective#, aux deux entrées de l'amplificateur. Le cas de fonctionnement le plus simple représenté est celui dans lequel le signal de courant alternatif 6 a la même fréquence fondamentale que le signal de référence. On a supposé ici qu'il s'agit du cas le plus simple dans lequel on utilise un signal de courant alternatif sinusoidal qui, lorsqu'il est en phase avec le signal de référence, engendre aux sorties 15, 16 un signal du même type que s'il s'agissait d'un montage redresseur des deux alternances. Ce signal comporte une importante composante de courant continu. Si, par contre, on se trouve en présence d'un signal de courant alternatif 6, dont la phase est décalée par rapport à celle du-signal de référence 12, la composante de-courant continu du signal de sortie devient moins importante. Cette composante de courant continu est donc une mesure de la différence de phase entre les deux signaux d'entrée 6 et 12. On comprend immédiatement que cette même relation entre la différence de phase et la composante de courant continu subsiste également lorsque le signal de courant alternatif n'est pas sinusoidal. A titre d'exemple, on peut mentionner ici la forme rectangulaire ou la forme en dents de scie. En outre, il n'est pas indispensable qu'il se produise une inversion complète dans l'étage de multiplication ; il suffit, au contraire, d'un facteur de modulation plus faible qu'une inversion de polarité totale ; la modulation à 100% ne peut d'ailleurs pas être obtenue par des moyens électroniques. Sur la figure 2, on peut voir une forme d'exécution du montage suivant l'invention qui a fait ses preuves dans la pratique. L'amplificateur en circuit ouvert est monté entre deux barres omnibus d'application de potentiel 22 et 23 qui sont, respectivement, à +15 volts et à -15 volts Il est entièrement symétrique par rapport aux deux entrées 2 et 3 et aux deux sorties 4 et 5 et il est constitué par trois étages d'amplification transistorisés. L'étage de multiplication, qui est monté à la suite de l'amplificateur opérationnel, comprend ici quatre transistors de commutation 24, 25, 26, 27 dont les émetteurs sont connectés par paires aux deux sorties de l'amplificateur. Le signal de référence 12 est appliqué en tant que signaldifférence entre les bases des transistors de chaque paire (24, 25 et 26,27). Les collecteurs de ces transistors sont reliés par paire aux deux bornes de sortie 15 et 16 et ceci de telle manière que le collecteur de chacun des transistors d'une paire (24 ou 25) soit relié au collecteur d'un transistor de l'autre paire (26 ou 27). Ainsi, au rythme du signal de référence 12 et alternativement, la sortie 4 de l'amplificateur est connectée à la sortie 15, et sa sortie 5 à la borne de sortie 16, puis la sortie 4 est connectée à la borne 16 et la sortie 5 à la borne 15. Le signal de courant alternatif 6 est appliqué, comme on peut le voir sur la figure 1, aux bornes d'entrée 7, 8 qui sont reliées, par l'intermédiaire de résistances d'entrée 9 et 10, aux entrées 2 et 38de l'amplificateur en circuit ouvert. La contre-réaction part ici des deux bornes de sortie 15 et 16 et aboutit, par l'intermédiaire de deux résistances de contre-réaction pour chacune de ces bornes, résistances qui sont indiquées, respectivement, sur la figure 1 en 17 et 18 et en 19 et 20, aux entrées 2 et 3 de l'amplificateur opérationnel qu'on peut également dénommer "point de sommation". En analysant le montage, on remarque que, du fait que les points de sommation sont à très forte résistance, le courant qui parvient en chacun de ces points par l'intermédiaire d'une résistance d'entrée 9 ou 10 se répartit en ce point, en fonction du rapport des résistances, entre les boucles de contre-réaction. Ainsi, le signal de sortie ne dépend plus que des chutes de tension à travers les résistances des boucles de contre-réaction, que les transistors de l'étage de multiplication soient des commutateurs idéals ou non. On suppoaera, par exemple, que ces transistors ont une résistance directe de 500 ohms et une résistance inverse de 1010 ohms tandis que les résistances entrée et les résistances de contre-réaction s'élèvent à 10 kilohms.Dans cette hypothèse tres défavorable, on obtient à la sortie une tension de fuite beaucoup plus faible (de plusieurs ordres de grandeur) que lorsque la boucle de contre-réaction aboutit aux transistors de commutation. La seule condition décisive à remplir est donc que les résistances 9 et 10 ou 17. à 20 disposées à l'entrée et dans la contre-réaction soient bien adaptées entre elles par paite et présentent des comportements analogues en présence de variations de température. En pratique, on a utilisé, comme transistors de commutation de l'étage de multiplication, des transistors à effet de champ. La gamme dynamique, déterminée par le rapport entre la résistance inverse des transistors et les résistances de contre-réaction et d'entrée, est alors particulièrement favorable. Enfin, on remarquera encore que les effets de vieillissement ne jouent guère de rôle dans le choix d'un amplificateur différentiel, du fait qu'ils agissent dans la même mesure et avec la même polarité aux deux sorties. REVENDIC A T I O N S 1. Montage électrique permettant la détection de La position de phase d'un signal de courant alternatif périodique par rapport à la phase d'un signal de référence périodique, ai moyen d'un amplificateur opérationnel établissant la différence entre deux tensions d'entrée et d'un étage de multiplication monté à la suite dudit amplificateur opérationnel pour inverser la polarité du signal-différence en fonction de la valeur du signal de référence, caractérisé en ce que les deux boucles de contreréaction de l'amplificateur opérationnel partent des- piles de sortie de l'étage de multiplication et aboutissent à l'entrée de l'amplificateur opérationnel et ceci de telle manière que chacune desdites boucles soit connectée, par l'intermédiaire de résistances d'entrée respectives, aux deux points de sommation de l'amplificateur opérationnel. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résistances d'entrée sont choisies telles que le gain total du dispositif, en ce qui concerne le signal de courant alternatif, soit exactement égal au facteur UN.