Brevet FR2055734A1 — publié le 19710430

La présente invention concerne un dispositif électronique perfectionné de réalisation du quotient de deux tensions électriques, applicable également à la réalisation d'autres opérations telles que par exemple la multiplication, la "règle de trois", 5 l'extraction de racines carrées, la fonction polynôme ou la division de polynômes. Avec les dispositifs actuellement connus, la division analogique est obtenue, généralement, de manière indirecte, au moyen d'un amplificateur de gain, à gain élevé, et à contre-réaction, com-10 portant un multiplieur analogique, ou d'un générateur extérieur de signaux* Lorsqu'on effectue au moyen de tels dispositifs le quotient d'un nombre x, représenté par la valeur d'une tension, électrique, par un nombre représenté lui aussi par une tension électrique, si _s désigne l^raleur du signal de sortie fourni par 1' amplificateur 15 de gain/gain élevé,la valeur de la tension de contre-réaction dudit organe est égale à k.s..^ où. k désigne une constante caractéristique de ce dernier, la valeur du signal à l'entrée de l'amplificateur de gain à grand gain étant constituée par celle de l'écart : x- k.£3.;£. Mais l'expérience montre que pour les faibles valeurs de 20 s, le circuit de tels dispositifs manque de stabilité ce qui implique l'introduction d'un multiplieur rapide, c'est-à-dire en fait un multiplieur électronique. ErySutre, ce circuit nécessite d'être minutieusement réglé, ce qui amène à mettre en oeuvre des dispositifs électroniques, que leur complexité rend sensibles aux effets de 25 la température et du vieillissement, effets dont se ressentent les résultats fournis. La présente invention obvie à ces inconvénients en fournissant un dispositif de réalisation directe de l'opération division n'exigeant pas de réglage long et délicat, dont le fonctionnement 30 est insensible aux effets de la température ambiante et du vieillissement, ne comportant pas de réseau de compensation auxiliaire et dont le circuit a un fonctionnement entièrement autonome ne nécessitant l'emploi d'aucun générateur de signaux. Le dispositif de réalisation électronique de la fonction 35 division de la valeur d'une tension électrique x par la valeur d'une-tension électrique selon l'invention, est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison : 69 26883 2 2055734 - un premier organe d'obtention de gain, à l'entrée duquel la valeur du signal introduit est x et à la sortie duquel la valeur du signal produit est K^x, étant une constante, la sortie dudit organe étant reliée à la première entrée d'un sommateur avec lequel 5 iléoopère, la valeur du signal .^L'entrée dudit sommateur étant égale à E^x. - un deuxième/>rgane d'obtention de gain à l'entrée duquel la valeur du signal introduit est j et à la sortie duquel la valeur 10 du signal produit est ]L,y, étant une constantgénéralement différente de K.| , la sortie dudit organe étant reliée à la deuxième entrée dudit sommateur ci-dessus, avec lequel il coopère. - un interrupteur monté en série sur la partie de circuit 15 disposée entre le deuxième organe d'obtention de gain et le sommateur. - un organe de prélèvement du signal résultant fourni par le dispositif et de mesure de la valeur dudit signal disposé entre l'interrupteur ci-dessus et la deuxième entrée du sommateur, 20 - un réseau linéaire de fonction de transfert équivalente à aux fréquences élevées, £ étant la variable de Laplace, ledit P réseau linéaire coopérant avec le sommateur ci-dessus, son entrée étant reliée à la sortie dudit sommateur, la valeur du signal d'en-25 trée du réseau linéaire étant égale à la valeur du signal de sortie du sommateur. - un organe de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur ci-dessus, coopérant avec le réseau linéaire ci-dessus, l'entrée dudit organe de commande.étant reliée à la sortie 30 du réseau linéaire,la valeur du signal.d'entrée de l'organe de commande étant égale à la valeur du signal de sortie du réseau linéaire et ledit organe de commande présentant un seuil de valeur S.j pour la commande de.fermeture de l'interrupteur et un seuil de valeur Sg inférieure à pour la commande de l'ouverture de ce 35 même interrupteur» Selon des caractéristiques avaritageusés : - le réseau linéaire de fonction de transfert est constitué ^ 69026883 3 2Q 5573 4 par un intégrateur pur de fonction de transfert 1. : ^ - l'organe de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur est un comparateur à seuils et hystérésis. - l'interrupteur est constitué par un transistor monté avec 5 collecteur relié à la masse, et dont l'émetteur est relié à la sortie du deuxième, organe d'obtention de. gain, par l'intermédiaire d'une résis-• tance appropriée. • Selon des modes de réalisation avantageux : - le réseau linéaire de fonction de transfert est un réseau de - 10 fonction de transfert 1 T étant une constante et p la variable de TTTTp , , Laplace, ladite fonction étant équivalente à 1 aux fréqences élevées T7p --- 7 - l'organe de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur est un amplificateur à entrée différentielle à réaction .positive 15 - l'un et / ou l'autre des deux organes d'obtention de gain est constitué par, au moins une résistance, et un condensateur disposés en série, le dit condensateur constituant l'organe de sommation, l'impédance formée par les résistances et le condensateur constituant le réseau linéaire 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront'mieux de la. description ci-après faite en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente un schéma du dispositif selon l'invention, . - 2^ la figure 2 représente un schéma d'un mode de réalisation pos- sibie .de l'organe de commande de l'interrupteur, la figure 3 représente un diagramme de fonctionnement du dispositif selon l'invention, la figure 4 représente le sch^r.s d'un mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention. En se référant à la figure 1 : le dispositif selon l'invention comporte un "premier organe d'obtention de gain 1, à l'entrée 1' duquel "est produit un signal représenté par une tension électrique de valeur et à la sortie 1" duquel le signal recueilli est représenté par une :- tension..de 'valeur E^x, E1 étant le gain fixe dudit organe; la sortie î""''^e ~1?'organe 1 est reliée à la première entrée 2' d'un sommateur 2 30 35 auquel"il transmet le signal la valeur E^x. Le dispositif comporte également un deuxième organe d'obtention de gain 3 du même .-type que 40 le précédent, à l'entrée 3t duquel est produit un signal de même nature i .rsnq^e/le. précèdent de valeur £ et à la sortie 3" duquel le signal recueilli est représenté par une tension de valeur E£y, E2 étant le gain fixe BAD ORIGINAL 69 26883 4 .2055734 dudit organe, la sortie 3" de l'organe 3 est reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur 4 à la deuxième entrée 2" du sommateur 2 auquel il transmet le signal de valeur K^y si ledit interrupteur 4 est fermé, et le signal de valeur zéro, si le dit interrupteur est ouvert„ Entre l'interrupteur 4 et le sommateur est disposé un organe 5 de prélèvement et de mesure de la valeur des signaux de sortie du dispositif. La sortie du sommateur 2 est reliée à l'entrée 6' d'un réseau linéaire 6 de fonction de transfert équivalente à 1 aux fréquences élevées, £ étant la variable de Laplace, le signa? à l'entrée dudit réseau linéaire ayant la même valeur que celle du signal de sortie du sommateur 2. Le réseau linéaire 6 est lui-même relié à un organe de commande 7 de la fermeture et de l'ouverture de l'interrupteur 4, le signal 3 l'entrée 7' dudit organe ayant la même valeur que celle du signal à la sortie 6" du réseau linéaire, tandis que le signal à la sortie 7" dudit organe ne peut .prendre que deux valeurs, l'une supérieure S ' ^ l'autre inférieure Stelles que lorsque la ■ valeur du signal qu'il fournit est l'une de ces valeurs, il commande la fermeture de l'interrupteur 4 et que lorsque la valeur du signal qu'il fournit est-l'autre de ces valeurs, il commande l'ouverture dudit interrupteur. Les différents organes entrant en combinaison dans-le dispositif ci-dessus décrits peuvent être tous organes appropriés de types connus de l'homme de l'art. Toutefois, de manière avantagause, le réseau linéaire 6 est constitué soit par un intégrateur pur, de fonction de transfert J_, soit par un réseau de fonction de trans- P fer"t 1 , ou T — est une constante convenablement choisie 1+T.p • et p la variable de Laplace, ce choix étant justifié par le fait qu'aux fréquences élevées le rapport : 1 est équivalent aux fré- 1+T.p quences élevées au rapport 1 0 De même, l'organe de commande 7 de T.p la fermeture et de l'ouverture de l'interrupteur 4 est avantageusement constitué par un comparateur à seuils et hystérésis constitué par un amplificateur à entrée différentielle à réaction positive tel que, par exemple, celui du type représenté schématiquement sur la figure 2, où l'on a indiqué l'entrée 7'» reliée à la sortie 6" du réseau linéaire 6, une tension de référence continué étant appliquée à la borne 8. De même encore, l'interrupteur 4 est avantageusement constitué par un transistor (voir figure 4) dont le collecteur BAD ORIGINAL 69 26883 2055734 4" est relié à la masse et dont la base 4" reçoit le signal émis par l'organe de commande 7, et l'émetteur 4'" est relié à la sortie 3" du deuxième amplificateur de gain 3, par l'intermédiaire d'une résis-tancexpropriée»ledit transistor étant du type U î H lorsque x est 5 positif et y négatif et du. type P NP lorsque x est négatif et y positif. Un mode de réalisation du dispositif selon l'invention est représenté, à titre d'exemple illustratif mais nullement limitatif sur la figure 4. Grâce à la propriété de linéarité du réseau liné-10 aire 6, on peut faire jouer, de façon avantageuse, les rôles des organes d'obtention de gain .1 et 3 du sommateur 2 et du réseau linéaire 6 par les résistances E^, R^, Rg et le condensateur 9. le gain est fonction des valeurs de la résistance R^ et du condensateur 9. Le ^in E2 es-t fonction des valeurs des résistances R^ , Rg et du con-15 densateur 9. La sommation des signaux se fait automatiquement par le condensateur 9. L'organe de commande 7, est le comparateur à seuils et hystérésis mentionné plus haut, dont les valeurs de seuils sont déterminées par le choix de valeurs appropriées pour^ les résistances R, et R^ .Le. signal .de sortie-du comparateur/peut 4 s 20 prendre seulement deux valeurs, correspondant,_1'une à la saturation positive, l'autre à la saturation négative,*1*-une dés"deux correspon- . dant à l'ordre d'ottvërture de l'interrupteur 4,l'autre à l'ordre de fermeture dudit interrupteur. Ce dernier est constitué par le tran-25 sistor monté avec collecteur à la masse,mentionné plus haut; l'émetteur dudit transistor,'sur lequel est prélevé le signal de sortie du dispositif, est relié à l'entrée 3' de l'organe de gain 3, par l'intermédiaire de la résistance Rg et par l'intermédiaire de la résistance R^ à.l'une des armatures 9' du condensateur 9 dont 30 l'autre armature 9" est reliée à la masse; par ailleurs l'armature 9' dudit condensateur est reliée directement à l'entrée l' de l'organe de gain 1 par l'intermédiaire de la résistance R^et-est reliée directement à l'entrée de l'amplificateur à entrée différentielle constituant le comparateur, la tension de référence étant prise égale à 35 zéro. Le fonctionnement du^ispositif de réalisation de division analogique ci-dessus décrit, est le suivant. Ce fonctionnement suppose que x et j soient de signes contraires (c'est-à-dire des k BAD ORIGINAL 69 26883 6 2055734 tensions correspondantes de polarités différentes), x ayant des valeurs positives ou nulles et % des valeurs négatives. Lorsque la valeur de x est nulle,le signal de sortie du réseau linéaire 6 finit par atteindre une valeur inférieure à et l'organe de commande 7 5 provoque l'ouverture de l'interrupteur 4. Le signal de sortie du sommateur 2 prend alors la valeur zéro et la valeur du signal de sortie du réseau 6 est, de ce fait, inférieure à ï par suite, l'ordre d'ouverture de l'interrupteur 4 est maintenu et la valeur du signal de sortie du dispositif est zéro. 10 Lorsque la valeur de x est différente de zéro, le signal fourni à la sortie du réseau linéaire 6 prend des valeurs variant en dents de scie en fonction du temps, entre les se.uils S2 et Quand le signal de sortie du réseau linéaire 6 atteint la valeur S.j à l'instant t^, l'organe de commande 7 provoque la fermeture de •J5 l'interrupteur 4. A partir de cet instant t-j-, le signal à la sortie du sommateur 2 a pour valeur K^x + K^y. Si E^x + E2y a une valeur négative, la valeur du signal à la sortie du réseau linéaire 6 va • en décroissant de jusqu'à , cette valeur étant atteinte à l'instant t^; l'organe de commande 7 provoque alors l'ouverture 20 de l'interrupteur 4 et par suite" la valeur du signal à la sortie du sommateur prend la valeur E^x qui est positive. La valeur du signal à la sortie du réseau linéaire 6 va alors de nouveau en croissant depuis S2 jusqu'à et lès mêmes phénomènes que ci-dessus vont se répétant. 25 On a représenté, sur la figure 3, un diagramme représentatif de ces phénomènes. Ce diagramme montre la correspondance existant entre, d'une part, les valeurs des signaux recueillis à la sortie du réseau linéaire 6 et dont les variations sont représentées en fonction du temps dans le système d'axes de coordonnées rectangulai-30 res à. e^> d'autre part, les valeurs dans le temps des signaux recueillis à la sortie du dispositif selon-1'invention représentées dans le système d'axés de coordonnées rectangulaires B,. les temps figurant en abscisses et les valeurs des signaux figurant en ordonnées dans chacun des systèmes d'axes A et B. Le signal à la sor-55 tie du dispositif se présente sous la forme d'une onde rectangulaire prenant les deux seules valeurs : 0 et K0y,les créneaux ainsi produits ayant une largeur 1 fonction de x et de j et une fréquence f également fonction de x et 1 et f étant telles que le produit de 1 par f soit proportionnel au quotient de x par 69 26883 7 2055734 Le dispositif de réalisation de la fonction division ci-dessus décrit permet avantageusement, outre la réalisation de la fonction division, la réalisation de fonctions se rattachant à la division ou à la multiplication, ainsi qu'il ressort des remar-5 ques suivantes. La valeur moyenne du signal de sortie est proportionnelle au produit de x/y par ky , c1 est-à-dire proportionnelle à x quelle que soit la valeur de Si % désigne la valeur d'une tension fixe, le dispositif 10 selon l'invention devient un convertisseur à entrée analogique et à sortie tout-ou-rien, transformant un signal d'entrée analogique de valeur x en un signal de sortie discontinu prenant les deux seules valeurs : 0^ et £l et dont la valeur moyenne est proportionnelle à la valeur de x. 15 Si 2, désigne la valeur d'une tension d'alimentation continue, le dispositif selon l'invention devient un convertisseur à entrée analogique et à sortie tout-ou-rien, le signal de sortie ayant une valeur moyenne proportionnelle à celle de x indépendamment des fluctuations des valeurs de la tension d'alimentation En 20 outre, la forme tout-ou-rien de ce signal de sortie permet de réaliser un étage d^fcuissance. à semi-conducteur dissipant peu d'énergie, et par suite d'obtenir un convertisseur de puissance dont le fonctionnement est insensible aux variations de la tension d'alimentation, dissipant peu d'énergie et ayant de ce ..fait un. bon rendement. 25 Le produit de la largeur 1 par la fréquence f des créneaux du signal de sortie étant proportionnel au quotient de la valeur de x par celle de il en résulte que, si l'on produit une onde rectangulaire composée de créneaux de même largeur et de même fréquence et d'amplitude proportionnelle à une troisième variable z, la valeur 30 moyenne du nouveau signal de sortie est proportionnelle au produit du quotient x par z. De ce fait le.dispositif ainsi réalisé permet d'effectuer l'opération dite " règle de trois". Si, en outre dans lQ&ispositif utilisé de cette manière, % désigne la valeur d'une tension constante, ledit dispositif devient un dispositif de multi-35 plication de x par z et, de plus, si z représente la valeur d'une tension constante P et si .l'on choisit pour % la valeur moyenne S de la tension de sortie, cette valeur de S est telle que : S = x,p 2 — S d' où. 1 ' on déduit S = x.g et S = \) p. le dispositif constitue 69 26883 8 2055734 donc également un dispositif d'extraction des racines carrées des valeurs, x du signal à l'entrée du premier amplificateur de gain. Si, lorsque le dispositif fonctionne en operateur de la "règle de trois",la valeur donnée à la tension x reste constante, 5 . le diviseur obtenu est tel que la valeur de la fréquence des créneaux du signal de sortie reste supérieure à une valeur minimum donnée. Lorsque le dispositif fonctionne en multiplicateur il peut . être appliqué à. la réalisation de la fonction polynôme à coefficients réels et lorsqu'il fonctionne en diviseur il peut être 10 appliqué à la réalisation du quotient de polynômes à coefficients réels. Le dispositif selon l'invention , quelles que soient les applications telles que celles, ci-dessus décrites, qui en sont faites, est caractérisé par le fait que le produit de la largeur 15 1 des créneaux du signal de sortie par la fréquence _f desdits créneaux est indépendant des valeurs des seuils et hystérésis de l'organe de commande de l'interrupteur- et est par suite insensible aux variations de la température ambiante. Il est bien entendu que la présente inventioi^'a été 20 décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra y apporter des équivalences dans ses éléments constitutifs sans sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. BAD ORIGINAL 69 26883 9 205573k KETODICAIIONS 1 - Dispositif de réalisation électronique de la fonction division de la valeur d'une tension électrique x par la valeur d'une tension électrique ^ > caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison : 5 - un premier organe d'obtention de gain, à l'entrée duquel la valeur du signal introduit est z et à la sortie duquel l^Araleur du signal produit est K^x, étant une constante, la sortie dudit organe étant reliée à la première entrée d'un sommateur avec lequel 10 il coopère, la valeur du signal à l'entrée dudit sommateur étant égale à K^x, - un deuxième organe d'obtention de gain à l'entrée duquel la valeur du âignal introduit est £ et à la sortie duquel la valeur du signal produit est K2y , étant une constante généralement dif-15 férente de , la sortie dudit organe pouvant être reliée à la deuxième entrée dudit sommateur ci-dessus avec lequel il coopère - un interrupteur monté en série sur la partie de circuit disposée entre le deuxième organe d'obtention de gain et le sommateur, 20 - un organe de prélèvement du signal résultant fourni par le dispositif et de mesure de la valeur dudit signal, disposé entre l'interrupteur ci-dessus et la deuxième entrée du sommateur, - un réseau linéaire de fonction de transfert équivalente à 1. aux fréquences élevées, £ étant la variable de Laplace , ledit 25 réSeau linéaire coopérant avec le sommateur ci-dessus, son entrée étant reliée à la sortie dudit sommateur, la valeur du signal d'entrée du réseau linéaire étant égale à la valeur du signal de sortie du sommateur , - un organe de commande/l'ouverture et de la fermeture-de 30 l'interrupteur ci-dessus, coopérant avec le réseau linéaire ci- dessus, l'entrée dudit organe de commande étant reliée à la sortie du réseau linéaire, la valeur du signal d'entrée de l'organe de commande étant égale à la valeur du signal de sortie du réseau linéaire et ledit organe de commande présentant un seuil de valeur 35 S.j pour la commande de fermeture de l'interrupteur et un seuil de valeur S2 inférieure à pour la commande de l'ouverture de ce même interrupteur. 2 - Dispositif selor^ia revendication 1, caractérisé par le 69 26883 10 2055734 fait que le réseau linéaire de fonction de transfert est constitué par un intégrateur pur de fonction de transfert J_ . 3 - Dispositif selon la revendication 1^ caractérisé par le fait que le réseau linéaire de fonction de transfert est un réseau de fonction de transfert 1 . I étant une constante et n la T+TTp ~ variable de Laplace, ladite " fonction étant équivalente à _J aux fréquences élevéeso - 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'organe de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur est un comparateur à seuils et hystérésis. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que l'organe de commande de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur est un amplificateur à entrée différentielle à réaction positive. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait que l'interrupteur est constitué par un transistor monté avec collecteur relié à la masse et dont l'émetteur est relié à la sortie du.deuxième organe d'obtention de gain, par l'intermédiaire d'une résistance appropriée. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3» 4» 5 ou 6, caractérisé par le fait que l'ipi et / ou l'autre des deux organes d'obtention de gain est constitué par au moins une résistance et un condensateur disposés en série, le dit condensa^ teur constituant l'organe de sommation, l'impédance formée par les résistances et le condensateur constituant le réseau linéaire. 8 - Appareil de réalisation électronique de la fonction division comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4» 5i 6 ou 7.