Brevet FR2142639A1 — publié le 19730202

La présente neiftion a pour objet un dispositif permettant d'obtenir automatiquement aussi bien l'expansion que la compression et la limitation de la dynamique de signaux B.F. On rappellera tout d'abord l'utilité d'une telle action sur ces signaux. L'intérêt présenté par un système d'expansion réside dans la possibilité de restituer la dynamique originale d'une émission de sons lorsque la compression des signaux électriques correspondants a été effectuée lors de la transmission ou de 11 enregistrement. La compression de la dynamique est prévue pour élever le niveau moyen d'un signal au voisinage du niveau maxirmun, permettant ainsi d'augmenter le rapport signal/brait d'une transmission tout en interdisant ltéventuelle saturation des circuits. La limitation de la dynamique a une action analogue,limitée toutefois à supprimer toute possibilité de saturation au cours de la transmission. les systèmes automatiques de compression et de limitation pallient les inconvénients connus de la compression obtenue avec des moyens commandés manuellement et permettent de se dispenser d'appareils de cpntr8le de niveau tels que les vu-mètres et les modulomètres. L'invention a pour objet un dispositif automatique dans lequel l'expansion aussi bien que la compression et la limitation des signaux résultent principalement de l'utilisation d'un transistor à effet de champ, symétrique, dont la polarisation de l'électrode de commande est déterminée par une tension résultant à la fois d'un prélèvement effectué sur le signal incident redressé de manière appropriée et d'un prélèvement effectué sur la tension de contre-réaction. On décrira ci-après de manière détaillée le fonctionnement d'un tel dispositif en se référant au dessin annexé à simple titre d'exemple non limitatif et dans lequel La figure 1 représente le schéma d'un amplificateur dont le gain est commandé au moyen d'un transistor à effet de champ. La figure 2 représente un dispositif permettant d'obtenir la tension de commande de gain à partir d'une fraction du signal incident prélevée à cet effet. la figure 3 illustre la caractéristique de conversion déterminée par les moyens représentés sur la figure 2. La figure 4 représente sous forme de bloc-diagramme le schéma d'un expanseur de dynamique incluant les éléments des figures 1 et 2. ta figure 5 représente, sous une forme identique, le schéma d'un compresseur-limiteur de dynamique. La figure 6 illustre la relation entre la tension d'entrée et les tensions de sortie du dispositif représenté sur la figure 5. La figure 7 représente un autre exemple de réalisation d'un compresseur de dynamique. Sur la figure 1, les références A1 et A2 désignent chacune un amplificateur à deux entrées et une sortie. Les références el, e2, sl désignent respectivement une entrée, une entrée inversée et la sortie de l'amplificateur AI. les références e3, e4, s2 désignent respectivement une entrée, une entrée inversée et la sortie de l'amplificateur A2. La référenee R1 désigne la résistance de contre-réaction de l'amplificateur Al, Le transistor Q1 est un transistor symétrique à effet de champ dont les trois électrodes,porte, source et drain, sont désignées respectivement par les références G, S, D.Le pont de résistances R2-R3 est prévu pour l'injection sur l'entrée e3 de l'amplificateur A2 d'une fraction de la tension drain du transistor Qi. R4 et R5 forment un pont déterminant le gain de l'amplificateur A2 en fonction de la tension de commande de gain amenée à la borne Su du dispositif. Cette tension étant elle meme commandée par le signal incident, à l'aide de tout moyen connu approprié. Suivant ce schéma le fonctionnement est le suivant Le signal Vel est appliqué à l'entrée el de l'amplificateur Al dont le gain est commandé par la tension de polarisation appliquée sur l'électrode de commande G du transistor Qi inséré en contreréaction. Cette tension de commande provenant de la borne ST est appliquée à l'entrée inversée e4 de l'amplificateur À2 dont la sortie s2 est elle-m & e connectée à la porte du transistor Q1. On rappelle que cette tension est fonction des valeurs respectives des résistances R4-R5 montées en pont. L'effet d'expansion résulte d'une diminution de la résistance source-drain du transistor Q1, conséquence d'une réduction de la tension de polarisation appliquée à la porte de ce transistor, par l'intermédiaire de l'amplificateur A2, réduction elle-meme provoquée par l'accroissement du signal incident. Le signal soumis à l'effet d'expansion est recueilli en se. En raison des polarités indiquées sur le schéma considéré, dans cet exemple le transistor Q1 est du type canal N, la tension de commande est donc positive. Dans cet exemple également, l'entrée e3 de l'amplificateur A2 reçoit une fraction (1/4 si R4 = R5) de la tension source-drain du transistor Q1, afin que la moitié de cette tension soit réinjectée sur la porte de ce transistor et que le fonctionnement de ce dernier soit bien symétrique relativement au signal B.F. L'intérêt du circuit caractéristique qui vient d'autre défini consiste en l'insertion appropriée d'un transistor à effet de champ permettant d'exploiter les propriétés de symétrie de ce dernier. En effet, si l'on supprime la résistance R3 insérée entre l'entrée inversée de l'amplificateur AI et l'entrée e3 de l'ampli- ficateur A2, le fonctionnement symétrique du transistor Q1 cesse et la distorsion augmente à mesure de l'accroissement de la polarisation vers le blocage de ce transistor. La tension de commande de gain doit être obtenue par redressement du signal 3.P.,de telle sorte que le temps de réponse soit aussi court que possible et que la distorsion introduite puisse être négligée. La première de ces conditions implique une détection des deux demi-alternances du signal et une constante de temps de charge petite relativement à la plus courte période de signal transmis. La seconde condition implique une constante de temps de décharge grande relativement à la plus longue période de signal transmis. On décrira avec la figure 2 un schéma permettant de satisfaire à l'ensemble de ces conditions. Cette partie du dispositif comprend les amplificateurs A3 et A4 dont l'entrée, l'entrée inversée et la sortie sont respectivement désignées par les références e5, e6, s3 pour l'amplifica teur Â3, par les références e7, e8, s4 pour l'amplificateur A4. Le signal Ve2 appliqué à l'entrée e5 de l'amplificateur A3 est recueilli à la sortie s3 de faible impédance et transmis à la diode D1 qui, dans cet exemple, assure la détection de la demialternance négative. Le signal recueilli à la sortie s3 de l'amplificateur Â3 est aussi appliqué à l'entrée inversée e8 de l'amplificateur A4 dont la sortie s4 est reliée à la diode D2. le rapport de transfert de l'amplificateur A4 doit Qtre -1. Â cet effet, les résistances R12 et R13 sont identiques. Dans ces conditions, la diode D2 assure la détection de la demialternance positive du signal. La tension continue résultant de la détection assurée conjointement par les diodes D1. et D2 est recueillie au point Sd et fournit la tension Vd. Les résistances R6, R7, R8 et la capacité C1 sont déterminées de manière à satisfaire aux impératifs de petite constante de temps de charge et grande constante de temps de décharge déjà définis. Les éléments de contre-réaction de l'amplificateur A3 comprenant les résistances R9 et R10, les diodes D3 et D4 (montées en dérivation en opposition) et la résistance Rll dont la valeur est déterminée de manière à agir sur le gain de conversion du circuit fournissent la tension de commande de gain à partir du signal Ve2 pour les faibles amplitudes de ce dernier. Les caractéristiques de ce gain de conversion sont indiquées sur la figure 3. Sur cette figure, représentant les caractéristiques de conversion du dispositif de la figure 2, le rapport Vd/Ve2 est porté en ordonnées tandis qu'une échelle normalisée relativement à la valeur nominale de Ve2 est portée en abscisses. Sur la figure 4, le bloc A12 inclut l'ensemble des éléments représentés sur la figure 1. Le bloc A34 comprend l'ensemble des éléments représentés sur la figure 2, où l'on peut prendre NIl O. Le signal B.X. incident Ve2 sur la figure 2 est appliqué à l'en- trée el de l'amplificateur AI et à l'entrée e5 de l'amplificateur A3, les deux entrées étant réunies entre elles comme l'indique la figure 4 présentement décrite sur laquelle, pour une meilleure compréhension, sont rappelées les références Vel et Ve2. Dans le cas déjà prévu précédemment d'un transistor Q1 du type canal N, les détections doivent être négatives afin que si l'amplitude de Ve tend à augmenter, la tension de commande de gain appliquée en définitive sur A2 soit négative et que le gain de l'amplificateur controlé Al augmente. Les blocs D et DO sont insérés entre le point ST de la figure 1 et le point Sd de la figure 2. Ces deux références étant indiquées sur la présente figure 4. Le bloc AD inclut les moyens adaptateurs d'impédance d'entrée prévus pour que ne soit pas modifiée la charge du circuit de détection. Le bloc DO inclut des moyens destinés à agir sur la tension appliquée à l'entrée inversée e4 de l'amplificateur A2, de manjére que la tension appliquée à la porte du transistor Q1 soit voisine de celle provoquant le blocage de ce transistor quand le signal Ve = O. On décrira maintenant, en se référant à la figure 5, les éléments constitutifs d'un dispositif compresseur-limiteur. D'une manière générale, le schéma d'un tel dispositif est celui de ltexpandeur décrit précédemment, schéma auquel sont seulement apportées les modifications permettant d'obtenir les résultats différents requis. Sur la figure 5 qui représente sous forme de diagramme un ensemble compresseur-limiteur, les éléments constitutifs sont les suivants : 812a et AI2b sont des ensembles identiques à A12 de la figure 4. A5 est un ensemble analogue à l'ensemble A34 de la figure 4. Toutefois, dans l'ensemble A5 les détections sont positives à l'inverse de l'ensemble A34 dans lequel les détections sont ndga- tives. Les références SP1 et SP2 désignent chacune un séparateuradaptateur d'impédance de type conventionnel. Le signal soumis à l'effet de compression est recueilli en Sc, tandis que le signal soumis à l'effet de limitation est recueilli en Si. La figure 6 représente, en fonction du signal d'entrée Ve : en a), la tension de sortie Vsc recueillie en Sc ; en b), la tension de sortie Vs recueillie en St L'effet de réduction du gain résulte de l'augmentation de la tension de polarisation appliquée à la porte du transistor à effet de champ inclus dans chacun des ensembles AI2a et A12b. Cette augmentation de tension est obtenue à partir du signal de sortie de l'amplificateur A12b , augmentation elle-meme provoquée par l'accroissement du signal incident. Le circuit de la figure 5 étant du type "en boucle", a une stabilité conditionnelle en régime transitoire, ce qui conduit à un compromis dans le choix des constantes de temps, à la charge et à la décharge, du circuit de détection. On a représenté sur la figure 7 un exemple de réalisation permettant de supprimer totalement les éventuels inconvénients précités. A12aest l'amplificateur à gain commandé identique au circuit de la figure 1. A34 est le circuit de détection de la figure 2, Rll étant toutefois infinie dans le présent exemple. BA est l'adaptateur d'impédance, de caractéristique de transfert non linéaire. I1 comprend : l'amplificateur A6, à grande impédance d'entrée (fonction séparateur), commandé par 11 entrée non inversée, et commandant l'amplificateur A7 par l'entrée inversée. Les transistor3 à effet de champ canal P, Q2 et C3 , sont les éléments non linéaires qui assurent à l'ensemble EA une caractéristique de transfert négative dont le module, initialement très grand, décroît et tend vers zéro à mesure que Vd, donc Ve, augmente. La caractéristique de transfert du compresseur est ajustable au moyen des potentiomètres P1 et P2. REVENDICÂTI ONS 1. Dispositif permettant d'obtenir aussi bien l'expansion que la compression et la limitation de signaux B.X., par action sur le gain d'un amplificateur auquel ces signaux sont appliqués, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un amplificateur des dits signaux,1ans le circuit de contre-réaction duquel est inséré un transistor à effet de champ, symétrique, dont l'électrode de commande est polarisée par une tension résultant, d'une part, d'un prélèvoment effectué sur le signal incident dûment redressé à cet effet et, d'autre part, du prélèvement de la moitié de la tension de contre-réaction, tandis que l'une quelconque des deux électrodes commandées du dit transistor est reliée à l'entrée inverseuse du dit amplificateur prévue pour l'injection de la tension de contreréaction, l'autre des dites électrodes commandées assurant la fermeture du circuit telle que par une mise à la terre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'application de la tension prélevée sur le signal incident comprennent un amplificateur dont le circuit de contreréaction inclut deux diodes disposées en parallèle et en opposition, elles-mEmes en parallèle avec une résistance de valeur prédéterminée, de manière à assurer une amplification proportionnellement plus grande des signaux faibles, la sortie du dit amplificateur étant reliée d'une part à un premier élément redresseur, par l'intermédiaire d'un inverseur de phase, d'autre part, directement , å un deuxième élément redresseur, les deux dits éléments redres- seurs étant réunis à laur sortie et suivis de deux moyens assurant 1'unll'adaptation d'impédance, l'autre, la présence permanente d'une tension initiale de polarisation. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'application de la tension prélevée sur le signal incident comprennent un amplificateur dont le circuit de contreréaction inclut deux diodes disposées en parallèle et en opposition, elles-memes en parallèle avec une résistance de valeur prédéterminée, de manière à assurer une amplification proportionnellement plus grande des signaux faibles, la sortie du dit amplificateur étant reliée d'une part à un premier élément redresseur, par l'intermédiaire d'un inverseur de phase, d'autre part, directement, à un deuxième élément redresseur, les deux dits éléments redres seurs étant réunis à leur sortie et connectés à 11 entrée de deux adaptateurs dtimpédance dont les sorties sont respectivement reliées à des amplificateurs à gain commandé, disposés en cascade, les signaux faisant l'objet d'une compression étant recueillis à la sortie du premier des dits amplificateurs, tandis que les signaux faisant l'objet d'une limitation sont recueillis à la sortie du deuxième des dits amplificateurs.