Brevet FR2112166A1 — publié le 19720616

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour engendrer des signaux déphasés et concerne plus particulièrement un déphaseur pour ondes triangulaires à commande de tension. Il existe déjà de nombreux schéma de générateurs de tensions triangulaires. 5 La présente invention se propose d"apporter un procédé et des moyens pour modifier la phase des tensions triangulaires, en particulier par une commande linéaire, pour réaliser un déphasage et une modulation de phase sur une grande étendue angulaire. Selon l'invention, un procédé pour engendrer des signaux déphasés con-10 siste à engendrer une onde triangulaire ou une onde qui peut être convertie en une onde triangulaire et à effectuer une inversion, pendant des périodes de temps sélectionnées d'une onde de sortie, ce dont résulte l'addition d'une autre onde à l'onde triangulaire. Le procédé et le montage peuvent être tels que les transitions du négatif 15 au positif, et inversement, de l'onde additionnée sont synchronisées avec les pointes de l'onde triangulaire. Plus précisément, l'onde de sortie déphasée est produite par composition d'une onde triangulaire et de l'onde additionnée en inversant l'onde composite autour d'une tension dont la grandeur est la même que l'amplitude de l'onde 20 triangulaire, chaque fois que la grandeur de l'onde composite est plus grande ou plus petite que l'amplitude de cette onde triangulaire. Dans une application particulière de l'invention pour déphaser une onde triangulaire, on engendre une onde triangulaire et une onde carrée ou rectangulaire, et on produit une onde composite par addition à l'onde triangulaire 25 d'une onde carrée en phase pour passer de sa valeur négative à sa valeur positive quand l'onde triangulaire atteint sa pointe positive et pour passer de sa valeur positive à sa valeur négative quand l'onde triangulaire atteint sa pointe négative, l'onde de sortie déphasée étant produite à partir de cette onde composite en inversant cette dernière autour d'une tension dont la gran-30 deur est la même que l'amplitude de la tension triangulaire, chaque fois que la grandeur de l'onde composite est plus grande ou plus -petite que l'amplitude de l'onde triangulaire. Les termes "positif" et "négatif" utilisés ci-dessus s'entendent par rapport à un potentiel de référence choisi qui peut être égal ou différent de 35 zéro. Ce procédé permet de produire un signal de sortie dont le déphasage est directement proportionnel à une tension de commande continue. La portée de ce procédé n'est pas limitée à la production d'ondes purement triangulaires, mais s'applique également, par exemple, aux cas où la tension 40 de sortie déphasée doit ête pratiquement sinusoïdale. 70 16195 2 2112166 5 Dans certains modes de réalisation particuliers, qui seront décrits ci-après, le signal de sortie déphasé peut être considéré comme une tension d'entrée comportant des pointes supérieures et inférieures repliées. C'est ainsi, par exemple, qu'un doublage de fréquence peut être obtenu de cette manière. L'invention se rapporte aussi à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé et peut être utilisé en combinaison avec des circuits de détection et avec des techniques offrant des possibilités de mesure et de contrôle de très haute précision et de grande stabilité. 10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, qui n'a bien entendu aucun caractère limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : - les figures 1 à 3 montrent comment une onde triangulaire peut être déphasée; 15 - la figure 1A illustre une opération de doublage de fréquences; - la figure 4 est un schéma simplifié d'un commutateur pour réaliser le processus des figures 2 et 3; - la figure 5 montre un générateur de tension triangulaire; - la figure 5A montre l'utilisation d'un commutateur dans le générateur 20 de la figure 5; - la figure 6 est un schéma synoptique d'un déphaseur linéaire; - la figure 6A montre une modification d'une partie du schéma de la figure 6; et, - la figure 7 illustre une variante du générateur de tension triangulaire 25 de la figure 5. En se référant maintenant aux figure 1 à 3, la figure 1 montre une onde triangulaire d'amplitude V, qui représente l'onde de référence ou de phase zéro. La figure 2 montre la même onde à laquelle a été additionnée une onde 30 carrée d'amplitude Vv, mise en phase de manière que les passages par zéro de X l'onde carrée coïncident avec les pointes positive et négative de l'onde triangulaire. La figure 3 montre la reconstitution de l'onde triangulaire de la figure 2 en rabattant le triangle hachuré autour du niveau VA vers le bas ou vers la 35 ligne de référence. La nouvelle onde triangulaire ainsi construite a donc une crête qui est décalée d'un angle tel que : . Jf radians entre - ^ ^ V X VA 40 Les opérations représentées sur les figures 1, 2 et 3 peuvent être réa- 70 16195 3 2112166 lisées par voie électronique en utilisant un élément de circuit appelé Commutateur". Dans le cadre de la présente description, un commutateur peut être défini comme un élément de circuit qui est un amplificateur linéaire ayant un gain A pour une certaine polarité d'une tension de commande et un 5 gain -A pour la polarité opposée de cette tension de commande. La figure 4 illustre un commutateur approprié qui, lorsqu'on agiique une tension de commande négative, produit un gain +1 et sous une tension de commande positive produit un gain -1 entre le point d'entrée A et le point de sortie B. Les transistors à effet de champ T1 et T2 représentés auraient tout 10 aussi bien pu être d'autres sortes de commutateurs opérant de façon complémentaire ou bien l'un d'entre eux aurait pu être remplacé par une résistance avec de bons résultats pratiques. L'amplificateur A est un amplificateur opérationnel à gain élevé, supposé infini. Le point H est représenté comme étant à la masse, mais pourrait aboutir à n'importe quel autre potentiel au-15 tour duquel la commutation doit s'effectuer. Le montagne la figure 4 peut être utilisé pour engendrer une onde carrée d'amplitude variable fixée par la tension continue appliquée à la borne d'entrée A et dont la fréquence est définie par la cadence des signaux de commutation appliqués à la borne de commande D. Cette tension est centrée autour de 20 zéro si H est à la masse ou bien peut être centrée autour de n'importe quel autre potentiel désiré appliqué à la borne H. Lorsqu'on applique une onde rectangulaire (supposée centrée sur zéro) à un intégrateur, on obtient une onde triangulaire dont la pente est fonction de l'amplitude de cette onde rectangulaire.Un circuit de détection à amplitude 25 constante convertit ces variations de pente en variations de fréquence. La figure 5 montre un générateur d'ondes triangulaires opérant dans la plage d'amplitude + V^ fixées dans la diode Zéner Dl, D2. Al et A2 sont des amplificateurs et CP est un comparateur. L'amplificateur Al, conjointement avec les composants RI , Cl forme un intégrateur. Le comparateur CP perçoit 30 l'amplitude des signaux de sortie de l'intégrateur et sa tension de sortie commute du positif au négatif quand le niveau préétabli VA est atteint. Le signal de sortie du comparateur, après inversion dans l'amplificateur A2, est appliqué à l'entrée de l'intégrateur dans un sens qui inverse la pente de la rampe de sa ter.aion de sortie quand l'un des niveaux + VA est atteint. 35 La pente de cette rampe est égale à VI volts/seconde et la fréquence est donnée par VI . 1 . ^ ^ L'accord est réalisé en fai- VA 4 Cl RI sant varier VI, Cl ou RI mais l'amplitude VA reste constante. Un accord linéaire peut aussi être obtenu en faisant varier la tension VI au moyen d'un commutateur 2, comme représenté sur la figure 5A, où il prend la place de 5 10 15 20 25 »- 30 35 40 70 16195 4 2112166 l'amplificateur A2 de la figure 5, les composants étant, par ailleurs, identiques et portant les mêmes références. L'utilisation de ce procédé de génération d'ondes triangulaires facilite l'application d'un commutateur à un processus de déphasage car l'amplitude VA est définie et une onde rectangulaire correctement phasée est engendrée en même temps par le circuit en tant que signal de sortie supplémentaire. Etant donné qu'un grand nombre de générateurs de tensions triangulaires sont de ce type, le procédé décrit est une application générale. La figure 6 est un schéma synoptique du circuit du déphaseur et comporte le générateur d'ondes triangulaires fondamental, tel que celui de la figure 5. Ce générateur, qui porte les mêmes références que sur la figure 5, est indiqué dans le rectangle en tirets GT de la figure 6, Les amplificateurs Al, A2 et le comparateur CP constituent le générateur d'ondes triangulaires. La référence 3 désigne un générateur d'ondes rectangulaires d'amplitude variable, tandis que llamplificateur A3 exécute l'addition pour engendrer l'onde composite représentée sur la figure 2. L'amplificateur A4 est un amplificateur différentiel qui a deux bornes d'entrée 5 et 6 et une borne de sortie 7. L'amplificateur A4 est conçu de manière que le .signal appliqué à la borne d'entrée 5 apparaît à la borne de sortie 7 inversée autour du niveau de tension présent à la borne d'entrée 6. La borne 5 peut, par conséquent, être qualifiée de "entrée d'inversion". Les signaux appliqués à là borne d'entrée 6, en l'absence d'un signal à la borne 5, apparaissent à la borne de sortie 7 sans modifications. La borne d'entrée 6 peut, par conséquent, être qualifiée de "entrée de non-inversion". Les comparateurs CP12 et CP13 perçoivent l'amplitude de l'onde, composite et produisent un signal de sortie positif chaque fois que l'amplitude de cette onde dépasse les limites + VA. Le commutateur S2 est conducteur chaque fois que l'amplitude est supérieure à + VA, le commutateur S3 étant conducteur chaque fois que l'amplitude est inférieure à -VA = Le commutateur SI est un commutateur complémentaire qui conduit chaque fois que le commutateur S2 ou S3 est non-conducteur. Ainsi, l'amplificateur A4 opère comme tin commutateur qui replie l'onde autour des niveaux + VA chaque fois que l'amplitude du signal de sortie de l'amplificateur A3 est supérieure ou inférieure à + VA, ce qui donne une tension triangulaire déphasée à la sortie. La figure 6A représente un générateur qui peut remplacer la partie de gauche GT de la figure 6, c'est-à-dire jusqu'à la sortie du comparateur CP. Les fonctions générales remplies par le circuit de la figure 6A sont indiquées entre les lignes en tirets divisant le circuit en étages. Sur la figure 6, 70 16195 5 2112166 l'amplificateur A5 engendre une tension d'accords continue variables, les amplificateurs A6 et A7 produisant des. tensions égales et opposées aux entrées des commutateurs SU et S21 qui sont des transistors à effets de champ. Les commutateurs SU et S21 connectent alternativement la sortie des amplifica-5 teurs A6 et A7 à l'entrée de l'intégrateur A8. CP2 est un autre amplificateur, servant de comparateur, qui a une certaine hystérésis et qui est bistable grâce à une contre-réaction positive fournie par les diodes de fixation de niveau D1 et D2. La sortie non stabilisée de CP2 sert à actionner les commuta-teoiXS électroniques Sll et S21. Les tensions de sortie triangulaires et 10 rectangulaires du circuit sont indiquées sur le côté droit de la figure 6A. La figure 7 illustre une autre variante du générateur de la figure 5 qui peut aussi être utilisé à la place de l'étage GT de la figure 6. Ici encore, les composants qui remplissent les mêmes fonctions que sur la figure 6A ont été désignés par les mêmes références sur la figure 7. 15 Ce montage produit des tensions de sortie triangulaires et rectangulai res analogues à celles de la figure 6A. Les avantages de l'invention peuvent être résumés comme suit : 1 - Le déphasage de l'invention peut être commandé électriquement. 2 - Le déphasage est directement proportionnel à la tension d'entrée continue 20 aussi bien en positif qu'en négatif. La phase zéro correspond à la tension zéro 1/P; un déphasage positif correspond à une tension d'entrée positive et un déphasage négatif à une tension négative. 3 - Le déphasage couvre une plage étendue dont les limites absolues dont +180°. Ainsi, une plage complète de déphasage de 360° est posâble avec une seule 25 commande de tension. 4 - Le déphasage est indépendant de la fréquence et, de ce fait, le procédé s'applique d'une manière très générale à tous les cas où cette particularité est souhaitable. 5 - Le déphaseur ne comporte aucun composant réactif et les couplages sont 30 galvaniques, ce qui permet le fonctionnement aussi bien à de très basses qu'à de très hautes fréquences. Il n'y a aucune dérive. 6 - Le circuit n'a pas de constante de temps, ni de temps d' "établissement". Dès que la tension triangulaire est appliquée à l'entrée, on obtient immédiatement une version déphasée de celle-ci à n'importe quel point d'un cycle et 35 à n'importe quelle fréquence. 7 - Une variation instantanée ou brusque de phase peut être produite sans aucun délai, ce également par suite de l'absence de tout composant réactif dans le circuit de commande. 8 - La fréquence de l'oscillateur peut être commandée électriquement. 40 9 - La variation de fréquence est directement proportionnelle à la tension 70 16195 6 2112166 continue d'entrée. Une tension nulle correspond à une fréquence nulle; une compensation étalonnée pourrait être prévue, le cas échéant. 10 - Une large gamme de fréquences est, de ce fait, théoriquement possible entre zéro et un certain maximum et le déphasage désiré peut être réalisé à 5 la fréquence requise. 11 - Aucun composant réactif à constante de temps n'est impliqué dans la commande à courant continu. Les variations de pente se produisent instantanément, en réponse à une demande de variation de fréquence. Parmi les applications possibles de l'invention, on peut mentionner : 10 A - Un déphfcseur d'ondes triangulaires avec les avantages 1 à 7 ci-dessus. B - Un déphaseur d'ondes sinusoïdales par addition d'un circuit de mise en forme convertissant l'onde triangulaire en une onde sinusoïdale sans utiliser de composants réactifs. Les avantages 1 à 7 s'appliquent alors à l'onde sinusoïdale. 15 C - Un déphaseur d'ondes carrées ou rectangulaires par addition d'un com parateur de passage par zéro à la sortie ou apparaît l'onde rectangulaire, avec les avantages 1 à 7 ci-dessus. D - Un déphaseur de tensions en dents de scie par addition d'un commutateur sur la sortie à laquelle apparaît l'onde rectangulaire et qui convertit 20 cette onde en une tension en dents de scie en inversant la pente de chaque seconde alternance. Les avantages 1 à 7 s'appliquent ici également. E - Un. doubleur de fréquences opérant sur une onde triangulaire et sur un niveau continu, comme indiqué sur la figure 1A. Des ondes sinusoïdales peuvent être engendrées, le cas échéant, avec des circuits de mise en forme 25 ou avec des convertisseurs. F - Un modulateur de phases ayant une très large bande passante et pouvant opérer à n'importe quelle fréquence comprise entre le courant continu et la haute fréquence fixée par les caractéristiques des amplificateurs opérationnels. 30 G - Un détecteur de phases à recherche automatique de zéro. Un. signal ayant une phase arbitraire quelconque est appliqué à un détecteur de phases et est comparé avec la sortie du déphaseur. Une tension continue proportionnelle à la différence de phases est appliquée par le détecteur à l'entrée de commande du déphaseur dans le sens voulu pour régler le signal de sortie de 35 celui-ci de façon à être en phase avec le signal d'entrée. La tension continue de contre-réaction est alors une mesure de cet angle de phase et peut être indiquée sur un galvanomètre. H - La génération d'ondes complexes où il est possible d'engendrer un signal ayant une forme donnée en repliant le sommet et la base d'une tension 40 d'entrée quelconque. 70 16195 7 2112166 En plus de ce qui précède , l'invention offre la possibilité d'autres procédés de réglage de fréquences dans un même instrument. C'est ainsi, par exemple, que sur la figure 7, une tension continue externe peut être dirigée à travers le commutateur S4 vers le circuit d'accord A5 ou, en variante, vers le circuit A6 à travers A9 pour maintenir le sens correct. Ceci offre deux possibilités de réglage de fréquences. 70 16195 8 2112166 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour engendrer des signaux à phases variables, caractérisé en ce qu'il consiste à engendrer une onde triangulaire ou une onde qui peut être convertie en une onde triangulaire et à effectuer une inversion, pendant 5 des périodes de temps sélectionnées d'une onde de sortie résultant de l'addition d'une autre onde à cette onde triangulaire. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les transitions du négatif au positif, et inversement, de l'onde additionnée sont synchronisées avec les pointes de l'onde triangulaire. 10 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de sortie déphasé est produit par la composition de l'onde triangulaire et de l'onde additionnée en inversant l'onde composite autour d'une tension dont la grandeur est la même que l'amplitude de l'onde triangulaire, chaque fois que la grandeur de l'onde composite est supérieure ou inférieure à l'amplitude d:e 15 l'onde triangulaire. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le déphasage est directement proportionnel à une tension de commande continue. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 20 en ce que l'onde de sortie déphasée est pratiquement sinusoïdale. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'onde de sortie déphasée représente l'onde d'entrée avec des pointes supérieures et inférieures rabattues. 7.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à 25 comparer, dans un détecteur de phases, la phase du signal de sortie déphasé et un signal ayant une phase quelconque, à engendrer un signal proportionnel à ladite différence de phases, et à appliquer à l'entrée du déphaseur une tension continue de contre-réaction proportionnelle au signal ainsi engendré dans le sens voulu pour régler la phase du signal de sortie sur celle du signal arbi-30 traire. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise le signal engendré à partir de la différence de phases pour commander le canal de référence d'un système de détection sensible à la phase. 9.- Dispositif déphaseur, caractérisé en ce qu'il comprend un premier gé-35 nérateur de signaux, un second générateur engendrant une onde rectangulaire ou carrée d'amplitude variable, des moyens pour superposer lesdits signaux et un comparateur pour détecter l'amplitude de l'onde composite, et des moyens pour produire un signal quand l'amplitude de l'onde composite dépasse des limites positives et négatives préétablies. 40 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier 70 16195 9 2112166 générateur produit une onde triangulaire. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la limite d'amplitude positive et négative correspond aux amplitudes de pointes de l'onde triangulaire. 5 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caracté risé en ce que le comparateur comprend des comparateurs individuels pour détecter les niveaux positifs et négatifs du signal composite. 13.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le comparateur est conçu pour actionner des commutateurs 10 en série avec un commutateur qui fonctionne pour rabattre le signal composite autour de ses limites de tension de références positives et négatives, ce qui fait que l'on obtient un signal de sortie qui est déphasé par rapport au signal initial. 14.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le 15 commutateur comporte des moyens d'amplification.