Brevet FR2123353A1 — publié le 19720908

L'invention concerne un montage pour: un discriminateur différentiel servant à régler la ligne de référence et la largeur du canal d'un étage comparateur constitué pir deux comparateurs. Les discriminateurs différentiels sont utilisés dans la technique de mesure des rayonnei..ents, comme analyseurs de la hauteur ou amplitude des impulsions, pour des mesures spectrométriques quantitatives de grande précision. Ils permettent de sélectionner à partir d'un mélange d'impulsions électriques de hauteurs différentes, qui ont été délivrées par un détecteur et amplifiées par un amplificateur linéaire, celles des impulsions qui apparaissent à l'intérieur d'un intervalle des hauteurs d'impulsions prédéterminé. L'intervalle deshauteurs des impulsions est limité par un seuil inférieur espar un seuil supérieur réglables. On désigne par ligne de référence le seuil inférieur et par largeur du canal la distance qui sépare le seuil supérieur du seuil inférieur.Un comparateur de la ligne de référence se charge de déterminer si les impulsions délivrées par le détecteur sont situées au dessus du seuil inférieur. Un comparateur de la largeur du canal se charge se déterminer si les impulsions sont situées au dessous du seuil supérieur. Les impulsions apparaissant à l'intérieur de l'intervalle des hauteurs d'impulsions déclenchent ensuite des impulsions rectangulaires normalisées qui parviennent à un appareil de mesure des valeurs moyennes ou à un compteur d'impulsions, servant à déterminer le taux d'impulsions. Dans la technique de mesure des rayonnements, on utilise comme détecteurs -par exemple des compteurs à scintillation et des tubes compteurs proportionnels. En particulier, dans la technique d'analyse de la fluorescence aux rayons X,.dans laquelle un détecteur capte le rayonneent de fluorescence aux rayons X, émis par un échantillon irradié par des rayons X, et dans laquelle un discriminateur différentiel raccordé détermine ld concentration que possède l'élément chimique continu dans l'échantillon, on utilise aussi depuis peu des détecteurs à semiconducteurs, par exemple des détecteurs au silicium compensé au lithium.Par oppositIon à un tube compteur proportionnel, un détecteur à semiconducteur de ce type est en mesure d'analyser, avec une précision suffisante, le rayonnement de fluorescence aux rayons X, qui provient d'éléments chimiques de nombres atomiques voisins, c'est à dire de délivrer des impulsions dont les hauteurs différent de fanon suffisante même en tenant compte des imprécisions statistiques. En particulier, si l'on considère les détecteurs à semiconducteurs de ce type, les discriminateurs différen tiels, utilisés jusqu'à présent,se se sont avérés inappropriés, en ce qui concerne la constance dans le temps du réglage de la ligne de référence et de la largeur du canal. Dans le cas des montages utilisés jusqu'à présent pour des discriminateurs différentiels, les tensions continues, necessaires pour le réglage de la ligne de référence et de la largeur du canal, c'est à dire pour le réglage des seuils inférieur et supérieur de l'intervalle des hauteurs des impulsions, sont appliquées, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs transistors, au comparateur de la ligne de référence et/ou au comparateur de la largeur du canal. Mais de tels montages à transistors sont sensibles aux fluctuations de la température. En effet, la tension base-émetteur par exemple d'un transistor au silicium varie d'environ 2,5 mV, pour une variation de la température de 10C.Dans le cas d'un réglage de la largeur du canal à 1 V, la variation des caractéristiques d'un transistor unique en fonction de la température est déjà la cause, dans le cas où 1; variation de température est de 100C, d'une erreur relative de 2,5je en ce qui concerne la largeur du canal qui a été réglée. Dans cette évaluation on n'a même pas tenu compte de l'influence de la température sur le courant résiduel et sur le gain en courant de ce transistor. Dans le cas où la largeur du canal, qui a été réglée, est égale à G,1 V, l'erreur relative, causée par une variation de température de 100C, est déjà égale à 25cl. L'invention a pour.objet de réaliser, pour un discriminateur différentiel du type mentionné précédemment, un montage assurant une constance ou stabilité du réglage de la ligne de référence et du réglage de la largeur du canal, très supérieure à celle des montages usuels jusqu'ici. Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, gracie au fait qu'une première tension continue réglable et très constante, est appliquée à un premier trdnsformateur d'impédance, à faible dérive, dont la tension de sortie est proportionnelle à cette première tension continue, que la première tension continue ainsi qu'une deuxième tension continue réglable et très constante, sont appliquées à un deuxième transformateur d'impédance à faible dérive, dont la tension de sortie est proportionnelle à la somme de la première et de la deuxième tension continue et que 13 tension de sortie du premier transormateur d'impédance et la tension de sortie du deuxième tronsformateur d'impédance sont respectivement appliquées à l'entrée de comparaison -du comparateur de la ligne de référence et à l'entrée de comparaison du comparateur de la largeur du canal. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention consiste en ce que les deux transformateurs d'impédance sont constitués par des amplificateurs différentiels, réalisés suivant la technique intégrée et dont les gains en tension sont, par suite du couplage de réaction, respectivement égaux à 1.Afin de protéger le comparateur de la largeur du canal contre des surchages, il est approprié de choisir la tension positive d'alimentation du deuxième amplifi- cateur différentiel sensiblenLent inférieure à la tension positive d'alimentation du premier amplificateur différentiel De plus il est avantageux de prélever, au moyen de prises de potentiomètre, les deux tensions continues réglables, à partir de la mêne tension d'alimentation très constante et/ou de stabiliser la tension d'alimentation au moyen d'une diode Zener compensée en température. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé différentes formes de réalisation de l'objet suivant l'invention. La figure 1 représente un montage de principe sous la forme d'un schéma de blocs La figure 2 représente, de façon détaillée, un montage qui comporte deux amplificateurs différentiels, réalisés suivant la technique intégrée. La figure 3 représente un discriminateur différentiel qui utilise le montage suivant la figure 1. La figure 1 représente un montage klui permet d'éviter une forte erreur inadmissible du réglage de la ligne de référence et de celui de la largeur du canal d'un discrimina-. teur différentiel en fonction de la température. I1 est basé sur la considération que les tensions continues U3 et U4, réglables et appliquées à l'entrée de comparaison du comparateur de la ligne de référence K1 et sur celle du comparateur de la largeur du canal K2, doivent être délivrées par des sources de tension de faible valeur ohnique. Une première tension continue U1 réglable et très constante qui, en général, est délivrée par une source de tension de forte valeur ohmique (non représentée), est appliquée à un premier transformateur d'impédance I1, qui se caractérise par une erreur de la tension particulièrement faible en fonction de la température. La tension de sortie U3, délivrée sur sa sortie de faible valeur ohmique, qui est proportionnelle ou égale à la première tension continue U1, est appliquée à l'entrée de comparaison du comparateur de la ligne de référence K1. Celui-ci détermine si la hauteur de l'impulsion du signal de mesure U ,- appliquée à son entrée de mesure, est supérieure à la tension U3 réglée par l'intermédiaire de la première tension continue U1. Si c'est le cas, il délivre une tension Ug. Une deuxième tension continue U2 réglable et très constante, qui en général est également délivrée par une source de tension de forte valeur ohmique (non représentée), est appliquée à un- deuxième transformateur d'impédance I2 également à faible dérive. I1 reçoit de plus la première tension continue I1 délivre à sa sortie, caractérisée par une faible valeur ohmique une tension de sortie U4 qui est proportionnelle ou égale à la somme de la première et de la deuxième tension continue (U1 et U2; Cette tension de sortie U4 qui peut etre réglée, non seulement par la première mais aussi par la deuxième tension continue U1 et U2 est appliquée à l'entrée de comparaison du comparateur de la largeur du canal K2.Le comparateur de la largeur du canal K2 détermine si la hauteur de l'impulsion du signal de mesure Us, appliquéeà son entrée de mesure, est inférieure à la tension U4. Si c'est le cas, il délivre une tension U6. Il est évident que dans le cas de ce montage, l'intervalle de la hauteur d'impulsion, réglé par l'intermédiaire de la tension U4, est maintenu, même dans le cas où la première tension continue U1 varie. La figure 2 représente une forme de réalisation de l'invention dans laquelle on utilise comme transformateurs d'impédance I1 et I2, deux amplificateurs V1 et V2 à faible dérive Une tensiond'alimentation stabilisée UO alimente, par l'intermédiaire de la résistance RO, une diode Zener Z compensee en température, sur laquelle sont branchés en parallèle deux condensateurs C1 et C2. De plus un circuit série, constitué par les resistances de réglage P1 et P2 ainsi que par le potentiomètre de réglage de la ligne de référence P3, est branché en parallèle sur la diode Zener.La tension continue U1, prélevée sur le potentomètre P3 de la ligne de référence, est transmise, par l'intermédiaire de la resistance R1, au premier amplificateur V1. Un circuit sérine, constitué par les résistances de réglage P4 et P5 ainsi que par le potentiomètre- de la largeur du canal P6, est de même branché en parallèle sur la diode Zener Z. La tension continue U2, prélevée sur le potentiomètre de largeur du canal P6 est appliquée, par l'intermédiaire de la résistance R2 au deuxième amplificateur V2. Par conséquent, il est évident que les deux tensions continues U1 et U2 peuvent etre obtenues, à partir de la même tension partielle, très constante et prélevée sur ld diode Zener, de la même tension d'alimentation Uo. Les amplificateurs V1 et V2, qui jouent le rôle de tranformateurs d'impédance, sont des amplificateurs différentiels couplés galvaniquenlent qui sont de-préférence réalisés suivant la technique intégrée monolithique et qui sont disposés afin d'être à lo même température suivant la technique double ligne dans un boîtier commun. Par suite du couplage de réaction constitué par les resistances R1, R3 et R2, R4, le gain en tension des deux amplificateurs V1, V2 est égal à un. La tension continue U3, apparaissant à la sortie de l'amplificateur V1, est par suite égale à la tension continue U1 lorsque R1 = R3. En plus de la tension continue U2, la tension continue U1, prélevée-sur le potentiomètre de la ligne de référence P3, est aussi transmise par l'intermédiaire de ld résistance R5 à l'entrée de l'amplifi- cateur V2 (additionneur analogique) de scrte qu'apparaît à sa sortie la tension constituée par la somme des tensions continues U1 et U2, réglées sur les potentiomètres P3 et-P6 lorsque R5 = R2 =R4 La tension de sortie U3 de l'amplificateur V1 est appliquée, par l'intermédiaire d'un élément de filtrage, constitué par ld résistance R6 et par le condensateur C3, à l'entrée ae comparaison du comparateur de la-ligne de référence K1. De façon correspondante, la tension de sortie U4 de l'amplificateur V2 est appliquée, par l'intermédiaire de l'élément de filtrage, constitué par la résitance R7 et le condensateur C4, à l'entrée de comparaison du comparateur de la largeur du canal K2. Le signal de mesure Us, qui doit etre analysé et qui est constitué par un mélange d'impulsions de tension de hauteurs différentes, est appliqué sur un diviseur de tension, constitué par les résistances R8 et R9. Le signal prélevé sur la résistance R9 est transmis, par l'intermédiaire des résistances R10, R 11, aux entrées de mesure des deux comparateurs K1 et K2.A la sortie du comparateur de la ligne de référence K1 apparait une tension Ug lorsque la hauteur de l'impulsion appliquée à son entrée, est supérieure à la tension qui est appliquée à son entrée de comparaison et qui est réglée par l'intermédiaire du potentiomètre de la ligne de référence P3, et presque sinultanément à la sortie du comparateur de la largeur de canal K2, apparait une tension de sortie U6 lorsque la hauteur de l'impulsion est inférieure à la tension somme, qui est appliquée sur sa deuxième entrée de comparaison, et qui est réglée au moyen du potentiomètre de la ligne de référence P3 et du potentiomètre de la largueur de canal P6.Les tensions de sortie U5 et U6 sont transmises à un circuit d'évaluation logiques, dont le signal de sortie sert à déclencher des impulsions rectangulaires normalisées. Etant donné que les variaticns respectives des tensions, en fonction de la température, des amplificateurs différentiels V1 et V2, réalisés suivant la technique intégrée, ne sont égales qu'à quelques microvolts par degré Celsius, et étant donné que la diode Zener Z, compensée en température, de même que les résistances de réglage et les résistances fixes utilises dans le montage, ne possèdent qu'un très faible coefficient de température, les tensions continues, appliquées aux entrées de comparaison des comparateurs Ki et K2 et destinées au réglage de la ligne de référence et de la largeur du canal du discriminateur différentiel, ne présentent elles-mêmes qu'une variation particulièrement faible, en fonction de la temperature. De plus, le circuit représenté sur la figure 2, présente l'avantage qui consiste en ce que la tension U4, destinée au réglage de la largeur du canal et appliquée au comparateur de la largeur du canal K2, est obtenue par une addition analcgique précise des tensions continues U1 et U2, réglées au moyen des potentiomètres P3 et P6. Le réglage de la largeur du canal est par suite exactement lié à celui de la ligne de référence. Dans le cas du montage représenté, on empêche le déréglage de la largeur du canal, tel qu'il peut se présenter par exemple, lorsqu'on utilise pour le réglage de la ligne de référence et de la largeur du canal, des sources de tensions indépendantes les unes des autres. Le montage d'après la figure 2 permet d'éviter que le discriminateur de la largeur du canal K2 soit détérioré par la tension continue de sortie U4 de l'amplificateur V2, laquelle correspond à la somme des tensions U1 et U2, réglées sur le potentiomètre de la ligne de référence P3 et sur le potentiomètre de la largeur du canal P6, dans le cas où la tension d'entrée, appliquée sur son entrée de comparaison, dépasse la valeur limite permise. A cet effet, la tension positive d'alimentation +UB2 de l'amplificateur V2 est sensiblement inférieure, par exemple égale à la moitié, de la tension positive d'alimentation +UB1 de l'amplificateur Vl. Par contre les tensions négatives d'alimentation -UB1 et "UB2 sont égales.Les valeurs suivantes sont données à titre d'exemple pour des amplificateurs différentiels V1 et V2 usuels dans le commerce : la tension d'alimentation J0 est égale à -24V, la chute de tension aux bornes de la diode Zener est égale à -8,25V, la tension d'alimentation positive +U81 est égale à +12V, la tension positive d'alimentation +J2est égale à +6W., et les tensions d'alimentations négatives -UB1 et UB2 sont égales respectivement à -12V. Par suite du choix de valeurs différentes pour les tensions d'alimentation positive +UBL et +U82, il apparait, lorsque la valeur limite admise est dépassée, une limitation automatique de la tension de sortie U4 de l'amplificateur V2, grace à laquelle le discriminateur de la largeur du canal K2 est protégé contre une surchage. La figure 3 représente l'ensemble du schéma de bloc d'un discriminateur différentiel comportant un étage comparateur, constitué par deux comparateurs K1 et K2. L'étage comprateur est alimenté, au moyen du montage représenté sur la figure 1, par les tensions continues réglables U3 et U4, en vue du réglage d'un intervalle de hauteurs d'impulsions à rechercher. Les impulsions de tension, délivrées par un détecteur D, arrivent dans un amplificateur linéaire G et sont envoyées à partir de ce dernier, sous la forme d'un signal de mesure US, à l'entrée de mesure du comparteur de la ligne de référence K1 et à celle du comparateur de la largeur de canal K2. Le réglage de la ligne de référence est effectué au moyen d'une tension continue U3, appliquée à l'entrée de comparaison du comparateur de la ligne de référence K1, cette tension étant obtenue, par l'intermédiaire du transformateur d'impédance I1 à faible dérive, à partir de la tension continue U1 réglable.Le réglage de la largeur du canal sur le comparateur de la largeur du canal K2 est effectué, au moyen d'une tension continue U4, qui est formée dans le transformateur d'impédance I2 à faible dérive à partir des tensions continues U1 et Up. Si la hauteur de l'impulsion du signal de mesure U5 est situéeà l'intérieur de l'intervalle des hauteurs d'impulsions, déterminé par les deux seuils, il apparaît alcrs, sur les sorties des comparateurs K1 et K2, des tensions de sortie U5 et U6 qui sont transmises à un circuit d'évaluation logique. Des impulsions en provenance de ce circuit déclenchent dans un étage de mise en forme des impulsions F, des impulsions rectangulaires normalisées qui sont amplifiées dans un amplificateur de puissance L et qui sont aiguillées par l'intermédiaire d'un commutateur S. Elles sont, au choix, enregistrées par un appareil de mesure des valeurs moyennes M ou par un compteur d'impulsions Z. REVENDICATIONS 1. Montage pour un discriminateur différentiel servant à régler lo ligne de référence et la largeur du canal d'un étage comparateur constitué par deux comparateurs, dans lequel le signal de mesure est appliqué à l'entrée de mesure du comparateur de la ligne de référence et sur celle du comparateur de la largeur du canal,.caractérisé par le fait qu'une première tension continue (Ul), réglable et très constante, est envoyée à un premier transformateur d'impédance (I1) à faible dérive, dont I tension de sortie (U3) est proportionnelle à cette première tension continue (U1), que la première tension continue (U1) ainsi qu'une deuxième tension continue (U2) réglable et très constante, sont envoyées à un deuxième tranformateur d'impédance (I2) à faible dérive, dont la tension de sortie (U4) est proportionnelle à la somme (U1 + U2) de la première et de la deuxième tension continue (U1 et U2), et que la tension de sortie (U3) du premier transformateur d'impédance (Il) et la deuxième tension de sortie (U4) du deuxième transformateur-d'impédance (12) sont appliquées respectivement aux entrées de comparaison du comparateur de la ligne de référence (K1) et du comparateur de la largeur de canal (K2). 2. Montage suivant la revendication 1, carac terisé par le fait que les deux transformateurs d'impédance (I1 et t2) sont constitués par des amplificateurs différentiels (V1 et V2), réalisés suivant la technique intégrée, dont les gains en tension sont par suite du couplage de réaction, respectivement égaux à 1. 3. Montage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on choisit 1; tension positive d'alimentation (+UB2) du deuxième amplificateur différentiel (V2) sensiblement inférieure à la tension positive d'alimentation positive (+UB1) du premier amplificateur différentiel (xi). 4. Montage suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que les deux tensions continues (U1 et U2) réglables sont obtenues à partir d'une même tension Ü'dlimentdtion tU) très constante. 5. MOntage suivant la revendication 4, caractérisé par le foit que la tension d'alimentation (UG) est stabilisée au moyen d'une diode Zener (Z) compensée en température. 6. Montage suivant l'une des revendications 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait que les deux amplificateurs différentiels (V1 et V2) sont disposés de façon compacte l'un à côté de l'autre afin d'avoir le même comportement en température.