Brevet FR2121692A1 — publié le 19720825

L'invention se rapporte à des dispositfs de mesure électriques et plus particulièrement à des circuits pour convertir un signal d'entrée électrique variable en un signal proportionnel à la valeur de la racine du carré moyen audit signal d'entrée encore appelée valeur efficace dudit signal. 5 Un type connu de convertisseur de racine de carré moyen est un dispo sitif dans lequel le signal d entrée est tout d'abord multiplié par lui-même dans un multiplicateur, la sortie de celui-ci étant intégrée et ensuite appliquée à un second multiplicateur connecté de manière à réaliser un calcul de racine carrée. La sortie du second multiplicateur représente la valeur de la 10 racine du carré moyen du signal d'entrée. La présente invention a pour objet de perfectionner de tels convertisseurs . En pratique l'objet de la présente invention est de réaliser un convertisseur de racine de carré moyen ayant vm nombre réduit de composants, une 15 grande simplicité, une excellente précision et un prix de revient relativement bas. Selon la présente invention, un convertisseur de racine de carré moyen du genre dans lequel le signal d'entrée est appliqué à un multiplicateur de manière que ledit signal d'entrée soit multiplié par lui-même, est caracté-20 risé en ce que des moyens de contre-réaction sont prévus pour développer et appliquer un signal de compensation adapté à annuler la composante à courant continu apparaissant à la sortie dudit multiplicateur. Dans un tel convertisseur le signal de compensation représente la valeur de la racine du carré moyen du signal d'entrée. Ce circuit évite l'em-25 ploi du second multiplicateur habituellement utilisé dans les dispositifs connus. Du fait que de tels multiplicateurs sont des composants relativement onéreux, la suppression d un des deux multiplicateurs habituellement utilisés rend le convertisseur beaucoup plus simple et beaucoup moins cher. L'invention va maintenant être décrite à titre d'exemple non limita-30 tif en référence au dessin annexé. Selon la figure qui représente un schéma d'un dispositif convertisseur selon l'invention, le convertisseur 10 comprend un circuit multiplicateur 12 ayant des bornes d entrée 21 et 2J, un circuit intégrateur 1^ et un circuit inverseur 16. Le circuit multiplicateur est de type connu, à réseaux logarith-35 miques par exemple ou encore à double modulation (durée et amplitude) d'impulsions. De tels multiplicateurs sont bien connus de l'homme de l'art et le détail de leur réalisation ne sera pas précisé davantage. Du fait que ces multiplicateurs sont des dispositifs sensibles à la tension et que dans le présent circuit 72 00608 2 2121692 convertisseur, des courants sont additionnés en amont des bornes d'entrée 21 et 2J du multiplicateur 12, des circuits sommateurs 18 et 20 sont respectivement disposés en amont des bornes d'entrée 21 et 23 du circuit multiplicateur 12. Dans le cas où le circuit multiplicateur 12 serait un dispositif sensible 5 au courant, de tels circuits de sommation 18 et 20 ne seraient pas nécessaires. Le signal d entrée à convertir est appliqué à la borne d:entrée 22 du circuit convertisseur 10. Dans ces conditions un courant d'entrée I traverse des résistances de limitation 24 et 26 pour aboutir à des noeuds de sommation de courant 28 et 30 puis à travers les amplificateurs de sommation 18 et 20 aux bornes 10 d entrée 21 et 23 du multiplicateur 12. Le multiplicateur 12 a pour objet de multiplier les signaux qui sont appliqués à ses deux bornes d'entrée 21 et 23 et ainsi engendrer un signal de sortie qui est le produit de ces deux signaux. Ce signal de sortie est alors appliqué au circuit intégrateur 14, lequel comporte un amplificateur opérationnel à gain élevé 38, mie résistance d'entrée 15 36 et un condensateur de contre-réaction de grande valeur 40 disposé entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur 38. La constante de temps de l'intégrateur 14 -qui est le produit des valeurs de la résistance 36 et du condensateur 40-est prise suffisamment grande de façon à produire en sortie un signal à courant continu filtré. De préférence, cette constante de temps est prise beaucoup plus 20 grande que la période la plus grande du signal d entrée susceptible d'être appliqué au dispositif de conversion 10. Si on arrêtait là la description du circuit de conversion 10 on obtiendrait sur la borne 55-56, à la sortie de l'intégrateur 14, l'intégrale du carré du signal d'entrée, ce qui bien entendu n'est pas la valeur de la racine 25 du carré moyen recherchée. Le courant de sortie 1^ de l'intégrateur 14 est directement appliqué depuis la borne 55» à travers une résistance 32, au noeud de sommation 28. Ce même courant de sortie 1^ est en outre appliqué à travers un inverseur 16 et une résistance 3^ identique à 32, à 1 autre noeud de sommation 30. De la sorte, 30 le signal de sortie directe de l'intégrateur 14 est appliqué en contre-réaction au noeud de sommation 28 et le signal de sortie inversé de ce même intégrateur appliqué au noeud de sommation 30. Les courants de contre-réaction et - I^, sont algébriquement additionnés au courant d'entrée I dans les noeuds de sommation 28 et 30. 35 Dans le circuit particulier représenté sur la figure, le circuit in tégrateur 14 est un intégrateur inverseur de telle sorte que le signal non inversé appliqué au noeud de sommation 28 est de signe négatif, cependant que le signal inversé appliqué au noeud 30 est de signe positif. Les signaux additionnés sont alors appliqués aux bornes 21 et 23 du circuit multiplicateur 12 qui 72 00603 2121692 multiplie 1J un par 1' autre les sommes ainsi réalisées en 28 et JO. A la sortie du circuit de sommation 18 le signal d'entrée I fait fonctionner le multiplicateur 12 dans une direction, cependant que le signal de contre-réaction - I l'amène dans la direction opposée de façon qu'un point d'équilibre soit atteint, 5 lorsque le courant continu linéairement filtré qui sort du circuit multiplicateur 12 est nul. Le courant continu exigé pour équilibrer le circuit de multiplication est la valeur de la racine du carré moyen du courant d'entrée c'est- à-dire sa valeur efficace : la tension E sur la borne 56 est donc égale à la o valeur de la racine du carré moyen de la tension d'entrée appliquée en 22. La 10 valeur de la racine du carré moyen du courant d'entrée I est la tension E divi- o sée par la valeur des résistances 32 ou 3^ (lesquelles sont égales entre elles). Les équations ci-après expriment les relations qui existent dans des conditions de fonctionnement stable du circuit convertisseur selon 1'invention, lorsque le signal à courant continu filtré qui apparaît à la sortie du multipli- 15 cateur est nul, T étant la période du signal d'entrée I continuellement appliqué. T (1) | (I + If) (I - If) dt = O ou vj tj: (2) _L I fr2 . T 2 (I - 1^ ) dt = O qui devient Lorsque les conditions de fonctionnement stable sont obtenues, I„ est 2 20 un courant continu permanent et devient constant de sorte que l'équation 3 peut s'écrire : 2 1 f'T 2 (4) l/ = I r dt tJ En prenant la racine carrée des deux parties de l'équation (4) on obtient donc l'équation 5 ci-après : VFT 25 (5) If ■ \/— I En d'autres termes, l'équation 5 montre que le signal de sortie en fonctionnement stable de l'intégrateur 14 est égal à la valeur efficace du courant d'entrée. 72 00608 2121692 Une diode 52 est connectée entre la borne 55 et la sortie de l'intégrateur 14, et une autre diode 5^ disposée en parallèle avec le condensateur 40. Les diodes 52 et 54 sont prévues de façon à ne permettre la circulation du courant de sortie que dans une seule direction. Dans ces conditions, lorsqu'il n'y 5 a pas de signal d'entrée appliqué en 22 ceci évite à l'ensemble des circuits de dériver vers un mode de fonctionnement du multiplicateur 12 qui ne conviendrait pas. En somme, les diodes évitent au circuit convertisseur d'être placé dans une condition de fonctionnement du multiplicateur correspondant à un quadrant normalement inutilisé. 10 Chacun des amplificateur 38, 42 et 48 peut être un amplificateur opé rationnel intégré, d'un type relativement peu onéreux disponible sur le marché. Dans chacun de ces amplificateurs une des bornes d'entrée est mise à la masse, de sorte qu'il fonctionne en fait avec une borne d'entrée unique. Le circuit inverseur 16 est de type conventionnel, il comporte un am-15 plificateur opérationnel 42 et des résistances identiques 44 et 46. Les amplificateurs de sommation 18 et 20 sont identiques et sont également bien connus, ils comprennent un amplificateur opérationnel 48 avec une résistance de contre-réaction 50 stabilisant leur gain. Comme cela a été indiqué ci-dessus, la constante de temps de l'inté-20 grateur doit être beaucoup plus grande que la période la plus grande du signal d'entrée susceptible d'être appliqué au circuit convertisseur. L'objet de cette caractéristique est de permettre un bon filtrage de l'onde de sortie ainsi engendrée . Dans une autre forme de réalisation, le circuit inverseur 16 peut être 25 placé entre la borne d'entrée 22 et l'un ou l'autre des noeuds de sommation 28 ou 30 disposés.en amont du multiplicateur 12(voir sur la figure, les composants 16 représentés en pointillés). Dans ce cas on obtient le même résultat que si l'inverseur était connecté entre les bornes 55 et 30. L'inverseur 16 pourrait également être placé entre les bornes 55 et 28 sans pour autant changer le fonc-30 tionnement du convertisseur 10. Dans chaque cas le principe de fonctionnement est le même : l'un des deux signaux d'entrée I ou If appliqués sur l'un des deux noeuds de sommation 28 et 30 est de polarité opposée à l'autre, si bien que ces signaux sont additionnés sur l'une des bornes 28 ou 30 et retranchés sur l'autre. Les signaux d'entrée peuvent avoir différentes formes (sinusoïdale, 35 carrée, impulsionnelle, etc.). Dans tous les cas, le circuit convertisseur selon 1'invention calculera correctement la valeur efficace de ces signaux seins tenir compte de la forme des signaux d'entrée appliqués. Bien entendu, le dispositif indique la valeur de la racine du carré moyen de signaux d'entrée à courant continu. Dans ces conditions, un dispositif convertisseur selon l'invention peut 72 006U5 5 2121692 être c&libré au moyen de piles-étalons ou de tout autre source de tension continue stable, utilisée comme signal de référence d'entrée. Le convertisseur selon l'invention est relativement simple, stable, précis et bon marché. Au lieu de deux circuits de multiplication 12, un seul est utilisé, ce qui est appréciable puisque le multiplicateur est le composant le plus onéreux de tout le dispositif. En outre, le circuit étant peu encombrant, il peut être aisément incorporé dans des appareils de mesure de genres divers. 72 00603 6 2121692 REVENDICATIONS 1. Dispositif calculateur de la valeur efficace (ou racine de carré moyen) d'un signal d'entrée, du genre comprenant un circuit multiplicateur et des moyens pour appliquer ledit signal d'entrée audit multiplicateur de manière que ledit signal d'entrée y est multiplié par lui-même, caractérisé en outre en ce 5 qu'il comporte des moyens de compensation pour développer et appliquer un signal de compensation adapté à annuler la composante à courant continu qui apparaît à la sortie dudit multiplicateur, ledit signal de compensation représentant la valeur efficace dudit signal d'entrée. 2. Dispositif calculateur de valeur efficace selon la revendication 1, carac-10 térisé en ce que lesdits moyens de compensation comprennent un circuit intégrateur disposé à la sortie dudit circuit multiplicateur. 3. Dispositif calculateur de valeur efficace selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit multiplicateur comportant deux bornes d'entrée, lesdits moyens de compensation comprennent des moyens pour appliquer en retour 15 le signal de sortie dudit intégrateur sur lesdites bornes d'entrée, un circuit inverseur de polarité étant prévu pour créer une opposition de polarités entre le signal de sortie dudit intégrateur et le signal d'entrée appliqué audit dispositif calculateur, qui aboutissent sur l'une des bornes d'entrée dudit multiplicateur. 20 4. Dispositif calculateur de valeur efficace selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit circuit inverseur de polarité est connecté de manière à inverser la sortie dudit intégrateur avant d'être appliqué en retour sur l'une desdites bornes d'entrée dudit multiplicateur. 5- Dispositif calculateur de valeur efficace selon la revendication J, caracté-25 risé en ce que ledit circuit inverseur de polarité est adapté à inverser ledit signal d'entrée avant qu'il atteigne l'une des bornes d'entrée dudit circuit multiplicateur. 6. Dispositif calculateur de valeur efficace selon l'une ou l'autre des revendications 2 à 5» caractérisé en ce que ledit intégrateur a une constante de 30 temps relativement importante qui lui permet de filtrer efficacement les signaux qu'il délivre en sortie. 72 00608 2121692 7. Dispositif calculateur de valeur efficace selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite constante de temps est beaucoup plus grande que la période la plus grande du signal d'entrée susceptible de lui être appliquée. 8. Dispositif calculateur de valeur efficace selon l'une ou l'autre des reven-5 dications 2 à 5> caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de conduction unidirectionnelle adaptés à redresser le signal de sortie dudit intégrateur. 9. Dispositif calculateur de valeur efficace selon 1 une ou l'autre des revendications 2 à 5j caractérisé en ce que ledit multiplicateur étant un dispositif sensible à la tension, un amplificateur sommateur de courant est dis- 10 posé en amont de chaque borne d'entrée dudit multiplicateur.