Brevet FR2139880A1 — publié le 19730112

L'invention concerne un montage pour la surveillance d'une tension continue, délivrant du côté sortie un premier signal pour des valeurs de cette tension continue se situant dans les limites d'une plage prédéterminée par des tensions de référence inférieure et supérieure, et un second signal pour des valeurs de la tension continue qui se situent en dehors de cette plage. Elle a pour but de fournir un montage de ce genre qui, malgré ses multiples possibilités d'application, est particulièrement simple dans sa construction. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que la tension continue est appliquée aux d'un amplificateur différentiel à travers des résistances ohmiques de même grandeur, par le fait en outre que la tension de référence supérieure est appliquée de telle façon à l'une des entrées de l'amplificateur et la tension de référence inférieure à son autre entrée par l'intermédiaire de diodes polarisées différemment l'une par rapport à l'autre, que si la valeur de la tension continue se situe en dehors de ladite plage, l'une des entrées reçoit cette valeur de la tension continue et l'autre entrée reçoit la valeur de la tension de référence, alors que si la valeur de la tension continue se situe dans les limites de la plage, cette valeur est appliquée aux deux entrées de l'amplificateur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'amplificateur différentiel est dimensionné asymétriquement de façon que sa sortie est dans l'un des états de saturation tant que ses deux entrées sont au même potentiel et que sa sortie passe dans l'autre état de saturation lorsque IL tension entre les deux entrées dépasse la tension résiduelle (dite "tension offset") fixée par le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur différentiel, et il est intercalé, entre la sortie de l'amplificateur différentiel et le potentiel de masse du montage, un dispositif pour la signalisation du signal de sortie de l'amplificateur différentiel. On est ainsi assuré que la tension continue à surveiller parvient aux deux entrées de l'amplificateur différentiel tant qu'elle se situe dans les limites de la plage prédéterminée par la tension de référence. La différence de tension entre les entrées est alors nulle. La sortie de l'amplificateur opérationnel est dans l'un des états de saturation, ce qui donne lieu à un premier signal discret au moyen du dispositif de signalisation relié à la sortie de l'amplificateur. Si la tension continue à surveiller se situe hors de la plage prédéterminée par la tension de référence, c'est-à-dire au-dessus de la tension de référence supérieure ou au-dessous de la tension de référence inférieure, l'ure des deux branches à diode devient conductrice et la tension de référence qui lui est adjointe parvient à l'entrée de l'amplificateur différentiel qui lui correspond. l'autre branche à diode reste bloquée, de sorte que la tension continue à surveiller est toujours présente à l'entrée qui est raccordée à cette branche. Si alors la différence entre la tension continue à surveiller et la tension de référence transmise par la branche à diode devenue conductrice, et appliquée à l'une des entrées del'amplificateur différentiel est supérieure à la tension résiduelle établie par le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur différentiel, l'amplificateur opérationnel est activé brusquement et complètement, en raison de sa forte amplification, si bien qu'un second signal discret est obtenu à sa sortie, au moyen du dispositif de signalisation. Lors de l'établissement de la plage des tensions continues à surveiller, par la détermination de tensions de référence, il faut également prendre en considération la tension de seuil de la branche à diode qui devient conductrice dans chaque cas et de la grandeur de la tension résiduelle déterminée par le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur différentiel. Toutefois, dans la pratique, l'influence de ces deux tensions sur les limites de la plage des tensions continues est suffisamment faible pour qu'elle puisse être négligée. Grâce à l'invention, on obtient donc un montage du type défini dans le préambule du présent mémoire, avec lequel un dépassement des tensions de référence dans les deux sens par la tension continue à surveiller est converti en un même signal de sortie. Du fait de la forte amplification de l'amplificateur différentiel, on parvient dans ces conditions à des valeurs de seuil exactes, sans contre-réaction ni hysté- rèse. Selon un modede réalisation de l'invention, le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur différentiel est réalisé par le fait qu'on intercale, au point qui est prévu, en fonction de l'amplificateur différentiel, pour une compensation de la tension résiduelle, une résistance ohmique dont la valeur ohmique esttelle qu'elle produise une surcompensation de la tension résiduelle dans le sens voulu.Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dimensionnesent asymétr1que de l'amplificateur diLfé3entiel est également réalisé par le fait que l'une de ses deux entrées est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance à valeur ohrnique élevée en comparaison de sa résistance d'entrée, à unpôle de la tension de service prévue pour le montage. Pour le dimensionnement asymétrique de i'amplificateur différentiel, des précautions sont rises contre une commutation erronée d'un état du circuit dans l'autre. ne telle commutation erronée pourrait par exemple être produite par des tolérances de la tension résiduelle de l'amplificateur différentiel utilisé ou par des tolérances des con posant reliés aux entrées de l'amplificateur. rour un réglage défini de la tension résiduelle dans le sens voulu, on peut utiliser dans les deux cas', à titre de résistance ohmique, une résistance fixe aussi bien qu'un potentiomètre.Toutefois, dans le second cas, la résistance doit être choisie avec une valeur ohmique suffisamment élevée pour que la résistance d'entrée de l'ampli5ica- teur opérationnel, en ce qui concerne cette entrée, ne soit pratiquement pas modifiée. Par ailleurs, il existe un mode de réalisation de l'invention dans lequel il est prévu, pour la production de la tension de référence, un premier et un second potentiomètres qui sont reliés, par leurs bornes d'extrémité, aux deux pôles de la tension de service, et dans lequel une première diode est reliée, par sa cathode, à la prise centrale du premier potentiomètre et, par son anode, à l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel, tandis qu'une seconde diode est reliée, par son anode, à la prise centrale du second potentiomètre et, par sa cathode, à l'entrée non Inverseuse de l'amplificateur différentiel. De cette disposition, il reste cet avantage que les tensions de référence, par lesquelles sont prédéterminées les limites d'une plage de tensions continues, sont réglables dans une large gamme qui est essentiellement limitée par la grandeur de la tension de service du montage. Ainsi le montage peut être adapté à un grand nombre de cas d'application, dans lesquels des plages de tensions différentes doivent être surveillées. De même, pour produire les tensions de référence, il est également possible de prévoir une première et une seconde diodes Zener, la première diode Zener étant reliée, par sa cathode, à l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel et, par son anode, au pôle négatif de la tension de service, tandis que la seconde diode Zener est reliée, par son anode, à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur différentiel et, par sa cathode, au pôle positif de la tension de service. Avec une telle réalisation de l'invention, les tensions de référence sont prédéterminées de manière fixe par les tensions de Zener. Cette disposition est avantageuse, du fait, en particulier, qu'on évite ainsi l'utilisation de composants variables, par exemple de potentiomètres, ce qui favorise une réalisation du montage selon la technique des circuits intégrés. Par ailleurs, selon un développement de l'invention, la tension continue à surveiller est appliquée aux entrées de l'amplificateur différentiel par l'intermédiaire d'un diviseur de tension. Il est ainsi possible de surveiller des tensions continues qui sont plus élevées que les tensions d'entrée admissibles pour l'amplificateur différentiel utilisé. Par un choix judicieux du potentiel à la base du diviseur de tension, donc au potentiel de masse du montage, il est même possible de surveiller des plages de tensions dont les limites se situent de part et d'autre d'un potentiel zéro Selon une. variante de l'invention, les tensions de référence sont disponibles aux entrées de l'amplificateur différentiel à un niveau de résistance plus bas que la tension continue à surveiller Dans un cas pratique, les tensions de référence sont appliquées alors à un niveau de résistance trois fois plus bas aux entrées de l'amplificteur différentiel que la tension continue à surveiller.Cela est obtenu par le dirensionnement des résistances ohmiques par lesquelles la tension continue à surveiller est appliquée aux entrées de l'amplifica teur, ou par le dimensionnement des potentomètres éventuellement utilisés comme sources de tension de référence. On en retire cet avantage que, dans la rnesure où la tension continue à surveiller a dépassé la plage de tensions continues réglés elle ne peut produire aucune modification indésirable de la tension de référence appliquée à l'une des entrées de l'amplificateur par la branche à diode rendue conductrice. De la sorte, des précautions sont donc prises pour que les limites fixées de la plage de tensions continues ne puissent pas être modifiées par la tension continue à surveiller. Selon une autre caractéristique de l'invention, la sortie de l'amplificateur différentiel est reliée, par une résistance ohmique, à l'entrée inverseuse. Par cette disposition de montage, on obtient ce qui pourrait être appelé une "commutation en douceur". Scrs- que la tension continue à surveiller dépasse l'une des tensions de référence, la sortie de l'amplificateur ne passe plus brusquement d'un état de saturation à l'autre, mais il se produit un passage doux entre les deux états de saturation. Si par exemple on utilise une lampe à incandescence comme dispositif pour la signalisation du signal de sortie, ce > ,assage doux se manifeste, selon le sens de commutation, par une extinction ou un allumage lent de la lampe à incandescence.Il en résulte cet avantage qu'en observant la lampe a incandescence, on en retire une information additionnelle sur le fait que la tension continue à surveiller est située précisément à l'une des limites de la plage des tensions continues ou en est plus éloignée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la sortie de l'amplificateur différentiel est reliée, par une résistance ohmique, à l'entrée non inverseuse. Dans ce cas, on obtient un phénomène d'hystérèse lors de la comrutation. Lors du dépassement de l'une des tensions de référence dans l'un des deux sens, la commutation se produit pour une valeur définie par la tension de référence. Si par contre la tension continue dépasse cette tension de référence dans l'autre sens, la com utation se produit à une valeur de tension qui diffère légèrement de la tension de référence. la grandeur de cet écart est une fonction de la valeur de la résistance intercalée entre la sortie de l'amplificateur et son entrée non inverseuse. De façon correspondante, un phénomène d'hys- térèse dépendant du temps est obtenu si la sortie de l'amplificateur différentiel est reliée à son entrée non inverseuse par l'intermédiaire d'un condensateur. Dans ce cas, une commutation de l'un des états de saturation à l'autre se produit avec un certain retard. Cela vaut aussi bien pour un sens de commutation que pour l'autre. La durée du retard est fonction de la capacité du condensateur, Un phénomène d'hystérèse à la commutation est intéressant au cas où peuvent survenir de faibles variations de la tension continue à surveiller. Cela peut être par exemple le cas lorsqu'on doit s'attendre, avec la tension à surveiller, à des tensions perturbstrices qui ne doivent pas être indiquées en raison de leur faible amplitude. On évite ainsi, par l'hystérèse, un clignotement répété et une extinction d'une lampe à incandescence utilisée comme dispositif de signalisation. Si l'on emploie un relais à la sortie de l'amplificateur comme dispositif de signalisation, un battement des contacts de ce relais est exclu pour les mêmes raisons. L'invention est expliquée ci-après de façon plus détaillée à propos d'un exemple'de réalisation représenté au dessin annexé. Sur le dessin est représenté un montage selon l'invention qui est alimenté aux bornes 1, 2 par une tension de service UB. Le montage ctporte, en tant qu'amplificateur, un amplificateur opérationnel O avec entrée d'amplificateur différentiel, c'est-à-dire avec une entrée inverseuse 3 et une entrée non inverseuse 4. A ces deux entrées 3, 4 sont appliquées, par des branches à diodes D1, D2, des tensions de référence Ul, U2 par lesquelles sont fixées les limites de la plage des tensions continues à surveiller. Pour la production de la tension de référence Ul, U2, sont prévus deux potentiomètres Pi, P2 qui sont reliés, par leurs bornes d'extrémité, aux deux bornes de la tension de service. Dans ces conditions, la première diode Di est reliée, par sa cathode, à la prise centrale du premier potentiomètre P1 et, par son anode, à l'entrée inverseuse 3 de l'amplificateur opérationnel, tandis que la seconde diode D2 est connectée, par son anode, à la prise centrale du second potentiomètre P2 et, par sa cathode, à l'entrée non inverseuse 4 de l'amplificateur opérationnel.La tension continue à surveiller UB est couplée d'une part, par une borne 5, au pôle (pôle moins) de la tension de service UB qui sert de potentiel de masse pour le montage et, d'autre part, par une borne 6, aux deux entrées 3, 4 de l'amplificateur opértionnel par l'intermédiaire de résistances ohmiques Ri, R2. L'amplificatcur opérationnel O est dimensionné asymétriquement de sorte que sa sortie 7 est dans l'un des états de saturation tant que ses deux entrées sont au même potentiel, et que sa sortie 7 bascule dans l'autre état de saturation quand la tension entre les deux entrées 3, 4, est supérieure à la tension résiduelle fixée par le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur opérationnel.Le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur opérationnel O est produit par le fait qu'au point de l'amplificateur opérationnel 0, qui est prévu pour la compensation de la tension résiduelle, est intercalée une résistance ohmique qui est dimensionnée de manière à provoquer une surcompensation de la tension résiduelle dans le sens voulu. Cette résistance est indiquée symboliquement par le potentiomètre Rg. Un dispositif pour la signalisation du signal de sortie Ua de l'amplificateur opérationnel O peut être branché entre la sortie 7 de l'amplificateur opérationnel O et le potentiel de masse 2 du montage. Ce dispositif peut être par exemple une lampe à incandescence. Pour la description suivante du fonctionnement du montage, on supposera que-~la tension de service U est égale à 20 V, la tension de référence U1 est égale à 12 V et la tension de référence U2 est égale à 8 V. Dans ces conditions, les tensions de référence U1 et U2 sont disponibles à un niveau de résistance relativement bas aux entrées 3, 4 de l'amplificateur opérationnel, en comparaison de la tension continue à surveiller UE. Tant que la tension continue à surveiller UE a une valeur qui se situe entre les tensions de référence U1, U2, si par exemple la tension continue UE est égale à 10 V, les deux diodes D1 et D2 sont bloquées dans ce cas. En conséquence, la tension continue UE est présente aux entrées 3, 4 de l'amplificateur opérationnel. Par le potentiomètre Rg, la tension résiduelle de l'amplificateur opérationnel O est réglée pour qu'apparaisse alors, à la sortie de l'ampGieicateur, une tension de saturation négative. Le signal de sortie Ua correspond dans ce cas au "O" logique. Mais le réglage de la tension ré siduelle peut etre effectué avec des résistances fixes, à la place d'un potentiomètre. Si par contre la tension continue Uz est plus positive que la tension de référence U1, si par exemple la tension continue UE atteint dans ce cas 13 V, la diode D1 devient conductrice. Abstraction faite de la tension de seuil de la diode Di, il en résulte que la tension de référence U1 au niveau 12 V est appliquée à l'entrée inverseuse 3 de l'amplificateur. Nais en même temps, la diode D2 reste bloquée, si bien que la tension continue à surveiller UE est présente au niveau de 13 V à entrée non inverseuse 4. Ainsi, l'entrée non inverseuse 4 est plus positive que l'entrée inverseuse 3.Dès que la tension résiduelle réglée par le potentiomètre Ro a été dépassée, l'amplificateur opérationnel est brusquement activé complètement et, en conséquence, un signal de sortie positif Ua apparaît à la sortie 7 Ce signal de sortie Ua correspond au "l" logique, par lequel une lampe d'avertissement peut être branchée directement ou par l'intermédiaire d'un relais ou d'un amplificateur. Par contre, si la tension continue à surveiller UE prend une vaieur qui est inférieure à la tension de référence U2, par exemple une valeur de 7 V, la diode D1 est de nouveau bloquée, la diode 22 devenant conductrice. Pour cette raison, la tension constante US d'une valeur de 7 V est présente à l'entrée inverseuse 3 et la tension de référence U2 est présente à l'entrée non inverseuse 4, abstraction faite de la tension de seuil de la diode D2. Ainsi, la tension à l'entrée inverseuse 3 est plus négative que celle qui est présente à l'entrée non inverseuse 4, de sorte que l'amplificateur opéra- tionnel O est, là encore, brusquement activé entièrement par suite de sa forte amplification.Dans ce cas, le signal de sortie Ua est également positif a Si l'on cherche à contrôler une tension constante UE qui dépasse les tensions d'entrée admissibles pour l'amplificateur opérntionnel, on peut intercaler un diviseur de tension entre la borne 6 et le potentiel de masse 2 du montage. Par un choix approprié du potentiel à la base de ce diviseur de tension, on peut même contrôler des plages de tensions dont les valeurs limites se situent de différents côtés d'un potentiel zéro. Dans ces conditions, il faut toutefois veiller à ce que les valeurs limites admissibles de l'amplificateur opérationnel O ne soient pas dépassées, ce qui est.par exemple possible au moyen de diodes d'rrêt. Les résistances R1 et R2 ne devront pas dépasser la résistance d'entrée de l'am.plifica- teur opérationnel 0, laquelle peut par exemple se situer entre 105 ohms et 2 x 106 ohms. REVENDICATIONS 1. Montage pour la surveillance d'une tension continue, délivrant du côté sortie un premier signal pour des valeurs de cette tension continue se situant dans les limites d'une plage prédéterminée par des tensions de référence inférieure et supérieure, et un second signal pour des valeurs de la tension continue qui se situent en dehors de cette plage, caractérisé par le fait que la tension continue est appliquée aux entrées d'un amplificateur différentiel par l'intermédiaire de résistances de même grandeur, par le fait que la tension de référence supérieure est appliquée de telle manière à l'une des entrées de l'amplificateur et la tension de référence inférieure de telle manière à l'autre entrée de celui-ci par l'intermédiaire de diodes polarisées différemment l'une par rapport à l'autre, que si la valeur de la tension continue se situant en dehors de la plage, l'une des entrées reçoit cette valeur de la tension continue tandis que l'autre entrée reçoit la valeur de la tension de référence, et que Si la valeur de la tension continue est comprise dans les limites de la plage, cette valeur est appliquée aux deux entrées de l'amplificateur. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'amplificateur différentiel est dimensionné asymétriquement de telle manière que sa sortie est dans l'un des états de saturation tant que ses deux entrées sont au même potentiel et que sa sortie passe dans l'autre état de saturation lorsque la tension entre ses deux entrées dépasse la tension résiduelle fixée par le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur différentiel, et par le fait qu'est intercalé, entre la sortie de l'amplificateur différentiel et le potentiel de masse du montage, un dispositif pour la signalisation du signal de sortie de l'amplificateur différentiel. 3. Montage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dimensionnement asymétrique de l'amplificateur différentiel est réalisé par le fait qu'est intercalée, au point qui est prévu, suivant l'amplificateur différentiel, pour une compensation de la tension résiduelle, une résistance ohmique qui est dimensionnée pour qu'elle produise une surcompensation de la tension résiduelle dans le sens voulu. 4. Montage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dimensionnement asymétrique de l'am plificateur différentiel est réalisé par le fait que l'une de ses deux entrées est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique à valeur élevée en comparaison de sa résistance d'entrée, à un pôle de la tension de service prévue pour le montage. 5. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu, pour la production des tensions de référence, un premier et un second potentiomètres qui sont raccordés, par leurs bornes d'extrémité, aux deux pôles de la tension de service, et par le fait qu'une première diode est reliée, par sa cathode, à la prise centrale du premier potentiomètre et, par son anode, à l'une des entrées de l'amplificateur différentiel, tandis qu'une seconde diode est reliée, par son anode, à la prise centrale du second potentiomètre et, par sa cathode, à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel. 6. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu, our la production des tensions de référence, une première et une seconde diodes Zener, et par le fait que la première diode Zener est reliée, par sa cathode, à l'une des entrées de l'amplificateur différentiel et, par son anode, au pôle négatif de la tension de service, tandis que la seconde diode Zener est reliée, par son anode, à l'autre entrée de l'amplificateur différentiel et, par sa cathode, pô-leposrtif de la tension de service. 7. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la tension continue à surveiller est appliquée aux entrées de l'amplificateur différentiel par l'intermédiaire d'un diviseur de tension. 8. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les tensions de référence sont disponibles aux entrées de l'amplificateur différentiel avec une valeur ohmique plus faible que la tension continue à surveiller. ?. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par Qe fait que la sortie de l'amplificateur différentiel est elle, par l'intermédiaine d'une résistance ohmique, à l'une de ses entrées, à savoir son entrée inverseuse. 10. Montage selon l'une quelconque des reven dications 1 à 8, caractérisé par le fait que la sortie de l'amplificateur différentiel est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique, à son autre entrée, non inverseuse. 11. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la sortie de l'amplificateur différentiel est reliée, par l'intermédiaire d'un condensateur, à l'autre entrée, non inverseuse. 12. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'une lampe à incandescence est utilisée comme dispositif pour la signalisation du signal de sortie de l'amplificateur différentiel.