Brevet FR2193977A1 — publié le 19740222

La présente invention, réalisée dans le cadre du département "INTERMETALL" de la Société des Produits Industriels ITT, concerne un circuit de mesure de ltamplitude d'une grandeur électrique. Elle est applicable dans les appareils numériques utilisés notamment pour la mesure de grandeurs électriques dont l'amplitude varie dans de grandes proportions. Lorsque lton désire effectuer, par exemple, la mesure du courant inverse de diodes en sortie dlune chaine de fabrication, on est amené à changer très souvent la gamme de mesure de l'appareil utilisé ; en effet, le courant inverse de ces diodes varie de quelques nano-amperes à plusieurs centaines de micro-ampères. Ce changement de gammes augmente non seulement le temps de mesure mais aussi le risque d'erreurs. D'une façon générale, ltétage d'entrée de l'appareil de mesure comprend notamment un amplificateur et changer la gamme de mesure consiste à changer la résistance de contre-réaction donc le gain de l'amplificateur.Ainsi, les erreurs indépendantes de la nature du signal fourni à Irentrée et dues par exemple à une dérive dans le temps ou en fonction de la température se retrouvent en sortie de cet amplificateur sous la forme d'une tension d'erreur pratiquement constante. Cette erreur constante, négligeable dans la mesure de courants forts,peut dépasser les normes admises dans la mesure de courants de faible amplitude. La présente invention a donc pour objet un circuit de mesure de courant supprimant les changements de gamme dans un appareil de mesure numérique; I1 est toutefois évident quelle est applicable dans tout montage analogue. Le circuit de mesure de l'amplitude dlune grandeur électrique variant dans de larges proportions faisant l'objet de la présente invention, se caractérise en ce qu'il comprend notamment : un convertisseur logarithmique analogique recevant la grandeur à mesurer et fournissant en réponse un signal de sortie analogique proportionnel au logarithme de l'amplitude de la grandeur à mesurer ; un convertisseur analogique-numérique recevant le signal de sortie du convertisseur logarithmique et fournissant en réponse un signal de sortie numérique proportionnel ; un convertisseur exponentiel numérique recevant le signal numérique de sortie du convertisseur analogique-numérique et fournissant en réponse un signal numérique proportionnel à l'exponentielle du signal numérique reçu. Une autre caractéristique du circuit de mesure ou de réglage de l'invention réside dans le fait que le convertisseur logarithmique analogique est un amplificateur à grand gain doté dlun circuit de contre-réaction comprenant essentiellement un composant (diode ou transistor par exemple) dont la caractéristique tension/courant est sensiblement logarithmique. Les différents objets et caractéristiques de l'invention vont maintenant être détaillés dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, le diagramme général d'un exemple de réalisation du circuit de l'invention, - la figure 2, la caractéristique courant/tension d'entrée du circuit DR de la figure 1. On décrira maintenant, en se reportant aux figures annexées, un exemple de réalisation d'un circuit de mesure de courant conforme au circuit de l'invention. Le circuit de la figure 1 comprend notamment une source G fournissant au circuit de mesure de l'invention un courant i à mesurer. Le circuit de mesure comprend un amplificateur logarithmique AL, un convertisseur analogique-numérique AN et un convertisseur export nentiel numérique EN pilotés par une horloge HG. L'amplificateur logarithmique AL comprend notamment une borne d'entrée E et un conducteur de sortie al. Il comprend également un amplificateur opérationnel AO de gain A. L'entrée inverseuse EN de cet amplificateur est connectée d'une part à la borne d'entrée E par l'intermédiaire d'une résistance de protection R1, d'autre part au conducteur de sortie al par l'intermédiaire d'un circuit de contre-réaction DR schématiquement représenté par une diode D1. trée suiveuse EP de l'amplificateur AO est connectée au potentiel de référence, la masse par exemple. On appellera il le courant fourni à l'amplificateur opérationnel AO et i2 le courant circulant dans la boucle de contre-réaction ; on appellera V1 la tension aux bornes d'entrée de l'amplificateur AO et V2 sa tension de sortie. On suppose que la résistance de protection R1 est faible et que l'amplificateur opérat-ionnel AO, dont le gain en boucle ouverte A est très grand, est utilisé dans la partie linéaire de sa caractéristique. A l'équilibre, on peut alors considérer que la tension d'entrée V1 et le courant d'entrée il sont nuls. Par suite, i:;i2. La courbe à allure exponentielle de la figure 2 est une illustration des variations du courant direct i2 à travers la diode D1 en fonction de la différence de potentiel V à ses bornes ; à toute valeur V, il correspond une valeur i2 telle que : i2 =k (eV-1). Comme i2 = i et V2 = V, lorsque V1 = O, on peut écrire que sensiblement V2 = k'Li On démontre alors aisément qu'une erreur constante z V2 sur la tension de sortie V2 constitue une erreur proportionnelle sur la mesure du courant d'entrée i. L'utilisation de l'amplificateur logarithmique AL permet donc bien d'obtenir une tension de sortie proportionnelle au logarithme du courant à mesurer ; l'erreur de zéro de cet amplificateur, due par exemple à une dérive dans le temps, se retrouve en sortie sous la forme d'une erreur proportionnelle ; ainsi, la mesure des courants faibles ntest pas proportionnellement plus entachée d'erreur que la mesure des courants de valeurs beaucoup plus élevées. La tension de sortie V2 obtenue à la sortie de l'amplificateur logarithmique AL est ensuite transposée en une valeur numérique. A cet effet, on fournit la tension V2 à l'entrée du convertisseur analogique-numérique AN. Ce convertisseur, piloté par les impulsions de l'horloge HG, fournit périodiquement sur son conducteur de sortie an un train d'impulsions V3 dont le nombre traduit l'amplitude de la tension V2. Ces impulsions sont fournies à l'entrée du convertisseur exponentiel numérique EN. Ce convertisseur, piloté par les impulsions de l'horloge HG, fournit en réponse, sur son conducteur de sortie en, un nombre d'impulsions V4 proportionnel à l'exponentielle du nombre V3. Ce nombre d,impulsions V4 est donc proportionnel à l'exponentielle de la tension V2 elle-même proportionnelle au logarithme du courant à mesurer i. En définitive, le nombre dtimpulsions V4 est proportionnel au courant i. Ces impulsions sont finalement fournies à un système d'affichage classique non représenté ou à un système automatique quelconque exploitant les résultats de mesure. Le convertisseur analogique-numérique AN peut être réalisé, notamment, de la manière décrite dans le brevet français nO 69 33187 déposé le 26 Juin 1970, au nom de la Société dite : WESTERN ELECTRIC COMPANY, Incorporated, pour "Convertisseur analogique-digital". Le convertisseur exponentiel numérique EN peut être réalisé avantageusement, dans le cas d'un système de mesure automatique par un calculateur numérique convenablement programmé. Le circuit décrit présente l'avantage de pouvoir effectuer des mesures de courant depuis inA jusqu'à imA par exemple, sans changement de gamme, apportant ainsi un gain de temps sans perte préjudiciable de précision. On a pu ainsi réaliser un circuit permettant de mesurer l'amplitude d'un courant en 2ms,-ce courant variant dans les limites citées (1nA à 1mA). On remarquera que le circuit de contre-réaction DR de l'am- plificateur opérationnel AO, comprenant principalement une diode D1, peut être constitué par un transistor : en effet, dans un transistor, la tension base-émetteur varie comme le logarithme du courant de collecteur. Il est bien évident que la description qui précède n'a été fournie qutà titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de mesure de l'amplitude d'une grandeur électrique caractérisé par le fait qu2il comprend notamment - un convertisseur logarithmique analogique recevant la grandeur à mesurer et fournissant en réponse un signal de sortie analogique proportionnel au logarithme de l'amplitude de la grandeur à mesurer - un convertisseur analogique-numérique recevant le signal de sortie du convertisseur logarithmique et fournissant en réponse un signal de sortie numérique proportionnel ; - un convertisseur exponentiel numérique recevant le signal de sortie du convertisseur analogique-numérique et fournissant en réponse un signal numérique proportionnel à ltexponentielle du signal numérique reçu. 2. Circuit de mesure tel que défini en 1 et dans lequel le convertisseur logarithmique analogique est un amplificateur à grand gain doté d'un circuit de contre-réaction comprenant essentiellement un composant, diode ou transistor par exemple, dont la caractéristique tension/courant est sensiblement logarithmique.