Brevet FR2146949A1 — publié le 19730309

La présente invention a pour objet un circuit permettant le contrôle de la valeur d'une tension continue instable, dans lequel on utilise le composant dit "thyristor" ; un tel circuit peut commander le fonctidnnement d'un circuit d'utilisation, par exemple, selon le besoin : un circuit d'alarme, d1asservissement de régulation. On sait que le thyristor est formé d'une diode à quatre couches et trois jonctions (p/n/p/n)ayant une électrode de commande (dite "gâchette", dans la suite) au moyen de laquelle on peut fixer à volonté la polarisation de la jonction p/n entre gâchette et cathode, indépendemment de la polarisation appliquée entre l'anode et la cathode, c'est-à-dire entre les couches extrêmes p et n. On a utilisé antérieurement la diode à quatre couches sans électrode de commande (dite aussi "diode à avalanche") pour réaliser des circuits permettant le contrôle de la valeur d'une tension ; on en trouve un exemple dans le brevet français 1.387.226, du 17 décembre 1963, qui décrit un relais électronique utilisant deux diodes à avalanche agissant respectivement lorsque la tension à contrôler atteint l'une ou l'autre de deux valeurs critiques. Le circuit selon l'invention, pour le contrôle d'une tension continue instable dont la valeur varie dans un intervalle déterminé, comprend une source de tension continue stabilisée pour l'alimentation du circuit, au moins un transistor et deux thyristors, un réseau de polarisation, ledit circuit étant caractérisé en ce que ladite tension continue instable est appliquée à l'électrode de commande dudit transistor, en ce que les gâchettes des dits thyristors sont reliées respectivement à des électrodes distinctes dudit (ou desdits) transistor, un ou plusieurs circuits d'utilisation étant connectés en série dans les circuits d'anode de certains desdits thyristors. Selon une autre caractéristique, le réseau de polarisation dudit circuit de contrôle selon l'invention est déterminé de manière que lesdits thyristors soient respectivement bloqués ou conducteurs selon la valeur de ladite tension continue instable par rapport aux limites dudit intervalle de variation déterminé. Selon une autre caractéristique des circuits selon l'invention, les circuits anode-cathode desdites thyristors sont connectés en parallèle. Selon une autre caractéristique, les circuits anode-cathode de deux thyristors sont connectés en série. Selon une autre caractéristique, une partie au moins desdites connexions respectives desdites gâchettes auxdites électrodes comprennent une diode Zener dont l'anode est connectée à ladite gâchette. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux grace aux descriptions et explications suivantes se référant aux figures jointes, lesdites descriptions et figures étant données à titre d'exemple non limitatif. Dans ces figures - la figure 1 représente un schéma de base d'un circuit de contrôle de tension selon l'invention - la figure 2 (dessins 2a et 2b) est relative à l'explication d'un détail du schéma de la figure i - la figure 3 représente un autre schéma de base avec deux thyristors ayant les circuits anode-cathode connectés en série - la figure 4 montre un autre exemple de réalisation a-vec trois thyristors en parallèle. Le circuit de contrôle représenté sur la figure 1 comprend deux bornes d'entrée 11, 12 auxquelles est appliquée une tension continue instable, de valeur variable dans le temps dans un intervalle donné (U1, U2) ; ces bornes 11, ia sont reliées à un transistor Trl monté en émetteur commun, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension (résistances 13,14) de sorte que la tension Ub appliquée à la base de Trl varie entre des valeurs Ubl et Ub2 correspondant à Ul:et U2 ; le transistor Trl est polarisé de manière que son fonctionnement soit linéaire pour une gamme de valeurs de Ub dépassant sensiblement l'intervalle (Ubi1 Ub2). Le circuit de contrale comprend encore deux thyristors Tyl, Ty2, deux diodes Zener 2.1, 22, des résistances de polarisation, 15 et 16 pour Tr, 23 et 24 pour Tyl et Ty2. Un circuit d'utilisation 30 (bornes d'entrée 31, 32) est commandé, à partir de la tension U, par l'intermédiaire du transistor Trl et des thyristors Tyl, Ty2, comme il sera expliqué plus loin ce circuit 30 peut être de tout type connu, par exemple : un relais cOmprenant un enroulement 33 et un système de contacts à lame mobile relié aux bornes 34, 35, servant d'interrupteur dans un circuit connecté en série entre ces bornes 34, 35.L'ensemble du circuit de contrôle est alimenté par une source de tension continue stabilisée 10, dont la borne négative est connectée au point de potentiel commun 20. La figure montre que le circuit commandé 30 est actionné si.l'un au moins des thyristors'Tyl et Ty2 est conducteur ; selon l'invention, on polarise le circuit de manière que Tyl et Ty2 soient bloqués quand la tension Ub est supérieure à Ubl et inférieure à Ub2 et que l'un des deux thyristors devienne conducteur quand Ub devient égal ou inférieur à Urbi, l'autre devenant conducteur quand Ub devient égal ou supérieur à Ub2 ; dans ces conditions, le circuit d'utilisation 30 fonctionne selon un premier mode quand U est compris entre U1 et U2, tandis qu'il fonctionne selon un second mode quand U atteint U7 en diminuant, ou atteint U2 en augmentant et, éventuellement, dépasse ces limites. Le circuit fonctionne comme il est expliqué ci-après. Supposant Ub compris entre Ubi et Ub2, le transistor Trl est conducteur et les points 17 (émetteur de Trl) et 78 (collecteur) ont des potentiels fixés par les rapports mutuels des résistances 15, 16 et de la résistance Rce de la jonction collecteur-émetteur de Trl ; cette résistance varie en fonction de Ub et en sens inverse.Désignant par Vlm et V2m les potentiels respectifs de 17 et 18 lorsque U a une valeur Um intermédiaire entre U1 et U2, les tensions de référence respectives des diodes Zener 21 et 22 (soient Vzî et Vz2) sont choisies respectivement inférieures à Vim et V2m ; les thyristors Tyl et Ty2 sont bloqués. Si U augmente (à partir de Um), la résistance Rce diminue et le potentiel V1m de 17 augmente et atteint puis dépasse Vzl ; quand ce potentiel atteint valeur (Vz1 + Vagi), Vg7 désignant la tension de gâchette du transistor Tyl, celui-ci devient conducteur et le circuit 30 est alimenté. Si U diminue à partir de Um, la résistance Rce augmente et le potentiel V2m de 18 augmente et atteint puis dépasse Vz2 ; quand ce potentiel atteint la valeur (Vz2 + Vg2), Vg2 désignant la tension de gâchette du transistor Ty2, celui-ci devient conducteur et le circuit 30 est alimenté. Les valeurs des résistances du circuit et les types du transistor Trl et des thyristors Tyl et Ty2 sont déterminés de manière que Vlm atteigne la valeur (Vz7 + Vagi) lorsque U atteint la valeur U2 et que V2m atteigne la valeur (Vz2 + Vg2) Iorsque U atteint la valeur U1. Après que le circuit 30 a été actionné, si la tension U redevient un peu supérieure à U1 ou un peu inférieure à U2, celui des thyristors qui est devenu conducteur conserve cet état, car le courant anode-cathode dépasse le courant de maintien ; par exemple, si 30 est avertisseur d'alarme, il continuera à fonctionner jusqu'à ce qu'un personnel spécialisé puisse intervenir ;' un interrupteur tel que 27 (du type à bouton-poussoir, par exemple, représenté ici fermé), permet ce personnel de remettre le circuit de contrôle en état d'attente (les deux thyristors bloqués). Suivant la nature du circuit 30 et selon la technique connue, on peut aussi établir un moyen automatique (électronique, par exemple) assurant le retour du circuit à son état d'attente. On a vu plus haut que les diodes ?1, 22 établissent des seuils pour les tensions à appliquer aux gâchettes des thyristors Tyl, Ty2, respectivement Les diodes Zener.21, 22 jouent aussi un autre rôle : la compensationdes effets des variations de la température, comme il est expliqué ci-après, avec référence aux figures 2a et 2b.Quand la tension Ud (fraction de la tension de commande Uc) atteint ou dépasse la tension de gâchette Vg du thyristor1, celui-ci devient conducteur ; il est connu que Vg représente la tension directe (de l'ordre de 0,6 à 0,7 v) de la troisième jonction (p/n) du thyristor à partir de son anode et l'on sait que cette tension directe dépend de la température ; son coefficient de température est négatifs son ordre de grandeur étant de quelques millivolts par degré Celsius (mV/OC). On peut compenser cette variation au moyen d'une diode Zener connectée comme la diode 8 sur la figure 2b ; avec ce montage le déclenchement du thyristor 1 a lieu quand la tension Ud atteint une valeur telle que Udl - Vz = Vg, soit Udi = Vg + Vz Vz étant la valeur absolue de la tension inverse de la diode Zener 8. Il est connu que, pour les diodes Zener dont la tension Vz dépasse tordre de 6,5 volts, cette tension augmente avec la température, le coef fiaient étant de l'ordre de quelques millivolts par degré Celsius. Be coefficient de température de la somme de tensions (Vz + Vg) est la somme de deux termes de signes différents de valeurs sensiblement égales et il peut être très petit ; en fait, il est possible de faire un choix convenable de types de thyristor et diode Zener, qui donne un coefficient de température global pratiquement nul. La figure 3 représente un circuit de contrôle selon l'invention dans lequel on prévoit la commande de plusieurs circuits d'utilisation, trois dans l'exemple. Les bornes d'entrée 41, 42 sont reliées à une source de tension continue (non représentée) dont la valeur U est variable ; on veut contrôler les variations de U par rapport à un intervalle déterminé (U1, U2). Le circuit est alimenté par une source de tension stabilisée 40 (bornes + et -). Le circuit de contrôle comprend un transistor TrlO et deux thyristors Tyli, Ty12, connectés entre eux et aux bornes 40, 41, 42 selon le dessin,par l'in termédiai-re de diodes Zener 43, 44 et de résistances 45, 46, 47, 48 ; à ce circuit de contrôle sont connectés trois circuits d'utilisation 50, 60, 65, dont le premier, représenté à titre d'exemple, est un relais à deux enroulements inversés 51, 52 qui commande un contact à lame mobile 53 formant interrupteur ; le fonctionnement du relais permet d'ouvrir ou fermer un circuit connecté en série entre les bornes 54,55 ; un tel circuit peut être un circuit d'alarme, par exemple.Les circuits d'entrée de 60 et 65 sont connectés au circuit de contrôle par l'intermédiaire des enroulements 61, 62, couplés inductivement, des diodes sei-conductrices 63, 64 et de la résistance 66. Le circuit de contrôle de la figure 3 fonctionne de la façon suivante. La valeur de U augmentant à partir de zéro, le thyristor Tyll est et reste bloqué jusqu'à ce que U atteigne une valeur Vs = Vz.43+VgIî, Vz4teprésentant la tension de référence de la diode Zener 43, Vgllla tension de gâchette de Tyll, le nombre étant la référence de I'élement correspondant ; les composants du circuit de contrôle sont choisis de manière que Vs soit précisément égal à U2, la limite supérieure de la gamme de contrôle de U. Le thyristor Ty12 reste bloqué quel que soit la potentiel de sa gâchette, car son anode et sa cathode sont au potentiel de 40(+) et le circuit extérieur allant de la cathode à l'anode est ouvert puisque Tyli est bloqué. Quand U atteint la valeur Vs(etdevient, éventuellement un peu supérieur), Tyll est conducteur ; par suite, d'une part, l'enroulement 52 est parcouru par un courant, le relais 50 est actionné, l'interrupteur 53 change d'étai ; d'autre part, un courant partant de 40(+) traverse l'enroulement 61 et le circuit d'entrée de 60 (qui sont en parallèle entre les points 67 et 68), les diodes 63, 64, la résistance 66 et Tyll ; le circuit d'utilisation 60 est actionné.Ce circuit peut être, par exemple, un circuit de régulation de la tension U permettant de faire diminuer cette tension jusqu'à être à nouveau inférieure à U2 ; en outre, à l'instant du déclenchement du thyristor Tyll un courant est induit dans l'enroulement 62, ce courant1 de type impulsionr.elpouvant permettre d'actionner le circuit d'utilisation 65. On explique maintenant le fonctionnement du transistor Tr10 et du thyristor Ty12. Quand U croit à partir de zéro, la valeur de U à partir de laquelle TrlO devient conducteur est sensiblement plus faible que U7 et U2 le potentiel du collecteur (point C10) diminue à mesure que le courant collecteur-émetteur augmente (en même temps que U), en raison de la chute de tension dans 46 t autre part, la gâchette g12 de Ty12 est pratiquement au potentiel de 40(+) tant-que Tyll est bloqué ; un courant très faible (qui ne peut actionner le relais 50) passe de 40(+) à 40(-) suivant le trajet -52 ~ 48~ 44- Tr10-- 45- ; le thyristor Ty12 réste bloqué, comme il a été vu plus haut. Quand Tyll est devenu conducteur (U ayant atteint U2 et restant au voisinage de cette valeur), les potentiels respectifs de g12 et de l'anode a11 de Tyll diminuent jusqu'à être proches du potentiel de 40(-), comme celui de C10. Si U continue à décroitre, le potentiel de 010 augmente quand ce potentiel, par rapport à 40(-), atteint la valeur : Vf = Vz44 + Vg12 + Vy11 (somme de la tension de référence de la diode Zener 44, de la tension de gâchette de Ty12 et de la tension anode-cathode de Tyll en fonctionnement), Ty12 devient conducteur.Le courant traversant Tyli et Ty12 traverse aussi l'enroulement 51, ce qui a pour effet d'annuler l'action du courant traversant 52 ; le relais 50 est actionné et l'interrupteur 53 change d'état. Les composants du circuit de contrôle sont déterminés de manière que le potentiel de 010 atteigne la valeur Vf lorsque U atteint., en diminuant, la valeur U1, limite inférieure de la gamme de contrôle de U. Le circuit commandé 60 continue à fonctionner : s'il est un circuit de régulation de la tension U, il peut agir de manière que cette tension redevienne supérieure à U1 ; les deux thyristors restent alors conducteurs car le courant qui les traverse est supérieur à leur courant de maintien ; il convient que Ty11 revienne à son état normal de blocage, ce qui est obtenu au moyen d'un interrupteur 69. La figure 4 montre une variante de réalisation d'un circuit de contrôle d'une tension selon l'invention. La tension U à contrôler est appliquée aux bornes 71,. 72 ; le circuit est alimenté par une source de tension continue stabilisée 70 (bornes + et -). Le circuit comprend un transistor Tr20 et trois thyristors Ty21, Ty22, Ty23 reliés par un réseau de résistances et diodes Zener, comme indiqué sur la figure ; l'anode de Ty22 est reliée par un condensateur 73, 74 respectivement aux anodes de Ty21 et Ty23 ; un circuit d'utilisation 75 est connecté dans le circuit d'anode de Ty22 ; sur la figure, ce circuit est représenté par un relais dont le contact 76 commandé par l'enroulement 77 peut ouvrir ou fermer un circuit connecté en série entre les bornes 78, 79. Dès que U a une valeur non négligeable (avant que Tr20 devienne conducteur), la diode 81 -connectée entre 70(+) et 70(-)- est conductrice et le potentiel de la gâchette est suffisant pour que Ty21 soit conducteur cependant le relais 75 n'est pas actionné. La tension U continuant à augmenter, le transistor Tr20 devient conducteur et le potentiel de son émetteur (point E20) augmente jusqu'à atteindre (Vz82 + Vg22), valeur pour laquelle Ty22 devient conducteur ; dans le même temps, le condensateur 73 stest chargés avec la charge (+) i oie a22 et la charge (-) à l'anode a2l. > conséquence, d'une part, 73 se décharge dans Ty22 et Ty21 ce qui a pour effet de bloquer ce vernier thyristor ; d'autre part, un courant parcourt l'enrou- lement 77 et l'interrupteur 76 change d'état. Les caractéristiques des composants du circuit sont déterminées de manière que le potentiel au point E20 atteigne (Vz82 + Yg22) lorsque U atteint une valeur nominale Up comprise entre Ul et 1y2. Par rapport à cette valeur nominale, U peut diminuer ou augmenter. Si U diminue, le potentiel du collecteur de Tr20 (point C20) augmente et, quand il atteint (Vs81 + Vg21), le thyristor Tr211 qui a été bloqué, rede vient conducteur ; les caractéristiques des composants du circuit sont déterminées de manière que le potentiel de C20 atteigne (Vz81 + Vg21) lorsque U atteint U1. Dans le même temps, le condensateur 73 s'est chargé, avec la charge (+) en a21 et la charge (-) en a22, de sorte que, lorsque Ty21 redevient conducteur, 73 se décharge dans Ty21 et Ty22 et ce dernier thyristor se bloque ; le courant s'annule dans 77 et l'interrupteur 76 change d'état. Si U augmente à partir de Up, Ty23 devient conducteur quand U atteint (Yz83 + Vg23) ; les caractéristiques des composants du circuit sont déter Minées de manière que (te83 + Vg23) soit précisément égal à U2 ; dans le même temps, le condensateur 74 s'est chargé, avec la charge (+) en a23 et la charge (-) en a22 ; lorsque Ty23 devient conducteur, 74 se décharge dans Ty23 et Ty22 et ce dernier redevient bloqué ; le courant s'annule dans 77 et l'interrupteur 76 change d'état. Selon ce fonctionnement, le circuit d'utilisation (relais 75 et circuit connecté à 78, 79) est actionné et fonctionne selon un premier mode, lorsque U est compris entre Ul et U2 et selon un second mode, lorsque U est soit inférieur ou égal à U1, soit égal ou supérieur à U2. Les circuits de contrôle réalisés selon 11 invention présentent des avantages résultant des propriétés des thyristors. L'une de ces propriétés est la rapidité de déclenchement, relativement très grande, le temps densise en conduction", à partir de l'application d'une tension suffisante à la gâchette étant de quelques microsecondes. D'autre part, la puissance minimale pour le déclenchement est relativement faible, de un à quelques dixièmes de watt , ce qui permet un emploi desdits circuits dans des dispositifs mettant en oeuvre une énergie relativement faible. Les circuits selon l'invention trouvent des applications avantageuses dans les équipements de télécommunications, notamment ceux dans lesquels sont traités des signaux de faible niveau. REVENDICATIONS 1.- Circuit de contrôle des variations d'une tension continue instable par rapport à des valeurs prédéterminées, comprenant une source de tension continue stabilisée alimentant ledit circuit, au moins un transistor et deux thyristors, un réseau de polarisation desdits transistor et thyristors, ladite tension continue instable étant appliquée à lbélec- trode de commande d'un transistor, ledit circuit de contrôle étant caractérisé en ce que les électrodes de commande respectives desdits thyristors sont reliées à des électrodes distinctes dudit transistor (ou desdites transistors) et en ce que ledit réseau de polarisation est déterminé de manière que chacun desdits thyristors soit bloqué ou conducteur selon la valeur de ladite tension continue instable par rapport auxdites valeurs prédéterminées, un ou plusieurs circuits d'utilisation étant respectivement connectés aux circuits d'anode de certains desdits thyristors. 2.- Circuit de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une des connexions d'une électrode de commande d'un thyristor à une électrode dudit transistor (ou desdits transistors) comprend une diode Zener. 3.- Circuit de contrôle selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que deux au moins desdits thyristors sont connectés en série, l'anode de l'un étant connectée à la cathode de l'autre. 4.- Circuit de contrôle selon la revendication 2 commandant le fonctionnement d'un circuit d'utilisation, comprenant (Fig. 1) un transistor Tri monté en émetteur commun dont la base est l'électrode de commande et deux thyristors Tyl et Ty2 ayant leurs cathodes à un potentiel constant de référence et leurs anodes connectées entre elles, ledit circuit de contrôle étant caractérisé en ce que les électrodes de commande 25, 26 des thyristors Tyl, Ty2 sont connectées respectivement à l'émetteur et au collecteur du transistor Tr, par l'intermédiaire d'une diode Zener 21, 22 et en ce que le circuit d'entrée (bornes 31, 32) du circuit d'utilisation 30 est connecté en série dans le circuit d'anode commun aux thyristors Tyl, Ty2. 5.- Circuit de contrôle selon la revendication 2 commandant le fonctionnement d'un circuit d'utilisation, comprenant (Fig. 4) un transistor Tr20 monté en émetteur-commun dont la base est l'électrode de commande et trois thyristors Ty21, Ty22, Ty23 dont les cathodes sont à un potentiel constant de référence, ledit circuit de contrôle étant caractérisé en ce que les électrodes de commande des thyristors Ty21, Ty22, Ty23 sont respectiVement connectées, par l'intermédiaire d'une diode Zener 81 82, 83 au collecteur, & l'émetteur et à la base du transistor Tir20, en ce que l'anode a22 du thyristor Ty22 est reliée par un condensateur 73, 74 aux anodes a2? a23 des thyristors Ty21, Ty23 et en ce que le circuit d'entrée 77 du circuit d'utilisation 75 est connecté en série dans le circuit d'anode du thyristor Ty22. 6.- Circuit de contrôle selon la revendieation 3 commandant le fonctionnement de trois circuits d'utilisation, comprenant (ig. 3) un transistor TriO monté en émetteur commun dont la base est l'électrode de commande et deux thyristors Tyli, Ty12, la cathode du thyristor Tyll étant à un potentiel constant de référence et son anode ail étant connectée à la cathode c12 du thyristor Ty12, ledit circuit de contrôle étant caractérisé en ce que l'électrode de commande du thyristor Tyli est reliée à la base du transistor Tr?O par une diode Zener 43, en ce que l'électrode de commande g12 du thyristor Ty12 est reliée au collecteur du transistor Tr10 par une diode Zener 44, en ce que les circuits d'anode des thyristors Tyll, Tyl2 comprennent chacun un enroulement 51, 52 d'un relais 50 commandant le fonctionnement d'un premier circuit d'utilisation, les enroulements 51, 52 ayant des effets égaux en grandeur et de sens opposés, quand ils sont traversés par des courants de m9, valeur et sens, ledit circuit de contrôle étant encore caractérisé en ce que le circuit d'anode du thyristor Tyli comprend en outre une branche formée de la connexion en série d'une résistance 66 et de deux trajets connectés en parallèle comprenant chacun une diode redresseuse 63, 64 et des moyens de connexion et /ou couplage 61 62 avec les circuits d'entrée de circuits d'utilisation 60, 65.