Brevet FR2176521A1 — publié le 19731102

La présente invention a pour objet un circuit pour la détermination de l'instant d'un extremum relatif d'un signal électrique. Elle trouve une application en électronique, notamment pour déterminer avec précision l'instant où un signal électrique, dont l'amplitude crête ne subit pas de variations trop importantes, passe par un maximum ou un minimum. On sait qu'il existe des circuits électroniques permettant de déterminer les extrema d'un signal électrique et qui, en opérant sur la dérivée du signal à étudier, détectent les instants d'annulation de cette dérivée. Cependant, ces procédés présentent plusieurs inconvénients, en particulier celui d'être très sensible au bruit et à la forme de l'enveloppe du signal au voisinage de l'extremum. Le circuit de détection, objet de l'invention, se distingue des dispositifs de l'art antérieur principalement par l'utilisation d'un amplificateur-comparateur, qui effectue la comparaison entre la tension instantanée du signal à étudier et celle correspondant à l'extremum précédemment détecté, cet amplificateur-comparateur étant associé à un circuit qui détecte la durée de fonctionnement en régime proportionnel. De façon plus précise, l'invention a pour objet un circuit de détection de l'instant où un signal électrique passe par un maximum relatif, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison, - un amplificateur-comparateur recevant sur ses deux entrées deux signaux V1 et V2 et apte à engendrer en sortie une tension fonction de la différence V1 - V2 si cette différence est positive, et une tension nulle dans le cas contraire, - un élément mémoire alimenté par ledit amplificateur-comparateur à travers un circuit de charge, le signal électrique étant appliqué à la premiere entrée de l'amplificateur-comparateur dont la deuxième entrée est connectée à une borne de l'élément mémoire, - et un circuit de détection de l'instant où la tension de sortie dudit amplificateur-comparateur est non nulle. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux après la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma de principe du circuit selon l'invention; - la figure 2 représente des diagrammes illustrant le fonctionnement de ce circuit; - la figure 3 est un schéma d'une réalisation particulière de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un schéma de principe du circuit selon l'invention, qui comprend: une connexion d'entrée 2 et une connexion de sortie 4, un amplificateur-comparateur 6 dont les connexions d'entrées, respectivement 8 et 10, reçoivent deux tensions V1 et V2; la sortie 12 de l'amplificateur-comparateur 6 est reliée à un circuit de charge 14 dont la sortie est connectée à l'une des armatures d'un condensateur 16 et à la connexion 10; un circuit de décharge 18 est connecté en parallèle sur le condensateur 16. L'invention ne se limite pas au seul cas où la tension U est mémorisée dans un simple condensateur, mais au c contraire embrasse toutes les variantes qui utiliseraient des éléments mémoires plus élaborés que celui-là. Néanmoins, et pour plus de clarté, la description du fonctionnement de ce circuit est donnée dans le cas où l'élément mémoire est un condensateur. De même à titre explicatif on suppose que l'amplificateur-comparateur 6 fonctionne en régime proportionnel si V1 - V2 est positif. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant: l'amplificateur-comparateur 6 fournit sur sa sortie 12 une tension égale à A (V1 - V2) si V1 est supérieur à V2 et O si V1 est inférieur à V2. Le coefficient d'amplification A peut être quelconque de préférence élevé et notamment de l'ordre de 104, La tension U, dont on veut détecter le maximum, est appliquée sur la borne d'entrée 2; les connexions du circuit sont réalisées de telle sorte que la tension apparaissant sur la connexion de sortie 12 de l'amplificateur-comparateur charge le condensateur 16 par l'intermédiaire du circuit de charge 14; la connexion 10 d'entrée de l'amplificateur-comparateur 6 est connectée à l'une des armatures du condensateur. On a donc V1 = U et V2 = Uci si U représente la tension apparaissant aux c bornes du condensateur 16.Etant donné les propriétés de l'amplificateur-comparateur 6, la tension U croit jusqu'à la c valeur maximale de la tension U. Lorsque la tension U diminue, après être passée par sa valeur maximale, la tension U aux c bornes du condensateur 16 conserve sa valeur, si toutefois le condensateur C ne se décharge pas à travers lé circuit 18. Le circuit de décharge 18 a justement pour rôle de contrôler la dé charge partielle du condensateur 16 pour que la valeur Uc prenne une valeur U'c légèrement inférieure à celle qui correspond aux maxima de la tension U.L'impulsion suivante qui apparaît sur la borne d'entrée 2 est alors comparée à cette nouvelle valeur U'c. Lorsque la tension appliquée sur l'entrée 2 atteint cette valeur, l'amplificateur-comparateur fournit sur sa connexion de sortie 12 une impulsion de tension qui charge le condensateur 16 jusqu'd une valeur correspondant au nouveau maximum de l'impulsion d'entrée. On trouve donc, à la sortie 4 du dispositif, une impulsion de tension correspondant à la durée pendant laquelle l'amplificateur-comparateur fonctionne en régime proportionnel. On comprendra mieux le fonctionnement du circuit selon l'invention en consultant la figure 2 où quelques diagrammes de tensions ont été représentés. Sur la figure 2a on a représenté deux impulsions d'un signal quasi-périodique qui culminent respectivement à des valeurs UM et-U' M voisines mais non nécessairement égales. On a représenté à titre explicatif des signaux qui présentent des maxima sans que cela limite l'invention à ce seul cas particulier; si le signal présentait des minima, il suffirait naturellement de changer la polarité des signaux d'entrée pour pouvoir utiliser le même circuit. Les maxima de la tension U apparaissent à des instants tM et t' M Sur la figure 2b on a représenté l'allure des variations de la tension Uç qui apparaît aux bornes du condensateur 16. Onsuppose tout d'abord que, antérieurement à l'instant tM, la valeur de Uc est constante; dès que la tension U C atteint cette valeur, le condensateur 16 se charge, et la valeur de Uc augmente. UC atteint son maximum en même temps que U, c'est-à-dire à l'instant t; UC est alors égal à UN La tension UC reste ensuite constante jusqu a ce que l'on décharge partiellement le condensateur 16 à l'instant tl. Cet instant tl peut être aussi voisin que désiré de l'instant tM. Cette décharge s'effectue en appliquant au circuit de décharge 18, et par l'intermédiaire d'un circuit de synchronisation non représenté sur le schéma de la figure 1, une impulsion de tension de largeur At commençant à l'instant tl (figure 2c). Cette impulsion a pour effet de décharger partiellement le condensateur 16 et d'abaisser la tension UC a une nouvelle valeur U'c légèrement inférieure à celle du maximum qui vient d'être détecté. Lorsqu'une seconde impulsion de tension U apparaît sur la connexion d'entrée 2 du circuit, l'amplificateur-comparateur 6 ne fournit sur sa sortie une tension non nulle qu'après que U ait atteint la tension U'c, qui subsiste aux bornes du condensateur de mémorisation. La tension U' C croit alors jusqu'à la valeur U'M du nouveau maximum présenté par le signal d'entrée. Pendant toute la période où cet amplificateur-comparateur fonctionne en régime proportionnel une tension apparaît sur la sortie 2 (signal S de la figure 2d). La tension UC reste ensuite constante jusqu'à l'instant t' où une nouvelle décharge partielle est provoquée par une seconde impulsion identique à la première et appliquée au circuit 18. Sur la figure 2d on a représenté, pour plus de clarté, des impulsions de sortie, qui ont une largeur assez importante. En réalité on s'efforce de diminuer cette largeur qui correspond à la durée de fonctionnement en régime proportionnel de l'amplificateur-comparateur, en déchargeant le condensateur 16 de la charge Aq correspondant à la chute de tension Au minimale permettant la détection du maximum suivant de tension U. I1 est en effet clair que plus cette impulsion est étroite, meilleure est la précision de la détection de l'instant où le signal U passe par son maximum. I1 faut que le maximum que l'on désire détecter ait une valeur proche de celle du maximum qui vient d'être détecté; en effet si les maxima avaient des valeurs très différentes, il serait nécessaire de décharger davantage l'élément capacitif 16 pour être certain de détecter tous les maxima. I1 en résulterait des impulsions de détection beaucoup trop larges et un manque de précision sur l'instant où les tensions passent par leur maximum. De plus la décharge de l'élément capacitif demanderait un temps relativement long, temps pendant lequel le circuit serait insensible et entraînerait la non détection d'une impulsion d'amplitude faible survenant après une impulsion d'amplitude plus élevée.Pour pallier cet inconvénient, on peut toutefois, en gardant une impulsion relativement large détecter le front arrière de l'impulsion au moyen d'un circuit différentiateur. Si le circuit selon l'invention convient moins bien aux signaux aléatoires, il est bien adapté par contre aux signaux engendrés par la répétition d'un signal connu, ayant par exemple la forme d'une courbe en cloche. C'est le cas notamment lorsqu'on analyse le signal issu d'une cavité résonnante qu'on alimente par un signal hyperfréquence dont la fréquence varie en dents de scie, pour déterminer la position de la résonance de ladite cavité, cette position étant elle-même fonction d'une grandeur à mesurer; cette grandeur peut être un déplacement comme dans le brevet 1.467.228 du 16 décembre 1965. On a indiqué sur la figure 3 le schéma d'un exemple de circuit selon l'invention. On reconnaît sur cette figure des éléments communs avec ceux de la figure 1, et qui portent les mêmes références, en particulier les connexions d'entrée 2 et de sortie 4, l'amplificateur-comparateur 6, les circuits de harge 14 et de décharge 18, le condensateur 16, et les connexions d'entrée 8 et 10 de l'amplificateur-comparateur. L'amplificateur-comparateur 6 est constitué par un amplificateur opérationnel 20, précédé d'un étage amplificateur comportant un transistor à effet de champ 22 et deux résistances de polarisation 24 et 26 connectées aux sources 25 (+ 12V) et 27 (- 12V); une résistance 28 est montée en réaction sur llampli- ficateur-opérationnel 20, pour obtenir un basculement plus franc du comparateur. L'étage amplificateur à transistor à effet de champ 22 a pour but d'augmenter l'impédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel 20. Le circuit de charge 14 est constitué simplement par une diode 30 en série avec une résistance 32, qui permet de régler la charge du condensateur 16.Le circuit de décharge 18 comprend un transistor à effet de champ 34 qui commute la résistance 36 en parallèle sur le condensateur 16, lorsqu'il reçoit par la connexion 38, une impulsion positive provenant d'un circuit de synchronisation non représenté et qui rend le transistor à effet de champ 34 conducteur. Les connexions sont réalisées comme pour le schéma de la figure 1, à savoir la tension V1 est égale à la tension U-dont on veut détecter les maxima, et la tension V2 est la tension qui apparaît sur une des bornes du condensateur 16. Suivant les fluctuations d'amplitude du maximum de la tension U, on règle la largeur At des impulsions appliquées sur la connexion 38, pour avoir une impulsion de sortie sur la connexion 4, la plus étroite possible et par conséquent avoir une précision la plus grande possible. I1 va de soi que le circuit de la figure 3 n'a été donné qu'à titre explicatif et que l'Homme de l'Art pourra apporter des modifications à ce circuit sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Circuit de détection de l'instant où un signal électrique passe par un maximum relatif, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison; - un amplificateur-comparateur recevant sur ses deux entrées deux signaux V1 et V2 et apte à engendrer en sortie une tension fonction de la différence V1 - V2 si cette différence est positive et une tension nulle dans le cas contraire, - un élément mémoire alimenté par ledit amplificateur-comparateur à travers un circuit de charge, le signal électrique étant appliqué à la première entrée de l'amplificateurcomparateur dont la deuxième entrée est connectée à une borne de l'élément mémoire, - et un circuit de détection de l'instant où la tension de sortie dudit amplificateur-comparateur est non nulle. 20) Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de décharge partielle dudit élément mémoire, commandé par un circuit de synchronisation. 30) Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément mémoire est un condensateur. 40) Circuit suivant les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le circuit de décharge comprend un transistor à effet de champ dont la porte reçoit une impulsion de tension issue du circuit de synchronisation, et qui commute une résistance réglable aux bornes du condensateur mémoire pendant la durée de ladite impulsion de tension. 50) Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur-comparateur comprend un amplificateur opérationnel équipé d'une résistance en réaction. 60) Circuit suivant les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que ledit circuit de charge du condensateur est constitué d'une diode en série avec une résistance. 70) Application du circuit selon l'une des revendications précédentes, à la détection de l'instant d'apparition d'un maximum sur un signal de résonnance obtenu par transmission dans un circuit résonnant alimenté par un générateur dont la fréquence varie en fonction du temps au voisinage de la fréquence de résonance dudit circuit résonnant.