Brevet FR2224759A1 — publié le 19741031

La présente invention a pour objets un procédé et un dispositif de contrôle du fonctionnement d'un oscillateur modulé en fréquence. Plus précisément, l'invention a pour objets des moyens de vérifier, dans un tel oscillateur, d'une part que la variation de la fréquence de son signal de sortie est bien proportionnelle, à chaque instant, à l'amplitude du signal modulateur (ci-apres appelé "fonction modulante") et, d'autre part, que l'excursion de fréquences ctest-à-dire la grandeur maximale de la variation de fréquence de ce signal par rapport à sa valeur de repos (c'est-à-dire en l'absence de modulation) atteint bien une valeur prédéterminée désirée. Etant donnéela la rapidité de variation de~la fréquence en question, il est à peine utile de dire que sa mesure ne peut entre faite au moyen de fréquencemètres classiques ou de démodulateurs de signaux modulés en fréquence, car le fonctionnement de ces appareils est basé sur l'accurtlation des effets d'un grand nombre de périodes successives du signal étudié, accumulation qui suppose une fréquence constante ou tout au moins ne variant qu'assez lentement. Selon la présente invention, on se propose de réaliser un appareil ci-après appelé, pour la simplicité du langage, "convertisseur fréquence-tension" qui est en réalité un convertisseur "période-tension" mesurant la durée de chaque période élémentaire du signal à fréquence variable étudié, ctest-à-dire de chaque intervalle de temps s'écoulant entre deux fronts de montée successifs s'il s'agit d'un signal de forme d'onde rectangulaire, ou entre deux passages par zéro dans le meme sens s'il s'agit d'un signal sinusordal, Le second de ces cas peut d'ailleurs se ramener au premier moyennant amplification et limitation d'amplitude du signal étudié. L'invention comprend des moyens pour transformer le signal délivré par le convertisseur période-tension en un signal représentant la relation fréquence-tension, étant bien entendu que la fréquence est alors définie à chaque instant comme l'inverse de la période. Enfin, l'invention prévoit aussi des moyens de faire apparature simultanément sur l'écran d'un oscilloscope cathodique le signal délivré par le convertisseur "période-tension" ou "fréquer.ce- tension" alimenté par le signal étudié et un signal de comparaison fourni par le même convertisseur à partir d'un oscillateur-étalon à fréquence constante, réglable par exemple manuellement. La simultanéité apparente des images observées sur 1'cran de l'oscilloscope est comme habituellement obtenue par une commutation rapide des signaux étudiés et de comparaison appliqués à l'entrée d'un mQme convertisseur, mettant à profit la persistance de la luminosité de l'écran fluorescent, ou tout au moins celle des impressions reçues par l'oeil humain. Selon la présente invention, il est prévu un dispositif de mesure de la période T d'un signal sensiblement périodique mais à période pouvant varier rapidement, appliqué à 11 entrée dudit dispositif, comprenant - des moyens déclenchés par le front de montée de chaque période dudit signal pour augmenter la brillance du spot lumineux d'un oscilloscope cathodique pendant un intervalle de temps T1 inférieur àT - des moyens agissant pendant un intervalle de temps (T2-T1) suivant immédiatement le précédent intervalle de temps T1 (avec T2 inférieur à T) pour courticircuiter un condensateur ayant l'une de ses électrodes constamment reliée à un point à potentiel fixe par rapport à un point à potentiel de référence dit terrez - des moyens pour modifier à la fin dudit temps (T2-T1) les connexions dudit condensateur pour le décourt-circuiter et relier son autre électrode audit point de terre à travers un générateur de courant constant pour produire aux bornes dudit condensateur une tension de charge sensiblement inversement proportionnelle au temps; - et des moyens pour appliquer la tension développée aux bornes du condensateur à l'entrée de déviation verticale dudit oscilloscope. Selon une réalisation préférée de l'invention, lesdits moyens déclenchés par le front de montée de chaque période dudit signal comprennent deux basculeurs monostables de constantes de temps respectives T1 et T2. Egalement selon une réalisation préférée de l'invention, ledit dispositif comprend des moyens de commutation périodique appliquant alternativement à ladite entrée un signal étudié et un signal de comparaison. Selon une variante de cette dernière réalisation de l'invention, lesdits moyens de commutation périodique sont commandés par un signal auxiliaire périodique appliqué en meme temps au circuit de synchronisation de balayage horizontal dudit oscilloscope. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée donnée ci-après d'un exemple de sa réalisation, faite avec l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la Fig. 1 montre le schéma de principe d'un appareil selon l'invention ; et - la Fig. 2 donne divers graphiques montrant les formes d'onde des signaux obtenus en divers points du schéma de la Fig. 1. Se référant à la Fig. 1, on voit sur celle-ci deux bornes d'entrée 1 et 2 auxquelles sont respectivement appliqués le signal modulé en fréquence étudié et le signal de comparaison fourni par un générateur auxiliaire (non représenté sur le dessin). La borne 3 reçoit un signal auxiliaire dit "de commutation" dont le role sera expliqué plus loin4 Les bornes 1 et 2 sont respectivement reliées aux entrées de deux amplificateurs semblables 4 et 5, dont les sorties sont respectivement reliées à deux entrées 6 et 7 d'un commutateur-inverseur 8 dont le contact mobile 9, constamment relié à la sortie 10 de ce commutateur, peut être alternativement relié à ses entrées 6 et 7 sous l'action d'un dispositif de commande (ici symboliquement figuré par la connexion il). La commande alternée de la position de 9 par la connexion 11 est obtenue au moyen d'un basculeur bistable (aussi dit "'flip-flop") 12 commandé lui me'me par le signal appliqué à la borne 3, qui n'est autre que sa borne de commande de basculement. Pour fixer les idées, on pourra supposer que le signal de commutation appliqué à 3 est à la fréquence de 5 z (fréquence suffisamment élevée pour assurer la persistance des images sur ltécran d'un oscilloscope), tandis que le signal étudié appliqué à la borne 1 pourra avoir une fréquence de plusieurs mégahertz pouvant elle-meme varier de plusieurs centaines de kilohertz. Ces valeurs n'ont d'ailleurs nullement un caractère limitatif, mais il est nécessaire que la période du signal de commutation appliqué en 3 soit beaucoup plus longue que celle correspondant à la fréquence minimale 1/T des signaux appliqués en 1 et 2. Dans la pratique, les organes de commutation tels que 8 ne seront pas réalisés sous la forme mécanique simplifiée représentée sur la Fig. 1, mais sous celle de circuits électroniques comportant des basculeurs, des portes "ETn et "OU", etc. Sur la Fig. 1, la sortie 10 du commutateur 8 est reliée par deux connexions aux entrées de deux basculeurs monos tables 13 et 14. Ceux-ci ont des constantes de temps inégales T1 et T2 et possèdent chacun deux sorties complémentaires (17,18) et(19,20) respectivement. La plus grande, T2, des constantes T1 et T2 doit entre inférieure à la période minimale du signal étudié. Supposant d'abord le contact mobile 9 du commutateur 8 relié à la sortie de l'amplificateur 4 et qu'aucun signal ne soit appliqué à l'entrée 2 de 5, un signal périodique de forme d'onde rectangulaire, par exemple, appliqué en 1 amende, lorsqutapparatt un front de montée de ce signal, le basculeur monostable 13 sur une position donnant à sa sortie 17 une certaine tension positive +v0 par rapport à un potentiel de référence (par exemple celui de la terre), tandis que le potentiel de son autre sortie 18 devient nul.Cette situation persiste pendant le temps T1 défini par la construction de 13, apyres quoi le basculeur 13 revient à son état initial où les valeurs des potentiels de 17 et 18 sont interverties par rapport aux précédentes. Pour le basculeur monostable 14, il en est de même; la sortie 19 prend un potentiel positif et la sortie 20 prend un poten- tiel nul. Cette situation persiste pendant le temps T2 défini par la construction de 14 après quoi le basculeur 14 revient à son état initial. Le fonctionnement est le suivant. Supposant qu'à un instant t0, le front de montée d'une période T d'un signal de forme d'onde rectangulaire est appliqué à l'une des bornes 1 et 2, les deux basculeurs monostables 13 et 14 passent de la position de repos à la position de travail; autrement dit, les bornes 17 et 19 prennent le potentiel +vO tandis que les bornes 18 et 20 prennent un potentiel nul. Le commutateur à deux positions et deux directions (21B -en réalité un commutateur électronique), qui reçoit le potentiel nul de 20 à son entrée de commande 22 reste ouvert et le générateur de courant de charge 25 reste isolé de la terre. Le commutateur 21A, qui peut entre un commutateur identique à 21B,a son entrée de commande 23 reliée au dispositif de remise à zéro 28.L'application simultanée de potentiels différents issus de 18 et 19 n'a pas d'effet et le commutateur 21A précédemment fermé stouvre,en sorte que le condensateur 24 garde la tension de charge qu:il avait atteinte au cours des précédentes opérations (ctest-à-dire des précédentes périodes du signal étudié). Cette situation persiste jusqu'à l'instant (t (to+Tl) ), à partir duquel le monostable 13 revient à sa position de repos.A ce moment, la sortie 18 de 13 prend le potentiel +v0, tandis que la sortie 20 de 14 conserve son potentiel nul jusqu'à l'instant (tout2). L'ap- plication simultanée aux entrées de commande 26 et 27 du circuit de remise à zéro 28 des potentiels (*vo) de 18 et 19 a pour résultat que le circuit de remise à zéro 28 fait, en agissant sur son entrée de commande 23, passer le commutateur (21A), jusque là ouvert, sur la position fermée sur laquelle il court-circuite le condensateur 24. Le point 32 commun à 24 et 25 prend alors le potentiel fixe +V d'une source continue extérieure reliée à la borne 33 du condensateur 24. A l'instant (to+T2) le potentiel (+vo) apparat à nouveau sur la sortie 20 du monostable 14 et le potentiel de 19 devient nul. Les potentiels appliqués par 18 et 19 aux entrées de commande 26 et 27 du circuit 28 n'étant pas simultanément positifs, l'interrupteur 21A s'ouvre,décourt-circuitant le condensateur 24. En même temps, le potentiel +v issu de 20 commande la fermeture du com o mutateur (21B) reliant le générateur de courant 25 à la terre. D'autre part, entre les instants t et (t (to+T1) ) la tension +vO (ou une tension proportionnelle à celle-ci) est appliquée à ltentree de commande d'intensité lumineuse Z de l'oscilloscope 29 par la connexion 30 reliée à 17. De manière permanente, l'amplificateur de déviation verticale 31 relie le point 32 commun à 24 et 25 à l'entrée de déviation verticale Y du spot de l'oscilloscope 29, tandis que le balayage horizontal de cet oscilloscope est laissé indépendant, ou bien peut encore entre synchronisé par un signal extérieur appliqué à la borne de synchronisation S. Entre l'instant (t0+2) et l'instant (t0+T) (avec T supérieur à T2) correspondant à un nouveau front de montée du signal appliqué en 1 ou 2, le condensateur 24 se charge sous l'action du générateur de courant 25 qui est une source à courant constant. La déviation verticale du spot de l'oscilloscope 29 est donc proportionnelle à la charge du condensateur 24. Les mêmes phénomènes se répètent avec la période T du signal étudié, appliqué à 1 ou 2. Comme la période de balayage horizontal de 29 est choisie beaucoup plus longue que T, on observe donc sur l'écran de 29 une suite de courts traits horizontaux (ou presque horizontaux) dont les ordonnées seront proportionnelles à la charge du condensateur 24 entre les instants (t 0+T2) et (t +T) et qui n'est observée(grâce à la commande de l'intensité lumineuse dii spot de 29) que pendant le nouvel intervalle de temps T1 commençant à l'instant (t +T), Le potentiel du point 32 est, à ce moment, sensiblement proportionnel à la quantité (T-T2) La variation de la période du signal étudié, appliqué en 1, se traduit donc, en fonction du temps, par l'allure de la ligne (courbe ou inclinée) formée par la suite des courts traits horizontaux susmentionnés. Lorsqu'il s'agit d'un signal de comparaison appliqué en 2 (avec le commutateur 8 sur la position reliant 6 à 10), la constance de la fréquence de ce dernier signal se traduit par celle de 1 ordonnée des mimes courts traits, cette fois rigoureusement horizontaux. En ajustant manuellement la fréquence d'un signal de comparaison de fréquence connue appliqué en 1 (le commutateur 8 reliant alors 6 et 10), on pourra donc déterminer avec précision la valeur de la fréquence du signal étudié, pour tout point de la ligne courbe ou inclinée représentant cette dernière fréquence, l'ajustement consistant à égaliser les déviations verticales du spot de 29 pour le signal étudié et pour le signal de comparaison. L'observation se trouve facilitée Si l'on fait apparaître à la fois sur l'écran de l'oscilloscope la courbe correspondant au signal étudié et la courbe (ou fraction de courbe) correspondant au signal de comparaison. C'est ce qui peut titre facilement réalisé en reliant entre eus les points 3 et S du schéma de la Fig. 1, c'est-à-dire l'entrée de commande du basculeur 12 commandant luimême le commutateur 8 et l'entrée de synchronisation du balayage horizontal de l'oscilloscope 9. Cette liaison pourra être effectuée par une connexion directe ou, au besoin, par un amplificateur. La synchronisation du balayage pourra entre faite, soit sur la fréquence du signal de commutation appliqué à 3, soit de préférence sur une fréquence sous-multiple de cette dernière. La tension de balayage horizontal de l'oscilloscope 29 peut aussi, bien entendu, être celle fournie par un signal de comparaison quelconque, par exemple un signal modulateur si l'on veut vérifier la linéarité de la modulation ou mesurer l'excursion de fréquence correspondant à une amplitude donnée de ce signal modulateur. Se référant maintenant à la Fig. 2, celle-ci montre à titre illustratif la forme d'onde des signaux en divers points du montage de la Fig. l. Ainsi, la courbe (a) montre la forme d'onde du signal appliqué en 1 (ou en 2). La courbe (b) montre la forme d'onde de la tension reçue à la sortie 17 du monostable 13; la courbe (c) montre celle de la tension reçue à la sortie 19 du monostable 14. La courbe (d) montre celle de la tension obtenue à la sortie 23 du circuit de remise à zéro 28. Enfin, la courbe (e) montre à une constante près la valeur de la tension obtenue entre le point 32 de la Fig'. 1 et la terre; la constante en question est telle que cette dernière tension ait la valeur maximale (+V) tandis que sa valeur minimale min à l'instant (to+T) n1 est pas nulle, mais est égale à la différence de potentiel existant entre le point 32 et la terre à l'instant (t0+T). Dans la réalisation qui vient d'8tre décrite, les variations de la tension développée au point 32 de la Fig. 1 sont sensiblement proportionnelles à la période du signal étudié. Si l'on veut au contraire obtenir un dispositif où les mimes variations soient sensiblement proportionnelles à la fréquence de ce signal, il est possible de le faire en modifiant le montage de la Fig. 1 pour obtenir une tension de charge aux bornes du condensateur 24 qui varie sensiblement de manière inversement-proportionnelle au temps. Dans ce but, on dispose en parallèle avec la source 25 une résistance de valeur R1 telle que, en appelant C la capacité du condensateur 24, le rapport CR1/T2 ait une valeur convenable comprise par exemple entre 0,5 et 1. Ainsi on a pu vérifier que pour un rapport CR1/T2 = 0,7 il est possible d'obtenir entre la fréquence 1/T et le potentiel minimum Vmin du point 32, une relation linéaire dans une assez grande gamme, par exemple une octave, avec une précision de l'ordre de 1 %. RVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure de la période T d'un signal sensiblement périodique mais à période pouvant varier rapidement, appliqué audit dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens déclenchés par le front de montée de chaque période dudit signal pour augmenter la brillance du spot lumineux d'un oscil loscope cathodique pendant un intervalle de temps T1 inférieur à cp T - des moyens agissant pendant un intervalle de temps (T2-T1 )suivant immédiatement le précédent intervalle de temps T1 (avec T2 inférieur à T) pour court-circuiter un condensateur ayant l'une de ses élec trodes constamment reliée à un point à potentiel fixe par rapport à un point à potentiel de référence dit "terren - des moyens pour modifier à la fin dudit temps (T2-T1) les connexions dudit condensateur pour le décourt-circuiter et relier son autre électrode audit point de terre à travers un générateur de courant constant pour produire aux bornes dudit condensateur une tension de charge sensiblement inversement proportionnelle au temps; - et des moyens pour appliquer la tension développée aux bornes du condensateur à l'entrée de déviation verticale dudit oscilloscope. 2 - Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens déclenchés par le front de montée de chaque période dudit signal comprennent deux basculeurs monostables de constantes de temps respectives T1 et T2. 3 - Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commutation périodique appliquant alternativement à ladite entrée un signal étudié et un signal de comparaison. 4 - Dispositif de mesure selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens de commutation périodique sont commandés par un signal auxiliaire périodique appliqué en même temps au circuit de synchronisation de balayage horizontal dudit oscilloscope, 5 - Dispositif de mesure selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens de commutation périodique comprennent un basculeur bistable agissant sur un commutateur à deux directions et commandé lui-m8me par ledit signal auxiliaire périodique. 6 - Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de courant de charge du condensateur consiste en une source de courant constant shuntée par une résistance.