Brevet FR2214202A1 — publié le 19740809

L'invention est du domaine des circuits électroniques fonctionnels à déclenchement, à deux seuils de tension, ayant un fonctionnement du type à cycle fermé, dit aussi " à hystérésis dans la littérature technique ; le circuit de l'invention utilise un amplificateur opérationnel et des éléments de commutation électronique, ce qui lui assure un fonctionnement str, souple et rapide et une bonne fiabilité. Un tel circuit est susceptible de nombreuses applications; par exemple, il peut être employé dans tout dispositif dans lequel on doit contrôler les variations dtune tension de polarité fixe et valeur instable par rapport aux limites d'un intervalle de tensions déterminé. La technique antérieure fournit des exemples de circuits de ce genre, tel celui représenté à la figure 1, dont le cycle de fonctionnement est montré par la figure la. Le circuit comporte un amplificateur opérationnel monté en amplificateur différentiel avec résistance de réaction positive ; l'une des entrées de l'amplifica- teur est reliée à un point à potentiel fixe, l'autre entrée est alimentée par la tension variable à contrôle. Il est- connu que le circuit représenté a deux seuils de tension dont l'écart est proportionnel à celui existant entre les deux valeurs de la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel dans l'un et l'autre de ses deux états ; lorsque la tension'variable atteint ou ddpasse l'un des deux seuils, le circuit est automatiquement verrouillé sur I' autre seuil par basculement de l'amplificateur d'un état à l'autre, en une durée déterminée. Un autre exemple de circuit fonctionnel à amplificateur opérationnel est celui du brevet français 1.524.728 du 26 mai 1967, défini, selon le texte du brevet, comme 't pouvant etre utilisé pour une commutation logique analogique ou une amplification linéaire et comme circuit de blocage ". Le circuit à seuils de l'invention, prévu pour le contrôle d'une tension variable, comporte > selon la technique antérieure, un amplificateur opérationnel à montage différentiel avec résistance de réaction positive dont une des entrées est alimentée à partir de la tension variable à contrôler et l'autre entrée (qui sera dite " de contrôle ", dans la suite) est mise à un potentiel de comparaison, ce potentiel pouvant prendre l'une ou l'autre de deux valeurs de seuil déterminées, selon que l'amplificateur opérationnel est dans l'un ou dans l'autre de ses deux états stables. Selon l'invention, ce résultat est obtenu au moyen dtun réseau de distribution de tensions dont la structure prend deux états distincts, sous l'effet d'une commutation commandée à partir du basculement de l'amplificateur de l'un à l'autre de ses deux états. Selon une caractéristique de l'invention, ledit réseau de distribution de tensions- comporte au moins un élément résistif à conduction asymétrique à commande par tension, ledit élément étant commandé à partir de la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel et étant monté de manière que, à un instant où ladite tension variable, appliquée à l'une des entrées de l'amplificateur, atteint ou dépasse l'un des deux seuils, la tension appliquée à~l' autre entrée (dite " entrée de contrôle ") prend une valeur nouvelle, correspondant à l'autre seuil, de telle sorte que l'amplificateur se trouve verrouillé sur cet autre seuil. Dans les réalisations del'invention, le potentiel de seuil de l'entrée de contrôle de l'amplificateur différentiel est fixé par un diviseur de tension à résistances relié à deux points à potentiels distincts stables ; ledit réseau de distribution de tensions est formé de résistances et d'un élément résistif à conduction asymétrique et il comporte une borne de commande et une borne de liaison reliées à la sortie de l'amplificateur et d'autres bornes de liaison reliées respectivement à une extrémité et à un point intermédiaire dudit diviseur de tension, certaines des résistances dudit réseau formant la résistance de réaction positive de l'amplificateur.La résistance de l'élément résistif est faible ou forte selon que l'amplificateur est dans l'un ou dans l'autre de ses deux états ; dans l'état de résistance faible de cet dément, une des résistances du diviseur de tension est pratiquement en parallèle avec une autre résistance, fraction de la résistance de réaction de l'amplificateur ; en conséquence, le rapport du diviseur de tension passe d'une valeur déterminée à une autre lorsque l'amplificateur passe de l'un à l'autre de ses deux états et le potentiel à l'entrée de contrôle de l'amplificateur passe de l'une à 1' autre de deux valeurs déterminées qui sont les deux seuils de tension. Dans les réalisations de l'invention, on emploie préférentiellement la diode redresseuse comme élément à conduction asymétrique ; le circuit peut être aussi réalisé au moyen d'un transistor ou d'un thyristor, par exemple, c'est-à-dire, d'un composant à semi-conducteur présentant au moins deux jonctions de zones de conductivité de signes différents et ayant au moins une électrode de commande. Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture des descriptions et explications qui suivent et au vu des figures annexées, lesdites descriptions et figures étant données à titre d'exemple non limitatif. Dans ces figures - les figures 1 et la se rapportent à un amplificateur à seuils selon l'art connu, comme expliqué plus haut - la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un circuit à seuils selon l'invention - la figure 3 représente un premier mode de réalisation d'un circuit à seuils selon l'invention - la figure 4 est le schéma de montage d'une réalisation préférée de l'invention et - là figure 5 montre le diagramme cyclique correspondant. Revenant aux figures 1 et la brièvement décrites plus haut, il est connu que l'hystérésis du diagramme de fonctionnement, dont la mesure est la différence DvH des tensions correspondant aux deux points 17, 18, a une valeur définie par la relation Ri Dvii 5 Rt5 + Ri (Vh - Vb) (1) X15, R16 étant les valeurs ohmiques des résistances 15, 16 et Vh et Vb étant les deux valeurs (haute et basse) de la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 10, suivant les valeurs de la ten sion Ve appliquée à l'entrée 12 par rapport au potentiel à l'entrée (+) de l'amplificateur ; le point 13 est à un potentiel fixe Vp, celui de la " masse " du circuit, par exemple.La valeur de DvH est indépendante du choix de Vp et du potentiel d'origine, mais les valeurs absolues des tensions correspondant aux points 17 et 18 du diagramme en dépendent évidemment. Sur la figure 2 est représenté un schéma fonctionnel du circuit à seuils selon l'invention. Un amplificateur opérationnel 10 est monté en amplificateur différentiel ; le potentiel à l'entrée (+) est fixé par un diviseur de tension à deux résistances 4, 6 en série entre une borne 7 d'une source de tension stable d'alimentation du circuit, de valeur Va, et un point 8 à potentiel fixe Vr ; le point 22 commun aux deux résistances est connecté à lten- trée sans inversion (+) de l'amplificateur 10 ; une tension de po larité fixe, de valeur Vt variable dans le temps, est appliquée à la borne 9 reliée à l'entrée avec inversion (-) de l'amplificateur les tensions et potentiels désignés ci-dessus sont rapportées à un potentiel fixe d'origine, tel que Po, et leurs valeurs sont supposées toutes positives. Le circuit référencé 5 est un réseau de distribution de tensions comportant des résistances et un élément résistif à conduction asymétrique à commande par tension, ce qui est représenté conventionnellement par les symboles d'une résistance et d'une diode redresseuse dans le rectangle ; il comporte une entrée de commande 50 et trois entrées de liaison 51, 52, 53 ; l'entrée de commande 50 et une entrée de liaison 51 sont connectées à la sortie 1 de l'amplificateur, les entrées de liaison 52, 53 sont connectées aux points 22, 23 du diviseur de tension (4, 6), respectivement. Le réseau 5 est constitué de manière telle qu'une résistance ohmique soit établie entre les bornes 51 et 52 pour constituer la résistance de réaction positive de l'amplificateur 10 et, en outre, que sa structure soit modifiée d'un état à un autre par le passage de l'élément à conduction asymétrique de son état de forte résistance à son état de faible résistance, ou inversement, cespassagesse produisent quand la tension Vts à la sortie 1 passe de l'une de ses valeurs (Vth, la valeur haute, par exemple) à l'autre valeur (Vtb, valeur basse) ; par exemple, le réseau 5 est monté de manière que la résistance ohmique entre les points 22, 23 du circuit ait, dans ces deux états, deux valeurs différentes, par exemple : la résistance r6 de 6, dans l'un des cas, la résistance équivalente à une combinaison de 6 avec une ou plusieurs autres résistances, dans l'autre cas. On peut réaliser simplement un tel réseau avec des moyens connus, comme représenté sur la figure 3 ; la résistance de réaction positive est formée des deux résistances en série 25 et 26 comme il sera vu dans la description de la figure 4, il est avantageux de monter une diode redresseuse telle que 32 dans un emplacement tel que 33. Un élément à conduction asymétrique 24 est représenté symboliquement comme un transistor, avec l'électrode de commande reliée à la borne de commande 50.Je composant pourrait autre un thyristor ; dans les deux cas, le composant est soit non-conducteur, soit conducteur, selon que la tension de sortie Vts a l'une ou l'autre des valeurs Vtb et Vth ; dans le premier de ces cas, la résistance entre 22 et 23 est égale à r6 ; dans le second cas, la résistance du composant 24 est très faible et, à la condition que la résistance r27 de 27 soit relativement petite par rapport à r25 et r26, la résistance équivalente entre les points 22 et 23 du circuit peut être exprimée, avec une bonne approximation, par r (22,23) = r6 (r25 + r27) / (r6 + r25 + r27! (2) Par exemple, la condition de valeur de r27 mentionnée ci-dessus serait satisfaite et la relation 2 valable, si l'on donnait à r27 une valeur (relativement faible) de 50 à 100 ohms, à r26 une valeur (relativement forte) de 5 à 10 kilohms et à r25 une valeur encore supérieure, de 11 ordre de 50 kilohms au moins. On voit que, dans ces conditions, il revient au meme d' incorporer la valeur r27 dans la résistance 26 et de supprimer 27 (comme indiqué par le trait interrompu du rectangle) ; dans ce cas, la résistance équivalente exprimée par la relation (2) s'exprime exactement par R (22,23) = r6 r25 / (r6 + r25) (3) le point 28 étant alors au mame potentiel que le point 8 (Vr) R (22,23) est différente de r6 et lui est toujours inférieure. La figure 4 montre une autre réalisation de l'invention, dans laquelle le composant à conduction asymétrique est une diode redresseuse 30 ; la structure est très simplifiée du fait que la résistance de réaction positive est formée des deux résistances en série 2 et 3 qui constituent, avec la diode 30, le réseau de distribution de tensions 5 représenté symboliquement sur la figure 2. La diode redresseuse 31, de même sens de conduction que 30 dans le trajet 23 - 53 - 30 - 29 - 2 - 33 - 1, a un rôle différent ; elle empoche la transmission vers la borne (+) de l'amplificateur des fluctuations de la tension pouvant exister à la borne de sortie 1, lorsque la tension y prend la valeur haute Vth ; cette disposition assure une bonne stabilité de fonctionnement de l'amplificateur différentiel ; en outre, elle permet de pallier les dispersions de caractéristiques présentées par plusieurs amplificateurs opérationnels de même type utilisés pour la réalisation (par exemple) d'une série de circuits selon l'invention similaires. Dans l'état de conduction des diodes 30 et 31 (tension basse, Vtb à la sortie 1, inférieure à Vr), la diode 30 a une résistance relativement faible (de l'ordre 100 ohms, ou moins) et on peut écrire, avec une bonne approximation, r (22,23) = r3r6 / (r3 + r6) (4) la résistance 3 se trouvant, pratiquement, en parallèle avec 6 la relation (4) montre que r(22,23) est inférieure à r6, comme dans (2). in réalité, quand les diodes conduisent, la tension au point 29 est inférieure à Vr, d'une quantité au moins égale à latension directe de seuil de 30 (une valeur moyenne de 0,5 V, par exemple), et la chute de tension dans la résistance 2 est inférieure à (Vr-Vtb) d'une quantité supérieure à deux fois 0,5 V, soit 1 V, áu moins (les diodes 30 et 31 étant supposées semblables). Les résistances du circuit sont déterminées, selon l'art connu, à partir des tensions Vr, Va, Vth, Vtb et, en outre, des valeurs déterminées à donner aux deux seuils de tension du circuit, Sh (haut) et Sb (bas) ; ces diverses valeurs sont décroissantes dans 11 ordre suivant Va, Vth, Sh, Sb, Vr, Vtb. Le seuil Sh correspond à la tension Vth à la borne 1, ct est-à-dire à la résistance 6 seule entre 22 et 23 ; le seuil Sb correspona à la tension Vtb à la borne 1, c'est-à-dire à la résistance équivalente r(22,23) ; les valeurs de Sh et Sb sont données par les relations 5h = Vr + r6(Va - Vr)/(r4 + r6) Sb = Vr + r(22,23) (Va - Vr)/ Lr4 + La différence entre les deux seuils s'exprime par ou, toutes réductions faites ou encore Sh est effectivement supérieur à Sb. Lorsque la tension Vt atteint ou dépasse l'un déterminé des deux seuils, dans un sens fixé, c'est-à-dire, le seuil supérieur en augmentant ou le seuil inférieur en diminuant, l'amplificateur se trouve verrouillé sur l'autre seuil ; ce fonctionnement est représenté sur la figure 5, selon un cycle dit " à hystérésis ". Dans une réalisation du schéma de la figure 4, avec les valeurs de tensions indiquées ci-dessous Va = 24 V Vr = 8 V Vth = 22 V Vtb = 2 V Sh = 17,7 V 5b = 16,9 V les résistances avaient les valeurs approximatives r2 = 6,8 kQ r3 = 80 k r4 = 6,6 k# r6 = 10 k RVENDl CÂTl0N8 1 - Circuit à seuils pour le contrôle d'une tension de polarité fixe et grandeur variable comportant un amplificateur opérationnel à montage différentiel, dont une première entrée est mise à l'un ou à l'autre de deux potentiels déterminés par un moyen de polarisation commandé et la seconde entrée est reliée à la source de ladite tension variable, et un réseau de distribution de tensions formé d'éléments résistifs, caractérisé en ce que la structure dudit réseau est transformable par commutation, l'un au moins desdits éléments résistifs étant sensible à une tension de commande et présentant une caractéristique de conduction asymétrique enfonc- tion de la valeur de cette tension, et en ce que ledit réseau comporte au moins une borne de commande et une borne de liaison connectées à la sortie dudit amplificateur opérationnel et d'autres bornes de liaison reliée à divers points dudit moyen de polarisation commandé. 2 - Circuit de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une combinaison de certains desdits éléments résistifs, à conduction symétrique et de valeur fixe, forment une résistance de réaction positive dudit amplificateur différentiel. 3 - Circuit de contrôle selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément à conduction asymétrique est en état de conduction pour certaines valeurs de la tension de commande et en état de non-conduction pour les autres valeurs de cette tension. 4 - Circuit de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément à conduction asymétrique est un composant à semi-conducteur ayant au moins deux jonctions de zones de conductivités de signes différents et au moins une électrode de commande. 5 - Circuit de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément à conduction asymétrique est un composant à semi-conducteur à deux électrodes présentant une jonction p-n. 6 - Circuit de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un diviseur de tension à résistances (4,6) est connecté entre deux points (7, 8) à potentiels fixes, le point commun (22) aux deux résistances (4, 6) étant connecté à 1' entrée sans inversion (+) d'un amplificateur opérationnel (10) et ladite tension variable étant appliquée à l'entfée avec inversion (-) de cet amplificateur, caractérisé en ce que ledit réseau de distribution de tensions (5) comporte deux résistances en série (25, 26) qui forment la résistance de réaction positive de l'ampli- ficateur (10) et en ce que un élément à conduction asymétrique (24) et une résistance (27) connectés en série sont branchés entre la borne d'extrémité (23) d'une résistance (6) dudit diviseur de tension et le point (28) commun aux résistances (25, 26), ledit réseau (5) ayant une borne decommande(50) commandant ltélément (24), connectée à la sortie (1) de lsamplificateur (10). 7 - Circuit de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément (24) est un transistor. 8 - Circuit de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit élément .(24) est un thyristor. 9 - Circuit de contrôle selon l'une quelconque des revendications 6, 7, 8 caractérisé ence que la valeur de la résistance 27 est relativement petite par rapport àcelles des résistances 25 et 26. 10 - Circuit de contrôle selon l'une quelconque desrevendications6 à icaractérisé ence que lavaleur dela résistance 27 est négligeable. 11 - Circuit de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 5, dans lequel un diviseur de tension à résistances (4, 6)- est connecté entre deux points (7, 8) à potentiels fixes, le point commun (22) aux deux résistances (4, 6) étant relié à 11 entrée sans inversion (+) d'un amplificateur opérationnel (10) et ladite tension variable étant appliquée àl'entrée avec inversion (-) de cet amplificateur, caractérisé en ce que la résistance de réaction positive de l'amplificateur (10) est formé de deux résistances (2, 3) et en ce qu'une diode redresseuse (30) est connectée avec un sens de conduction déterminé entre la borne d'extrémité(23) d'une résistance (6) du diviseur. de tension et le point commun (29) aux résistances (2, 3). 12 - Circuit de contrôle selonlarevendicationîl, caractérisé en ce qu'une diode redresseuse(31) est connectée en série avec la résistance de réaction (2, 3), du côté relié à la sortie (1) de l'amplificateur (10). 13 - Circuit de contrôle selon la revendication 12, caractérisé en ce que la diode (31) a le méme sens de conduction que la diode (30), dans le trajet du circuit qui les comprendtoutesles deux. 14 - Circuit de contrôle selon l'une quelconque des revendications 6à10, caractérisé en ce qu'une diode redresseuse (32) est connectée ensérie avec la résistance de réaction (25, 26) du côté relié tala sortie (1) de l'amplificateur (10), en un emplacement (33). 15 - Circuit de contrôle selon la revendication 14, caractérisé en ce que la diode (32) a le même sens de conduction que le composant (24), dans le trajet du circuit qui les comprend tous les deux.