Brevet FR2260225A1 — publié le 19750829

L'invention due à Gennady Pavlovich Gaev, Evgeny Fedorovich Zimin, Valentin Pavlovich Gaev, concerne les dispositifs pour le couplage entre étages a' l'usage des appareils radio-électroniques dans la gamme des fréquences basses et ultra-basses, et plus particulièrement les transformateurs d'impédance RC. On connait des transformateurs d'impédance RC conçus sur la base de ponts à quatre branches. Dans les transformateurs d'impédance RC connus, les branches opposées des ponts sont formées par des éléments identiques, chaque pont comportant une diagonale de mesure et une diagonale d'alimentation dont les sommets raccordent les ponts en série de façon que les branches contigus des ponts voisins soient formées par des éléments de caractère opposé, X l'exception du pont initial dans la diagonale d'alimentation duquel est branchée la source de tension et dont chaque branche est formée par un élément identique à celui de la branche contigu e du pont voisin. L'inconvénient des transformateurs d'impédance RC connus réside dans le fait qu'ils assurent une valeur du rapport de transfert en tension à la fréquence imposée seulement supérieure de 10 à 20 % à l'unité. Les montages des transformateurs d'impédance RC connus ne permettent pas d'obtenir le gain maximal admissible pour un ordre déterminé du polynôme de la fonction de transfert. Un autre inconvénient des transformateurs d'impédance RC connus réside dans la nécessité de faire appel à un plus grand nombre d'éléments, étant donné que pour l'accroissement du rapport de transfert en tension on fait appel à un montage à éta ges. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Dans cette invention l'on se propose de mettre au point un transformateur d'impédance RC dont le schéma permettrait de réaliser, en présence d'un nombre minimal d'éléments, l'amplification maximale possible de la tension à la fréquence prescrite pour une valeur déterminee de l'ordre du polynôme de la fonction de transfert. Ce problème est résolu par le fait que, dans le transformateur d'impédance RC, constitué par plusieurs ponts à quatre branches dont les branches opposées sont formées par des élé ments de caractère identique, chaque pont comportant une diagonale de mesure et une diagonale d'alimentation par les sommets desquelles les ponts sont couplés en série de façon que les branches contigus des ponts voisins soient formées par des élé- ments de caractère opposé à l'exception du seul pont initial dans la diagonale d'alimentation duquel est branchée la source de tension d'entrée et dont chaque branche est formée par un élément identique à celui de la branche contiguë du pont voisin, conformément à l'invention, chaque sommet de la diagonale de mesure des ponts voisins du pont initial est raccordé à l'un des sommets de la diagonale de mesure du pont initial par un élément de caractère opposé à celui des éléments des branches contigues, et chacun des sommets de la diagonale de mesure d'un autre pont consécutif est raccordé par un élément de caractère opposé à 1' élément raccordant le sommet considéré à la diagonale d'alimentation du pont voisin précédent, au sommet de la diagonale de mesure de l'un des ponts précédents, y compris le pont initial, lequel est préalablement raccordé à la diagonale de mesure de l'autre pont par un élément de même caractère, la sortie étant alors formée par les sommets des diagonales d'alimentation de deux ponts voisins au moins. Il est préférable que les branches de tous les ponts, à l'exception du pont initial, raccordées au sommet de la diagonale d'alimentation du pont voisin précédent, soient formées par couplage en série de deux éléments de même type au moins, tandis que leurs jonctions seront branchées à la diagonale de mesure d'un pont précédent quelconque de la même façon que les sommets correspondants de sa diagonale de mesure. Le transformateur d'impédance RC peut être utilisé comme dispositif de couplage interétage dans les amplificateurs sélectifs et dans les oscillateurs basse fréquence. L'utilisation du transformateur d'impédance RC proposé permet de simplifier le montage et d'améliorer les indices de qualité des amplificateurs sélectifs en rapprochant, grâce à la réduction du nombre des éléments actifs, la stabilité des caractéristiques de l'amplificateur, en présence de facteurs extérieurs de stabilisation, de celle des composants passifs du montage. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par la description de modes de réalisation concrets et par les dessins annexas, sur lesquels la fig.1 représente le schéma de principe du transformateur d'impédance RC conforme à l'invention la fig.2, un autre mode de réalisation du schéma de principe du transformateur d'impédance RC conforme à l'invention la fig.3, un troisième mode de réalisation du schéma de principe du transformateur d'impédance RC conforme à l'invention; la fig.4, le diagramme vectoriel illustrant le fonctionnement du premier mode de réalisation du transformateur d 'impé- dance RC conforme à l'invention la fig.5, le diagramme vectoriel illustrant le fonctionnement du deuxième mode de réalisation du transformateur d'impédance RC conforme à l'invention;; la fig.6, le diagramme vectoriel illustrant le fonctionnement du troisième mode de réalisation du transformateur d' impé- dance RC conforme à l'invention. Nous allons considérer le schéma de principe du transformateur d'impédance RC représenté sur la fiv.1. Le transformateur d'impédance RC est constitué par cinq ponts à quatre branches 1, 2, 3, 4 et 5. Chaque pont 1, 2, 3, 4 et 5 comporte une diagonale de mesure avec sommets 6 et 7 et une diagonale d'alimentation avec sommets 8 et 9. Les branches opposées de chacun des ponts 1, 2, 3, 4 et 5 sont formées par des éléments de caractère identique, ctest-à-dire qu'une paire-de branches opposées est formée par les résistances 10, et l'autre par les condensateurs 11. Tous les ponts 1, 2, 3, 4 et 5 sont couplés en série par les sommets 8 et 9 de la diagonale d'alimentation.Dans la diagonale d' alimentation du pont initial 3 est branchée la source de courant 1 2, et ce pont est raccordé aux ponts voisins 2 et 4 de façon que les branches contigues des ponts 3 et 4 soient formées par des éléments de caractère identique. Les autres poses (ponts 1 et 5) sont raccordés aux ponts voisins de façon que les branches contigus soient formées par des éléments de caractère opposé, ctest-à-dire par des résistances 10 et des condensateurs 11. Les sommets 6 et 7 des diagonales de mesure des ponts 2 et 4, voisins du pont,initial 3, sont respectivement raccordés aux sommets 6 et 7 de la diagonale de mesure de ce dernier par l'intermédiaire d'éléments, de caractère opposé à ceux des branches contigus, c'est-à-dire par l'intermédiaire des résistances 13 et des condensateurs 14.Chacun des sommets 6 et 7 des diagonales de mesure des autres ponts consécutifs, 1 et 5, est raccordé par un élément, decaractere opposé à celui qui relie chaque sommet mentionné 6 et 7, au sommet 8 de la diagonale d'alimentation du pont précédent voisin (respectivement du pont 2 pour le pont 1, et du pont 4 pour le pont 5) avec-le sommet 6 et 7 de la diagonale de mesure des ponts précédents mentionnés 2 et 4 qui a été préalablement raccordé à la diagonale de mesure du pont initial 3 par un élément de même caractère.Par exemple, le sommet 6 de la diagonale de mesure du pont 1, relié au sommet 8 de la diagonale d'alimentation du pont précédent 2 par le condensateur 11, est raccordé en supplément par la résistance 15 au sommet de la diagonale de mesure du pont 2 qui avait été préalablement raccordée au sommet 6 de la. diagonale de mesure du pont initial 3 par la résistance 13. Le sommet 7 de la diagonale de mesure de ce même pont 1, raccordé au sommet 8 de la- diagonale d'alimentation du pont précédent 2 par la résistance 10, est alors raccordé en supplément par un condensateur 16 au sommet 7 de la diagonale de mesure du pont 2, qui avait été préalablement raccordée au sommet 7 de la diagonale de mesure du pont initial 3 par le condensateur 14.D'une façon analogue, les sommets 6 des diagonales de mesure des ponts 4 et 5 sont raccordés par le condensateur 16, tandis que les sommets 7 de ces ponts 4 et 5 sont raccordés par la résistance 15. La sortie du transformateur dtim- pédance RC est formée par les sommets 8 et 9 des diagonales d'alimentation, respectivement,des ponts 1 et 5. La fig.2 représente un autre mode de réalisation du sch & ma de principe du transformateur d'impédance RC, où, comparativement au schéma de principe représenté sur la figure 1, le sommet 6 de la diagonale de mesure du pont 1 est raccordé par la résistance 15 au sommet 6 du pont initial 3, le sommet 7 du pont mentionné 1 étant raccordé par l'intermédiaire du condensateur 16 au sommet 7 du pont initial 3, tandis que les sommets 6 et 7 du pont 5 sont respectivement raccordés, par l'intermédiaire du condensateur 16 et due ia résistance 15,aux sommets 6 et 7 de la diagonale de mesure du pont initial 3. Un autre mode de réalisation du schéma de principe du transformateur d'impédance RC est représenté sur la fig.3. Dans ce schéma, à la différence de ceux des fig. 1 et 2, les branches des ponts 1, 2, 4 et 5 (à-i'exception du pont initial 3) qui sont raccordées au sommet 8 de la diagonale d'alimentation du pont précédent voisin, sont formées par deux éléments de même type en série, savoir par des résistances 17 et 18 et des condensateurs 19 et 20.Des points 21 de raccordement des résistances 17 et 18 et des points 22 de raccordement des condensateurs 19 et 20 des ponts 1 , 2, 4 et 5 sont reliés aux sommets des diagonales de mesure des ponts précédents de la même façon que les sommets correspondants de la diagonale de mesure des ponts 1, 2, 4 et 5; par exemple, le pont de raccordement 21 des résistances 17 et 18 du pont 1 est raccordé au sommet 7 du pont initial 3 par l'intermédiaire d'un condensateur 23, et le point de raccordement 22 des condensateurs 19 et 20 du pont 1, au sommet 6 du pont initial 3 par l'intermédiaire d'une résistance 24. Le transformateur d'impédance RC fonctionne de la façon suivante. La tension d'entrée de la source de tension 12 est appliquée aux sommets 8 et 9 (fig.1) de la diagonale d'alimentation du pont initial 3. Si l'on suppose que les éléments consdcutifs des ponts RC sont choisis de façon à éviter l'influence du- shuntage sur les ponts précédents, la chute de tension au condensateur 11 entre les sommets 7 et 9 du pont initial 3 est représentée par un vecteur 25 sur le diagramme vectoriel de la fig.4. La flèche du vecteur 25 indique le potentiel du sommet 7(fig.1), et son origine, le potentiel du sommet 9. La chute de tension à la résistance 10 entre les sommets 7 et 8 du pont initial 3 correspond à un vecteur 26 (fig.4). La somme géométrique des vecteurs 25 et 26 donne un vecteur 27 de la tension d'éntrée de la source 12 (fig.1). La chute de tension entre les sommets 6 et 9 et entre les sommets 6 et 8 est respectivement représentée par les vecteurs 26 et 25 (fig.4).Le potentiel du sommet 9 (fig.1) du pont consécutif 2 coïncide avec le potentiel du sommet 8. La chute de tension à la résistance 1 3 entre les sommets 6 des ponts 2 et 3 est représentée par un vecteur 28 (fig.4), tandis qu'un vecteur 29 indique la chute de tension au condensateur 14 (fig.1) entre les sommets 7 de ces mêmes ponts 2 et 3.La chute de tension aux résistances 10 des autres ponts 1, 2, 4 et 5 est également représentée par les vecteurs 26 (fig.4), et aux condensateurs 11 (fig.t) de ces mêmes ponts, par les vecteurs 25 (fiv.4). La chute de tension au condensateur 14 (fig.1) entre les sommets 6 des ponts 3 et 4 est également représentée par le vecteur 29 (fig.4), et la chute de tension à la résistance 1 3 (fig.1)-entre les sommets 7 de -ces mêmes ponts 3 et 4, par le vecteur 28 (tLg.4). La chute de tension aux résistances 15 (fiv.1) est représentée par des vecteurs 30 (fig.4), et aux condensateurs 16 (fig.1),par des vecteurs 31 (fig.4). L'addition géomtrique de tous les vecteurs mentionnés donne un vecteur 32 illustrant la tension de sortie du transformateur d'impédance RC représenté sur la fig.1. Comme on le voit d'après le diagramme vectoriel, le rapport de transfert en tension K, égal au rapport entre la tension de sortie (vecteur 32 de la fig.4) et la tension d'entrée (vecteur 27) est notablement supérieur à l'unité, sa valeur limite étant la suivante K = n1 + n2 + 1, 2 où n1 est le nombre de ponts RC à quatre branches consécutifs au pont initial n2 > le nombre de ponts RC à quatre branches précédant le pont initial. De cette façon, pour un nombre de ponts égal à 5 le rapport de transfert K est de trois. Le fonctionnement de l'autre mode de réalisation du schéma du transformateur d'impédance RC, représenté sur la fig.2,est illustré par le diagramme vectoriel de la fig.5. Aux résistances 15 et aux condensateurs 16 (zig,2) sont appliquées des tensions élevées respectivement représentées par les vecteurs 30 et 31 (fig.5). La tension de sortie du transformateur d'impédance RC, illustrée par le vecteur 32, augmente par rapport à la tension de sortie du transformateur d'impédance RC de la fig.1 illustrée par le vecteur 32 de la fig.4, le nombre d'éléments dans les deux schémas étant alors identique. De cette façon, le rapport de transfert en tension du transformateur d' impédance RC de la fig.2 est supérieur au rapport en tension du transformateur d'impédance RC de la fig.1. Le fonctionnement du troisième mode de réalisation du schéma du transformateur d'impédance RC représenté sur la fig.3 est traduit par le diagramme vectoriel de la fig.6. Dans ce cas, à la différence du diagramme de la fig.5, des vecteurs 33 (fig. 6) représentent la chute de tension aux résistances 24 (fig.3), des vecteurs 34 (fig. 6), la chute de tension aux condensateurs 23 (fig. 3) des vecteurs 35 et 36 (fig. 6), respectivement, la chute de tension aux résistances 17 et 18 (fig. 3), des vecteurs 37 et 38 (fig. 6), la chute de tension aux condensateurs 19 et 20 (fig. 3), et des vecteurs 39 et 40 (fig. 6), la chute de tension, respectivement, aux condensateurs 23 et aux résistances 24 (fig. 3). Comme on le voit d'après le diagramme, en présence de valeurs du rapporte transfert en tension K supérieures à 7, le nombre d'éléments dans le schéma du transformateur d'impédance RC de la fig. 3 est inférieur à celui des transformateurs dtimpédance RC représentés sur les fig. l et 2. La valeur limite du rapport en tension K du transformateur d'impédance RC de la fig. 3 est la suivante: où n1 et n2 sont respectivement le nombre de ponts RC à quatre branches consécutifs et précédents parErapport au pont initial. Les schémas des transformateurs d'impédance RC représentés sur les fig. l, 2 et 3 disposent d'un avantage se traduisant par la possibilité d'obtenir des valeurs du rapport de transfert en courant notablement supérieur à l'unité dans le cas où, entre le sommet 5 du pont 1 et le sommet 9 du pont 5, on interpose dans tous les-schémas une source de courant, le courant de sortie étant alors mesuré entre les sommets 8 et 9 de la diagonale d'alimentation du pont initial 3. Le transformateur d'impédance RC proposé peut être appliqué dans les montages des amplificateurs sélectifs et des oscillateurs sinusoïdaux dans la gamme des fréquences basses et ultrabasses. La mise en oeuvre du transformateur d'impédance RC propose permet de mettre au point des amplificateurs sélectifs et des oscillateurs à caractéristiques de haute stabilité en les rapprochant de la stabilité des composants passifs du schéma. Parmi les avantages des transformateurs d'impédance RC proposés, on notera la valeur élevée du rapport de transfert en tension en présence d'un faible nombre des éléments utilisés. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède; l'invention ne-se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elre en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Transformateur d'impédance RC constitué par plusieurs ponts à quatre branches dont les branches opposées sont formées par des éléments de caractère identique, chaque pont comportant alors une diagonale. de mesure et une diagonale d'alimentation dont les sommets raccordent les ponts en série de façon que chaque branche du pont initial dans la diagonale d'alimentation duquel est branchée une source de tension d'entrée est formée par un élément identique à celui de la branche contigue du pont voisin, tandis que les branches contiguës de tous les ponts voisins sont formées par des éléments de caractère opposé, caractérisé par le fait que chaque sommet de la diagonale de mesure des ponts voisins du pont initial est raccordé à l'un des sommets de la diagonale de mesure du pont initial par un élément de caractère opposé à celui des éléments des branches contigues, et chacun des sommets de la diagonale de mesure d'un autre pont consécutif est raccordé par un élément de caractère opposé à l'élément reliant le sommet considéré avec la diagonale d'alimentation du pont voisin précédent, au sommet de la diagonale de mesure d'un pont précédent quelconque, y compris le pont initial, qui est préalablement raccordé au sommet de la diagonale de mesure de l'autre pont par un élément de même caractère, la sortie étant alors formée par les sommets des diagonales d'alimentation de deux ponts au moins. 2. Transformateur d'impédance RC selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les branches de tous les ponts, à l'exception du pont initial, qui sont raccordées aux sommets de la diagonale d'alimentation du pDat voisin précédent, sont formées par au moins deux éléments de même type en série dont les points de jonction sont branchés au sommet de la diagonale de mesure d'un des ponts précédents de la même façon que les sommets correspondants de sa diagonale de mesure.