Brevet FR2258743A1 — publié le 19750818

L'invention concerne un circuit pour la modulation et la démodulation d'impulsions en durée comportant un modulateur, qui comprend un premier intégrateur pour la tension d'entrée, en aval duquel est branche un circuit à seuil dont la tension de sortie est renvoyee à l'intégrateur avec une polarité telle que lorsque la tension de sortie de l'intégrateur devient supérieure à une première valeur de seuil supérieure, cette tension de sortie décroît, tandis que lorsque la tension de sortie de l'intégra- teur devient inférieure à une seconde valeur de seuil inférieure, cette tension de sortie croît, ainsi qu'un démodulateur qui comprend un- amplificateur, ayant un comportement de bascule, et un élément de filtrage.De tels circuits sont utilisés par exemple pour la transmission sans potentiel ou pour la représentation de signaux alternatifs basse fréquence ou de signaux continus. Ils sont aussi'utilisés dans des amplificateurs séparateurs à courant continu qui servent à mesurer des tensions de valeurs faibles et moyennes qui se trouvent à un potentiel élevé par rapport à la terre. Par conséquent, l'entrée pour les tensions à mesurer doit être isolée galvaniquement de la sortie de l'amplificateur. En général, le signal d'entrée est modulé et pour l'isolement de potentiel on branche un transformateur d'isolement entre l'entrée et la sortie. I1 est courant de faire subir une modulation d'amplitude au signal d'entrée. Les amplificateurs avec une telle modulation sont aussi connus sous le nom de vibrateurs-amplificateurs.Un tel amplificateur est décrit par exemple dans la demande de brevet allemand nO 1 811- 987. Ces vibrateursamplificateurs présentent l'inconvénient que les amplitudes des signaux de tension alternatifs qui varient dans une large gamme doivent être transmises de façon exacte, étant donné que par ailleurs le signal de sortie de l'amplificateur n'est pas proportionnel au signal d'entrée. Pour cette raison, on a déjà proposé, par exemple dans la demande de brevet allemand P 22 60 440.6-31, de faire subir à la tension d'entrée une modulation de fréquence ou de la durée des impulsions, de transmettre le signal modulé puis de le démoduler. La demande de brevet publiée sous le nO 2 214 761 décrit un circuit pour la modulation d'impulsions en durée et la démodulation de signaux analogiques basse fréquence pour l'affichage et la transmission de ces signaux. Le signal est appliqué à un intégrateur qui est relié à une bascule de Schmitt pour former un circuit de courant fermé, et sur lequel est préle vée la tension de signaux, dont la durée des impulsions est modulée, d'une ligne reliant la bascule de Schmitt à l'intEgrateur. Le démodulateur est constitué également par une bascule de Schmitt et un intégrateur monté en aval de celui-ci et à la sortie duquel est prélevée la tension de signaux démodulée. La présente invention se propose d'éliminer les erreurs de transmission d'un tel circuit. Ce problème est résolu suivant l'invention grâce au fait qu'entre la sortie de l'étage à valeur de seuil du modulateur et l'entrée de l'intégrateur d'une part et du démodulateur d'autre part sont branchés des moyens de transmission identiques. Les impulsions arrivant à l'entrée de l'intégrateur, par l'intermédiaire de la branche de réaction, compensent le courant d'entrée. Etant donné que la branche de réaction présente une constitution identique à celle des moyens de transmission, le signal de réaction appliqué à l'intégrateur et compensant le signal d'entrée a la même valeur que le signal de sortie des moyens de transmission, de sorte que ce signal est identique au signal d'en trée. Des non-linéarités éventuelles de la caractéristique de transmission n1 ont par conséquent aucune influence sur la précision de la transmission. Ceci est avant tout valable lorsque l'on utilise comme moyeu de transmission un transformateur d'isolement qui transmet les flancs d'impulsions de façon exacte et sans erreur dans le temps du modulateur au démodulateur.Ce transformateur comporte alors deux enroulements secondaires dont le premier commande I'intégrateur et dont le second commande le démodulateur. De fanon avantageuse, la similarité des moyens de transmission continue du fait que le démodulateur comporte un intégrateur présentant la même constitution que I'intégrateur du modulateur et auquel sont appliquées les impulsions transmises. Pour les mêmes raisons, de préférence des étages identiques de mise en forme d'impulsions sont branchés en aval des moyens de transmission, ces étages délivrant des impulsions d'amplitude constante et de durée déterminée par les impulsions de sortie des moyens de transmission et conduisant aux intégrateurs.Les impulsions obtenues à l'aide des circuits de mise en forme d'impulsions et de l'intégrateur peuvent alors être appliquées à un amplificateur ayant un comportement de bascule, dont les impulsions de sortie sont transmises d'une part à l'élément de fil trage délivrant le signal de tension continu de sortie et d'autre part à l'entrée de l'intégrateur du démodulateur. La valeur moyenne des impulsions de sortie de cet amplificateur est alors égale à la valeur moyenne des impulsions appliquées à l'intégrateur. Stantdonné que les moyens de transmission doivent être isolés galvaniquement, donc que seules les impulsions et non les états de commutation statiques peuvent etre transmises aux entrées du démodulateur et de l'intégrateur de modulation, il existe le danger que le modulateur soit bloqué. I1 peut apparattre par exemple, lors de la mise en circuit ou par suite d'une impulsion perturbatrice ou d'une variation rapide de la polarité du signal d'entrée,- le cas où le circuit à seuil ne se trouve pas dans l'état correct par rapport au sens de variation de la tension de sortie de l'intégrateur et ne réagit pas au dëpasse- ment d'une valeur de seuil.La tension de sortie de ltintégra- teur peut alors- augmenter de nouveau jusqu'à atteindre une valeur de saturation et le circuit à seuil reste dans son état sans délivrer aucune impulsion. Pour éviter cet état de fonctionnement du modulateur, le circuit à seuil et les moyens de transmission branchés entre sa sortie et l'entrée de l'intégrateur sont mis en parallèle avec un autre circuit à seuil qui, lorsque la tension de sortie de l'intégrateur devient supérieure à une première valeur de seuil, qui est plus importante que la valeurde séuil supérieure du premier circuit à seuil, délivre un signal qui provoque une diminution de la tension de sortie de l'in intégrateur. Si la tension de sortie de l'intégrateur devient inférieure à une seconde valeur de seuil, qui est plus faible que la valeur de seuil inférieure du comparateur, le second circuit à seuil délivre un signal qui fait augmenter la tension de sortie de l'intégrateur. De cette façon, la tension de sortie de l'inté- grateur est ramenée dans la gamme dans laquelle se trouvent les deux valeurs de seuil du premier circuit à seuil, de sorte-que celui-ci peut de nouveau répondre et commander le modulateur. Dans le cas où lton utilise un amplificateur séparateur, de façon avantageuse la constitution mécaniqùe est telle que le modulateur ainsi que 1 'enroulement primaire- et le premier enroulement secondaire du transformateur se trouvent à l'intérieur d'un bottier isolant, tandis que le second enroulement secondaire est disposé à l'extérieur du bottier. L'enroulement primaire et le premier enroulement secondaire entourent par conséquent les branches d'une moitié de noyau disposée à l'intérieur du bottier, tandis que le second enroulement secondaire est associé à une seconde moitié de noyau.Les deux moitiés de noyau sont disposées de part et d'autre d'une paroi du bottier,, de manière que leurs branches se trouvent l'une en face de l-'autre et que l'on obtienne un couplage aussi bon que possible. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs formes de réalisation données à titre d'exemple et représentées au dessin annexé dans lequel La figure 1 est un schéma de principe d'un modulateur. Les figures 2 et 3 sont des schémas de principe d'un démodulateur. La figure 4 représente la constitution mécanique d'un amplificateur séparateur. Dans le dispositif de la figure 1, le signal à transmettre est appliqué à un amplificateur V1, par l'intermédiaire d'une résistance d'entrée R1. Ces éléments constituent, en association avec un condensateur de réaction CI, un intégrateur de Miller dont la tension de sortie est appliquée à ltentrée d'ad circuit à seuil comportant un amplificateur V2 présentant un comportement de bascule. Cet amplificateur est soumis à une cont réaction, par l'intermédiaire des résistances R2, R3.Si la tension de sortie de l'intégrateur atteint la vakuretitaktaux bsrres de la résistance R3, l'état de l'amplificateur V2 change. - La ten sion de sortie de cet amplificateur est délivrée, par l'intermédiaire d'une résistance R4, à 11enroulement primaire 7W1 d'un transformateur qui, dans la forme de réalisation prise compte exemple, présente une constante de temps suffisamment faible pour que les impulsions appliquées soient différentiées, comice cela apparat dans les schémas d'impulsions indiqués sur le dessin.En raison de la faible constante de temps du transformateur, les impulsions différentiées présentent une raideur de flanc "n- portante, de sorte que lorsque des impulsions rectangulaires sontreformées à partir de ces impulsions, leurs flancs coïncident avec les flancs des impulsions appliquées à l'enroulement primaire du transformateur. Les impulsions différentiées apparaissent aux bornes dtun premier enroulement secondaire 2 et sont prélevés aux bornes d'un potentiomètre P2. Sur l'enroulement V2 un condensateur de compensation C2 est branché en parallèle.A la prise du potentiomètre P2 est reliée l'entrée d'un étage de mise en forme dtimpulsions comportant un amplificateur V5 qui forme , à partir des impulsions èn aiguille qui lui sont appliquées, des impul- sions rectangulaires dont les flancs sont déterminés par les impulsions en aiguille. Le circuit de mise en forme d'impulsions fonctionne d'une façon similaire à l'étage de seuil comportant l'amplificateur V2. I1 change d'état lorsque la valeur d'une impulsion dépasse la tension de réaction formée au moyen des résistances R6, R7, R8.Une seconde entrée du circuit de mise en forme d'impulsions V5 est mise, par 11 intermédiaire d'une résis- tance R5, à une tension de polarisation réglable au moyen d'un potentiomètre PI. La tension apparaissant~au point de liaison des résistances R7 et R8 est limitée par des diodes D5 et D6, et est appliquée à un circuit qui en dérive des impulsions de courant d'amplitude constante. A cet effet, une tension de référence, formée au moyen d'une diode Zener Z1, est appliquée à un amplificateur V3. Sa tension de sortie peut être réglée au moyen d'un potentiomètre P3 se trouvant dans la branche de contre-réaction. Pour la compensation vis-à-vis de la température, une diode DII est montée dans la branche de contre-réaction. La tension de sortie de l'amplifi- cateur V3 est appliquée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur V4 dont les résistances de contre-réaction R9 et R10 ont la meme valeur, de sorte que son coefficient d'amplification est égal à un et que la valeur de sa tension de sortie est égale à celle de l'amplificateur V3, mais présente une polarité opposée.Ces deux tensions sont transmises, par l'intermédiaire de résistances identiques R11 et R12, à un pont de diodes constitué par les diodes D7, D8, D9 et D10. Suivant la polarité de la tension de sortie de l'amplificateur vs, une des tensions de sortie des ampli- ficateurs V3 et V4 est appliquée, par l'intermédiaire de ce pont de diodes, à l'entrée de 1' intégrateur de Miller comportant 1' amplificateur V1. Si la tension de sortie de l'intégrateur de Miller atteint par exemple la valeur de seuil supérieure de 1 'am- plificateur V2, celui-ci est commuté, et par conséquent la polarité de la tension de sortie de l'amplificateur V5 est également modifiée, de sorte que l'intégrateur de Miller est de nouveau déchargé jusqu'à ce que la valeur de seuil inférieure de l'aspli- ficateur V2 soit atteinte. Ensuite, celui-ci change de nouveau d'état, et l'intégrateur de Miller délivre de nouveau une tension de sortie croissant dans le sens positif. La valeur moyenne du courant des impulsions appliquées à l'intégrateur de Miller à partir du pont de diodes est par conséquent égale à la valseur moyenne du courant dtentrde appliqué par l'intermédiaire de la résistance R1. Si pour une raison quelconque, par exemple des impulsions perturbatrices ou lors de la mise en circuit, la tension de sortie de I'intégrateur de Miller a dépassé une valeur de seuil de l'amplificateur V2 et que l'amplificateur V5 se trouve dans un état dans lequel à l'intégrateur de Miller est appliquée une tension qui fait encore augmenter sa tension de sortie, le modulateur est bloqué en raison de l'isolement galvanique, par l'intermédiaire du transformateur comportant les enroulements Wl et W2. Pour éviter une telle perturbation, la sortie de l'in- tégrateur est reliée galvaniquement, par l'intermédiaire des diode8D1, D2, D3, D4, au circuit de mise en forme d'impulsions V5.Les diodes forment un circuit à seuil dont la valeur de seuil supérieure est plus importante que la valeur de seuil supérieure de l'amplificateur V2, et dont la valeur de seuil inférieure est plus faible que celle de l'amplificateur V2. Si la valeur de seuil supérieure du circuit à seuil constitué par les diodes est dépassée ou que sa valeur de seuil inférieure n'est pas atteinte, l'amplificateur V5 est obligatoirement amené dans un état dans lequel l'intégrateur V1 change d'état, de manière que sa tension de sortie soit ramenée dans la gamme de fonctionnement normale donnée par les valeurs de seuil de l'amplificateur V2. Comme on l'a déjà vu précédemment, la valeur moyenne du courant de contre-réaction appliqué à l'intégrateur VI est égale à-celle du courant appliqué à l'entrée E. Par conséquent, Si l'on prévoit un second enroulement secondaire et que l'on y raccorde un dispositif dont la constitution est similaire à celui raccordé à lenroulement W2, on obtient à sa sortie des impulsions dont la valeur moyenne est aussi égale à celle du signal d'entrée. Par conséquent, on a une transmission exacte, avec isolement galvanique, de l'entrée E à un point isolé galvaniquement de celle-ci. Dans la figure 2, qui représente l'étage d'entrée du démodulateur, la référence W3 désigne le second enroulement secondaire du transformateur. A éet enroulement est également raccordé, comme pour l'enroulement primaire W2, un étage de mise en forme d'impulsions comportant un amplificateur V6 qui, en raison d'une réaction réalisée par l'intermédiaire des résistances R15 et R16, présente un comportement de bascule. I1 délivre par conséquent des impulsions rectangulaires à partir des impulsions en aiguille qui lui sont appliquées par ltenrou- lement W3. Ces impulsions rectangulaires sont limitées par des diodes D5 et D6 et sont appliquées à un circuit à diodes D17, DIS, D19, D20 qui est alimenté, par l'intermédiaire des résistances R17 et R18, à partir d'une source de courant de référence comportant des amplificateurs V8 et V9. Cet étage de mise en forme d'impulsions coïncide avec l'étage de mise en forme dtim- pulsions, constitué par les amplificateurs V3, V4 et V5 et les diodes D5 ... D10, du modulateur.La valeur moyenne de ces impulsions de sortie est par conséquent égale à celle des impulsions qui sont appliquées à l'intégrateur du modulateur pour compenser le courant d'entrée. Les impulsions prélevées à partir des diodes D18 et D20, qui ont une amplitude constante, sont transmises et, par l'intermédiaire de conducteurs a et b d'un circuit d'amplification (figure 3), qui est constitué par un intégrateur et un amplificateur à seuil branché en aval, et qui fonctionne suivant le principe du modulateur. L'intégrateur est un intégrateur de Miller comportant un amplificateur V7 et un condensateur de contre-réaction C4. Sa tension de sortie est transmise, par l'intermédiaire d'une résistance R22, à un transistor Tsi au collecteur duquel est raccordée la base d'un transistor Ts2 dont l'émet- teur est couplé avec celui d'un autre transistor Ts3, suivant le type d'un amplificateur différentiel.Le circuit base-émetteur du dernier transistor est branché en parallèle avec une diode D21 servant à la compensation vis-à-vis de la température. Au collecteur du transistor Ts3 est raccordée la base d'un quatrième transistor Ts4 qui fonctionne en push-pull avec le transistor Ts2. Des collecteurs de ces deux transistors part un trajet de contre-réaction, comportant la résistance R23, sur l'entrée de l'intégrateur comportant l'amplificateur V7. La~valeur moyenne du courant impulsionnel prélevé à partir des diodes D18 et D20 est par conséquent de nouveau égale à la valeur moyenne du courant de contre-réaction délivré à l'intégrateur. La valeur moyenne des trains d'impulsions apparaissant sur les collecteurs des transistors Ts2 et Ts4 est formée dans un circuit de filtrage SG délimité par un bloc en pointillés dans la figure 3. Ce circuit comporte des éléments RC R25/C5 ; R26, R27/C6 et R28/C8, un intégrateur V10/C7, dont l'ensemble repré sente un filtre actif, et un élément LC L/C9. Dans la figure 4, la référence Wl désigne de nouveau l'enroulement primaire du transformateur, la référence W2 dési gne le premier enroulement secondaire et les références W3' et W3" désignent le second enroulement secoei. Les enraflements W1 et W2 sont-formés par attaque chimique à partir d'une plaque de cir cuit imprimé 4. Au centre des enroulements W1 et W2 sont ména gés des trous dans lesquels sont enfichées les deux branches d'un noyau 3. Sur la plaque de circuit imprimé 4 peuvent en outre se trouver les autres composants du modulateur. Cette plaque de circuit imprimé est disposée dans un bottier qui est consti -tué par deux moitiés 1 et 2.Les deux moitiés de bottier ont la même forme et sont constituées par un matériau isolant. Leurs surfaces sont métallisées jusqu'aux faces reposant l'une sur l'autre. Les bords de l'espace intérieurainsique les faces extérieures présentent un rayon aussi important que possible afin qu'aucun claquage ne puisse apparattre. Iesfondsdes moitiés de bottier en forme de pot rewxatartau niveau des bords. Les parois latérales s'épaississent en partant du point de raccordement et en direction du fond. Au niveau des bords des fonds en saillie sont disposées des vis 7, 8 ou des éléments semblables qui pres sent l'une contre l'autre les moitiés du bottier.Le passage des parois latérales aux bords du fond et des bords du fond aux-ncyens de fixation 7 et 8 se fait progressivement avec un rayon aussi important que possible, afin que l'augmentation de densité des lignes du champ électrique soit aussi faible que possible et que le danger de claquage soit réduit. Sur la face extérieure de la paroi du bottier, sur la face intérieure duquel est disposé le noyau 3 avec les enroulements W1 et W2, se trouve une seconde moitié de noyau 6 dont les branches sont enfichées dans des trous ménagés dans une plaque de circuit imprimé 5. Autour de ces trous et par conséquent des branches du noyau, des enroulements W3' et W3" sont ménagés par attaque chimique à partir de la plaque de circuit imprimé, ces noyaux étant branchés en série de manière que, lorsqu une variation de flux magnétique apparait dans la moitié de noyau 6, les tensions apparaissant aux bornes des enroulements W3' et W3" s'ajoutent. Les impulsions appliquées à l'enroulement Wl sont par conséquent transmises dans les enroulements W3' et w3". Les autres composants du démodulateur peuvent être soudés sur la plaque de circuit imprimé 5. REVENDICATIONS 1. Circuit pour la modulation d'impulsions en durée et la démodulation, comportant un modulateur, qui comprend un premier intégrateur pour la tension d'entrée, en aval duquel est branché un circuit à seuil dont la tension de sortie est renvoyée à l'intégrateur avec une polarité telle que lorsque la tension de sortie de l'intégrateur devient supérieure à une pre mière valeur de seuil supérieure, cette tension de sortie décroît, tandis que lorsque la tension de sortie de lintegrateur devient inférieure à une seconde valeur de seuil inférieure, cette tension de sortie croit, ainsi qu'un démodulateur qui comprend un amplificateur ayant un comportement de bascule et un élément de filtrage, caractérisé par le fait qu'entre la sortie de étage à valeur de seuil (V2) du modulateur et l'entrée de l'intégrateur (V7) d'une part et du démodulateur d'autre part, sont branchés des moyens de transmission identiques. 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au circuit à seuil (V2) est raccordé l'enroulement primaire (W1) dtun transformateur comportant deux enroulements secondaires (W2, W3), le premier de ces enroulements (W1) commandant l'intégrateur (V1) et le second de ces enroulements (W3) commandant le démodulateur. 3. Circuit suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le démodulateur comporte un intégra- teur (V7) présentant une constitution similaire à l'intégrateur (V1) du modulateur, et auquel sont appliquées les impulsions transmises. 4. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'en aval des moyens de transmission (W2, W3) sont raccordés des étages de mise en forme d'impulsions (vus, V6) qui délivrent des impulsions d'amplitude constante dont la durée est déterminée par les impulsions de sortie des moyens de transmission et qui sont appliquées aux intégrateurs (vi, v7). 5. Circuit suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'en aval de l'intégrateur (V7) du démo- dulateur est relié un amplificateur présentant un comportement de bascule (tus7 ... Ts4), dont les impulsions de sortie sont appliquées d'une part à l'élément de filtrage (SG) délivrant le signal de sortie, et dtautre part à l'entrée de l'intégrateur (V7). 6. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le circuit à seuil (v2) du modulateur et les moyens de transmission branchés entre sa sortie et l'entrée de l'intégrateur (Vi) sont mis en parallèle avec un autre circuit à seuil (Di, D2, D3, 1)3 > D4), qui, lorsque la ten- sion de sortie de l'intégrateur (Vi)dépasse une première valeur de seuil qui est supérieure à la -valeur de seuil supérieure de étage à valeur de. seuil (V2), délivre un signal qui fait diminuer la tension de sortie de l'intégrateur, et qui, lorsque la tension de sortie de 1'intégrateur (V1) devient inférieure à une seconde valeur de seuil qui est plus faible que la valeur de seuil inférieure de l'étage à valeur de seuil (V2), délivre un signal qui augmente la tension de sortie de l'intégrateur. 7. Circuit suivant la revendication 2t caractérisé par le fait que le modulateur se trouve dans un boîtier isolant (1, 2), qu'une moitié de noyau (3) est disposée, avec l'enroulement primaire (4) et le premier enroulement secondaire. (5) sur une paroi intérieure du bottier, de manière que les lignes de champ soient dirigées vers la paroi du bottier, et que l'autre moitié de noyau (6) se trouve, avec le second enroulement secondaire (W3), sur la paroi extérieure du bottier. 8. Circuit suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le bottier est constitué par deux moitiés identiques (1, 2) en forme de potsdont les bords supérieurs sont disposés l'un sur l'autre, dont les fondus font saillie vers l'extérieur et qui sont pressés l'un contre l'autre au moyen de vis, de rivets ou d'éléments semblables, au niveau des bords en saillie. 9. Circuit suivant zone des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que les bords de l'espace intérieur présentent un rayon aussi important que possible. 10. Circuit suivant lune quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par-le fait que les côtés extérieurs et inté-rieurs des fonds ou dès moitiés du bottier sont parallèles, au moins dans la zone où les noyaux (3, 6) du transformateur sont disposés, et que les parois latérales deviennent plus épaisses à partir du point de recouvrement des-deux moitiés (1, 2) en direction du fond. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que les faces intérieures du bottier sont métallisées à l'extérieur de la zone des branches du noyau magnétique, et sont recouvertes d'une couche de graphite dans la zone des branches du noyau magnétique. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à il, caractérisé par le fait que lBenroulement primaire (Wl) et le premier enroulement secondaire (W2) du transforxateur sont constitués par des voies conductrices sur une plaque de circuit imprimé (4) et entourent les branches des moitiés de noyaux (3) enfichées dans des trous dans la plaque de circuit imprimé (4). 13. Circuit suivant l'8ne quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait-que le second enroulement secondaire (W3) est constitué par deux enroulements partiels (w3', W3") réalisés par attaque chimique à partir d'une plaque de circuit imprimé (5), ces enroulements partiels étant branchés en série et entourant respectivement une branche de la seconde Moi- tié de noyau (6) enfichée dans la plaque de circuit imprimé (5) dans des trous ménagés au centre des enroulements partiels (W3', W3").