Brevet FR2295628A1 — publié le 19760716

L'invention concerne un circuit électronique pour faire apparaître et disparaître progressivement des signaux électriques, d'une manière numérique, et plus particulièrement un circuit amplificateur électronique dans lequel la résistance de rétroaction, et donc le gain de l'amplificateur, varient en réponse å la sortie d'un compteur numérique, en passant par une série d'échelons discrets . Le circuit est particulièrement adapté pour fournir des transitions progressives lorsque l'on change les trajets de signaux dans des systèmes de commande. Des circuits atténuateurs électroniques qui peuvent être utilisés pour affaiblir et faire apparaître progressivement un signal de commande sont bien connus dans la technique. On trouve de tels circuits souhaitables dans des systèmes de commande lorsque l'on passe d'un trajet à un autre pour les signaux, et ils sont communément utilisés par empêcher des phénomènestran- sitoires dans le dispositif commandé. Par exemple, lorsque l'on passe de la commande manuelle d'un avion à la commande par le pilote automatique, ou vice versa, il est possible que le signal d'actionnement résuMant pour les surfaces de commande de l'avion, produit par le pilote automatique, soit fort différent de celui produit dans le système de commande manuel.Le passage instantané de l'un à l'autre peut entraîner un déplacement violent des surfaces de commande, ce qui peut non seulement être inconfortable pour les passagers, mais également dangereux. Par conséquent, il est commun d'employer, lorsque l'on passe d'un mode de commande à l'autre, des circuits atténuateurs qui font que le signal de commande passe d'un niveau à l'autre de manière progressive. On a trouvé que l'utilisation de circuits de la technique connue pour un affaiblissement et une apparition progressifs produit souvent une réponse non linéaire ou erratique. Par exemple, un dispositif connu sous le nom de "rayzistor" a été utilisé conjointement avec un circuit d'horloge pour faire varier le gain d'un amplificateur de signal, mais dans ce dispositif chaque voie de signal exige un circuit d'horloge séparé, et le changement de gain produit par le rayzistor est non linéaire. L'invention surmonte les défauts des circuits atténuateurs de la technique connue en affaiblissant et faisant apparaître le signal électrique d'une manière numérique et contrôlée. Le gain d'un amplificateur de signal varie de zéro au gain nominal, ou du gain nominal à zéro, en passant par plusieurs échelons égaux discrets. De plus, plusieurs des circuits amplificateurs commandés numériquement peuvent être commandés par une horloge commune pour différentes parties du système de commande. Un signal de commande est fourni à l'entrée d'un amplificateur de signal analogique, et plusieurs résistances de rétroaction sont branchées en série entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur de signal. Un commutateur analogique est branché en parallèle sur chacune des différentes résistances de rétroaction, et les commutateurs sont ouverts et fermés sélectivement, en vue de faire varier de manière numérique la résistance de rétroaction de l'amplificateur de signal, en réponse au signal de sortie d'un compteur numérique. Une variation de la résistance de rétroaction fait varier le gain de l'amplificateur. En faisant varier entre zéro et une valeur maximale la sortie du compteur numérique, on peut faire varier le gain de l'amplificateur de signal en le faisant passer par une série d'échelons numériques contrôlés. D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description détaillée qui suit, et des dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma général d'un système de commande typique qui utilise le circuit atténuateur de l'invention; la figure 2 est un schéma du circuit atténuateur de l'invention, la figure 3 est un graphique en fonction du temps montrant les signaux d'entrée et de sortie pour l'appareil de la figure 2, la figure 4 est un graphique montrant le fonctionnement de l'invention comparé à la technique connue, et la figure S est un schémagénéral montrant un système logique incorporant plusieurs circuits atténuateurs. Le circuit électrique atténuateur, numérique, de l'invention, sera désigné par "DIGO-FADE". La figure î présente un système de commande d'avion représentatif dans lequel le circuit de l'invention peut être utilisé. Les avions actuels utilisent des systèmes de pilotage automatique qui règlent les surfaces de commande de l'avion pour maintenir automatiquement l'attitude de vol souhaitée. Le pilote automatique n'est généralement pas utilisé pour certaines conditions de vol comme le décolage et l'atterrissage, parce que le pilote souhaite alors conserver le contrôle complet de l'avion.Pour obtenir une progressivité dans le fonctionnement du système de commande de l'avion lorsque 1'on passe d'un mode de commande à l'autre, les signaux provenant de chacune des sources sont affaiblis ou renforcés progressivement au lieu d'être mis en et hors circuit de façon abrupte. Comme on le voit à la figure 1, les signaux de commande produits par un pilote automatique 10 sont fournis par l'intermédiaire d'un circuit DIGO-FADE 12 pour commander la position des surfaces de commande de l'avion indiqués schématiquement en 14. Dans le mode manuel, les ordres du pilote 16 sont également fournis par l'intermédiaire d'un circuit DIGO-FADE 18 pour régler les surfaces de commande 14 de l'avion. En supposant que l'avion fonctionne dans son mode de commande automatique, le circuit DI & -FADE 12 sera maintenu à son gain maximum, tandis que le circuit DIGO-FADE 18 sera maintenu à un gain nul, de telle sorte que seules les ordres du pilote automatique seront fournis aux surfaces de commande de l'avion.Lorsque le pilote souhaite passer du système de pilotage automatique à une commande manuelle, le bloc logique 20 répond a un ordre du pilote, par exemple au moyen d'un commutateur se trouvant dans le cokpit, et réduit progressivement le gain du circuit DICO-FADE 12, affaiblissant ainsi le signal de commande du pilote automatique, et il augmente progressivement le gain du circuit DIGO-FADE 18 pour renforcer ainsi les ordres manuels du pilote. Le circuit DIGO-FADE 12 atteindra finalement un état de gain zéro, tandis que le circuit DIC-O-FADE 18 atteindra son état de gain maximum, la transition du pilotage automatique au pilotage manuel étant donc progressive du fait de la commande des circuits DIGO-FADE 12 et 18 par le bloc logique 20. Le fonctionnement des circuits DIGO-FADE 12 et 18 de la figure f est présenté en détail à la figure 2. Le circuit DIGO-FADE est essentiellement un amplificateur de signal analogique, présenté en 22, avec un gain variable commandé numériquenent. Un signal d'entrée ei, qui peut être un signal en courants alternatif ou continu, est fourni à une entrée de l'amplificateur 22 par l'intermédiaire d'une résistance de sommation P5. L'autre entrée de l'amplificateur 22 peut être mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 24.La sortie de l'amplificateur 22 est représente par eO. Une résistance de rétroaction; représentée schématiquement par RFB, qui comprend quatre résistances R, 2R, 4R et 8R, est branchée entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur. On peut utiliser tout nombre de résistances tant que les valeurs de ces résistances varient selon une progression binaire. Un condensateur C est également branché dans la bouche de rétroaction. Le gain de l'amplificateur 22 est égal à eO/ei, ce qui est approximativement égal à RFB/RS. En metant en et hors circuit différentes combinaisons des résistances de rétroaction, on peut faire varier d'une manière numérique le gain de l'amplificateur 22. La résistance de sommation RS est choisie pour le gain en régime permanent souhaité, et est ensuite maintenue constante. On voit, en parallèle avec lacune des résistances de rétroaction, des commutateurs monopolaires à une voie indiqués par A, B, C et D, qui peuvent être ouverts et fermés électriquement par un signal numérique provenant d'un compteur 26. Les commutateurs analogiques A, B, C et D sont formés par une plaquette de circuit intégré connue sous le nom de commutateur analogique quadruplé, par exemple la pièce No. DG201 fabriquée par Siliconix. Le compteur 26 est un compteur haut/bas binaire, à quatre bits, comme la pièce No. MC14516 fabriquée par Motorola. Comme on le voit à la figure 2, le compteur 26 possède une entrée haut/bas commandée par un signal F, et une entrée de remise à zéro. Le compteur possède également une sortie exécution inversée (CO). La modification pas à pas du compteur 26 est réglé par une impulsion de commande (CP) produite par un bloc de commande 28 qui se compose d'une porte NON-ET à deux entrées, l'une étant la sortie CO du compteur 26 et l'autre un train d'impulsions fournies par la ligne 31 par une horloge 30. La sortie de la commande 28 est un train d'impulsions de commande CP qui fera s'arrêter le compteur à son compte maximum au minimum. La commande 28 laissera passer ou arrêtera les impulsions allant de l'horloge 30 au compteur 26. L'horloge 30 engendre un train d'impulsions carrées périodiques.L'horloge peut être un circuit intégré à porte NON-ET quadruple WIC14011 avec un circuit RC. Un avantage du présent circuit DIGO-FADE sur des circuits atténuateurs connus est qu'une seule horloge est requise, quel que soit le nombre de circuits DIGO-FADE dans un système de commande. On va expliquer le fonctionnement du circuit DIGO-FADE de la figure 2 en se reportant aux impulsions présentées à la figure 3. La forme d'onde 32 de la figure 3 est un graphique du gain de l'amplificateur 22 en fonction du temps, et elle présente une apparition progressive pendant laquelle le gain croit, et un affaiblissement pendant lequel le gain décroît. On voit également à la figure 3 les quatre sorties du compteur 26, Q1' Q2' Q3 et Q4, le signal exécution inversée CO provenant du compteur 26, l'entrée haut/bas F pour le compteur 26, l'impulsion de commande d'entrée CP pour le compteur 26, les impulsions de sortie de l'horloge 30 et l'entrée remise à zéro pour le compteur 26, 1 L'entrée haut/bas F du compteur 26 détermine l'état un du circuit DIGO-FADElun numérique sur cette ligne entraînant une apparition progressive, le gain de l'amplificateur allant de zéro au maximum en 16 échelons numériques, et un zéro numérique sur cette ligne entraînant un affaiblissement, le gain de l'amplificateur allant d'une valeur maximum à zéro, également en 16 échelons.Un un numérique à l'entrée remise à zéro du compteur 26 produit une fonction de remise à zéro directe qui remet instantanément à zéro le compteur et annule donc le gain de l'amplificateur. Un zéro numérique dans la ligne de remise à zéro permettra une apparition ou un affaiblissement progressifs selon l'état de l'entrée haut/basF. Suppons d'abord que le signal sur la ligne F est un zéro numérique, et que l'entrée remise à zéro est un zéro numérique. A ce moment, les sorties à à Q4 du compteur 26 sont toutes des zéros, et la sortie U0 du compteur 26 sera égale à zéro.La porte NON-ET du bloc de commande 28 recevra la sortie CO du compteur 26 qui est un zéro numérique, de telle sorte que la sortie de la porte NON-ET sera un un numétique, c'est-à-dire qu'il n'y aura pas d'impulsions d'entrée vers le compteur 26 apparaissant sur la ligne CP, et que les sorties du compteur seront toutes un zéro numérique. Les sorties Q1 à Q4 du comptuer étant toutes nulles, tous les commutateurs A à D seront fermés, produisant une résistance de rétroaction nulle pour l'amplificateur 22, et donc un tin nul. Cet état est présenté à la figure 3 conjointement avec l'impulsion d'horloge numéro -un. Pendant l'impulsion d'horloge numéro deux, l'entrée F passe à un un numérique, ce qui produira une apparition progressive. La sortie CO du compteur 26 passe instantanément d'un zéro numérique à un un numérique, permettant ainsi à la porte NON-ET dans le bloc de commande 28 de laisser passer et également d'inverser les impulsions provenant de l'horloge 30. Les impulsions d'horloge inversées sont présentées en CP et font que le compteur compte vers le haut d'une manière numérique, de 0000 à 1111. Pendant l'impulsion d'horlogenum8ro trois, la sortie Q1 du compteur passe d'un zéro numérique à un un numérique ouvrant ainsi le commutateur A et plaçant la résistance de valeur R dans la boucle de rétroaction de l'amplificateur 22. La résistance de rétroaction RFB vaut maintenant approximativement 1/16 de sa valeur maximum, et le gain de l'amplificateur 22 variera en accord avec cela, comme l'indique la ligne 32 à la figure 3. Pendant l'impulsion d'horloge suivante, impulsion numéro quatre, la sortie Q1 du compteur 26 devient un zéro numérique, et la sortie Q2 devient un un numérique, ouvrant ainsi le commutateur B et fermant le commutateur A. A ce moment, il y a dans le trajet de rétroaction de l'amplificaeur 22 une résistance de valeur 2R, et la résistance de rétroaction et le gain de l'amplificateur valent maintenant approximativement les 2/16 de la valeur maximum. Le compteur avance de cette manière jusqu'à ce que les sorties Q1 à Q4 soient toutes des uns numériques, que tous les commutateurs A à D soient ouverts, et que toutes les résistances R, 2R, 4R, et 8R soient dans la boucle de rétroaction de l'amplificateur. A ce moment, la résistance de rétroaction RFB est maximum, et le gain de l'amplificateur 22 est de même maximum. A ce moment, présenté à l'impulsion d'horloge 17, la sortie CO du compteur 26 devient un zéro numérique et la sortie de la porte NON-ET dans la commande 28 passe à un un numérique et y reste, ce qui empêche toute nouvelle impulsion d'horloge d'apparaître sur la ligne CP du compteur 26. Le circuit DIGO-FADE est maintenant maintenu à son gain maximum. La fonction d'affaiblissement est atteinte comme présenté à la figure 3, lorsque l'entrée F du compteur 26 passe d'un un numérique à un zéro numérique, comme illustré pendant l'impulsion d'horloge 23. A ce moment, la sortie CO du compteur 25 passe immédiatement d'un zéro numérique à un un numérique, permettant ainsi aux impulsions de l'horloge 30 de passer à travers la porte NON-ET deux commande 28 tout en étant inversées, et d'apparaître dans la ligne d'entrée CP du compteur 26.Cependant, comme l'entrée dans la ligne F est maintenant un zéro numérique, le compteur 26 commencera à compter vers le bas, c' est-à-dire que les sorties Q1 à Q4 passeront d'un état numérique 1111 à un état numérique 0000, et que le gain de l'amplificateur de signal 22 passera de la valeur maximum à zéro, en passant par une série d'échelons discrets. Lorsque les sorties Q1 à Q4 du compteur 26 atteignent zéro, comme indiqué à l'endroit de l'impulsion d'horloge 38, la sortie CO du compteur 26 devient un zéro numérique, et la sortie de la porte NON-ET de la commande 28 est maintenue à un un numérique, et le compteur 26 ne reçoit plus d'impulsions d'horloge sur la ligne CP, maintenant ainsi le gain de l'amplificateur 22 à zéro. Le fonctionnement de l'entrée remise à zéro du compteur 26 est présenté en 34 à la figure 3. Une apparition progressive a été commandée par un signal pendant l'impulsion d'horloge 42, et s'est produite d'une facon normale jusqu'à l'impulsion d'horloge 45, une impulsion de remise à zéro étant alors engendrée par exemple par le bloc logique 20 de la figure 1. A ce moment, toutes les sorties du compteur 26, Q1 à Q4, deviennent des zéros numériques et le restent jusqu'à la fin de l'impulsion de remise à zéro pendant l'impulsion d'horloge 47. Cependant, au moment de l'impulsion d'horloge 48, sans impulsion de remise à zéro dans la ligne de remise à zéro, le circuit DIC > -FADE est en état, l'entrée F étant un un numérique, pour faire débuter une autre apparition progressive, comme illustré en 36 à la figure 3. Donc, lorsqu'un un numérique apparaît dans la ligne de remise à zéro, le compteur est instantanément remis à zéro et le gain de l'amplificateur 22 est réduit à zéro. Lorsque la ligne de remise à zéro revient à un zéro numérique, le signal est automatiquement renforcé progressivement. Si, pendant la période de remise à zéro, l'entrée F du compteur 26 content un zéro numérique, le compteur restera à zéro. Le temps requis pour qu'un signal soit complètement renforcé ou affaibli est présenté par TF à la figure 3 et est déterminé par la cadence des impulsions d'-horloge. Pour un système de commande représentatif, TF vaut approximativement 3,5 secondes. TF peut être changé par le circuit RC de l'horloge 30. Le condensateur C de la figure 2 dans la boucle de rétroaction est prévu pour éviter des oscillations à haute fréquence. La résistance 24 entre la borne positive de l'amplificateur 22 et la masse est utilisée pour minimiser le courant déphasé. La figure 4 présente graphiquement le gain du circuit DIC-O-FADE de l'invention en fonction du temps, comparé au gain d'un circuit atténuateur connutilisant un "rayzistor". Le gain du rayzistor est extrêmement non linéaire et il a une réponse considérablement retardée. La réponse initiale du circuit atténuateur à rayzistor est fort lente, et augmente ensuite rapiaement jusqu'au gain maximum. Le circuit DIGO-FADE de l'invention est entièrement linéaire et son évolution du gain zéro au gain maximum est entièrement prévisible. La figure 5 présente un circuit logique typique qui peut être utilisé pour déterminer si tous les circuits DIGO-FADE utilises dans un canal particulier de l'avion, par exemple tangage ou roulis, ont convenablement été atténués dans un sens ou dans l'autre. Comme on le voit à la figure 5, le circuit ET 40 ne produira un signal de sortie gui est un un numérique que si les signaux d'entrée qu'il reçoit indiquent que deux circuits DIGO-FADE ont été complètement atténués vers le bas. La sortie CO du compteur 26, et l'entrée F du compteur 26 pour chaque circuit DIGO-FADE sont fournies à des circuits NI correspondants 42 et 44. Le circuit NI 42 ne produira un un numérique que si ses deux entrées sont des zéros numériques. Lorsque touts les entrées du circuit ET 40 sont des uns numériques, sa sortie sera un un numérique, indiquant ainsi que tous les circuits DIGO-FADE ont été atténuées vers le bas. On peut concevoir une logique correspondante pour l'atténuation vers le haut, ou renforcement progressif du gain. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit, qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple. Revendications: 1. Appareil pour faire varier le gain d'un amplificateur en le faisant passer par une série d'échelons discrets, comprenant un amplificateur ayant une entrée-et une sortie, un circuit de rétroaction branché entre la sortie et entrée de l'amplificateur caractérisé en ce que ce circuit de rétroaction comprend plusieurs résistances en série, ces résistances ayant des valeurs qui varient suivant une progression binaire, par un moyen sélecteur branché sur chacune des résistances en série pour les déconnecter du circuit de rétroaction, et par un moyen d'actionnement répondant à un signal de commande pour actionner sélectivement le moyen sélecteur pour faire varier la résistance du circuit de rétroaction entre zéro et une valeur maximum, en passant par une série d'échelons discrets. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen sélecteur comprend un moyen à commutateur branché en parallèle avec chacune des résistances en série. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement comprend un compteur binaire haut/bas avec plusieurs lignes de sortie, chaque ligne de sortie étant raccordée à l'un des moyens a commutateurs, le compteur numérique répondant au signal de commande pour produire sélectivement des signaux de sortie dans les lignes de sortie, pour actionner les moyens à commutateurs selon une succession prédéterminée. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fermeture d'un moyen à commutateur produit le courtcircuitage de la résistance sur laquelle il est branché, et l'en lèvement de cette résistance du circuit de rétroaction pendant que le moyen à commutateur est fermé, et le moyen d'actionnement actionne le compteur binaire pour produire dans chacune des lignes de sortie un signal qui fait s'ouvrir et se fermer successivement les moyens à commutateurs, pour faire ainsi varier la résistance totale du circuit de rétroaction en passant par une série d'échelons discrets. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen à commutateur comprend un commutateur analogique quadruple. 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le moyen pour actionner le compteur binaire comprend une horloge produisant un train d'impulsions. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une porte NON-ET recevant à une entrée le train d'impulsions de l'horloge et un signal de sortie exécution inversée, produit par le compteur binaire, à uneautre entrée, cette porte NON-ET produisant un train d'impulsions qui sont fournies à une entrée du compteur binaire lorsque le signal exécution inversée a une valeur binaire préchoisie. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une entrée de remise à zéro pour le compteur binaire. 9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu 'il comprend de plus une entrée de commande binaire pour le compteur binaire, le compteur binaire actionnant les moyens à commutateurs pour faire augmenter la résistance de rétroaction en passant par une série d'échelons discrets lorsque l'entrée de commande binaire est dans un état binaire, le compteur binaire actionnant les moyens à commutateurs pour faire baisser la résistance de rétroaction en passant par une série d'échelons discrets lorsque l'entrée de commande binaire est dans l'autre état binaire. 10. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des moyens à commutateurs est un commutateur monopolaire à une voie.