Brevet FR2287133A1 — publié le 19760430

L'invention concerne un amplificateur magnétique de signaux continus de très bas niveau , à haut isolement, et plus particulièrement un amplificateur magnétique simple ayant les caractéristiques d'un montage push-pull. Dans l'art antérieur, les amplificateurs push-pull à transistors sont parfaitement connus, et ile se composent principalement de deux étages symétriques travaillant chacun sur une demi-alternance. De façon similaire, il existe des amplificateurs push-pull magnétiques composés par deux étages amplificateurs ayant respectivement deux paires de noyaux ferro-magnétiques généralement à haute perméabilité. C'est le cas par exemple du brevet américain nO 2 926 300 qui décrit ur amplificateur magnétique push-pull qui comprend deux amplificateurs magnétique ayant chacun deux noyaux couplés magnétiquement, des enroulements primaires autour de chaque noyau- montés en sérietvpposition , des enroulements de commande et des enroulements de sortie montés en commun sur les deux noyaux, et éventuellement des enroulements de ccntre-réaction. Il est nécessaire, d'une manière impérative, que les quatre noyaux ainsi que leurs enroulements correspondants soient parfaitement équilibrés, afin que les courants induits dans les enroulements de sortie de chaque amplificateur s'annulent dans la charge de sortie, en l'absence de signal d'attaque, permettant ainsi d'obtenir un niveau de référence coexistant. En outre, un tel amplificateur requiert par son fonctionnement une saturation des noyaux . De ce fait, pour l'asplification de courants continus très faibles, on est oblige dtinsérer une inductance séparée en série avec I'enroulespent de contrôle,de manière à bloquer les tensions induites ai'harmoniques paires. Cependant, une telle inductance augmente considérablement la constante de temps de l'amplificateur. L'invention a donc pour olDt un atplificateur donnant les caractéristiques d'un amplificateur push-pull magnétique en utilisant seulement deux noyaux magnéeiques, qui ne sont pas saturés au cours du fonctionnement. Un second objet de l'invention est de concevoir un amplificateur magnétique pouvant etre capable d'amplifier des signaux continus de l'ordre de quelques millivolts ou des fractiors de dllivolt ,ou des couratBde l'ordre du microampère ou Cs fractions de microampère: Un-troisième objet de l'invention est de présenter un- amplificateur continu qui possède un haut isolement galvanique entre le circuit de mesure et le circuit d'utilisation. L'amplificateur magnétique conforme à l'invention comprend des enroulements primaires, des enroulements de commande, des enroulements de sortie, des enroulements de contre-réaction, caractérisé en ce qu'il comprend uniquement deux noyaux ferromagnétiques sur lesquels sont montés lesdits enrouleEnts cet agencement conférant audit amplificateur iç caractéristiques d'un montage -push-pull. D'autres avantages, caractéristiques et détails apparaitront plus clairement à l'aide de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'illustration, et danslesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un amplificateur conforme à l'invnntion, - la figure 2 est une courbe indiquant des performances obtenues par un amplificateur conforme à l'invention tel que représenté schématiquement en référence à la figure 1. L'invention a donc pour objet de réaliser un amplificateur magnétique ayant les caractéristiques d'un montage push-pull, qui ordinairement nécessite l'utilisation de deux amplificateurs magnétiques montés en parallèle. Un amplificateur conforme à l'invention permet ainsi d'amplifier des signaux continus de très faible niveau, et en outre offre un haut isolement galvanique entre le circuit de mesure et le circuit d'utilisation. En se référant à la figure 1, l'amplificateur magnétique conforme à l'invention comprend deux tores magnétiques 1 et 2, à trézr faible champ coercitif (0,02 à 0,03 oersteds) et des carahéristiques magnétiques égales, c'est-à-are, appairés aveus précision sur leur boucle d'hystéres.s, chaque noyau magnétique comportant le même nombre de spires primaires N1, lesquelles sont connectées en série opposition sur une alimentation alternatisre 3 en série avec une résistance R1 appropriée pour limiter le courant primaire. la tension d'alimentation alternative 3 doit être parfaitement symétrique, et de préférence issue d'un convertisseur continu-alternatif ~à ondes carrées de manière à ce qu'il n'y ait pas de composantes continues pouvant saturer les noyaux magnétiques 1, 2 en l'absence d'un signal d'attaque continu. Autour des deux noyaux 1, 2 assemblés, on fait bobiner au moins trois/enroulements : - un enroulement N2 pour recevor le signal à amplifier, ou signal d'attaque, - un second enroulement N3 servant à recueillir le signal amplifié, - un troisième enroulement N4 destiné à réaliser une contre-réaction. L'enroulement N3 est relié à une résistance R par l'intermédiaire d'un élément non linéaire composé par deux transistorsT1etT2 montés tête-btche, devint etre do préférence d'un type à faible bruit et à grand Bpour des faibles courants (microampères). Un amplificateur opérationnel 5 est monté aux bornes de la résistance R par 1 intermédiaire de deux résistances d'entrée r5 et r' respectivement. La résistance r'5 étant S d'autre part reliée à la masse. le circuit de sortie de l'amplificateur opérationnel 5 comprend essentiellement une charge 6 qui peut être l'entrée d'un enregistreur,d'un appareil de mesure ou toute autre charge. L'amplificateur opérationnel 5 possède une résistance de contre réaction R'5 qui est montée entre sa sortie et son entrée non mise à la masse. Sur cette résistance de contre-réaction est monté un condensateur C. L'enroulement N4 de contre-réaction a une extrémité reliée à la masse, et l'autre extrémité à une résistance variable R5, ,elle-même reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 5. Le fonctionnement d'un amplificateur magnétique, dont les éléments viennent d'entre décrits est le suivant En l'absence de signal d'attaque -aux bornes des anroulemenX de commande N2, la source 3 de tension alternative créel dans les enroulements primaires N1 des deux noyaux 1 et 2, deux flux magnétiques déterminés opposés ou antagonistes qui s'annulent Ainsi, aucun courant induit n'apparaît dans les enroulements de sortie N3. De cette manière, aux bornes de la résistance R aucune tension induite n'apparaît, ce qui permet d'obtenir une référence "0" aux bornes de la charge 6. Lorsqu'un signal continu est appliqué aux bornes des enroulements de commande N2 celui-ci va rompre l'équilibre précédemment obtenu, et un signal résultant va être induit sur les enroulements de sortie N3, ce qui va donner naissance à une tension induite aux bornes de la résistance R. Suivant la polarité du signal continu appliqué, un des transistors T1 ou T2 îst conductvN et l'autre est bloqué la tension continue aux bornes de la résistance R sera telle que le pole + sera à sa borne x et le p81e - à sa borne y et inversement pour la polarité contraire du signal d'entrée continu. Ainsi, on réalise un montage push-pull ou symétrique, la tension de sortie passant par zéro pour un signal d'entrée nul Bien entendu, si l'on utilise un sealtranCEtron obtient un amplificateur qui répond à une polarité seulement du signal L'amplificateur opérationnel 5 amplifie à son tour la tension àux bornes de la résistance R, et sa sortie débite alors sur la charge finale 6, qui permet par exemple de mesurer ou dl-enregister le signal reçu Le condensateur C, en parallèle sur la résistance de contre-réaction R'5 de l'amplificateur opérationnel 5 permet de supprimer le bruit et la résiduelle, de sorte que la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 5 est une tension continue pure. La résistance de contre-réaction réglable R5 permet de régler la contre-réaction appliquée par les enroulements N4, dans le but d'améliorer la linéarité de l'amplificateur Les enroulements N1,N2,N3 peuvent être isolés entre-eux suivant les méthodes connues dans la technologie des transformateurs et ont peut ainsi réaliser un isolement allant jusqu'à 5 000 V par exemple Cela est très important, en effet, dans l'industrie et dans les divers domaines scientifiques on- a besoin d'isoler galvaniquement l'entrée et la sortie d'un amplificateur, car très souvent le capteur se trouve à un potentiel de 1 000 V à 5 000 V ou memé plus, et les moyens d'amplification à l'aide d'amplificateurs à l'état solide couramment appelés 11ampîificateuis opérationne' s'avèrentinutilisables. Gomme exemple, on peut citer comme capteur, un thermocouple qui est mis volontairement ou accidentiellement au contact d'un élément chauffant, lequel est alimenté sur ; 120 V ou 220 V ou même 380 V Aucun amplificateur opérationnel ne peut supporter une telle application De même,dans les applications bioniques,pour protéger le malade contre des chocs électriques, il convient d'isoler les différents capteurs (électrodes) par un amplificateur possédant la propriété intrinsèque d'isolement galranique. Il y a bien entendu de nombreuses autres applications qui exigent des mesures à l.n haut degré d'isolement. Un exemple de réalisatinn de 1' amplificateur tel que décrit en référence à la figure 1, permet par exemple d'obtenir la courbe de la figure 2 , qui représente en abscisse le signal d'entrée et en cordonnée le signal de sortie. Cette courbe montrant la linéarité obtenue et le passage par zéro pour un signal nul. Un tel amplificateur possède de' nombreux avantages, en particulier, il possède les caractéristiques d'un age push-pull en utilisant seulement deux noyaux assemblés qui doivent être parfaitement appaivea.Il permet d'amplifier des signaux contus de l'ordre du millivolt ou d'une fraction de millivolt, ou des courants de l'ordre du microampère, oud'une fraction de microampère du fait que sa courbe de réponse passe par zéro pour un signal nul, et possède en plus un très bon isolement galvanique. En outre, un tel amplificateur permet d'obtenir une linéarité très grande, de l'ordre de 0,2 , et est insensible à la température ambiante dans une grande gamme de variation de celle-ci. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à L'exemple de réalísation décrit donné uniquement à titre d'illustration, par exemple, 11 amplificateur opérationnel peut comporter plusieurs étages si cela est nécessaire, et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits , si ceci sont réalisés suivit son esprit et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent R E V E N D I C A T I O N S 1. Amplificateur magnétique comprenant des enroulements primaires, des enroulements de commande, des enroulements de sortie, des enroulements de contre-réaction caractérisé en ce qu il comprend uniquement deux noyaux sur lesquels sont montés lesdits enroulements, cet agencement conférant audit amplificateur les caractéristiques d'un montage push-pull. 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits enroulements primaires des deux noyaux sont montés en série opposition,et que lesdits enroulements de caninande, de sortie, et de contre-réaction sont montés sur les noyaux une fois ceux-ci assemblés 3. Amplificateur selon la revendication t, caractérisé en ce que les enroulements primaires sont connectés à une source de tension alternative parfaitement symétrique à ondes carrées. 40 Amplificateur selon la revendication 3, caracisé en ce que la source est réalisée par un convertisseur continu alternatif 5. Amplificateur selon la revendication 1,2, caractérisé en ce que lesdits noyaux magnétiques ont un faible champ coercitif et ont des caractéristiques magnétiques rigoureusement égales. 6. Amplificateur selon l'une- des revendications précédantes, caractéz sé en ce qu'en l'absence de signal continu, la source de tension alternative ne peut saturer lesdits noyaux. 7. Amplificateur séton l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce quelesdits enroulements de sortie comprennent un élément non linéaire symétrique avec une résistance, cet agencement permettant de mesurer des signaux continus positifs et négatifs. 8. Amplificateur selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'élément non linéaire est composé de deux transistors montés tête-beche . 9. Amplificateur selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdits transistors sont de préférence d'un type à faible bruit et à grand gain pour des très faibles courants 10. Amplificateur selon l'une des revendications précédentes, caractériué en ce que le signal induit aux bornes de la résistance montée dans les enroulements de sortie est amplifié par au moins un amplificateur opérationnel. 11. Amplificateur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un condensateur est monté en parrallèle sur la résistance de contre-réaction dudit amplificateur opérationnel pour éliminer le bruit et la résiduelle , afin d'obtenir une tension continue parfaitement pure en sortie 12. Amplificateur selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il offre un haut isolement galvanique pouvant aller jusqu'à 5 000 V