Brevet FR2308249A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne un générateur de fréquence à commutation apériodique, en particulier, pour un système de guidage de véhicules automobiles. Dans la demande de brevet 22 14 770 publiée en République Fédérale d'Allemagne, on décrit un procédé pour le guidage individuel du trafic, procédé dans lequel la transmission de signaux aux conducteurs des véhicules a lieu par induction, tandis que le choix des moyens assure une sélection des véhicules individuels. Parmi les moyens pour la transmission des signaux, on mentionnera notamment les télégrammes à impulsions composés par fréquence, la fréquence de transmission la plus élevée devant être inférieure à 300 kHz. Dans une demande de brevet plus ancienne, on propose de former les télégrammes à impulsions composés par fréquence à l'aide d'un générateur de fréquence pouvant être commuté d'une manière apériodique entre les fréquences de 111 kitet de 148 kHz. Suivant l'invention, un circuit générateur de fréquence approprié à cet effet est çaractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur, un diviseur de fréquence commutable monté à la suite de cet oscillateur, un convertisseur fournissant constamment un certain nombre de valeurs de tension fixes et appliquant ces valeurs à un transformateur de sortie dans un ordre prédéterminé et à un rythme commandé par le diviseur de fréquen ce, les valeurs de tension étant choisies de telle sorte que l'enveloppante décrive une fonction sinûsoidale, le convertisseur et le diviseur de fréquence étant énfin accouplés de telle sorte que ce diviseur de fréquence ne puisse être commuté que lorsque la valeur de tension fournie est simultanément égale à zéro. On peut réduire le prix de revient du convertisseur lorsque l'enroulement primaire du transformateur de sortie comporte deux demi-enroulements et que les valeurs de tension sont appliquées à la prise centrale de l'enroulement primaire. Dans ce cas, l'accouplement entre le convertisseur et le diviseur de fréquence doit être réalisé de telle sorte que ce dernier ne puisse être commuté qu'à chaque second passage par zéro. On peut également réduire davantage le prix de revient lorsque, dans le convertisseur, les valeurs de tension sont appliquées au transformateur de sortie par un compteur de comp tage/décomptage. Dans ce cas, l'enveloppante des valeurs de tension ne représente qu'un quart d'une courbe sinusoidale. On décrira ci-après plus en détail et en se référant au dessin annexé, un générateur de fréquence suivant l'invention conçu pour des conditions pratiques. Le générateur de fréquence comprend les groupes de montage suivants: un oscillateur 51, un circuit de doublage de fréquence 52, un diviseur de fréquence 53, un deuxième circuit de doublage de fréquence 54, un convertisseur 55 et un étage final 56. Dans le circuit oscillant 51 dans lequel un circuit parallèle constitué d'un condensateur réglable 57 et d'un condensateur fixe 58,est monté en série avec l'oscillateur à quartz 15 et dans lequel également, à la suite de l'oscillateur à quartz 15, sont également montés une première résistance 59 en parallèle avec un premier inverseur 60, un troisième condensateur 61 et une deuxième résistance 62 en parallèle avec un deuxième inverseur 63,un signal numérique de rythme est produit à la fréquence propre de l'oscillateur à quartz 15, soit 4,433 MHz. Le signal de rythme appliqué à la sortie A1 du circuit oscillant 51 est amené, d'une part, via un inverseur 64, à une sortie d'impulsions de rythme B1 et, d'autre part, à une entrée d'une porte NON-ET 65. A une deuxième entrée de la porte NON-ET 65, est appliqué un signal d'ordre-acheminé via une entrée C. La sortie de la porte NON-ET 65 est raccordée au premier circuit de doublage de fréquence 52 où elle est raccordée, d'une part, à une entrée d'un inverseur 66 et, d'autre part,via un premier condensateur 67, à une entrée d'une porte NI 68. A la suite du premier condensateur 67, est montée une première résistance 69 raccordée à la masse. La sortie de l'inverseur 66 est raccordée, via un deuxième condensateur 70, à une deuxième entrée de la porte NI 68. A la suite du deuxième condensateur 70, est montée une deuxième résistance 71 raccordée à la masse. A la sortie de la porte NI 68 qui forme en même temps la sortie du premier circuit de doublage de fréquence 52, est appliqué un signal numérique de rythme de 8,866 MHz. Le signal numérique de rythme de 8,866 MHz est acheminé vers une entrée de comptage B d'un compteur binaire 72 à 4 bits du type 7493 (voir "Siemens-Datenbuch" 1974/75, volume I, "Digitale Schaltungen MOS", page 178) constituant le coeur du circuit diviseur de fréquence 53. I1 est à noter que, dans le compteur binaire 72 à 4 bits, la sortie A n'est pas raccordée à l'entrée de comptage B, de sorte que le compteur 72 à 4 bits ne compte que de zéro à sept, enregistrant ainsi, dès lors, huit périodes de la fréquence de comptage. Suivant qu'une entrée D reçoit un état L ou un état H d'un signal, le circuit diviseur de fréquence 53 divise la fréquence de rythme de 8,866 MHz par huit ou par six de la manière suivante: Les sorties QB et QC du compteur binaire 72 à 4 bits sont raccordées aux entrées d'une porte NON-ET 73, tandis que la sortie QD est raccordée à l'entrée d'un inverseur 74. Les sorties de la porte NON-ET 73 et de l'inverseur 74 sont raccordées aux entrées d'une autre porte NON-ET 75. Grâce à cette combinaison logique, on a l'état L à la sortie de la porte NON-ET 75 pour les nombres décimaux zéro à deux et l'état H pour les nombres décimaux trois à sept. Comme on ltindiquera encore, lors de la division par six, le compteur binaire 72 à 4 bits est repositionné par l'état correspondant au nombre décimal six. Des lors, à la sortie de la porte NON-ET 75 pour les nombres décimaux zéro à deux, on a l'état L, tandis que l'on a l'état H pour les nombres décimaux trois à cinq, ce qui signifie que la fréquence de comptage de 8,866 MHz, divisée par six, est appliquée. Elle est amenée à une entrée d'une porte NON-ET 76. La fréquence de comptage de 8,866 MHz, divisée par huit, peut être transmise directement à la sortie QD du compteur qui, comme on le sait, possède ltétat L de zéro à trois et l'état H de quatre à sept, cette fréquence étant ensuite acheminée vers une entrée d'une porte NON-ET 77. En outre, les sorties QC et QD du compteur sont raccordées aux entrées d'une porte NON-ET 78 à la suite de laquelle est monté un inverseur 79 dont la sortie est raccordée à la première entrée de remise à zéro R01 du compteur binaire 72 à 4 bits. L'entrée D du circuit est raccordée à une entrée d'une porte NON-ET 80 et, via un inverseur 81, à une entrée d'une porte NON-ET 82. La sortie de la porte NON-ET 75 est raccordée, via un inverseur 83, chaque fois à une deuxième entrée des portes NON-ET 80 et 82. Les sorties des portes NON-ET 80 et 82 sont raccordées aux entrées d'un multivibrateur bistable constitué des portes NON-ET 84 et 85. La sortie de la porte NON-ET 84 est raccordée à une entrée de la porte NON-ET 76 et à la deuxième entrée de remise à zéro R02 du compteur binaire 72 à 4 bits. La sortie de la porte NON-T 85 est raccordée à une entrée de la porte NON-ET 77. Après avoir décrit le circuit, on expliquera à présent le mode de fonctionnement du circuit diviseur de fréquence 53. On part de l'hypothèse selon laquelle on a l'état L à une entrée D et, par conséquent, à une entrée de la porte NON-ET 80. Dès lors, indépendamment de l'état de l'autre entrée, on a un état H à la sortie de la porte NON-ET 80. Grâce à l'inverseur 81, l'état L à l'entrée D devient un état H à la première entrée de la porte NON-ET 82. Etant donné que, à la sortie de la porte NON-ET 75, on a l'état L de zéro à deux et l'état H de trois à sept, grâce à l'inverseur 83, on a, aux deuxièmes entrées des portes NON-ET 80 et 82, l'état H de zéro à deux et l'état L de trois à sept. On part de l'hypothèse selon laquelle la sortie de la porte NON-ET 85 possède ltétat H, de sorte que cet état existe également à une entrée de la porte NON-ET 77. La sortie de la deuxième porte NON-ET 84 du multivibrateur bistable possède alors l'état L, bloquant ainsi la porte NON-ET 76. Dans ce cas, on a l'état H à sa sortie. Dès lors, la fréquence de comptage divisée par huit et appliquée à la première entrée de la porte NON-ET 77 arrive, via une porte NON-ET 86 dont les entrées-sont raccordées aux sorties des portes NON-ET 76 et 77, dans le deuxième circuit de doublage de fréquence 54, tandis qu'elle est continuellement divisée par huit dans le circuit diviseur de fréquence 53. On envisagera à présent le cas où l-tentrée D du circuit et, par conséquent une des entrées de la porte NON-ET 80 prennent l'état H. Etant donné que, pour les nombres décimaux zéro à deux, la deuxième entrée de la porte NON-ET 80 possède également l'état H, l'état L faisant à nouveau basculer lemulti- vibrateur bistable, apparaît à la sortie, de sorte que l'on a l'état H à la sortie de la porte NON-ET 84, tandis que la sortie de la porte NON-ET 85 prend l'état L et bloque la porte NON- ET 77. On a alors les états H aussi bien à une entrée de la porte NON-ET 76 qu'à la deuxième entrée de remise à zéro R02 > de sorte que le signal apparaissant à l'autre entrée de la porte NON-ET 76 arrive, via la porte NON-ET 86, dans le deuxième circuit de doublage de fréquence 54. Grâce à la combinaison logique du compteur 72 à 4 bits avec la porte NON-ET 78 et l'inverseur 79, la première entrée de remise à zéro R01 prend alors exactement l'état H lorsque aussi bien la sortie QC que la sortie QD du compteur possèdent l'état H, ce qui est le cas pour le nombre décimal six.Etant donné que les entrées de remise à zéro R01 et R02 sont combinées intérieurement par une porte ET, dans le cas présent, le compteur binaire 72 à 4 bits est repositionné au nombre décimal six et la fréquence de comptage de 8,866 MHz, divisée par six, parvient dans le deuxième circuit de doublage de fréquence 54. Une nouvelle apparition de l'état L à l'entrée D amène le rapport de division à huit. Le rapport de division ne peut être modifié dans le circuit diviseur de fréquence 53 que stil est certain que la période suivant la manipulation a une durée prédéterminée par le rapport de division, ce qui est toujours le cas dans la position zéro du compteur. Etant donné que le deuxième circuit de doublage de fréquence 54 est identique au premier circuit de doublage de fréquence 52, il n'est pas nécessaire d'en donner de plus amples détails. Sa sortie est raccordée à l'entrée de comptage A d'un deuxième compteur binaire 87 à 4 bits dans le convertisseur de fréquence 55. On utilise les deux circuits de doublage de fréquence 52, 54,car la fréquence de rythme quadruple d'un quartz de porteuse couleur est nécessaire pour le montage du circuit décrit. Etant donné que, dans le compteur binaire 87 à 4 bits, la sortie A est raccordée à la deuxième entrée de comptage B, le compteur peut compter de zéro à quinze. Les sorties QB et sont raccordées aux entrées d'une porte NON-ET 88 dont la sortie est raccordée, via un inverseur 89, aux entrées de remise à zéro Rol, R02. Grâce à cette combinaison logique, le compteur binaire 87 à 4 bits est repositionné dans le cas du nombre binaire HLHL qui, comme on le sait, correspond au nombre décimal dix. Les sorties QA' B > QC et QD sont raccordées à des résistances R1 à R5 montées en parallèle via des éléments logiques 90 à 108 constitués de portes NON-ET et NI. D'autre part, les résistances R1 à R5 sont raccordées à une ligne de raccordement 109 allant jusqu'à l'étage final 56. Entre une source de tension UB (de 5 Volts dans le présent exemple) et la ligne de raccordement 109, est montée une autre résistance R6. Grâce à ce type de montage, les éléments logiques 90 à 108 agissent à la manière d'un combineur séquentiel interconnectant chaque fois une des résistances R1 à R5 à la fréquence du signal de rythme à l'entrée de comptage A. Grâce au montage du compteur binaire 87 à 4 bits avec les portes NI et NON-ET, les sorties pour l'état de comptage le plus bas et l'état de comptage le plus élevé étant raccordées aux entrées des portes NI et NON-ET montées en série avec la résistance R1, les sorties pour le deuxième état de comptage le plus bas et pour le deuxième état de comptage le plus élevé étant également raccordées aux entrées des portes NI et NON-ET montées en série avec la résistance R2, etc., le circuit fonctionne à la manière d'un compteur à comptage/décomptage comptant de zéro à quatre, la position de comptage quatre étant pondérée en double. Si, par exemple, la résistance R1 est interconnectée, on a, pour la tension à la ligne de raccordement, 109 U1/UB = R1/R6 + R1. La résistance R2 -est interconnectée dans l'étage de comptage suivant et on a U2/UB = R2/R6 + R2. La résistance R5 est interconnectée dans le cinquième étage de comptage (état de comptage quatre) et on a US/UB = R5/R6 + R5. La résistance R5 est également interconnectée dans le sixième étage de comptage, tandis que la résistance R4 et- la résistance R1 sont interconnectées respectivement dans le septième et le dixième-étage de comptage. Les dimensions des résistances R1 à R5 et R6 sont calculées de telle sorte que les tensions U. (i = 1....5) s'élèvent jusqu'à U5 > puis retombent jusqu'à U1 sous forme d'un escalier ascendant et descendant, l'enveloppante des deux escaliers constituant une demi-période d'une courbe sinusoïdale. Dès lors, à la sortie du convertisseur 55, on a une tension en escalier, l'enveloppante constituant des demi-ondes positives d'une oscillation sinusoïdale. Dès lors, à partir d'un signal purement nu mérique à la sortie du deuxième circuit de doublage de fréquence 54, on obtient un signal déjà sinusoïdal d'une fréquence divisée vers le bas du facteur 10. Grâce à l'utilisation de résistances purement ohmiques dans le réseau à résistances du convertisseur 55, le circuit a un comportement apériodique, de sorte qu'il ne se produit aucun phénomène transitoire lors du passage d'une fréquence f0 à une deuxième fréquence fu. Le signal de sortie du convertisseur 55, amené à l'étage final 56 via la ligne de raccordement 109, est amplifié dans deux transistors 110, 111 montés comme émetteurs cathodynes,pour être appliqué ensuite à une prise centrale de l'enroulement primaire d'un transformateur de sortie. L'enroulement primaire est constitué de deux demi-enroulements 112, 113. Dans cet exemple de réalisation, chacun des demi-enroulements 112, 113 comporte vingt spires. Parallèlement aux deux demi-enroulements 112, 113, est monté un circuit parallèle constitué d'une résistance 114 et d'un condensateur 115. Le demi-enroulement 112 est raccordé à la masse via un transistor de sortie d'un étage de puissance 116, tandis que le demi-enroulement 113 st raccordé à la masse via un transistor de sortie d'un deuxième étage de puissance 117. Les deux étages de puissance 116, 117 appartiennent à un élément de montage numérique de type 49700 (voir "Siemens-Datenbuch" 1974/75, volume I, "Digitale Schaltungen MOS", page 289) constitué de deux étages de puissance ET 116, 117 et de deux portes NON-ET 118, 119 comportant chacune deux entrées. A chacune des entrées des portes NON-ET 118, 119, est appliqué le signal présent à l'entrée de commande C, ce signal ayant été amené à la porte NON-ET 65. A la deuxième entrée de la porte NON-ET 119, est appliqué le signal de sortie d'un multivibrateur bistable 120 dont l'entrée est raccordée à la sortie de la porte NON-ET 88 dans le convertisseur 55. Comme on l'a déjà exposé, à la sortie de la porte NON-ET 88, on a un signal rectangulaire d'une fréquence qui, vis-à-vis de celle du signal appliqué à l'entrée de comptage A du compteur binaire 87 à 4 bits, est divisée par le facteur dix. Dans une période de la fréquence transmise à la sortie de la porte NON-ET 88 et, par conséquent, à l'entrée du multivibrateur bistable 120, tombe exactement une demi-période de la tension en escalier amenée à l'étage final 56 via la ligne de raccordement 109.Dès lors, deux demi-périodes de la tension en escalier tombent dans une période du signal rectangulaire appliqué à la sortie du multivibrateur bistable 120. Dans le présent exemple, le signal appliqué à l'entrée de commande C présente l'état H = "émetteur branché" et l'état correspondant L = "émetteur débranché". On part d'un état H qui est dès lors appliqué à chacune des entrées des portes NON-ET 118, 119. Si l'onde carrée apparaissant à la sortie du multivibrateur bistable 120 présente également un état H, on obtient alors un état L à la sortie de la porte NON-ET 119 et, par conséquent, à la deuxième entrée de la porte NON-ET 118. I1 en résulte unétat Hà la sortie de la porte NON-ET de l'étage de puissance 117 et le transistor de sortie devient conducteur. De la même manière-, on obtient un état H à la sortie de la porte NON-ET 118 et, par conséquent, un état L à la sortie de la porte NON-ET de l'étage de puissance 116, si bien que le transistor de sortie de ce dernier est bloqué.Dès lors, une demi-onde de la tension escalier appliquée à la prise centrale située entre les deux demi-enroulements 112, 113,produit un courant allant à la masse via le demi-enroulement 113. Au cours de la demi-période suivante de la tension en escalier, l'onde carrée apparaissant à ta sortie du multivibrateur bistable 120 possède l'état L qui ouvre alors d'une manière analogue le transistor de sortie appartenant àl'étage de puissance 116, tout en bloquant le transistor de sortie appartenant à l'étage de puissance 117. Au cours d cette demi-période de la tension en escalier, un courant passe à la masse via le demienroulement 112. La tension en escalier comportant une enveloppante constituée de demi-ondes positive-s est transformée en une tension à enveloppante sinusoïdale à l'aide des demi-enroulements 112, 113, de la commande via le multivibrateur bistable 120 et de l'élément numérique de type 49700. Grâce à la capacité propre du transformateur de sortie, ainsi qu'au montage parallèle de la résistance 114 et du condensateur 115, on obtient un filtrage de la tension en escalier, transmettant ainsi une oscillation purement sinusoïdale. En outre, grâce au type de commande choisie pour le transformateur de sortie comportant le multivibrateur bistable 120 et l'élément numérique de type 49700, en présence d'un état L à l'entrée de commande C, c'est-à-dire en présence d'un état "émetteur débranché'l, les deux transistors des étages de puissance 116, 117 sont bloqués, empêchant ainsi toute perte par suite de fuites de courant. I1 suffit alors d'avoir un élément amplificateur analo giquedansle présent étage final fonctionnant à la manière d'un étage final symétrique. REVENDICATIONS 1. Générateur de fréquence à commutation apériodique pour un système de guidage de véhicules automobiles, caractérisé çn ce qu'il comprend un oscillateur, un diviseur de fréquence commutable monté à la suite de cet oscillateur, un convertisseur fournissant constamment un certain nombre de valeurs de tension fixes et appliquant ces valeurs à un transformateur de sortie dans un ordre prédéterminé et à un rythme commandé par le diviseur de fréquence, les valeurs de tension étant choisies de telle sorte que l'enveloppante décrive une fonction.sinuso;- dale, le convertisseur et le diviseur de fréquence étant enfin accouplés de telle sorte que ce diviseur de fréquence ne puisse être commuté que lorsque la valeur de tension fournie est simultanément égale à zéro. 2. Circuit générateur de fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement primaire du transformateur comporte deux demi-enroulements, les valeurs de tension étant appliquées à la prise centrale de l'enroulement primaire, tandis que les raccordements finals sont alternativement interrompus et que le convertisseur et le diviseur de fréquence sont accouplés de telle sorte que ce dernier ne puisse être commuté qu'à chaque second passage par zéro de la valeur de tension. 3. Circuit selon la revendication 1, caractér-isé en ce que le convertisseur comporte un compteur raccordée via des éléments de montage numériques, à des résistances montées en parallèle de façon à produire, à une première sortie du convertisseur et à l'aide d'une tension continue appliquée à une des résistances, une tension périodique en forme d'escalier dont l'enveloppante est constituée de demi-ondes sinusoïdalesposi- tives et dont la fréquence dépend de la fréquence de rythme du compteur, la tension périodique en escalier étant amenée, via un circuit amplificateur d'accouplement, à un transformateur de sortie tandis que, à l'aide d'un circuit de commande et d'un filtre passe-bas, elle produit un courant sinusoïdal dans le transformateur de sortie. 4. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le primaire du transformateur de sortie est constitué de deux demi-enroulements entre lesquels est appliquée la tension périodique en escalier tandis que, entre les demi-enroulements et la masse, sont montés des étages de puissance commandés de telle sorte qu'un courant passe par le premier demi-enroulement au cours de la durée d'une première demi-période de la tension en escalier et qu'un courant passe par le deuxième demi-enroulement au cours de la durée de la demi-période suivante. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les étages de puissance sont des étages de puissance ET. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'une porte NON-ET est montée en série avec chacun des étages de puissance, une deuxième sortie du convertisseur émettant un signal numérique d'une période égale à une demi-période de la tension en escalier, étant raccordée à un multivibrateur bistable dont la sortie est raccordée à chaque entrée des portes NON-ET, tandis qu'une deuxième entrée d'une de ces portes est raccordée à une entre de commande, la sortie de cette même porte étant raccordée à une deuxième entrée de l'autre porte NON-ET. 7. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que, parallèlement aux demi-eroulements, est monté un filtre passe-bas constitué d'une résistance et d'un condensateur. 8. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit amplificateur d'accouplement est constitué de transistors montés à la manière d'émetteurs cathodynes. 9. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit diviseur de fréquence comporte un compteur, des éléments de montage numériques et un multivibrateur bistable, tous montés de façon à passer d'un rapport de division à un autre via une entrée de commande. 10. Circuit générateur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les valeurs de tension sont appliquées au transformateur de sortie par un compteur de comptage/décomptage.