Brevet FR2369740A1 — publié le 19780526

Les affaiblisseurs à échelons classiques sont utilisés pour abaisser l'amplitude de signaux d'entrée a des niveaux utilisables par des circuits de traitement électronique tels que l'amplificateur vertical d'un oscilloscope. Les tendances actuelles vers des instruments plus petits et plus compacts ont eu pour conséquence une tendance correspondante vers des dispositifs affaiblisseurs compatibles. Alors que les affaiblisseurs de la technique antérieure ont été constitués de dispositifs rotatifs encombrants, les affaiblisseurs actuels sont constitués de composants discrets et d'éléments affaiblisseurs hybrides montes sur des plaquettes de circuits, comme décrit dans le brevet américain 3.753.170. Toutefois, ces affaiblisseurs nécessitent beaucoup de composants pour établir un certain nombre de rapports d'affaiblissement.De plus, les conditions de commutation sont généralement complexes et les positions d'ouverture des commutateurs im pliquent -l'introduction de capacités indésirables. Selon la présente invention, on prévoit un affaiblisseur à échelons dans lequel N échelons ou branches de circuit contenant des éléments & impédance sont reliés & une connexion commune et sont utilisés comme chemins de signaux à la fois série et dérivation en fournissant une sélection de N rapports de division de tension. N'importe lequel des échelons peut Entre choisi pour fournir le chemin de signal d'entrée série tandis que les échelons restants sont relié à un potentiel de référence commun tel que la terre pour fournir le chemin de signal dérivation. A cause de la configuration simple, peu de pièces sont nécessaires et les exigences de la commutation sont maintenues à un minimum.Cet affaiblisseur à échelons présente une capacité d'entrée très faible et une impédance de sortie constante. On peut ajouter des éléments résistifs et capacitifs additionnels à l'affaiblisseur de base pour standardiser la constante de temps d'entrée et le facteur d'affaiblissement en sortie. L'affaiblisseur à échelons peut titre réaiis soit sous forme discrète soit sous forme hybride. Un objet de la présente invention est de fournir un affaiblisseur à échelons de conception simple ayant une dimension réduite et peu de pièces. Un autre objet est de fournir un affaiblisseur à échelons dans lequel on peut utiliser des éléments d'impédance comme chemins de signaux à la foie série et dérivation. Un objet supplémentaire est de fournir un affaiblieaeur à échelons ayant N branches de circuit pour fournir N rapports de division de tension. Un obJet de l'invention est encore de fournir un affaiblisseur à échelons qui nécessite un minimum de composants de commutation. Un objet de l'invention est aussi de fournir un affaiblisseur à éche lons ayant de faibles caractéristiques de capacité d'entrée. Un objet additionnel est de fournir un affaîblisseur à échelons ayant une pluralité de branche de circuit qui présentent une impédance de sorte tie constante pour toutes les positions de l'affaiblisseur. D'autres objets et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui suit, considérée en se référant aux dessins joints. a fig 1 représente un modèle général d'affaiblisseur à échelons selon la présente inventions la fig 2 représente un schéma d'un affaiblisseur à échelons de base à éléments résistifs et capaoitifs; la fig 3 représente un schéma d'une réalisation spécifique d'affaiblisseur à échelons ayant des rapports d'affaiblissement dans les échelons de 2:1 et de 5:1; et la fig 4 représente un schéma d'une réalisation spécifique d'affaiblis- seur à échelons ayant des rapports d'affaiblissement en décades de rapporte nominaux de 1:1; 1021g et 100:1. Comme le montre la fig 1, une configuratlon générale d'affaiblisseur à échelons comprend une pluralité de branches-de circuit ou rayons 1à 5, qui ont des impédance 7 à il respectivement, reliés à un seul noeud 13, où le rayon 5 est le nème échelon d'un ensemble qui peut être étendu à un nombre convenable d'échelons entre 2 et N. Chaque rayon peut entre relié soit à une borne d'entrée 15 soit b la terre par des commutateurs 17 à 21 reliés aux échelons 1 à 5 respectivement.La commutation est arrangée de ânière qu'à un inetant donné quelconque un seul des rayons soit relié à la borne entrée tandis que les autres rayons sont reliés en com- mun à la terre. De nombreux types de commutateurs électro-mécaniques et électroniques convenant à cette fin sont disponibles et connus des personnes ayant une connaissance courante de cette technique. Une borne de sortie 23 est reliée au aoeud de sortie 13. Comme le montre la fig 1, ie commutateur 17 est relié à la borne d'entrée 15 et les commutateurs 18 à 21 sont représentés relié àla terre de manière à former un diviseur de tension où l'impédance 7 fournit le chemin de signal série entre la borne d'entrée 15 et la borne de sortie 23 et où la combinaison en parallèle des impédances 8 à 11 fournit le chemin de signal en dérivation. De la même manière, le rayon 2 peut Outre re- lié à la borne 15 par le commutateur 18 pour fournir le chemin de signal série tandis que les rayons 1, 3, 4 et 5 sont reliés à la terre pour fournir le chemin de signal en dérivation.De manière similaire, le rayon 3, 4 ou 5 peut outre relié à la borne 15 pour fournir le chemin de signal d' entrée tandis que tous les autres rayons sont reliés à la terre pour four nir le chemin de signal en dérivation. Dans toutes les configurations d'affaiblisseur, le rapport de division peut être obtenu en divisant l'im pédance parallèle par la sèmme de l'impédance série et de l'impédance parallèle, comme on le sait bien dans cette technique. On peut donc généraliser la fonction de transfert de l'affaiblisseurs où j = 0, 1,2, 3... N-1.Le symboleK représente le facteur d'affaiblis semant et on peut serendre compteque chaque rapport d'affaiblissement s'accroît de cette quantité lorsque les rayons 1 à 5 sont successivement reliés à la borne d'entrée 15. L'impédance de sortie pour cette configuration reste constante pour toutes les positions de l'affaiblisseur et on peut l'obtenir par l'équation : La fig 2 est un schéma d'un atténuateur à trois rayons ou les ispé- dances sont représentées par des résistances 30, 51 et 32 mises en parallèle respectivement avec des condensateurs 35, 36 et 37 pour fournir des diviseurs de tension à compensation de fréquence.En portant K 5 10 dans l'équation (1), on peut voir que l'on obtient des gains nominaux on courant continu de 0,9; O,09;et 0,009 (taux d'affaiblissement de 1,11 : 1; 11,1 : 1; et 111,1 : 1 respectivement). L'impédance de sortie peut être déterminée par l'équation (2) et on trouve qu'elle est Ro 8 O,Q9 R en parallèle avec Co s 1,11 C pour chaque configuration telle qu'elle est choisie par les commutateurs 17 à 19. Pour une compensation en fréquence convenable, le produit de R et C doit être le même pour chaque échelon. Les valeurs des capacités sont donc divisées par K lorsque les valeurs des résistances sont multipliées par K pour chaque échelon successif.L'impédance d'entrée s'accroît lorsqu'on choisit des taux d'affaiblissement plus élevés. Les entrées peuvent Outre standardisées à des valeurs RC constantes en roliant des éléments résistifs et capacitifs appropriés à la terre à partir des noeuds 40 et 41. Quand les commutateurs 18 et 19 sont reliés à la terre, aucun de ces éléments n'a d'effet sur l(affaiblisseur; ; toutefois, quand l'un ou l'autre des commutateurs 18 et 19 est relié à la borne d'entrée 15, on obtient un chemin RC en dérivation vers la terre, de sorte que l'affai- blisseur présente la même charge à la source de signal dans toutes les positions de l'affaiblisseur. L'addition de tels composants n'affecte pas les rapports de division. La fig 3 montre une réalisation spécifique d'un affaiblisseur à éche lons ayant des taux d'affaiblissement de 2:1 et 5:1. Une résistance 5@ de 200 # et une résistance 52 de 500 # sont reliélis ensemble par une de leurs extrémités à une borne de sortie 54. Les extrémités opposées des résistances 50 et 52 sont reliées à des commutateurs 56 et 58 respective- ment. Les commutateurs 56 et 58 peuvent outre reliés soit à une borne d'entrée 60 soit à la terre. Comme on l'a représenté, le commutateur 36 est relié à la borne d'entrée 60 et l'interrupteur 58 est relié à la terre. De plus, une résistance fixe 62 en dérivation ayant une valeur de 333,3 # est reliée entre la borne de sortie 54 et la terre. Dans la configuration représentée, la résistance combinée du montage en parallèle des résistan- ces 52 et 62 est 200 # , de sorte qu'on obtient par là un rapport de divi- sion de 2:1. Quand le commutateur 58 est relié à la borne d'entrée 60 et le commutateur 56 est relié àla terre, les résistances 50 et 62 sont mises en parallèle pour donner une résistance totale de 100 #, tce qui produit un rapport de division de 5:1.Cette réalisation spécifique est uti- lisée dans un affaiblissour programmable qui est décrit dans la demande de brevet français déposée le même jour par le présent demander pour n appareil affaiblisseur programmable utilisant une commutation active par transistors à effet de champ". Dans cette réalisation programmable, les commutateurs 56 et 58 sont remplacés par des transistors à effet de champ. La fig 4 représente une réalisation spécifique de la configuration & BR L'échelon 2 comprend la résistance 31 et le condensateur 36 ayant respec tivement des valeurs de 10 mégohms et 1 picofarad. L'échelon 3 a été modifié et présente une configuration en T pour permettre l'utilisation de résistances et condensateurs de réalisation plus proche. Cette contigura- tion en T comprend des résistances 74 et 76 de dix mégohms mises en paral lèle respectivement avec des condensateurs 78 et 80 de 1 picofarad, et une résistance 82 do 1,25 mégohm mise en parallèle avec un condensateur 84 de 8 picofarads relié à la terre.Le tableau suivant montre les caractéris tiques d'affaiblisseur pour les positions nominales 1:1; 10:1 et 100:1. Taux nominaux R entrée C entrée gain gain courant continu haute fréquence 1:1 6,26 M 3,71 pF o,4 o,63 10:1 10,92 M 0,94 p o,o84 0,063 100:1 11,1 K 0,90 pF 0,0084 0,0063 Dans le cu des fig 2 et 4, les taux d'atténuation nominaux sont relatifs et,par parconséquenb, le circuit amplificateur ou le dispositif d'af- fichage qui suit devra Stre à une échelle appropriée pour refléter l'as- plitude do signal correcte. Dans toutes les configurations d'affaiblisseur dont on a parlé ci-dessus, on n'a pas pris en compte la capacité parasite des résistances de l'affaiblisseur par rapport à la terre. Toutefois, cette valeur est relativement négligeable. De plus, du fait que tous les échelons sont reliés par des fermetures de commutateurs pour fournir des chemins de circuits ininterrompus, les effets nuisibles des capacités existant sur les commutateurs ouverts que l'on rencontre dans les affai blisseurs classiques n'existent pas dans les configurations d'atténuateurss de la présente invention. Il apparaftra évident à ceux ayant une connaissance courante de cette technique que l'on peut apporter beaucoup de changements dans les détails des réalisations de la présente invention décrites ci-dessus. REVENDICATIONS 1 - Appareil affaiblisseur comportant une borne d'entrée et une borne de sortie, ainsi que des circuits relié à cette borne de sortie pour fournir une pluralité de facteurs dssatfaiblisssoment, ces circuits comprenant une pluralité de branches de circuit, caractériaé en ce qu'il comprend des commutateurs pour relier au choix ces branches de circuit à la borne d'entrée ou à une source de potentiel de référence, de sorte qu'une de ces branches de circuit choisi fournisse un chemin de signal série entre la borne d'entrée et la borne de sortie, tandis que les branches de circuit restantes fournissent un chemin de signal en dérivation entre la borne de sortie et la source de potentiel de référence. 2 - Appareil affaiblisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches de circuit comprennent des impédances ayant des valeurs prédéterminées pour fournir une pluralité de facteurs d'atténuation prédéterminés.