Brevet FR2407606A1 — publié le 19790525

La présente invention concerne des amplificateurs de balayage à grande bande passante, notamment utilisés dans des consoles de visualisation à balayage cavalier. Elle concerne également des consoles de visualisation utilisant de tels amplificateurs. Les amplificateurs de balayage ont été associés des leur origine aux tubes à rayons cathodiques sur l'écran desquels on faisait apparaître des courbes représentatives de phénomènes que l'on voulait "regarder". Les tubes à rayons cathodiques étaient et sont toujours associés aux systèmes de télévision et de détection électromagnétique, ces derniers plus connus sous le nom de radar. A ces systèmes sont venus s'en ajouter d'autres, comme le "radar synthéique par exemple, ou des systèmes dits terminaux, où l'on assortit des signaux que l'on projette sur un écran d'un tube cathodique d'un certain nombre de symboles, figures géométriques, caractères alpha-numériques qui fournissent des informations extrêmement précieuses à l'opérateur qui a sous les yeux l'écran qui les porte. Cet écran appartient à un dispositif que l'on appelle console de visualisation à balayage cavalier. Le terme de balayage cavalier indique que les symboles sont "fabriqués" et inscrits sur l'écran vecteur par vecteur, en tout point de l'écran et cependant toute la durée du balayage, sans qu'il soit tenu compte d'un retour de balayage. Le nombre des symboles qu'il y a à inscrire, qui peut etre important, la fréquence de renouvellement de l'image et sa qualité demandent que les symboles soient inscrits rapidement, le plus rapidement possible en fait. Cet accroissement de la vitesse d'inscription des symboles entraîne un accroissement de la fréquence des signaux appliqués au système de dé flexion de la console graphique et a pour conséquence que les amplificateurs de balayage aient une bande passante importante. Par rapport aux amplificateurs de balayage de l'art antérieur, l'accroissement de la bande passante des amplificateurs de balayage suivant l'invention a pour résultat un meilleur temps de réponse de l'amplificateur à l'application d'un signal à fréquence élevée, ce qui se traduit par une meilleure qualité de l'image, par exemple, par la suppression des "arrondis" dans les représentations de caractères alpha-numériques. On notera que suivant l'invention le problème des amplificateurs de balayage à grande bande passante est traité dans le cadre des systèmes de déflexion électromagnétique. Avec des systèmes de déflexion électrostatique, des amplificateurs à grande bande passante sont déjà utilisés mais le problème de leur application à des consoles de visualisation, se trouve reporté au niveau de la génération des signaux à appliquer à l'entrée des amplificateurs. Un objet de la présente invention est la définition d'un amplificateur de balayage à très grande bande passante pour un système de déflexion électrotlagnétique, Suivant l'invention, un amplificateur de balayage associe à une bobine de déflexion comporte une boucle de contre réaction dans laquelle sont insérés des moyens agissant aux fréquences élevées où ils suppriment l'action de la capacité parasite aux bornes de la bobine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit,d'un exemple de réalisation d'un amplificateur de balayage à grande bande passante, donné à l'aide des figures qui représentent - la figure 1, le montage d'un amplificateur de balayage de l'art antérieur, - la figure 2, le montage de l'amplificateur de la figure 1 en boucle ouverte, - la figure 3, la courbe représentative du gain de l'amplificateur en fonction de la fréquence, - la figure 4, la courbe représentative du gain de l'amplificateur de l'art antérieur en fonction de la fréquence pour une bobine ne présentant pas de self pure, - la figure 5, le montage de l'amplificateur de balayage suivant l'invention, - la figure 6, la courbe représentative du gain de l'amplificateur de la figure 5 en fonction de la fréquence, - la figure 7, la courbe représentative du gain de l'amplificateur pour le circuit RC introduit dans la boucle de contre réaction de l'amplificateur, et - la figure 8, la courbe représentative globale du gain de l'amplificateur en fonction de la fréquence. Suivant l'invention,un amplificateur de balayage, plus particulièrement associé à une bobine de déflexion magnétique, doit être capable de répondre dans des conditions satisfaisantes à des signaux à fréquence élevée, qui -sont nécessaires lorsque lton veut faire apparaitre, en particulier sur une console de visualisation à balayage cavalier, un certain nombre,pouvant être élevé, de symboles graphiques. Ces symboles, figures géométriques et,ou caractères plus particulièrement alpha-numérique de'finissent une "situation" généralement mouvante dont la connaissance est d'une importance particulière pour l'opérateur qui l'a devant ses yeux.De fait cette situation, inscrite sur 11 écran de la console de visualisation peut être une situation actuelle d'un espace aérien, telle qu'elle apparait aux yeux d'un contrôleur de la navigation aérienne, ce peut être une situation bancaire, telle qu'elle apparaît sur l'écran d'un terminal bancaire. Les symboles, figures géométriques et caractères alphanumériques sont en général constitués par des vecteurs de grandeur variable que l'on fait apparaître en des endroits déterminés d'un écran cathodique de visualisation. A titre d'exemple, des vecteurs occupant le diamètre de l'écran doivent être inscrits sur une durée de l'ordre de 40vs, et les vecteurs composant un caractère alpha-numérique doivent être inscrits sur une durée de tordra de 200ns. En général, pour des fréquences correspondant à ces vitesses d'inscription, les amplificateurs présentent un temps de réponse relativement grand qui détermine une zone de non linéarité du signal passant dans l'amplificateur, au moment de son établissement. Ceci se traduit par une intensité du courant dans la bobine, insuffisante qui entrante une déflexion insuffisante. Sur l'écran, les symboles sont de mauvaise qualité, présentant en particulier des arrondis. On remédie à ces effets en améliorant la réponse de l'amplificateur, ce qui se traduit par une augmentation de sa bande passante. La figure I présente de façon schématique un amplificateur de balayage de l'art antérieur avec sont circuit de contre réaction dont on va montrer les limites lorsque la fréquence des signaux qu'on lui applique croit. Le circuit-de la figure I comporte un amplificateur opérationnel AM dont l'entrée positive est connectés à la terre à travers une résistance Ro et l'entrée négative est connectée à la source d'entrée appliquant une tension Ue à travers une résistance R1. La sortie de l'amplificateur opérationnel AM est connectée à la bobine de dé flexion représentée par une inductance L avec une capacité Cp en parallèle à ses bornes et une résistance r en série Un circuit de contre réaction relie la sortie de l'amplificateur du point D à son entrée négative F. Le courant I qui traverse la bobine L en sortie de l'amplificateur AM crée dans la résistance r, une chute de tension Ur = Us indiquant que cette tension Us est proportionnelle au courant parcourant la bobine. On peut remarquer que lorsque le gain G en boucle ouverte d l'amplificateur est grand, ce? ui-ci réalise la condition R2 Us = Ue RI ce qui donne : rI - Ue R2 et I = Ue R2 1 Le courant I parcourant la bobine est ainsi proportionnel à la tension d'entrée Ue, ce qui correspond bien au principe d'un amplificateur de balayage. Cette condition est rigoureuse pour les fréquences basses et moyennes. Aux fréquences élevées, il faut tenir compte de la capacité parasite Cp de la bobine de déflexion. On est alors amené à examiner le fonctionnement de l'amplificateur en fonction de la fréquence. La figure 2 représente l'amplificateur de la figure 1, en boule ouverte, les deux figures différant par le fait que les résistances R1 et R2 ne sont plus connectées au point F, entrée négative de l'amplificateur opérationnel AM. On va alors déterminer la réponse de l'amplificateur de balayage dans le cas où la self inductance de la bobine est pure. La fréquence de coupure principale de l'amplificateur en boucle ouverte est donnée, avec la bobine de déflexion présentant une self L et une résistance r en série, par l'expression Fo = 21 r La figure 3 montre le gain GAde l'amplificateur en fonction de la fréquence et la fréquence de coupure principale Fo est portée sur l'axe des abscisses, correspondant au gain G. En boucle fermée (figure I) la fréquence de coupure dépend du circuit de conre réaction. Elle est donnée pa: l'expression F1 = Fo x G réel G RI avec le gain réel donné par Gr ~d~RL~ = Rl + R2 d'où l'on déduit la fréquence F1 de coupure en boucle fermé F1 = Fo G Rl R1RI R2 Cette fréquence est portée sur la figure 3. Dans le cas où la self de la bobine de déflexion n'est pas pure mais présente de la capacité parasite Cp, il y a une modification de la courbe de réponse de l'amplificateur en boucle ouverte, pour les fréquences élevées. La fréquence de résonnance étant La figure 4 représente la variation du gain en fonction de la fréquence dans ce cas. L'allure de la courbe de réponse qui change de pente pour des fréquences supérieures à la fréquence de résonnante Fr montre que l'on peut avoir une bonne stabilité de l'amplificateur en boucle fermée à la condition que la fréquence F1 soit inférieure à la fréquence Fr, ce qui est une limite de la bande passante de 1' amplificateur. Suivant l'invention donc, on cherche à augmenter la bande passante de l'amplificateur de balayage que l'on obtient en soustrayant l'amplificateur à l'influence de la capacité parasite de la bobine pour les fréquences élevées. La figure 5 représente l'amplificateur de balayage suivant l'invention. On notera que par rapport aux figures précédentes on a conservé chaque fois que cela était possible les mêmes références pour les memes éléments disposés de la même façon. On constatera dans ces conditions que seul le circuit de contre réaction de l'amplificateur AM est modifié par rapport à la réprésentation de la figure 1. En effet le circuit de contre réaction qui relie les points D et F, comporte outre les résistances RI et R2 déjà utilisées, un amplificateur AN de gain unité, un circuit résistance capacité RC, et une résistance R4. Une résistance additionnelle R3 en parallèle sur la bobine L connecte directement la sortie de l'amplificateur AM au circuit RC. Dans ces conditions, pour des fréquences relativement basses jusqu'à environ 500 KHz, la capacité Cp de la bobine n'intervient pratiquement pas et la réponse de l'amplificateur est celle déjà donnée précédemment. Si la fréquence augmente à partir de cette valeur déterminée aux environs de 500 KHz, la capacité Cp en parallèle sur la selfinductance L agit, et ce, dans un sens défavorable comme cela a été expliqué précédemment. L'adjonction dans le circuit de contre réaction de la résistance R3, en parallèle sur l'ensemble bobine L, capacité Cp, et du circuit RC, fait qu'aux fréquences élevées, la bobine est pratiquement déconnectée, le pont constitué par les résistances R3 et R4 ayant des valeurs appropriées maintenant, pour des valeurs de fréquence supérieures à 500 Eflz une U constante au point A telle que U R4 tension constante au point A telle que UA = R3 + R4 Ur devenant négligeable alors De plus, à partir de cette valeur de fréquence de 500 KHz, le circuit RC assure la continuité de la coupure. On donne sur les figures 6, 7 et 8 les courbes de réponse partielles et globale de l'amplificateur AM en boucle ouverte résultant des modifications introduites dans la boucle de contre réaction. La figure 6 représente cette réponse partielle, gain en fonction de la fréquence pour des fréquences jusqu'à 500 KHZ. La fréquence de coupure est donnée par Fo = 2L/r - La figure 7 représente cette réponse partielle pour des fréquences supérieures à 500 KHz lorsque la bobine L est déconnectée de fait et où seul agit en pratique le circuit RC. La figure 8 représente la courbe de réponse globale, gain en fonction de la fréquence globale où l'on reconnaît suivant le segment MN l'action de la bobine et suivant le segment NQ l'action du circuit RC. L'examen de la figure 8, fait apparaître qu'avec le nouveau circuit de la contre réaction suivant l'invention, la courbe de réponse globale ne laisse apparaître aucune solution de continuité quelle que soit la fréquence. L'action de la capacité Cp de la bobine L à disparu, ce qui permet d'augmenter la bande passante de l'amplificateur en agissant sur le gain G. Dans ce qui suit et en se référant à la figure 5, on établit le fonctionnement de l'amplificateur à balayage suivant l'invention, dans son expression mathématique. Si l'on déconnecte la boucle de contre réaction au point H, AM étant un amplificateur opérationnel, il est possible d'écrire en référence sinusoidale, l'expression de la tension U aux bornes de la bobine représentée de façon conventionnelle par une self inductance L en série avec une résistance r, UL et Ur étant les tensions à leurs bornes respectives et I étant le courant sortant de l'amplificateur AN U = Ur + UL = (r + j Lw) i d'où l'on tire la tension au point A R4 A ( ± R3 + R4 i Lw) i soit la somme de la tension aux bornes de la résistance r plus une fraction de la tension apparaissant aux bornes de la bobine. En posant : n = R3 + R4 UA = (r + j Lw) i. R4 A n On déduite l'action du circuit de contre réaction complet en fonction de la fréquence. Aux fréquences basses l'action du circuit RC inséré entre les points A et B est négligeable et la tension de contre réaction est celle obtenue au point A. U - r +U j Lw r G Uetw r + j Lw = r + j Lw G étant le gain de l'amplificateur AM, avec Ue tension appliquée à l'entrée de l'amplificateur en boucle ouverte. Ce qui donne r + 1 j Lw n UL =UA = r + j Lw G Ue en continu w = o et Uc = UA = G Ue. 1 Aux fréquences élevées, Lw est grand devant r et Uc = UA = n G Ue. On a représenté figure 6 le gain de l'amplificateur en fonction de la fréquence, la fréquence de 500 KHz étant en fait déterminée par Ft = n Fo. La coupure étant à 6 dB par octave Ue aux fréquences élevées, à partir de la fréquence Ftl on a : UA = G ne La tension au point B est définie par le circuit RC attaqué à partir de la tension UA. UA UH =UB = 1+ U RC w = 1 + j RC w UH = n G Ue 1 + j RC w La courbe globale est la somme des courbes pour les fréquences basses et les fréquences élevées. Pour qu'il y ait continuité de cette courbe, il faut que les fréquences de recoupe Ftl et Ft2 soient identiques. La coupure du circuit RC doit alors être identique à celle que donnerait la bobire si elle restait en circuit aux fréquences élevées. Le circuit L/r donne UC = r = 1 (avec = o) G Ue - r + j Lw = 1 + j Lw/r n Le circuit RC donne UC = 1 G Ue = n + j n RC w La continuité de la courbe implique l'égalité 1 1 1 + j Lw/r n + j n RC w ou L = n RC r L/r et RC = L/r On a ainsi défini dans quelles conditions on peut réaliser un amplificateur de balayage à grande bande passante, plus particulièrement utilisé dans des consoles graphiques à balayage cavalier. REVENDICATIONS 1. Amplificateur de balayage pour bobine de déflexion avec boucle de contre réaction comportant une résistance, caractérisé par le fait que pour augmenter la bande passante dudit amplificateur ladite boucle comprend en outre des moyens qui, agissant aux des fréquences élevées, suppriment l'influence de la capacité (Cp) parasite aux bornes de la bobine (L). 2. Amplificateur de balayage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la boucle de contre réaction dudit amplificateur comprend un circuit résistance capacité (R-C). 3. Amplificateur de balayage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la boucle de contre réaction dudit amplificateur comprend en outre un pont de résistance (R3-R4), une des résistances (R3) étant en parallèle sur la bobine (L) et l'autre (R4) étant montée en série avec ladite bobine, ledit pont ayant pour effet de maintenir, aux fréquences élevées, une tension constante aux bornes de la bobine (L) en série avec une des résistances (R4) du pont. 4. Amplificateur de balayage suivant les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la boucle de contre réaction dudit amplificateur comprend en sortie du circuit résistance capacité (RC) un amplificateur (AN) de gain unité. 5. Amplificateur de balayage suivant l'ensemble des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est monté dans une console de visualisation à balayage cavalier. 6. Console de visualisation à balayage cavalier, caractérisée par le fait qu'elle comprend des amplificateurs de balayage à large bande passante conformes aux revendications 1 à 5.