Brevet FR2408242A1 — publié le 19790601

L'invention a pour objet un dispositif susceptible d'amplifier ou d'affaiblir un signal continu ou alternatif de façon linéaire, le gain ou le coefficient d'affaiblissement étant proportionnel à une tension continue de commande. Les atténuateurs classiques utilisent des éléments passifs, tels que résistances, et la variation du coefficient d'atténuation n'est pas susceptible d'être commandée par une tension. Une application intéressante de l'invention concerne, en radiodiffusion les pupitres de modulation qui permettent d'enchainer les sources de modulation. Ce mélange de plusieurs sources doit se faire avec un coefficient d'affaiblissement donné et la commutation doit pouvoir être effectuée automatiquement. Les atténuateurs travaillent souvent sur des niveaux relativement faibles et ne doivent pas introduire de bruits parasites importants. L'invention propose d'atteindre ces objectifs au moyen d'un dispositif composé d'éléments combinant deux générateurs électriques de fonctions respectivement logarithmique et exponentielle montés en série, dont le second est agencé pour engendrer l'exponentielle de la. différence entre une tension continue de commande et la tension de sortie du premier générateur. Suivant une caractéristique importante de l'invention, lesdits générateurs de fonction sont constitués chacun par l'association d'un transistor bipola.ire et d'un amplificateur opération nez, ces deux transistors étant sensiblement identiques. Suivant une autre caractéristique de l'invention, deux générateurs de courant constant sont respectivement reliés à l'entrée du transistor.que comportent les deux générateurs de fonction respectifs et fournissent une polarisation au premier qui l'autorise à accepter des signaux de polarités opposées et une polarisation au second qui ccompense l'effet de la précédénte. Une autre caractéristique de l'invention consiste en des moyens de moduler l'amplitude de ces polarisations, en fonction de l'amplitude de la tension d'entrée du dispositif, d'une façon propre à réduire le bruit de fond. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif conforme à l'invention La figure 2 représente un mode d'exécution préféré du convertisseur logarithmique que comporte ce dispositif La figure 3 représente un mode d'exécution préféré du convertisseur exponentiel La figure 4 représente un dispositif auxiliaire de polarisation et La figure 5 illustre le détail des circuits d'un montage complet. Le dispositif de la figure 1 comprend un convertisseur logarithmique 1 à l'entrée duquel est appliquée la tension d'n- trée Ve. La tension de sortie VL de ce convertisseur est appliquée à une entrée d'un convertisseur exponentiel 2, dont l'autre entrée reçoit une tension continue de commande Vc. Le convertisseur 2 est agencé pour engendrer la fonction exponentielle de Vc - VL. On a VL = ALn Ve Â et B étant des constantes et le symbole In dé-signant le logarithme népérien. Vs = C.e (Vc-VL)/D,C et D étant des constantes D'où l'ont tire Vs = C Ve e VC/D il en résulte que la. variation de gain AG, exprimée en db est proportionnelle à Vc, exprimée en volts. Le dispositif se compor- te donc en atténuateur ou un amplificateur variable linéaire. Le convertisseur logarithmique 1 est, en pratique, réalisé comme le montre la figure 2, au moyen d'un transistor I de type NPN, monté dans le circuit de contre-réaction d'un amplificateur opérationnel V1. L'équation liant le courant de collecteur à la tension base-émetteur dans un transistor NPN pour lequel Vcb &num; OV et > 100 Vbe est Ic = Isi ( # UT - 1) pour Ic > O avec UT = kT k = Cte de Boltzmann q T = Température absolue de la jonction q = charge de l'électron Is1 = Courant de saturation de la jonction émetteur ba.se du transistor Qi On travaille dans une gamme de courants tels que Vbe 1 UT Vbe UT soit Ic &num;Is1 # # Le transistor étant placé dans le circuit de contreréaction de l'amplificateur opérationnel, on a Ie = Ve1 + e # Ve1 R1 R1 et Ie &num; Ic, du fait de l'impédance d'entrée élevée de l'amplificateur ; d'où Ic # Ve1 R1 On peut alors poser Vbe = UT Ln Ic = UT Ln Vel - Is1 - R1Is1 Vs1 = - Vbe Ve1 Vs1 = - UT In # # pour Ve > 0 R1Is1 Autrement dit, avec les notations ci-dessus: A = - UT et B = R1Is1. Le convertisseur exponentiel 2 est, en pratique, réalisé comme le montre la figure 3, au moyen d'un transistor Q2, de type NPN relié à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel U2. Son fonctionnement est le suivant On a Vcb #num; Ov et ss > 100 Vbe Vbe d'où Ic = Is2 ( # UT - 1) &num; Is2 # Vbe = Vc - Ve2 Vs2 = R3 Ic + e &num; R3 Ic Vc - Ve2 UT Vs2 = R3Is2 # -Autrement dit, avec les notations ci-dessus, G = R3Is2, Is2 étant le courant de saturation de la Jonction émetteur-base du transistor Q2, et D = UT = -A Si Q1 et Q2 sont deux transistors identiques travaillant à la même température, Is1 &num;Is2, d'où R3 Vs2 / Vs1 = e Vc/UT R1 Le gain du montage de la figure 1 est alors G = 20 log10 (Vs/Ve) = KVc + Go avec Go * 20 log10 (R3/R1) et K = (Ln10) UT Il est évident queue convertisseur logarithmique de la figure 2 n'admet que des tensions d'entrée positives Çil n'admettrait que des tensions négatives si Q1 était un transistor PNP). C'est pourquoi on complète le monta.ge par un générateur de courant constant représenté par deux cercle en pointillés . Le courant I3 appliqué sur l'émetteur de Q1 est tel que I3 + Ic > O quelle que soit Vel. On a alors d'où il résulte que R Vc Vc ou Vs2 = @/R1 Ve1 # @T + R3 I3 # @T Autrement dit, il n'existe plus une relation de proportionnalité entre Vs2 et Ve1. Afin de compenser le décalage, il convient d'ajouter, au niveau de l'amplificateur opérationnel de sortie U2, un courant Vc - I3 # UT Pour obtenir ce résultat, on utilise un générateur d'un courant 14 = 13 e Vc/UT. représenté par deux cercles en pointillés à la figure 3. Le courant 14 est appliqué à l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel U2. La figure 4 illustre un montage qui permet d'engendrer les courants 13 et I4, c'est-à-dire constitué par le dispositif 3 de la figure 1. Ce dispositif sert en somme à polariser le convertisseur 1 pour lui faire accepter des signaux de polarité négative, et à fournir au convertisseur 2 une polarisation complémentaire, qui permet de compenser la précédente. Comme on le verra dans la suite, ces polarisations sont asservies sur la tension d'entrée Ve, ce qui permet de faire fonctionner le convertisseur 2 dans des conditions optimales au point de vue du bruit de fond. Revenant à la figure 4, on a représenté deux transistors, Q3 et Q4, montés en aplificateur différentiel dont l'entrée est reliée à une source de courant constant. On a Vbe4 14 = Is4 6 UT Vbe @ I3 = Is3 # UT Vbe4 - Vbe3 soit I 4 Is4 # UT soit 3 3 Si 154 = 153 (courant de saturation de la jonction émetteur-base des transistors); en posant I4 # Vbe Vbe4 - Vbe3 = # Vbe, on = # UT 3 Il suffit alors de prendre iN Vbe = Vc pour que I4 = I3 # Vc/UT. On retrouve à la figure 5, les différents organes représentés aux figures 2 à 4, avec les mêmes numéros de référence. La tension de commande Vc est appliquée à la base de Q2 à travers un pont de résistances R6 et R8, et à la base de Q3 (pour fournir le # Vbe), par l'intermédiaire d'un pont de résistances R5 et 117. Les résistances R5 à R8 permettent de compenser des différences entre les caractéristiques des paires Q1-Q2 et Q3-Q4 Des résistances R9 et R10, montées dans le circuit de base Q4, permettent d'équilibrer l'amplificateur différentiel Q3-Q4 afin de mnimiser la tension d'offset en sortie. Dans le mode d'exécution préféré représenté à la figure 5, la source de courant montée dans les connexions d'émetteur des transistors Q3 et Q4 est constituée par un transistor Q5 et une résistance 114. La polarisation de base de Q5 est fournie par un pont de résistances R14et 1115,donc égale à Vcc R14 . R14+R15 l'absence de la tension d'entrée Ve1, le courant Io fourni par le transistor Q5 a alors une faible valeur. Il en résulte que les courants 13 et 14 sont faibles, pour les petits signaux d'entrée. Par conséquent, le convertisseur U2 fonctionne en un point de sa caractéristique Vs2 = f (Ve2) pour lequel son ga.in est faible, ainsi le bruit de fond issu de U1 ne se trouve pas amplifié de manière importante. a présence d'un signal sinusoïdal d'entrée Ve = Vo sin wt, l'amplitude de I3 est modulée de la manière suivante Te signal Ve est appliqué, par l'intermédiaire d'un pont de résistances R11-R12, à la borne positive d'un amplificateur opérationnel U3 monté en suiveur de tension, dont la sortie est reliée à la borne négative. Un détecteur de crête constitué par un condensateur C1, une résistance R13 et une diode de verrouillage DI, relie la sortie de l'amplificateur U3 à la base de Q5. Ce détecteur de crête fournit un signal Vd = - 12 Vo (1 + sin wt), qui s' ajoute au si R11+ R12 gnal de polarisation Vcc R14 pour imposer un R + R15 courant de collecteur I4 + I5 proportionnel à l'amplitude du signal d'entrée. La réalisation de chacun des éléments du montage décrit au moyen de circuits intégrés disponibles dans le commerce, est à la portée de l'homme du métier. Le montage décrit possède un taux de distorsion très faible dans une large bande d'audio-fréguences. Sa dynamique est très grande (120 db par exemple en affaiblisseur). Le coefficient d'affaiblissement maximum peut être obtenu avec une tension de commande relativement faible (300 mV par exemple). Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées au montage décrit et représenté, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICAUIONS. 1. Dispositif atténuateur ou amplificateur caractérisé par la combinaison de deux générateurs électriques de fonction respectivement logarithmique et exponentielle, montés en série, dont le second est agencé pour engendrer l'exponentielle de la différence entre une tension continue de commande et la tension de sortie du premier générateur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits générateurs de fonction sont constitués chacun par l'association d'un transistor bipolaire et d'un amplificateur opérationnel, ces deux transistors étant sensiblement identiques. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par deux générateurs de courant constant respectivement reliés à l'entrée du transistor que comportent les deux générateurs de fonction respectifs et qui fournissent une polarisation bu premier qui l'autorise à accepter des signaux de polarités opposées et une polarisation au second qui compense l'effet de la précédente. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par des moyens de moduler l'amplitude des polarisations en fonction de l'amplitude de la tension d'entrée du dispositif, d'une façon propre à réduire le bruit de fond. 5. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux générateurs de courant constant sont respectivement constitués par deux transistors bipolaires sensiblement identiques montés en amplificateur différentiel, dont les entrées sont reliées à un générateur de courant constant, les bases desdits transistors étant polarisées par deux tensions dont la différence est sensiblement égale à ladite tension de commande. 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit générateur de courant constant est constitué par un transistor polarisé par une faible tension et par un signal obtenu par détection de la valeur de crête de la tension d'entrée.