Brevet FR2473728A1 — publié le 19810717

La présente invention a trait aux circuits limiteurs d'am- plitude, et plus particulièrement à un circuit pour limiter l'amplitude d'un signal de sortie. Un tel circuit limiteur d'amplitude sert à limiter l'am- plitude d'un signal de sortie dans une gamme pré-établie et se désigne le plus souvant par l'expression de "circuit limi- teur" ou "circuit de découpage", selon les applications. La Figure 1 du dessin annexé montre le schéma d'un circuit clas- sique limiteur d'amplitude. Des tensions désirées ou de limi- tation, telles que +V1 et +V2, sont appliquées à une borne de chacune des diodes 10 et 12. Lorsque la tension d'entrée Vi (par exemple à forme d'onde triangulaire comme le montre la Figure 2A) en provenance d'une source de signaux (non repré- sentée) et transmise par la borne d'entrée 2 se trouve à l'in- térieur de la gamme de limitation d'amplitude, c'est-à-dire quand -V. diode 10 est conductrice afin de comprimer la tension de sor- tie au niveau V1 pour +V1.C Vi, et seule la diode 12 est con- ductrice pour comprimer la tension de sortie à -V2 pour Vi Or, le fait de rendre conductrice l'une ou l'autre des diodes 10 ou 12 a pour conséquence de faire circuler un cou- rant (IR, Figure 2C) dans la source de signaux à travers une résistance telle que 14, ce qui se traduit par des effets in- désirables, tels que la déformation de la forme d'onde du signal. Supposons que la capacité parasite des diodes 10 et 12, d'une part, et la résistance électrique de la résistance 14, d'autre part, soient respectivement Cd et R, la constante de temps du circuit de la Figure 1 sera indiquée par l'ex- pression suivante: t = 2R Cd et si l'on considère la capacité de charge CL entre la borne de sortie 6 et la masse, t = R (2Cd + CL) - 2 - Cela suggère que l'adoption d'une résistance plus élevée R pour réduire le courant IR et, par conséquent, l'effet de charge produit sur la source du signal, augmente la constante de te ps pour dégrader la réponse de fréquence. Au contraire, si l'on tente d'améliorer cette réponse de fréquence en adop- tant une résistance R plus faible, on augmente l'effet de charge sur la source du signal. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention consiste à prévoir un circuit limiteur d'amplitude qui n'a qu'un effet de charge minimal sur la source de signaux reliée à la borne d'entrée, tout en assurant une excellente réponse de fréquence. La présente invention sera maintenant décrite en détail en se référant plus particulièrement au dessin annexé, sur le- quel: La FIGURE 1 représente le schéma d'un circuit limiteur d'amplitude de forme classique; La FIGURE 2 montre des formes d'onde de tension et d'in- tensité pour expliquer le mode de fonctionnement du circuit de la Figure 1; Les FIGURES 3, 4 et 5 sont respectivement des premier, se- cond et troisième modes de réalisation de l'invention, et La FIGURE 6 est un schéma de circuit complémentaire, afin de mieux expliquer le mode de fonctionnement du circuit de la Figure 5. Si l'on se reporte maintenant à la Figure 3, on y voit un schéma simplifié de circuit relatif à un premier mode de réa- lisation de la présente invention. Des interrupteurs 22 et 24 constituent des moyens de maintien de la tension, une borne de chaque interrupteur étant reliée à des sources de tensions déterminées arbitrairement et désignées en +Vi et -V2. La ten- sion Vi du signal d'entrée, qui provient de la source du si- gnal (non représentée), est appliquée par l'intermédiaire de la borne d'entrée 2 à l'interrupteur 20, à la borne d'entrée à non-inversion d'un comparateur 26 et a la borne d'entrée d'inversion d'un autre comparateur 28. Les autres bornes d'en- trée des comparateurs 26 et 28 sont reliées respectivement -3- aux sources de tensions prédéterminées +V1 et -V21 comme le montre la Figure 3. Il convient de souligner que l'impédance d'entrée des comparateurs 26 et 28 est suffisamment élevée pour rendre négligeable l'effet produit sur la source des si- gnaux. En supposant que la tension Vi du signal d'entrée est su- périeureà -V2 mais inférieures +V1 (-V2 C Vi sorties des comparateurs 26 et 28 seront au niveau "0". L'in- terrupteur 20 reste fermé. Les interrupteurs 22 et 24, com- mandés chacun par un des comparateurs 26 et 28, sont ouverts lorsque le comparateur y relatif est à l'état "0", mais se ferment lorsque le comparateur correspondant est à l'état "1". Lorsque Vi > +V1, la sortie du comparateur 26 passe au "1 pour ouvrir et fermer respectivement les interrupteurs 20 et 22, tandis que l'interrupteur 24 reste ouvert. La borne de sortie 6 est déconnectée de la borne d'entrée 2. Toutefois, la tension à la borne de sortie 6 est comprimée à +VJ1 par l'interrupteur 22. Au cas o Vi.C -V2, la sortie du compara- teur 28 sera dans l'état "1" afin d'ouvrir et fermer respec- tivement les interrupteurs 20 et 22, alors que l'interrupteur 24 reste ouvert. De meme, la borne de sortie 6 est déconnec- tée par rapport à la borne d'entrée 2 mais elle est maintenue à la tension -V2 par l'interrupteur 24. Les comparateurs 26 et 28, ainsi que le circuit OR 30, constituent les moyens de com- mande. Ainsi qu'il ressort de la description ci-dessus, la borne de sortie est effectivement déconnectée de la borne d'entrée 2 (et de la source de signaux)dans le butde limiter l'ampli- tude, tout en appliquant une tension désirée à la borne de sortie 6, ce qui élimine dles effets indésirables pouvant éven- tuellement se produire dans la source des signaux, contraire- ment à ce qui se passe dans les circuits classiques. De meme, une faible constante de temps du circuit permet de réaliser un circuit limiteur d'amplitude à large bande en utilisant des moyens interrupteurs à grande vitesse, tels que des ponts de diodes ou similaires, pour réaliser les interrupteurs 20, 22 et 24. Bien que, dans la disposition que montre la Figure 1, -4- on ait limité les amplitudes tant supérieure qu'inférieure du signal de sortie, il est évident qu'une seule amplitude peut etre limitée, selon les applications particulières envisagées. Cela s'applique également aux modes de réalisation qui font l'objet des Figures 4 et 5. La Figure 4 montre un schéma de circuit d'un second mode de réalisation de l'invention. Des tensions pré-établies +V1 et -V2 sont appliquées aux bases des transistors (désignés par les lettres "TR" ciaprés) 60 et 62, ces tensions étant déterminées par des sources Vcc et VEE, ainsi que par des résistances 66, 68 et 70. Il convient de souligner ici que la chute de tension produite à travers les diodes 48 et 50 sont compensées respectivement par la tension base-émetteur des TR et 62. Des transistors TR 40 et 54, des résistances divi- seuses 32 à 36 et des résistances 38 à 56 constituent deux sources de courant. Si la tension du signal d'entrée Vi est comprise entre les amplitudes supérieure et inférieure, c'est- à-àdire si -V2-C Vi source TR 40 s'écoulera à travers le pont de diodes qui cons- titue l'interrupteur à grande vitesse 51 et qui est effective- ment constitué par des diodes 44 à 50, une autre source de cou- rant TR 54 et la résistance 56. Par conséquent, le moyen in- terrupteur 51 est conducteur ou fermé, et les deux TR 60 et 62 sont polarisés à l'envers, donc non-conducteurs. Attendu que la borne d'entrée 2 est reliée par l'intermédiaire de l'inter- rupteur 51 à la borne de sortie 6, la tension Vi du signal d'entrée apparait directement sur la borne de sortie 6. Ici, les courants qui circulent à travers les résistances 38 et 56 sont choisis de façon qu'ils soient égaux entre eux. Lorsque la tension Vi du signal d'entrée dépasse une va- leur déterminée +V^ (Figure 4), TR 60 devient conducteur de façon à inverser la polarisation de la diode 44. Le courant d'émetteur du transistor 40 est réparti entre le circuit sé- rie de TR 60 et la résistance 56. Cette répartition du courant détermine un léger accroissement du potentiel à la jonction de la résistance 56 et de l'émetteur du transistor 54, afin d'a- boutir à la mise hors-circuit du TR 54. Les diodes 46 et 48 -5- ainsi que TR 60 et 62, ainsi que les éléments de circuit y as- sociés, constituent des moyens de commande. Les diodes 48 et constituent des moyens de maintien de la tension. La Figure 5 montre le schéma d'un circuit relatif à un troisième mode possible de réalisation de la présente inven- tion, les memes signes de référence que ceux de la Figure 4 étant utilisés pour désigner des éléments correspondants. Les circuits des Figures 4 et 5 sont identiques entre eux, sauf l'addition, dans le cas de la Figure 5, de diodes 80, 90, 82, 92 de compensation thermique, d'une résistance variable 84 et de diodes 42, 52, 86 et 88. La résistance variable 84 sert à égaliser les courants qui traversent TR 40 et 54. Les diodes , 82, 90 et 92 de compensation thermique servent effective- ment à compenser le glissement du aux tensions de jonction base-émetteur des TR 40 54 60 et 62 à différentes tempéra- tures, respectivement. Au cas-o une charge comprenant une source de tension, comme le montre la Figure 6A, serait bran- chée sur la borne de sortie 6, un potentiel Vp se produirait sur cette borne 6 lorsque l'interrupteur 51 est ouvert. Les diodes 48 et 50 ne sont pas conductrices, aussi longtemps que -V,--Vp C +Vl, mais les diodes 86 et 88 agissent maintenant en tant que moyen de maintien de la tension Vp soit à la valeur +V1, soit à la valeur -V2. Les diodes 42 et 52 sont interposé- es afin d'assurer l'état non-conducteur (ou l'ouverture) des interrupteurs 51. Il est évident que les diodes 42, 52, 86 et 88 peuvent etre supprimées si la charge est celle représentée Figure 6B. Les autres circuits fonctionnent de la meme façon que dans le cas du second mode de réalisation que montre la Figure 4; par conséquent, il est inutile d'en faire une des- cription détaillée. Comme on l'a indiqué plus haut, le circuit limiteur d'am- plitude selon la présente invention débranche la borne de sor- tie par rapport à la borne d'entrée, et applique la tension pré-établie (égale à la tension-limite) à ladite borne de sor- tie quand la tension du signal d'entrée atteint la tension de limitation d'amplitude. Par conséquent, les effets indésira= bles produits sur la source de signaux dans les dispositifs -6- classiques de limitation d'amplitude se trouvent efficacement supprimés. De plus, la présente invention peut etre appliquée sur une gamme étendue d'amplitudes car le circuit possède une constante de temps extremement courte et permet d'utiliser un interrupteur à. très grande vitesse, par exemple un pont de diodes ou similaire. -7- R E V E N D I C A T IO N S 1. Un circuit limiteur d'amplitude, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un interrupteur branché entre les bornes respective- 6 ment d'entrée et de sortie; b) un moyen de commande pour maintenir l'interrupteur fer- mé lorsque la tension d'entrée à ladite borne d'entrée reste en-deçà d'un niveau pré-établi, mais ouvre cet interrupteur lorsque la tension d'entrée dépasse ledit niveau pré-établi, et c) un moyen de maintien de tension, sensible au signal d'entrée, pour maintenir la tension à la borne de sortie au- dit niveau pré-établi lorsque l'interrupteur est ouvert. 2. Un circuit limiteur d'amplitude selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de commande comprend un com- parateur destiné à comparer la tension d'entrée audit niveau pré-établi. 3. Un circuit limiteur d'amplitude selon l'une ou l'autre des Revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit moyen de maintien de la tension comprend un interrupteur destiné à appliquer ledit niveau pré-établi à ladite borne de sortie. 4. Un circuit limiteur d'amplitude selon l'une ou l'autre des Revendications 1 et 3, caractérisé en ce que lesdits interrup- teurs sont constitués par un circuit à pont de diodes, 5. Un circuit limiteur d'amplitude selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de commande est conçu de façon à déceler si la tension d'entrée est à l'intérieur ou à l'extérieur d'une gamme définie par deux niveaux pré-établis pour commander ledit interrupteur et ledit moyen de maintien de la tension en fonction de la sortie détectée. 6. Un circuit limiteur d'amplitude selon la Revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de maintien de la tension com- prend deux interrupteurs qui servent à appliquer l'un ou l'au- tre desdits niveaux pré-établis à la borne de sortie. 7. Un circuit limiteur d'amplitude, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un circuit à pont de diodes branché entre les bornes -8- d'entrée et de sortie, et comportant deux bornes de commande; b) des circuits formant source de courant et à effet de puits, reliés respectivement aux bornes de commande dudit pont de diodes, et c) des premier et second transistors dont les émetteurs sont reliés respectivement aux bornes de commande précitées, tandis que les bases de ces transistors sont reliées aux pre- mière et seconde tensions pré-établies, et que les collecteurs en sont reliés de façon croisée auxdits circuits de source et à effet de puits. 8. Un circuit limiteur d'amplitude selon la Revendication 7, caractérisé en ce que lesdits circuits de source et à effet de puits fournissent un courant identique. 9. Un circuit limiteur d'amplitude selon la Revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des première et seconde diodes respectivement branchées entre l'émetteur de chacun desdits premier et second transistors et la borne de sortie. 10. Un circuit limiteur d'amplitude selon la Revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des troisième et quatrième diodes branchées respectivement en série avec l'émetteur des premier et second transistors.