Brevet FR2477281A1 — publié le 19810904

f477281 "Détecteur de crête" La présente invention concerne un détecteur de crête comportant un premier condensateur en tant qu'élé- ment de mémoire, un circuit de charge couplé à ce conden- sateur et un circuit comparateur de tension qui compare la tension d'entrée du détecteur de crête à la tension sur le premier condensateur et qui règle la charge de ce condensateur dans le sens d'une compensation si la tension du condensateur n'est pas directement proportionnelle à la valeur de crête de la tension d'entrée-qui doit être mesurée. Un tel détecteur de crête est décrit dans l'ar- ticle de J. Hawke publié dans la revue "Electronie Engi- neering", volume 49, mi-octobre 1977, page 23 et intitulé "Low Offset peak detector circuit uses transistors". Cet article mentionne la difficulté suscitée par la tension de décalage qui apparaît dans des détecteurs de crête équipés d'une diode. En incorporant la diode à un circuit de réaction d'un amplificateur opérationnel, on peut éviter en grande partie cette difficulté. Un in- convénient, dans ce cas, est que l'amplificateur a une largeur de bande limitée, de sorte que des signaux de haute fréquence se trouvant en dehors de la bande ne peuvent pas être mesurés avec précision. L'article propose un circuit à transistors qui comporte peu de composants et qui possède quand même un facteur d'amplification élevé. La largeur de bande parait ainsi être augmentée. L'amplificateur opérationnel préci- té est remplacé par un amplificateur différentiel -formé de deux transistors connectés en une paire à longue queue ("long tailed pair" en langue anglaise) comportant un miroir de courant dans les collecteurs. Ce circuit comparateur de tension compare la tension d'entrée présentée à la ten- sion présente sur un condensateur qui sert d'élément de mémoire. Si cette dernière tension n'est pas égale à la valeur de crête de la tension d'entrée, un circuit de charge - 47728 1 règle la charge du condensateur. Le circuit de charge comporte une résistance de décharge et un montage formant source de courant qui est connecté à un des collecteurs des transistors d'amplificateur. Le détecteur de crête à amplificateur opération- nel aussi bien que le détecteur de crête décrit plus haut font passer des courants de haute fréquence dans l'ensem- ble du circuit jusqu'au condensateur de mémoire chaque = fois que la tension d'entrée à haute fréquence atteint à peu près sa valeur de crête. Chaque élément amplificateur dans le circuit limite cependant, par sa propre caracté- ristique de fréquence décroissante, la caractéristique de fréquence totale. L'invention part du principe selon lequel, comme circuit comparateur de tension, on peut aussi utiliser un seul transistor qui sert ainsi comme unique élément amplifiant la haute fréquence dans le détecteur de crête. Un détecteur de crête du type mentionné dans le préambule est caractérisé à cet effet en ce que le cir- cuit comparateur de tension est un transistor qui est con- necté, par l'une de ses électrodes de base ou d'émetteur, à une première borne d'entrée du détecteur de crête, par l'autre de ses électrodes de base ou d'émetteur, au premier condensateur, et par son collecteur, à un second condensa- teur, les deux condensateurs étant couplés à la seconde borne d'entrée qui est aussi connectée à la masse, et que le circuit de charge comporte, en outre, un circuit am- plificateur qui est pourvu d'une entrée à haute valeur ohmique connectée au collecteur et à un montage formant source de courant et d'une sortie connectée à la sortie du détecteur de crête et à l'autre des électrodes de base ou d'émetteur. L'avantage d'un tel détecteur de crête est que l'on obtient une très grande largeur de bande dont les points dits à 3dB peuvent être facilement réglés à quelques hertz, en fonction du montage formant source de courant et du second condensateur, et à une fréquence qui est de 247728 1' l'ordre de grandeur de la fréquence dite de transition ft, c'est-à-dire la fréquence pour laquelle le facteur d'amplification de courant hfe du transistor est devenu égal à un. Ce point à 3dB de haute fréquence est en fait déterminé par le schéma équivalent en haute fréquence du transistor pour lequel c'est la résistance série de base rbb qui est surtout importante, et en outre, par la qua- lité des condensateurs, l'agencement ("lay-out') des com- posants et l'amplitude du signal d'entrée. Dans ce détecteur de crête, les-courants de haute fréquence déjà mentionnés plus haut ne passent que dans le circuit d'entrée, par le transistor et par les deux condensateurs. Ledit circuit amplificateur est trop lent pour réagir. Ce circuit ainsi que le montage formant source de courant assurent par contre le réglage du courant conti- nu du détecteur et ainsi les tensions continues sur les deux condensateurs, donc la mesure pour la valeur de crête à mesurer. Pour des fréquences très basses et pour une tension continue, l'ensemble du circuit forme un système à réaction à auto-réglage. Le détecteur de crête conforme à l'invention peut être agencé de façon que, de manière absolue, la valeur la plus basse ou la valeur la plus haute d'un signal soit indiquée comme tension continue. Les signaux d'entrée peuvent être sinusoïdaux, être pourvus d'une tension conti- nue, être impulsionnels avec éventuellement un facteur d'utilisation très faible, ou être d'une forme quelconque. Pour mesurer la valeur de crête de petits signaux, il est souhaitable d'éliminer l'influence de la tension de base-émetteur. A cet effet, une forme d'exécution de l'invention est caractérisée en ce que la connexion de ladite sortie à l'autre des électrodes de base ou d'émet- teur comporte une première résistance qui est connectée entre cette électrode et le point de jonction d'un divi- seur de tension réglagle, qui est disposée parallèlement à une diode, qui est connectée d'une part à la sortie et -4 d'autre part, par l'intermédiaire d'une seconde résistan- ce, à une première tension de référence et qui est, de ce fait, réglée dans le sens passant pour compenser l'in- fluence de la tension de base-émetteur sur la mesure de la valeur de crête. Le transistor caractéristique de l'invention peut être connecté selon le montage à base commune ou à émetteur commun. Dans le montage à base commune, le signal de me- sure est fourni à l'émetteur et le circuit amplificateur fonctionne comme un transformateur d'impédance. Le circuit mesure des valeurs de crête négatives lorsque le transis- tor est du type npn et des valeurs de crête positives lors- que le transistor est du type pnp. Dans le montage à émetteur communle signal de mesure est fourni à la base. Le circuit amplificateur doit déphaser le signal présent sur l'entrée à haute valeur ohmique de 1800, avant qu'il soit présenté à l'émetteur. A cet effet, dans une forme d'exécution, un amplificateur différentiel est incorporé à un circuit de contre-réac- tion inverseur. L'entrée à haute valeur ohmique du circuit amplificateur est fournie par un amplificateur tampon. Dans une autre forme d'exécution du montage à émetteur commun, le circuit amplificateur comporte un in- tégrateur dont l'entrée non inverseuse est connectée à une tension de référence et dont l'entrée inverseuse est connectée au collecteur du transistor et au condensateur d'intégrateur. Dans le montage à émetteur commun, le second con- densateur peut aussi être monté entre le collecteur et l'émetteur du transistor. En choisissant des dimensions correctes pour les deux Condensateurs par rapport au fac- teur d'amplification du transistor, même pour les fréquen- ces élevées, la tension au collecteur du transistor peut aussi être dépourvue d'ondulation. L'invention sera décrite ci-après, avec référen- ce aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique de l'inven- tion; - la figure 2 illustre un montage à base commu- ne avec un transistor npn; - la figure 3 illustre un montage à émetteur commun avec un transistor npn, et - la figure 4 illustre un montage à émetteur commun avec un transistor pnp et un intégrateur. Le schéma synoptique de la figure 1 illustre le détecteur de crête. La partie A représente la partie dans laquelle, lors de signaux d'entrée de haute fréquence, passent les courants de haute fréquence et la partie B représente la partie à basse fréquence et de contre-réac- tion à tension continue du détecteur conforme à l'inven- tion. Le signal dont la valeur de crête positive ou négative doit être mesurée est fourni à la première borne d'entrée 1 et à la deuxième borne d'entrée 2 qui est éga- lement connectée à la masse du-circuit. La borne 1 est connectée à la première électrode 3 et la borne 2, par l'intermédiaire du premier condensateur 4, à l'autre élec- trode 5 parmi les électrodes de base et d'émetteur d'un transistor 6 qui est connecté, par son collecteur 7, à nouveau à la borne 2,par l'intermédiaire du second con- densateur 8. Un montage formant source de courants fournit un courant soit au transistor 6, soit au condensateur 8. Lorsque le transistor est bloqué, le condensateur 8 est chargé et la tension sur le condensateur 8 augmente de manière absolue. Cette tension est mesurée par un cir- cuit amplificateur 10, indiqué par un rectangle, qui com- porte une entrée à haute valeur ohmique 11. L'entrée de référence 12 est reliée à la connexion de masse 13. La sortie 14 est connectée à la borne de sortie 15 du détec- teur de crête et, par l'intermédiaire d'une liaison 16, à l'électrode 5 et au condensateur 4. L'autre borne de sortie 17.du détecteur de crête est connectée à la masse 13. Le circuit fonctionne d'une manière telle que, lorsque le transistor 6 est bloqué, la diode base-émetteur formée entre les points 3 et 5 deviendra passante après un certain temps. A ce moment, le transistor peut lais- ser passer du courant de collecteur. Il est clair que le transistor 6 est du type pnp, lorsque le montage for- mant source de courant laisse passer du courant dans le sens de la flèche 18 et qu'il est du type npn, lorsque le courant passe dans le sens de la flèche 19. En prenant le cas o, par exemple, le transistor 6 est du type pnp, le courant passe dans le sens de la flèche 18. Lorsque le transistor est bloqué, le conden- sateur 8 se charge dans un sens négatif. On suppose en outre que la crête positive doit être détectée. La diode base-émetteur doit alors devenir conductrice pour des va- leurs de crête positives du signal d'entrée. Le point 3 sera alors l'émetteur et le point 5 la base, tandis que lorsque le transistor est bloqué, la tension sur le conden- sateur 4 devra diminuer. Le circuit amplificateur 10 doit donc avoir un facteur d'amplification positif. Les trois autres cas possibles sont traités aux figures 2, 3 et 4. La figure 2 illustre un détecteur pour des valeurs de crête négatives comportant un transistor npn 6 dans un montage à base commune. Le montage formant source de courant 9 pour une direction du courant dans le sens de la flèche 19 est représenté en traits pointillés, parce qu'il semble qu'en lieu et place de ce montage, il est possible d'utiliser le courant de réglage du premier étage du circuit amplificateur et que l'entrée 11 fournit donc ce courant. La valeur de ce courant pour le type LM 324 est, par exemple, de 50 nanoampères. Le circuit amplifi- cateur 10 comporte l'amplificateur différentiel 20 avec l'entrée 11 non inverseuse à haute valeur ohmique et l'en- trée 12, qui est connectée au point de jonction 21 d'un diviseur de tension 22, 23 qui est monté entre la sortie 14 de l'amplificateur 20 et une seconde tension de référen- ce +E. Cette tension de référence assure que la tension 24?728Â de collecteur du transistor 6 soit toujours supérieure à la tension de base, tandis que le rapport de division de la résistance 23 et de la résistance 22 détermine le facteur d'amplification du circuit amplificateur. La liai- son 16 entre la sortie 14 et la base 5 est formée d'une première résistance 24 qui est montée entre la base 3 et le point de jonction 25 d'un diviseur de tension réglable 26 qui est monté en parallèle avec une diode 27. Ce monta- ge en parallèle est alimenté par le diviseur de tension 22, 23 à partir de la source de tension +E qui est posi- tive par rapport à la sortie 14. Le réglage du point 25 est tel que la tension de base-émetteur, lorsque la valeur de crête à détecter est atteinte entre les points 5 et 3, soit à peu près égale à la tension entre les points 25 et 14 et reste égale à celle-ci lorsque la température varie. Le détecteur de crête fonctionne de la manière suivante. Lorsque le transistor 6 est bloqué, le conden- sateur 8 se charge dans le sens positif par le courant de la source 9 dirigé dans le sens de la flèche 19. La tension à la sortie 14 du circuit amplificateur -10 augmente ainsi également et le condensateur 4 est chargé jusqu'à cette même tension. Aussitôt que cette tension devient à peu près égale à la valeur la plus négative du signal d'entrée 28 sur l'entrée 1-2, le transistor 6 devient pas- sant, de sorte que le courant de la source 9 et un courant de décharge du condensateur 8 vont former le courant de collecteur. Lorsque la valeur moyenne.de la charge appli- quée lorsque le transistor est bloqué est égale à la va- leur moyenne de la charge évacuée lorsque le transistor est passant, on atteint un état d'équilibre. La tension ondulée sur le condensateur 8 est déterminée par la valeur de cette charge alternative et par la valeur de la capaci- té. Pour des fréquences décroissantes du sighal d'entrée, cette tension ondulée devient de plus en plus élevée par suite du temps prolongé pendant lequel Le condensateur 8 est chargé par la source de couraỉt 9 entre deux valeurs }4i7281 de crête. Cette tension ondulée est aussi présente à la sortie 15 et détermine ainsi la précision de la mesure de la valeur de crête pour de basses fréquences. Pour de hautes fréquences, la tension ondulée sur le condensa- teur 8 n'est pas transmise, mais plutôt la valeur moyenne de la tension de condensateur qui détermine le réglage du-circuit amplificateur 1^.A mesure que les ondulations sur le condensateur 8 augmentent, la précision du détecteur de crête diminue. Sur la figure 3, des valeurs maxima positives du signal d'entrée sont mesurées avec un transistor npn dans un montage à émetteur commun. Le circuit amplifica- teur 10 comporte un amplificateur tampon 20 dont la premiè- re entrée 11 est à haute valeur ohmique et est connectée au condensateur 8 et au collecteur 7. L'amplificateur 29 est connecté comme un amplificateur inverseur. A cet effet, l'entrée non inverseuse 12 est connectée au point de jonction 21 d'un diviseur de tension 22, 23 qui est disposé entre le conducteur de masse 13 et une source +E. L'entrée inverseuse 30 est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance 31, à la sortie d'un amplificateur 20 et, par l'intermédiaire d'une résistance 32, à la sortie 14 de l'amplificateur 29. Le montage en parallèle d'une diode 27 et du diviéeur de tension 26 est alimenté, par l'intermédiaire d'une résistance 33, à partir d'une sour- ce -E1. Pour ce détecteur de crête, le condensateur 8, alors que le transistor 6 est bloqué, est aussi chargé dans le sens positif, mais le condensateur 4 sera chargé dans le sens négatif par l'inversion dans le circuit ampli- ficateur 10. Une valeur maximum dans le sens positif d'un signal 28 pourra ainsi en effet rendre conductrice la jonc- tion base-émetteur 5-3 du transistor 6. Sur la figure 4, le transistor 6 est aussi placé dans un montage à émetteur commun. Le transistor est du type pnp, de sorte que quelques polarités sont modifiées par rapport à celle du détecteur de crête représenté sur 2477-28 1 la figure 3. Les valeurs de crête à orientation négative du signal 28 sont mesurées et la source de courant 9 four- nit du courant dans le sens de la flèche 18, la diode 27 est connectée dans le sens opposé et la source E1 a main- tenant une polarité négative par rapport à la sortie. Dans ce circuit, deux modifications sont proposées par rapport au circuit de la figure 3. En premier lieu, le condensateur 8 n'est pas connecté au conducteur de masse 13 directement, mais par l'intermédiaire du condensateur 4. Pour le courant de haute fréquence, ce circuit signi- fie que le courant de décharge du condensateur 8 passe directement entre ce condensateur et la jonction émetteur- collecteur et que le condensateur 4 ne fait passer que le courant d'entrée dans le circuit 2-4-3-5-1. En choisis- sant le rapport entre les condensateurs 8 et 4 égal au facteur d'amplification-de courant hfe du transistor 6, les tensions ondulées semblent être égales, mais de signe opposé. Cela signifie qu'aucune tension ondulée à haute fréquence n'est présentée sur l'entrée 11; Ceci peut être important pour le circuit amplificateur 10 également re- présenté sur la figure 4, qui n'est constitué que d'un seul intégrateur. A cet effet, l'entrée 11 est connectée, par l'intermédiaire d'un condensateur 36, à la sortie 14 et l'entrée 12 est connectée à une source -E2. L'intégra- teur maintient un potentiel -E2 sur le collecteur du tran- sistor 6 en réglant la tension de sortie à la sortie 14 d'une manière telle que des courants de charge pour le condensateur 4, le condensateur 8 et le condensateur 36, combinés avec le courant de la source 9, produisent la répartition de tension correcte dans les condensateurs 4 et 8. La résistance 35 à l'entrée est prévue pour permettre la terminaison d'un câble coaxial par son impé- dance caractéristique. La résistance 34 est à faible valeur ohmique et est prévue pour atténuer les effets parasites provoqués par le transistor non idéal. -4?7281 REVENDICATIONS 1. Détecteur de crête comportant un premier condensateur, en tant qu'élément de mémoire, un circuit de charge couplé à ce condensateur et un circuit compara- teur de tension qui compare la tension d'entrée du détec- teur de crête à la tension sur le premier condensateur et qui règle la charge- de --ce- condensateur dans-. le sens d'une compensation: si la tension. du condensateur -n-'est pas directement proportionnelle à la valeur de crête de la tension d'entrée qui doit être mesurée, caractérisé en ce que le circuit comparateur de tension est un tran- sistor qui est connecté par l'une de ses électrodes de base ou d'émetteur, à une première borne d'entrée du dé- tecteur de crête, par l'autre de ses électrodes de base ou d'émetteur, au premier condensateur, et par son col- lecteur, à un second condensateur, les deux condensateurs étant couplés à la seconde borne d'entrée qui est aussi connectée à la masse, et que le circuit de charge compor- te, en outre, un circuit amplificateur qui est pourvu d'une - entrée à hauye valeur ohmique connectée au collecteur et à un montage formant source de courant et d'une sortie connectée à la sortie du détecteur de crête et à l'autre des électrodes de base ou d'émetteur. 2. Détecteur de crête suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la connexion de ladite sortie - à l'autre des électrodes de base ou d'émetteur comporte une première résistance qui est connectée entre cette élec- trode et le point de jonction d'un diviseur de tension réglable, qui est disposée parallèlement à une diode, qui est connectée d'une part à la sortie et d'autre part, par l'intermédiaire d'une seconde résistance, à une première tension de référence et qui est, de ce fait, réglée dans le sens passant pour compenser l'influence de la tension de base-émetteur sur la mesure de la valeur de crête. 3. Détecteur de crête suivant la revendication. 1.ou 2, caractérisé en ce que la première électrode du 247728'1 transistor est l'émetteur et l'autre électrode est la base, et que le circuit amplificateur comporte un-amplificateur différentiel dont l'entrée non inverseuse est ladite entrée, l'entrée inverseuse est connectée au point de jonction d'un diviseur de tension monté entre la sortie de l'ampli- ficateur et une seconde tension de référence, et que cette sortie est en outre la sortie du détecteur de crête. 4. Détecteur de crête suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première électrode du transistor est la base et l'autre électrode est l'émetteur, et que le circuit amplificateur comporte un amplificateur tampon et un amplificateur différentiel, l'entrée de l'am- plificateur tampon étant ladite entrée, sa sortie étant connectée au moyen d'une troisième résistance à l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel, dont l'entrée non inverseuse est connectée à une troisième tension de référence et la sortie, au moyen d'une quatrième résistan- ce, à l'entrée inverseuse et que cette sortie est la sortie du détecteur de crête. 5. Détecteur de crête suivant la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce que la première électrode du transistor est la base et l'autre électrode est l'émet- teur, et que le circuit amplificateur comporte un amplifi- cateur différentiel dont l'entrée non inverseuse est con- nectée à une quatrième tension de référence, l'entrée in- verseuse est ladite entrée et qu'entre cette entrée et la sortie de l'amplificateur, qui est également la sortie du détecteur de crête, est prévu un troisième condensa- teur. 6. Détecteur de crête suivant la revendica- tion 4 ou 5, caractérisé en ce que le second condensateur est placé entre le collecteur et l'émetteur du transistor et le premier condensateur entre l'émetteur et la deuxiè- me borne d'entrée.