Brevet FR2491271A1 — publié le 19820402

La présente invention a trait en général aux circuits de commande pour oscillateurs commandés par tension en dent de scie et en particulier à un procédé et un circuit destinés à maintenir une gamme constante de fréquences de sortie lorsqu'on passe du balayage linéaire au balayage logarithmique, ou inversement du balayage logarithmique au balayage linéaire. Les oscillateurs à fréquence réglée ou controlée par varia- tion de tension (VCO) engendrent un signal de sortie répétitif dont la fréquence est proportionnelle à une tension d'entrée. Il est bien connu d'effectuer le balayage d'un oscillateur à fréquence réglée par variation de tension (VCO) en opérant de façon soit linéaire, soit non-linéaire, sur une certaine gamme de fréquences. Une application caractéristique de tels oscilla- teurs commandés par variation de tension se trouve dans des ap- pareils électroniques d'essais et de mesure conçus pour engen- drer des balayages à fréquence linéaire ou logarithmique entre des fréquences réglables de démarrage et d'arrêt. Un exemple- type de circuit de commande de balayage peut comporter des amplis classiques tant linéaires que logarithmiques commandés par une forme commune d'onde de tensions en pente et dont les tensions de démarrage et d'arrêt peuvent être fixées indépendamment afin d'établir ainsi les fréquences de démarrage et d'arret de l'os- cillateur VCP y associé. Toutefois, lorsqu'on passe du balayage linéaire au balayage logarithmique, ou inversement, la fréquence de l'oscillateur VCO se décale en raison des tensions de sortie différentes des amplis linéaire et logarithmique. Il s'ensuit qu'il faut réajuster les fréquences de démarrage et d'arret cha- que fois que l'on effectue la sélection d'un nouveau mode de ba- layage. Suivant la présente invention, un circuit de commande de ba- layage pour oscillateur commandé par variation de tension entre- tient une gamme constante de fréquences de balayage, y compris des fréquences de démarrage et d'arrêt, lesquelles ne dévient pas lorsqu'on passe du balayage linéaire au balayage logarith- mique ou du balayage logarithmique au balayage linéaire. Cela s'obtient en effectuant une multiplication appropriée de la ten- sion de commande appliquée à l'oscillateur VCO pour les deux modes de balayage, linéaire ou logarithmique. Le circuit de commande de balayage comprend un ampli liné- -2- aire et un ampli logarithmique, chaque ampli comportant une gamme de tensions de sortie qui correspond à la gamme dynamique linéai- re de l'oscillateur VCO. Des tensions de démarrage et d'arret, sélectionnées indépendamment l'une de l'autre, peuvent etre ré- glées sur la totalité de la gamme linéaire de l'oscillateur VCO afin de fixer les limites de fréquence inférieure et supérieure pour un balayage soit linéaire, soit logarithmique. On utilise des convertisseurs logarithmiques pour réaliser le diagramme des tensions linéaires de démarrage et d'arret par rapport aux contre- parties logarithmiques, afin que la fréquence de l'oscillateur ne se décale pas lorsqu'on passe d'une fonction à l'autre. Cela per- met d'utiliser une commande à fréquence unique de démarrage et une commande à fréquence unique pour l'arret. Bien que les fonc- tions de transfert des convertisseurs logarithmiques et de l'am- pli antilogarithmique soient très sensibles à la température, la topologie du circuit de controle du balayage est telle qu'en cal- culant la fonction d'ensemble du transfert on parvient à annuler les effets de la température. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention con- siste à prévoir un nouveau procédé et un nouveu circuit de con- trole du balayage pour un oscillateur à fréquence réglée par va- riation de tension (VCO). Un autre but de l'invention consiste à prévoir un procédé et un circuit de commande de balayage qui permettent d'effectuer le balayage soit linéaire, soit non-linéaire d'un oscillateur VCO sur une gamme de fréquences dont les limites restent constantes lorsqu'on effectue le commutation entre la fonction linéaire et la fonction non-linéaire, et inversement. En outre, la présente invention vise à fournir un procédé et un circuit de commande de balayage destiné à assurer le balayage d'un oscillateur à fréquence réglée par variation de tension ou en dents de scie (VCO), entre des limites de fréquences de démar= rage et d'arret qui sont réglables indépendamment l'une de l'au- tre sur toute la gamme de fonctionnement de l'oscillateur dont la fréquence est réglée par variation de tension. Un but complémentaire de la présente invention consiste à prévoir un procédé et un circuit de commande de balayage propres à permettre le fonctionnement d'un oscillateur à fréquence réglée par variation de tension (VCO) tant selon le mode linéaire que -3- selon le mode logarithmique entre des limites réglables de fré- quences de démarrage et d'arret, sans avoir à opérer un réglage lorsqu'on commute de l'un à l'autre de ces deux modes de balayage. Enfin, l'invention a pour but de prévoir un circuit de comman- de de balayage pour oscillateur à fréquence réglée par variation de tension, dont l'ensemble de la fonction de transfert est in- dépendante des effets dus à la température. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront au cours de la description qui suit d'un mode préféré de réalisation, faite en se référant au dessin an- nexé, sur lequel La FIGURE 1 est un schéma synoptique détailé d'un circuit de commande de balayage pour oscillateur à fréquence commandée par variation de tension, réalisé conformément à la présente inven- tion, et La FIGURE 2 est un diagramme indiquant la fonction de trans- fert d'un tel oscillateur pour des balayages tant linéaires que logarithmiques. L'on se référera tout d'abord au schéma synoptique de la Fi- gure 1 qui montre un circuit de commande de balayage destiné à produire une tension de commande Vi pour un oscillateur 10 (VCO) à fréquence réglée par variation de tension, qui peut être de toute conception classique appropriée. Cet oscillateur 10, en réponse à la tension de commande Vi, engendre des signaux sur une bande pré-établie du spectre de fréquences fout' et ces si- gnaux sont disponibles à une borne de sortie 12. Le circuit de commande du balayage produit aussi bien un ba- layage linéaire qu'un balayage logarithmique, l'un ou l'autre pouvant être sélectionné grace à deux commutateurs jumelés 14a, 14b, afin d'exciter l'oscillateur VCO entre des limites présé- lectionnées de fréquence, soit f et fa démar arret' La Figure 2 montre le diagramme d'une fonction de transfert d'un oscillateur 10 VCO, et devra de préférence être examinée conjointement au schéma de la Figure 1 pour une meilleure com- préhension de la base conceptuelle de la présente invention. L'entrée Vi de la tension de commande est portée sur l'axe hori- zontal et la fréquence fout du signal engendré est portée sur l'axe vertical du diagramme. En principe, l'oscillateur VCO pos- sède une portée dynamique de V.ilmin à Vimaxsur laquelle on _ 4 9_ -4- peut produire des fréquences de sortie fmin à fmax La gamme de sortie d'un tel oscillateur VCO est essentiellement désignée comme étant le rapport entre fmax et fin; en fait, des rapports de 100:1 et 1000:1 sont couramment utilisés dans des oscillateurs VCO à balayage logarithmique. On a réalisé et essayé une applica- tion pratique de la présente invention, et l'on a pu constater que f min y était égal à 20 kilohertz et que fmax y était égal à 2 mégahertz pour une gamme de sortie de 100:1. Le circuit de commande du balayage produit aussi bien un ba- layage linéaire qu'un balayage logarithmique, l'un ou l'autre pouvant etre sélectionné grace aux commutateurs jumelés 14a et 14b afin d'exciter l'oscillateur VCO 10 entre des limites présélec- tionnées de fréquences f démar et f arrét Une tension linéaire en pente 16 ayant une amplitude déterminée est appliquée en passant par une borne d'entrée 18 à un multiplicateur classique XY 20. La pente 16 peut etre amorcée par commande à l'aide d'un circuit ex- térieur, mais elle peut aussi bien etre répétitive. Le facteur de multiplication par lequel on multiplie la tension en pente sera examiné plus loin. La tension en pente multipliée sortant du mul- tiplicateur 20 est appliquée simultanément à l'une des entrées de deux amplis additionneurs Al et A2. Ainsi qu'il sera également examiné plus loin, les tensions de démarrage VL et-VL sont en- gendrées puis appliquées respectivement aux amplis additionneurs Al et A2. La sortie de l'ampli additionneur Ai est une tension linéaire en pente 22 que l'on peut appliquer, en passant par le commutateur 14a, à l'oscillateur 10 VCO en tant que tension d'en- trée de commande Vi. La sortie de l'autre ampli additionneur A2 est appliquée à un amplificateur antilogarithmique 24 qui engendre une sortie exponentielle 26 ou non-linéaire 26 à partir d'une en- trée linéaire, selon le mode classique. La sortie exponentielle 26 peut etre appliquée à travers l'interrupteur 14a à l'oscilla- teur 10 VCO en tant que tension d'entrée de commande Vi. Les fréquences-limites de démarrage et d'arret de la gamme des fréquences de sortie de l'oscillateur VCO sont déterminées respectivement par des potentiomètres 30 et 32 dont les bras mo- biles sont reliés aux entrées d'amplis respectifs à charge de tension 34 et 36 de manière à produire des tensions indépendantes VL et V H. Ces tensions respectivement basse (V L) et haute (y1) sont réglables de façon continue sur la gamme comprise entre -5- Vi min et Vi max' et pour le fonctionnement en balayage linéaire la tension de démarrage VL est appliquée à une entrée de l'ampli Al pour fixer le point de départ du balayage à la tension VL sur la gamme V. de la Figure 2. Les deux tensions VL et V sont ap- i L H pliquées aux entrées d'un ampli différentiel A3 afin de produire une tension différentielle VH - VL que l'on peut appliquer à tra- vers le commutateur 14b à l'entrée Y du multiplicateur 20 en tant que facteur de multiplication par lequel on multiplie la tension en pente linéaire 16. Par suite de la multiplication par VH - VL la rampe linéaire s'arrêtera ou se terminera en VH sur l'échelle Vi de la Figure 2. Les tensions VH et V peuvent être transformées en tensions respectives VL et VI par des amplis logarithmiques 40 et 42 avan- tageusement constitués par des convertisseurs logarithmiques. La tension VL s'applique à une entrée de l'ampli additionneur A2 de façon à fixer le point de départ du balayage logarithmique à VL sur l'échelle V. de la Figure 2. Les deux tensions V' et V' s'ap- i L H pliquent aux entrées d'un ampli différentiel A4 afin de produire une tension de multiplication V' - VL que l'on peut appliquer à H travers le commutateur 14b à l'entrée Y du multiplicateur 20. Par suite de la multiplication de la tension en pente 16 par y' - VI HL la sortie exponentielle 26 de l'ampli antilogarighmitque 24 se terminera en V' sur l'échelle Vi de la Figure 2. Par conséquent, et ainsi qu'on peut le constater en examinant la Figure 2, lorsque le contact mobile du commutateur 14 se dé- place entre les positions correspondant aux fonctions linéaire et logarithmique, les tensions de démarrage et d'arrêt restent inchangées. C'est là le résultat recherché, et attendu que les potentiomètres 30 et 32 n'ont pas besoin d'être réajustés lors- qu'on effectue la commutation entre ces fonctions linéaire et logarithmique, les caractéristiques de fréquences peuvent être imprimées directement sur les dispositifs à boutons afin de fa- ciliter le réglage rapide des limites de fréquences de démarrage et d'arrêt pour l'oscillateur 10 VCO. Cet oscillateur 10, l'ampli antilogarithmique 24 et les amplis logarithmiques 40 et 42 sont en relation mathématique telle, entre eux, qu'ils assurent leur coopération précise. La fonction de transfert de l'oscillateur 10 VCO est indiquée sur la Figure 2 et elle est la suivante - 6 - f of M =max out V. 1 (1) 1, max Pour l'ampli logarithmique, cette fonction de transfert est: V. iv2 ln K, = K) e Vi,max (2) max eVoutV dK f maX et V désignent la sortie de l'ampli additionneur A2. Min La fonction de transfert pour les amplis logarithmiques est imax'1 in ii-x 3 (2 sou- sn la frV (3) V \n K! T_ î, Max) Tf max o V' est y' ou V, V est V ou V e, et K = V V' = L V0 fmin Les équations (2) et (3) ci-dessus sont représent6es en ter- mes d'expressions de tensions et par conséquent elles sont en quelque sorte simplifiées. On peut également exprimer l'équation (2) sous la forme: tV2 Vout e T' et l'équation (3) peut aussi etre exprimée sous la forme: T V V ' l n o, pour les deux équations, a et sont des constantes fixées par des valeurs de circuit et des constantes physiques, tandis que T désigne la température absolue en degrés Kelvin. Dans le mode de balayage logarithmique, la fonction d'ensemble du trans- fert du circuit de commande est la suivante V r Vi = VL VH (4) VL o Vr est l'amplitude de pointe de la tension linéaire en pente 16. Comme on a pu le constater, le terme de température T a été supprimé. -7- R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Circuit de commande de balayage pour oscillateur à fré- quence réglée par variation de tension, caractérisé en ce qu'il comprend a) un tronçon de circuit linéaire et un tronçon de cir- cuit non-linéaire, alimentés par une tension commune en pente (16) afin qu'ils fournissent respectivement un signal de balay- age linéaire et un signal de balayage non-linéaire qui peuvent être appliqués sélectivement audit oscillateur (10); b) des moyens (30, 32) pour engendrer des premières ten- sions indépendantes de démarrage et d'arret (VL, VH); c) d'autres moyens (40, 42) pour transformer ces premiè- res tensions de démarrage et d'arret en secondes tensions de démarrage et d'arrêt (VL, VH) qui se rapportent auxdites pre- mières tensions (VL' VH conformément à une fonction non-liné- aire déterminée par ledit tronçon de circuit non-linéaire, et d) des moyens (Al, A2, A4, 24) pour combiner lesdites premières tensions de démarrage et d'arrêt avec ladite tension en pente (16) pour former ledit signal de balayage linéaire (22) et pour combiner lesdites secondes tensions de démarrage et d'arrêt avec ladite tension en pente pour former ledit si- gnal de balayage non-linéaire (26). 2. Circuit de commande de balayage selon la Revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens destinés à engendrer les premières tensions de démarrage et d'arrêt comprennent res- pectivement un premier potentiomètre (30) et un second poten- tiomètre (32) qui sont réglables indépendamment l'un de l'autre sur une gamme déterminée de tensions. 3. Circuit de commande de balayage selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit tronçon de circuit non-linéaire comprend un amplificateur antilogarithmique (24) destiné à pro- duire ledit signal de balayage (26) non-linéaire, et que les moyens de transformation des tensions de démarrage et d'arrêt comprennent respectivement des premier et second convertisseurs logarithmiques (40, 42). 4. Circuit de commande de balayage selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de combinaison comprennent un amplificateur additionneur placé dans chacun desdits tronçons de circuit linéaire et non-linéaire et qui reçoivent chacun la- -8- dite tension en pente, la première tension de démarrage étant ap- pliquée à l'autre entrée de l'amplificateur additionneur (Ai) qui se trouve dans le tronçon de circuit linéaire, tandis que la se- conde tension de démarrage est appliquée à l'autre entrée de l'am- plificateur additionneur (A2) qui se trouve dans le tronçon de circuit non-linéaire. 5. Circuit de commande de balayage selon la Revendication 4, caractérisé-en ce que les moyens de combinaison précités com- prennent en outre des dispositifs destinés à engendrer des pre- lO mières et secondes tensions multipliées à partir desdites premi- ère et seconde tensions de démarrage et d'arret, ainsi que d'au- tres moyens pour multiplier sélectivement ladite tension en pente conformément auxdites tensions multipliées. 6. Circuit de commande de balayage selon la Revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens destinés à engendrer la ten- sion multipliée comprennent des premier et second amplificateurs différentiels (Ai, A2). 7. Circuit de commande de balayage selon la Revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de multiplication comprennent un circuit multiplicateur (20) qui reçoit à une entrée ladite tension en pente (16) et sélectivement, à une entrée différente, l'une desdites première et seconde tensions. 8. Procédé de commande d'un oscillateur régl en fréquence par la variation de la tension de balayage, afin que la gamme des fréquences de sortie de l'oscillateur reste pratiquement constante lorsqu'on passe du mode de balayage linéaire au mode de balayage non-linéaire, et inversement, ce procédé étant ca- ractérisé en ce qu'il comprend les phases qui consistent à: a) engendrer des premières tensions indépendantes de dé- marrage et d'arret; b) convertir lesdites premières tensions de démarrage et d'arret en de secondes tensions de démarrage et d'arret, con- formément à une fonction non-linéaire; c) combiner lesdites premières tensions de démaragge et &'arrêt avec une tension en pente linéaire afin de produire un signal linéaire de balayage, et d) combiner lesdites secondes tensions de démarrage et d'arrat avec ladite tension en pente linéaire, puis transfor- mer la combinaison résultante en un signal non-linéaire de ba- layage qui est multiplié par rapport audit signal linéaire de balayage conformément à ladite fonction non-linéaire.