Brevet FR2503487A1 — publié le 19821008

Appareil électronique délivrant des signaux de formes différentes tels que des signaux carrés, en sinus, en triangle. La présente invention concerne un appareil électronique apte à générer des signaux de formes différentes et plus communément appelé par les spécialistes un générateur de fonctions qui fait partie d'une station de laboratoire comprenant, outre le générateur de fonctions, des alimentations stabilisées, et un ou plusieurs voltmètres numériques. Les générateurs de fonctions sont des moyens aptes à délivrer des signaux de formes différentes tels que des signaux en sinus, triangulaires, en carré, à rampe positive ou négative, etc.. Parmi ces générateurs de fonctions, certains sont capables de générer des signaux dans une gamme de fréquences limitée à 5 MHz, les signaux triangulaires étant obtenus à partir de la charge et la décharge d'un condensateur alimenté par une source à courant constant, la commutation de la charge et de la décharge étant effectuée lorsque l'amplitude du signal atteint un niveau de référence, tandis que la vitesse de commutation dépend de l'intensité des courants de charge et de décharge. Les générateurs de fonctions dont la fréquence des signaux est supérieure à SMHz, outre leur prix de revient beaucoup plus élevé que les précédents générateurs de fonctions, nécessitent l'emploi de modules électroniques occupant un volume appréciable et des réglages particuliers afin d'obtenir la fonction désirée sur toute la gamme de fréquences disponibles. En effet, l'utilisation de composants dits discrets, c'est-à-dire constituant des étages différents ayant chacun une fonction précise, implique des adaptateurs entre les différents étages pour remédier aux défauts susceptibles d'apparaître au niveau des liaisons. Ainsi, dans les deux types de générateurs de fonctions, on utilise un générateur d'onde carrée qui est connecté à un comparateur recevant le niveau de référence et commandant la charge et la décharge d'un condensateur, par l'intermédiaire de circuits appropriés, de manière à obtenir des signaux en triangle qui sont ensuite transformés en sinus par un formeur d'onde sinusoidale, la fréquence de ces différents signaux dépendant du type du générateur utilisé, inférieur ou supérieur à 5 MHz, et en définitive de la qualité de performance dudit générateur. Par ailleurs, il existe sur le marché des oscillateurs contrôlés en tension délivrant des signaux rectangulaires, ces oscillateurs étant réalisés sous forme de circuits intégrés de faible volume, fiables et ne nécessitant pas de réglages particuliers entre les éléments constitutifs. Leur application aux générateurs de fonctions conventionnels pourrait être difficile en raison du fait principalement que de tels ocsillateurs ont un rapport de fréquences imposé par le constructeur et qu'on ne peut donc faire varier les fréquences d'utilisation dans les mêmes limites que celles des générateurs conventionnels. La présente invention a pour objet un générateur de fonctions dont le but principal est de modifier les limites des gammes de fréquences des signaux tout en n'alourdissant pas la structure du générateur et surtout d'obtenir, à partir d'un générateur de performances moyennes, des performances supérieures sans pour autant grever le court d'un tel générateur de fonctions. Un autre avantage réside dans le fait qu'on peut utiliser les gammes de fréquences de façon séquentielle ou en sautant une ou plusieurs d'entre elles, ou encore de réaliser de nouvelles bandes de fréquences non juxtaposées et/ou chevauchantes. A cet effet, l'appareil électronique selon l'invention est capable d'élaborer des signaux notamment en forme de triangle en utilisant un oscillateur contrôlé en tension qui, à priori, n'est pas prévu pour une telle utilisation, lesdits signaux pouvant être également obtenus à des fréquences différentes de celles normalement imposées par la structure de l'oscillateur contrôlé en tension D'autres avantages et caractéristiques ressortiront à la lecture d'un mode de réalisation préféré de l'invention et du dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma synoptique d'un circuit d'élaboration de signaux triangulaires Les figures 2a à 2c sont les représentations graphiques des signaux obtenus respectivement aux points A, B et à la sortie de l'amplificateur différentiel. La figure 3 est un schéma synoptique du circuit de modification des limites des fréquences pour plusieurs gammes de fréquences données. La figure 4 est la courbe caractéristique de fonctionnement de ltoscillateur contrôlé en tension utilisé, le produit FC porté en ordonnées étant exprimé en megahertz x picofarad , tandis qu'en abaisses est portée la tension de commande V dudit oscillateur exprimée en volts. Suivant l'invention, pour obtenir des signaux en triangle qui pourront ensuite, à l'aide d'un formeur, être transformés en sinus, on utilise un oscillateur contrôlé en tension 1 comprenant une capacité 2 non référencée à la masse ou encore appelée capacité flottante. La capacité 2 détermine, pour l'oscillateur 1, une gamme de fréquences dont les limites sont dans un rapport fixe. De plus, une tension de commande produite de toute manière appropriée par un circuit 3, par exemple à partir d'un potentiomètre variable interposé entre une source de tension continue et la masse, est appliquée à l'oscillateur 1 qui est également relié à une alimentation générale 4. La tension de commande influe sur la fréquence de sortie du signal rectangulaire 5.Dans un exemple de réalisation, l'oscillateur 1 commandé par une tension de commande variant de 2,2V à 5V, avec une capacité 2 de 220 nanofarad branchée entre deux générateurs de courant dudit oscillateur, donne une gamme de fréquences comprise entre les limites de 30 KHZ et 90 KHz, le rapport de fréquences dudit oscillateur étant, dans cet exemple, égale à 3. Mais il existe des oscillateurs, avec un choix judicieux de la capacité flottante, donnant un rapport égal à 5.Toutefois, on s' aperçoit que d'une part on est limité par le choix des capacités susceptibles d'être montées sur les oscillateurs contrôlés en tension et, d'autre part, par l'encombrement prohibitif qui résulterait de la multiplication des étages si on désire augmenter les gammes de fréquen- ce, ce qui reviendrait à vouloir reculer la fréquence maximum d'utilisation de l'oscillateur.En effet, si on veut avoir un générateur travaillant par exemple entre 20 Hz et 20 MHz, en supposant que le rapport des fréquences de chaque gamme est égale à 5, il faudrait construire un premier circuit travaillant entre 20 Hz et 100 Hz, le deuxième travaillant entre 100 et 500 Hz, le troisième entre 500 et 2500 Hz, et ainsi de suite jusqu'à 20 MHz, En premier lieu, la demanderesse a trouvé qu'on pouvait obtenir des signaux en triangle en utilisant les signaux disponibles aux bornes de la capacité flottante 2. Dès lors qu'une des bornes de la capacité 2 ne se trouve pas à la masse et avec un déphasage de 900 entre les armatures de ladite capacité 2, on obtient au point A un signal représenté sur la figure 2a et au point B un signal représenté sur la figure 2b, c'est-à-dire deux signaux déphasés de 900.Pour obtenir un signal en triangle représenté sur la figure 2c, on additionne dans un amplificateur différentiel à sorties asymétriques les signaux des figures 2a et 2b. Comme l'amplificateur différentiel utilisé est un amplificateur vidéo, il doit présenter une faible impédance d'entrée, comprise entre 50 et 500 st . De manière à permettre un fonctionnement correct de l'oscillateur 1, on interpose entre un amplificateur différentiel 6, sommateur des signaux des Figures 2a et 2b et délivrant le signal en triangle 7, et les bornes A et B de la capacité 2, deux amplificateurs d'isolement 8 à forte impédance d'entrée et faible impédance de sortie. Par exemple, les amplificateurs d'isolement 8 sont des amplificateurs suiveurs constitués par des transistors à effet de champ. Ces amplificateur 8 ne gênent en rien le fonctionnement de l'oscillateur en raison de leur forte impédance d'entrée. Ainsi donc, avec un oscillateur 1 non utilisé jusqu'à maintenant comme générateur de fonctions, la demanderesse a réussi à l'adapter pour l'élaboration de signaux en triangle. Mais, comme d'une part, la tension de commande de l'oscillateur 1, entre 2,2V et 5V généralement, et la valeur de la capacité 2 d'autre part, imposent des gammes de fréquences précises rappelées précédemment, la présente invention se propose également d'élargir chaque gamme de fréquences en de nouvelles bandes de fréquences tout en restant dans les caractéristiques de fonctionnement de l'oscillateur 1 de la figure 4. A cet effet, 1'oscillateur 1 est relié à un potentiomètre 9, à travers un décalage de niveau 10. Le potentiomètre est relié à une source de tension continue 11 de 6,5V par exemple et permet de prélever une tension de commande pour l'oscillateur 1 entre 2,2V et 5V par exemple. La tension de commande est également introduite dans un comparateur 12 recevant par ailleurs une tension de référence 13. te comparateur 12 est connecté à un déclencheur 14. Sur le décalage de niveau 10 est monté un interrupteur 15. A l'oscillateur 1 sont branchés autant de circuits 16n que de gammes de fréquences utilisées. Chaque circuit 16 comprend deux capacités 17 et 18 montées en parallèle et dont l'une 18 est reliée en série avec un commutateur 19. Tous les commutateurs 19 sont reliés au déclencheur 14. Enfin, un bouton 20 permet la commutation d'une gamme à l'autre de façon connue en soi. Pour un générateur de fonction travaillant entre 20Hz et 20 MHz, il suffit d'utiliser six circuits 16 dont seuls trois ont été représentés sur la figure 3. Supposons, bien que cela ne soit pas limitatif, qu'on désire, pour chaque gamme de fréquences, un rapport des limites égal à 10 au lieu de 5. Dans ces conditions, pour la première gamme correspondant au circuit 161 dont la limite inférieure serait 20 Hz, on obtiendrait une limite supérieure égale à 200 Hz. Le rapport de l'oscillateur 1 utilisé, vendu sous la référence llc 24 par la Société Fairchild, étant égal à 4,5, on détermine la fréquence de commutation en faisant le rapport de la fréquence maximum de la gamme, par exemple 200 Hz, sur le rapport 4,5 de l'oscillateur. On trouve une valeur de 44,44 et on prend comme valeur réelle théorique 50 Hz.A cette fréquence, la capacité 18 est commutée, le déclencheur 14 ouvrant les interrupteurs 19 et 15, ce qui permet au circuit de décalage de niveau 10 d'amener la tension de commande de la valeur de seuil qu'elle avait pour 50 Hz à une autre valeur comprise entre 2,2 V et 5 V, ladite nouvelle valeur étant arbitraire et déterminée à l'avance. Pour des commodités de raisonnement et dans une applica tion particulière du générateur de fonctions, la tension de seuil est amenée à 2,2 V, de manière à remonter la courbe caractéristique de la figure 4 de 2,2 V à 5 V ou plus exac tement à 4,75 V qui correspond à la tension de référence appliquée au comparateur 12. Dans ces conditions, pour 2,2 V et 50 Hz, on calcule la valeur de la capacité 17 au moyen de la courbe de la figure 4. On constate sur cette courbe que pour 2,2 V, il correspond une valeur de FC égale à 125 MHz x picofarad, d'oit pour 50 Hz, on calcule alors la valeur de la capacité 17 qui est égale à 2,5 .10 6 F ou 2,5 pF. A la valeur basse de la gamme de fréquences 161, soit 20 Hz, les deux capacités 17 et 18 en parallèle ont pour capacité somme : 125.10 6 = 6,5 > iF, d'od on déduit la valeur 20 de 2,5 )1F de la capacité 17 pour calculer la valeur de la capacité 18, soit 6,5 -2,5 = 4 uF. Pour des raisons pratiques et de recouvrement de gammes, on prend comme valeurs pour les capacités 17 et 18 respectivement 2,2 pF et 3,9 > 2F, la fréquence de commutation étant égale à 56,8 Hz à laquelle correspond une valeur de tension de seuil ou de commutation de 4,35 V. Ainsi pour la gamme de fréquences 161 dont la limite inférieure est 20 Hz, la tension de commande de l'oscillateur va croissante de 2,2 V à 4,35 V pendant que la fréquence croit de 20 Hz à 56,8 Hz. A cette fréquence, la capacité 18 est commutée et la tension de commande ramenée à 2,2 V, et seule la capacité 17 est en fonctionnement dans une nouvelle bande de fréquences comprise entre 56,8 Hz et 200 Hz, l'oscil lateur 1 étant toujours commandé par une tension comprise entre 2,2 V et 5 V. I1 en sera de même pour les autres gammes de fréquences 162 ... 16n dont les capacités 18n seront commutées à des fréquences de commutation calculées comme ci-dessus de manière à réaliser, pour chaque gamme, un rapport de 10 entre les fréquences extrêmes de ladite bande. Dans la gamme de fréquences 200 Hz-2KHz par exemple, la capacité 172 sera de 220 nF et la capacité 182 de 390 nF, la tension de seuil toujours égale à 4,35 V pour la fréquence de commutation de 56,8Hz,et ainsi de suite jusqu'à la gamme de fréquences comprise entre 2 et 20 MHz. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on pourrait amener la tension de commande de l'oscillateur 1 à une valeur supérieure à la tension de seuil correspondant à la fréquence de commutation de manière à redescendre la courbe caractéristique de la figure 4. De même, on peut réaliser des bandes de fréquences qui ne soient pas juxtaposées ou chevauchantes, en laissant, si besoin est, des zones de fréquences non utilisées. Enfin, grâce à l'invention , on peut déterminer des fréquences supérieures à 20 MHz en prenant pour chaque gamme de fréquences un rapport supérieur à 10. REVENDICATIONS 1. Appareil électronique générateur de fonctions caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur contrôlé en tension dont chaque gamme de fréquences est déterminée par une capacité non reliée à la masse dont les signaux disponibles à ses bornes sont utilisés pour générer des signaux en triangle. 2. Appareil selon la revendicationl,caractérisé en ce qu'il comprend des moyens56pLur modifier au moins une des limites extremes de chaque gamme de fréquences de manière à créer des nouvelles bandes de fréquences dont le rapport des fréquences extremes est different de celui des gammes de fréquences. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens pour chaque nouvelle bande de fréquences, sont constitués par un circuit comprenant au moins deux capacités montées en parallèle dont l'une est commutée lorsque la fréquence atteint une valeur prédéterminée dite fréquence de commutation,7en ce qu'il comprend des moyens pour amener la tension de commande de l'oscillateur contrôlé en tension à une valeur différente de la tension de seuil correspondant à la fréquence de commutation. 4. Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque circuit à capacités en parallèle comprend un interrupteur de commutation monté en série avec l'une desdites capacités. 5. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le rapport des fréquences extrêmes de chaque nouvelle bande de fréquences est supérieure à 5. 6. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le rapport des fréquences extrêmes de chaque nouvelle bande de fréquences est égal à 10. 7. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour amener la tension de commande dudit oscillateur à une valeur différente de la tension de seuil sont constitués par un circuit de décalage de niveau branché entre une source de tension de commande et ledit oscillateur, le décalage de niveau étant pourvu d'un interrupteur commandé par un déclencheur qui commande simultanément les interrupteurs de commutation. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à chaque borne de ladite capacité est branché un amplificateur d'isolement à forte impédance d'entrée, lesdits amplificateurs étant reliés, à leur sortie, à un amplificateur différentiel sommateur.