Brevet FR2513042A1 — publié le 19830318

* 1 La présente invention concerne les récepteurs de signaux de radiofréquence et, plus précisément, un étage d'entrée amplificateur et mélangeur à transistors pour un tel récepteur, susceptible d'être réalisé en circuit intégré. La dynamique de l'étage d'entrée d'un récepteur, c'est-à- dire la différence entre le maximum et le minimum de niveau du signal d'entrée qui peuvent être acceptés sans que soient introduites des distorsions appréciables, est limitée vers le bas par la sensibilité de l'étage et vers le haut par la perte de linéarité de la caractéristique de transfert de cet étage. Pour dimensionner ou modifier de manière simple le circuit de l'étage d'entrée dans le but d'étendre vers le haut la dyna- mique d'entrée, on connait divers dispositifs dont l'un est cité ci-après dans la présente description qui permettent de rendre plus linéaire la réponse de l'étage Mais quels qu'ils soient, de tels dispositifs entraînent l'altération d'autres paramètres, comme la sensibilité, la bande passante et le gain maximum et, en conséquence, le rapport signal/bruit pour les bas niveaux du signal d'entrée Il est également possible de recourir à des dispositifs plus élaborés, selon ce qui est décrit par exemple dans l'article intitulé "All-FM car radio for to- morrow" (L'auto-radio AM-FM de demain) de R Graziadei et G. Seragnoli, paru dans IEEE Transactions on Consumer Blectronics, vol CE-26, août 1980, pages 271 à 281, mais cela exige des cir- cuits assez complexes, avec des composants dont le dimensionne- ment a une importance relativement décisive. Le but de la présente invention est de réaliser, pour un récepteur de radiofréquence, un étage d'entrée qui ait une dynamique d'entrée élevée, qui présente des caractéristiques ;' optimales de sensibilité et de gain et qui soit très simple au point de vue du circuit. Ce but est atteint par un étage d'entrée amplificateur et mélangeur à transistors, comprenant un amplificateur différen- tiel dont les bornes d'entrée différentielle sont raccordées à la sortie d'un générateur de signaux de radiofréquence et dont la borne de réglage est raccordée à un circuit du récepteur qui produit au moins une tension variable en fonction du niveau moyen du signal de radiofréquence afin de régler automatiquement le gain de l'amplificateur, et un circuit mélangeur présentant une première entrée raccordée aux bornes de sortie différen- tielle de l'amplificateur différentiel, une seconde entrée raccordée à un oscillateur de fréquence pré-établie et une sor- tie qui est la sortie de l'étage, cet étage étant caractérisé par le fait qu'il comprend un atténuateur monté entre les bornes d'entrée-de l'amplificateur différentiel et le mélangeur, cet atténuateur présentant une borne de validation raccordée au circuit de réglage, de manière à activer graduellement cet atténuateur lorsque le niveau moyen du signal de radiofréquence dépasse une valeur pré-établie. L'invention pourra être bien comprise à l'aide de la des- cription détaillée qui suit de l'une de ses formes d'exécution, donnée purement à titre d'exemple et, par conséquent, non limi- tatif, en référence aux dessins ci-annexés. La fig 1 est le schéma simplifié du circuit d'un étage d'entrée amplificateur et mélangeur de type connu. La fig 2 est le schéma d'un circuit du type représenté sur la fig 1, modifié suivant l'invention. Si l'on considère maintenant les figures, sur lesquelles les mêmes symboles de référence désignent des éléments sembla- bles, et en particulier la fig 1, on voit que l'étage d'entrée comprend un premier amplificateur différentiel, du type connu sous le nom d'amplificateur différentiel "cascoden et utilisé couramment dans les étages d'entrée de radiofréquence à large bande Il est constitué de deux paires de transistors npn Tl, T 2 et T 3, T 4 Les transistors Til, T 2 de la première paire ont les émetteurs connectés ensemble, par l'intermédiaire d'une résis- tance Ri, à la borne négative, représentée par un symbole de masse, d'une source de tension d'alimentation, tandis que leurs bases sont raccordées chacune à une borne d'une source de signaux de radiofréquence, par exemple un transformateur d'an- tenne, représenté sur le dessin par un enroulement à l'intérieur d'un bloc désigné par RF La base de T 2 est également reliée à la masse, par l'intermédiaire d'un condensateur C 1 qui consti- l O tue un court-circuit pour le signal d'entrée et, par l'intermé- diaire d'une résistance R 2, à une source de tension positive de référence Vrl Les collecteurs de Tl et T 2 sont raccordés res- pectivement aux émetteurs des transistors T 2 et T 4, dont les bases sont raccordées ensemble à une tension positive de réfé- rence Vr 2 Un second amplificateur différentiel, qui constitue le circuit d'entrée d'un mélangeur double équilibré, comprend deux transistors npn T 5 et T 6 dont les émetteurs sont raccordés, chacun par l'intermédiaire d'une résistance de linéarisation R 3, R 4, au collecteur d'un transistor npn T 7 dont l'émetteur est à la masse et qui remplit la fonction de générateur de courant. Les bases de T 5 et T 6 sont raccordées respectivement au collec- teur de T 3 et au collecteur de T 4 et toutes les deux à la borne positive +Vcc de la source d'alimentation, chacune par l'inter- médiaire d'une résistance R 5, R 6 Les bases des transistors T 2 et T 7 sont raccordées chacune à une sortie d'un circuit, repré- senté par un bloc AGO, qui produit des tensions continues dont l'amplitude dépend du niveau du signal de radiofréquence d'en- trée Pour représenter cette dépendance, la borne d'entrée du bloc AGO est désignée sur le dessin par V(RF). Deux paires de transistors npn semblables, T 8, T 9 et Tl O, Tll, sont reliées entre elles de manière à former, en combinai- son avec le second amplificateur différentiel, un mélangeur double équilibré Plus précisément, les émetteurs de la paire T 8, T 9 sont raccordés ensemble au collecteur de T 5 et les émet- teurs de la paire Tl O, Tll sont raccordés ensemble au collecteur 2-513042 de T 6 Les bornes d'entrée du second amplificateur différentiel, c'est-àdire les bases des transistors T 5 et T 6, constituent les deux bornes d'une première entrée du mélangeur Les bases de T 9 et T 10, reliées l'une à l'autre, constituent une borne d'une seconde entrée du mélangeur, qui a comme seconde borne le pôle positif +Vcc de l'alimentation. Un oscillateur, représenté par un bloc OS sur le dessin et dont la fréquence est variable en fonction de la fréquence du signal syntonisé dans le bloc RF de manière bien connue des spécialistes et, pour cette raison, non décrite ni représen- tée sur le dessin est raccordé à la seconde entrée du mélangeur. La base et le collecteur de T 8, le collecteur de T 10 et la base de TU sont raccordés à la borne d'alimentation +Vcc et les collecteurs de T 9 et T 11, reliés l'un à l'autre, consti- tuent la sortie de l'étage amplificateur et mélangeur et ils sont raccordés, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande IT, à l'entrée d'un étage amplificateur de fréquence intermédiaire, représenté par un bloc IF sur le dessin. Le mode de fonctionnement du circuit décrit ci-dessus est bien connu des spécialistes et, pour cette raison, il ne sera décrit que succintement ciaprès Un signal de radiofréquence, syntonisé dans le bloc RF, est amplifié dans le premier circuit différentiel et appliqué à la première entrée du mélangeur Dans le mélangeur, le signal de radiofréquence est encore amplifié et combiné avec le signal provenant de l'oscillateur OS, appli- qué à la seconde entrée du même mélangeur, ce qui fait qu'il est présent, à la sortie du mélangeur, un signal de radiofré- quence complexe, comprenant deux composantes dont les fréquences sont égales à la somme et à la différence entre la fréquence du signal d'entrée et la fréquence de l'oscillateur OS Ce signal est convenablement filtré dans le filtre FT, amplifié dans l'am- plificateur de fréquence intermédiaire IF, puis soumis à un traitement ultérieur dans d'autres circuits du récepteur, non représentés sur le dessin. Le gain du premier amplificateur différentiel et celui de 2 13042 l'amplificateur différentiel du mélangeur sont réglés automati- quement par le circuit AGO au moyen de deux tensions continues Vl et V 2 dont les amplitudes sont proportionnelles au niveau moyen du signal de radiofréquence d'entrée Ces tensions agis- sent respectivement sur le premier amplificateur différentiel en modifiant la polarisation des bases des deux transistors T 1, T 2 et, sur l'amplificateur différentiel du mélangeur, en faisant varier la conduction du transistor T 7 et, par suite, le courant fourni au circuit par celui-ci Plus précisément, lorsque le niveau moyen du signal d'entrée augmente, les tensions Vl et V 2 diminuent, d'o il résulte que, comme on peut le constater facilement, il se produit également une diminution des courants d'émetteur des transistors des deux amplificateurs différentiels et, par suite, du gain de ceux-ci. On sait que quand le signal d'entrée d'un transistor remplissant la fonction d'amplificateur dans un montage à émetteur commun, comme les transistors Tl et T 2, a une grande amplitude, la réponse de l'amplificateur commence à s'écarter de la linéarité, d'o il résulte une distorsion du signal ampli- fié Cet effet peut être atténué de manière connue des spécia- listes, par exemple en insérant une résistance en série avec l'émetteur Mais cela provoque une réduction du ge-in et ule alté- ration du rapport signal/bruit, ce qui fait qu'une telle disposi- tion ne peut pas être adoptée avantageusement dans le premier étage amplificateur d'un récepteur de radiofréquence, ce qui est le cas du premier amplificateur différentiel comprenant les transistors Tl et T 2. Le fonctionnement d'un circuit du type représenté sur la fig 1 à niveaux élevés du signal d'entrée peut être amélioré considérablement, suivant l'invention, par l'adjonction de peu de composants Comme le montre la fig 2, ces composants sont deux transistors npn, désignés par T 12 et T 13, et deux résistan- ces Ri et R 8 Les deux transistors T 12 et T 13 ont leurs bases raccordées en commun aux bases de T 3 et de T 4, leurs collecteurs raccordés respectivement aux collecteurs de T 5 et T 6 et leurs émetteurs raccordés respectivement aux bases de Tl et T 2 par l'intermédiaire des résistances R 7 et R 8 Ces dernières sont dimensionnées de telle manière que les transistors T 12 et T 13 ne conduisent pas tant que la tension Vl appliquée par le cir- cuit AGO aux entrées du premier amplificateur différentiel est encore suffisamment élevée pour garantir une réponse linéaire de celui-ci Lorsque le niveau moyen du signal d'entrée est élevé au point de provoquer, par l'intermédiaire du circuit AGO, une nouvelle réduction de la tension Vl, les transistors T 12 et T 13 commencent à conduire, shuntant ainsi, entre entrée et sortie, le circuit formé par le montage en cascade du premier amplificateur différentiel et de l'amplificateur différentiel du mélangeur L'effet de shunt augmente avec l'augmentation du niveau du signal, tandis que le gain des amplificateurs diffé- rentiels diminue, jusqu'à ce que ces derniers restent complète- ment inactifs et que le signal soit introduit dans le circuit du mélangeur uniquement à travers les deux transistors T 12 et T 13. On voit que les deux transistors T 12 et T 13 sont connectés en montage à base commune et qu'ils ont en conséquence un gain de courant inférieur à l'unité, c'est-à-dire qu'ils constituent un atténuateur pour le signal d'entrée qui peut, par conséquent, atteindre des niveaux, même très élevés,sans subir de distor- sions Dans la pratique, de tels niveaux sont limités par les conditions de polarisation et, en particulier, par les tensions de référence Vrl et Vr 2. On peut également observer que la présence des résistances R 7 et R 8 ne porte pas préjudice au rapport signal/bruit de l'étage d'entrée, par le fait que le parcours intrinsèquement "bruyant", constitué par le shunt, n'est pas accessible à des bas niveaux de signal, tant que le premier amplificateur diffé- rentiel à bas bruit est en fonction, ce parcours n'entrant en fonction que quand le signal d'entrée est très élevé. On notera enfin que la forme d'exécution de l'invention représentée sur la fig 2, spécialement si elle est réalisée sous forme de circuit intégré, est particulièrement avantageuse en ce qui concerne l'économie des composante et des jonctions, par le fait que, pour la polarisation des transistors de shunt T 12 et T 13, on utilise la même source de tension Vr 2, nécessaire pour polariser les transistors T 3 et T 4 du premier amplificateur différentiel et que, pour la commande de l'intervention de ces transistors, on utilise la même jonction au circuit AGC, prévue pour commander, par la tension Vl, le gain du premier amplifi- cateur différentiel. Eu égard au fait qu'il a été décrit et représenté une seule forme d'exécution de l'invention, il est évident que de multiples variantes et modifications peuvent y être apportées sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, à la place des transistors npn, on pourrait utiliser des transistors pnp et, à la place de l'un ou de plu- sieurs des transistors représentés et décrits comme des transis- tors bipolaires, on pourrait utiliser des transistors à effet de champ. REVENDICATI O OS 1 Stage d'entrée amplificateur et mélangeur à transistors pour un récepteur de radiofréquence, comprenant un amplifica- teur différentiel (T 1-T 4) dont les bornes d'entrée différentiel- le sont raccordées à la sortie d'un générateur de signaux de radiofréquence (RF) et qui présente une borne de réglage reliée à un circuit (AGO) du récepteur qui produit au moins une tension (V 1, V 2) variable en fonction du niveau moyen du signal de radio- fréquence pour régler automatiquement le gain de l'amplificateur, et un circuit mélangeur (T 5-Tll) présentant une première entrée raccordée aux bornes de sortie différentielle de l'amplificateur différentiel (T 1-T 4), une seconde entrée raccordée à un oscil- lateur (OS) de fréquence pré-établie et une sortie qui est la sortie de l'étage, caractérisé en ce qu'il comprend un atténua- teur (_ 12, T 13, R 7, R 8) monté entre les bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel (T 1-T 4) et le mélangeur (T 5-Tll), cet atténuateur ayant une borne de validation raccordée au circuit de réglage (AGO), de telle manière que cet atténuateur soit activé graduellement lorsque le niveau moyen du signal de radiofréquence dépasse une valeur pré-établie. 2 Etage d'entrée selon la revendication 1, dans lequel la sortie du générateur de signaux de radiofréquence (RF) est un court-circuit pour le courant continu, dans lequel une borne de réglage du gain coincide avec l'une des bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel et dans lequel le mélangeur (T 5- Tll) comprend un étage différentiel d'entrée (T 5-T 7), caractéri- sé en ce que l'atténuateur (T 12, T 13, R 7, RBS) comprend deux transistors (T 12, T 13) dont les bases sont connectées en commun à une source de tension constante (Vr 2), les émetteurs sont raccordés, chacun par l'intermédiaire d'une résistance (R 7, R 8), aux bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel (Tl-T 4) et les collecteurs sont raccordés chacun à une borne de sortie de l'étage différentiel d'entrée du mélangeur (T 5-T 7), et en ce que la borne de validation coïncide avec l'une quelconque des bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel (T 1-T 4). 3 Etage d'entrée selon la revendication 2, dans lequel l'am- plificateur différentiel (T 1-T 4) comprend une paire de transis- tors (T 3, T 4) en montage à base commune, leurs bases étant connectées ensemble à une source de polarisation caractérisé en ce que les bases des deux transistors (T 12, T 13) de l'atténua- teur sont raccordées aux bases de cette paire de transistors (T 3, T 4).