Brevet FR2526183A1 — publié le 19831104

La présente invention concerne un circuit régula- teur et, particulièrement, mais non exclusivement, un régulateur de tension conçu pour être utilisé dans un circuit de conversation de téléphone. Un circuit de conversation de téléphone fait partie d'un poste téléphonique d'abonné et couple le combiné téléphonique à la ligne d'abonné La ligne d'abonné transporte à la fois une ten- sion continue et un signal de conversation en courant alternatif et elle est ordinairement connectée au circuit de conversation par l'intermédiaire d'un pont de diodes qui produit un signal de conver- sation en courant alternatif se superposant à un niveau de courant continu. La ligne d'abonné peut être relativement courte, auquel cas elle a une faible impédance> ou bien elle peut être longue et avoir une impédance élevée La ligne couple l'abonné à un central, qui possède une source de potentiel d'alimentation de ligne La lon- gueur de la ligne d'abonné détermine le niveau réel de potentiel continu qui se présente au circuit de conversation. Il est avantageux de produire un circuit de conver- sation se présentant, dans la plus grande mesure possible sous forme de circuit intégré, et, pour éviter de l'endommager, il ne faut pas que le potentiel applique à ce circuit intégré soit trop grand. Certains centraux de commande peuvent avoir des potentiels d'alimentation s'élevant jusqu'à 96 V et, avec une ligne courte, ceci conduirait a l'application d'un potentiel trop élevé au circuit intégré du circuit de conversation Toutefois, le poten- tiel disponible au niveau du circuit de conversation doit être suf- fisamment grand pour permettre à un courant de ligne suffisant d'actionner un relais dit de "décrochage" dans le central Ce cou- rant doit également ne pas être trop élevé pour ne pas endommager ou maintenir fermé le relais. Il est donc clair qu'une certaine régulation est nécessaire à l'intérieur du circuit de conversation, et il serait avantageux que le régulateur assurant cette régulation soit compa- tible avec la technologie des circuits intégrés et comporte aussi peu que possible de composants qui ne puissent être inclus sur une puce de circuit intégré. L'invention vise à produire un circuit régulateur conçu pour être utilisé dans un circuit de conversation de télé- phone et présentant une compatibilité notable avec la technologie des circuits intégrés. Selon l'invention, il est propose un circuit regu- lateur comprenant une borne d'entrée destinée à recevoir un poten- tiel d'entrée en courant continu, un transistor possédant une élec- trode d'entrée qui est couplée à la borne d'entrée et une borne de sortie qui produit un potentiel de sortie continu régulé, un ampli- ficateur opérationnel possédant une première borne d'entrée, une deuxième borne d'entrée connectée à une ligne de potentiel de réfé- rence et une borne de sortie, et un trajet de contre-réaction connecté entre la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel et sa pre- mière borne d'entrée par l'intermédiaire dudit transistor faisant fonction d'élément de commande. Ledit transistor peut avoir une électrode d'émet- teur qui forme l'électrode d'entrée, une électrode de collecteur qui forme l'électrode de sortie et une électrode de base, l'électrode de collecteur étant connectée à la première borne d'entrée de l'ampli- ficateur opérationnel et la borne de sortie de l'amplificateur opé- rationnel étant connectée à l'électrode de base du transistor. L'électrode de collecteur du transistor peut être connectée à la première borne de l'amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'une résistance. La borne de sortie de l'amplificateur opérationnel peut être connectée à l'électrode de base dudit transistor par l'intermédiaire d'un deuxième transistor dont l'électrode de base est connectée à la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel, l'électrode d'émetteur est connectée à une ligne de potentiel d'ali- mentation et l'électrode de collecteur est connectée à l'électrode de base dudit transistor. Il peut être prévu un deuxième amplificateur opéra- tionnel possédant une première borne d'entrée connectée de façon à recevoir un signal de courant continu représentatif du potentiel d'entrée en courant continu présent sur ladite borne d'entrée, une deuxième borne d'entrée connectée à ladite ligne de potentiel de 26183 référence et une borne de sortie connectée de façon à commander le courant passant dans un trajet de courant connecté à ladite borne de sortie du circuit régulateur, si bien que le potentiel d'entrée en courant continu qui apparaît sur la borne d'entrée est régulé. Le trajet de courant peut comporter un élément de commande à transistor possédant une électrode de collecteur con- nectee à la borne de sortie du circuit régulateur, une électrode d'émetteur connectée à une ligne de potentiel d'alimentation et une électrode de base connectée à la borne de sortie du deuxième ampli- ficateur opérationnel. Des moyens peuvent être prévus pour limiter le courant passant dans ledit trajet de courant. Le moyen permettant de limiter le courant passant dans ledit trajet de courant peut comprendre un autre transistor dont l'électrode d'émetteur est connectée à une ligne de potentiel d'ali- mentation, l'électrode de collecteur est connectée à la borne de sortie du deuxième amplificateur opérationnel et l'électrode de base est connectée à l'électrode d'émetteur du transistor faisant fonc- tion d'élément de commande. Le circuit régulateur peut avoir pour fonction de transmettre des signaux de courant alternatif entre les bornes d'entrée et de sortie du circuit et peut comprendre un troisième amplificateur opérationnel possédant une première borne d'entrée connectée de façon à recevoir des signaux de courant alternatif présents sur la borne d'entrée du circuit régulateur, une deuxième borne d'entrée connectée à ladite ligne de potentiel de référence, et une borne de sortie connectée à la première borne d'entrée dudit amplificateur opérationnel, et un moyen de contre-réaction connecté entre sa borne de sortie et sa première borne d'entrée. Le moyen de contre-réaction peut comprendre une résistance. La borne de sortie du troisième amplificateur opérationnel peut être connectée à la première borne d'entrée dudit amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'une résistance. La description suivante, conçue à titre d'illus- tration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels la figure 1 représente un circuit régulateur selon l'invention; la figure 2 est un circuit équivalent du mode de réalisation de la figure 1 relativement à la régulation de la tension continue de sortie; et la figure 3 est un circuit équivalent du mode de réa- lisation de la figure 1 relativement à la régulation de la tension continue d'entrée. Comme le montre la figure 1, le circuit régulateur représenté fait partie d'un circuit de conversation de téléphone qui est connecté à un central par l'intcrmédiaire d'une ligne d'abonné. La ligne d'abonné est connectée au circuit de conversation par l'intermédiaire d'un pont de diodes (non représenté), et un potent tiel continu associé à des signaux de conversation en courant alter- natif apparatt à une borne d'entrée 1 (v' entrée) La borne d'entrée 1 est connectée à l'électrode d'émetteur 2 d'un transistor QI, dont l'électrode de collecteur 3 'est connectée à une borne de sortie 4 sur laquelle apparait une tension de sortie continue régulée (V sor- tie) L'électrode de collecteur 3 du transistor Ql est également connectée à une première entrée, ou entrée d'inversion, 5 d'un ampli- ficateur opérationnel 6 par l'intermédiaire d'une résistance 7. L'amplificateur opérationnel 6 possède une deuxième entrée, ou entrée de non-inversion, 8 qui est connectée à une alimentation 9 ' en potentiel de référence (VR). L'amplificateur opérationnel 6 possède une borne de sortie 9 qui est connectée à l'électrode de base 10 d'un transistor Q 2. Le transistor Q 2 possède une électrode d'émetteur 11 connectée à une ligne 12 de l'alimentation en potentiel et une électrode de collec- teur 13 connectée à l'électrode de base 14 du transistor Ql. La borne d'entrée 1 est également connectée à une extrémité:d'un diviseur de tension constitue de deux résistances connectées en série 15 et 16 L'autre extrémité du diviseur est formée par la borne de la résistance 16 qui est connectée à la ligne 12 de l'alimentation en potentiel Le point de jonction 17 des résis- tances 15 et 16 est connecté à une entrée de non-inversion 18 d'un 2 526183 deuxième amplificateur opérationnel 19, dont la deuxième entrée, ou entrée d'inversion, 20 est connectée a la deuxième borne d'entrée 8 de l'amplificateur opérationnel 6 et à l'alimentation en potentiel de référence 9 '. L'amplificateur opérationnel 19 possède une borne de sortie 21 qui est connectée à l'électrode de base 22 d'un transistor Q 3, dont l'électrode de collecteur 24 est connectée à la borne de sortie 4 et dont l'électrode d'émetteur 25 est connectée à la ligne 12 de l'alimentation en potentiel par l'intermédiaire d'une résistance 26. L'electrode d'émetteur 25 du transistor Q 3 est connectée à l'électrode de base 27 d'un transistor Q 4 de limitation de courant, dont l'électrode d'émetteur 28 est connectée à la ligne 12 de l'ali- mentation en potentiel et dont l'électrode de collecteur 29 est con- nectée à la borne de sortie 21 de l'amplificateur opérationnel 19 et, par conséquent, à l'électrode de base 22 du transistor Q 3. Le point de jonction 17 des résistances 15 et 16 est également connecté, via un condensateur 30, à la première entrée, ou entrée d'inversion, d'un troisième amplificateur opérationnel 32, dont la deuxième entrée, ou entrée de non-inversion, 33, est égale- ment connectée à l'alimentation 9 ' en potentiel de référence L'ampli- ficateur opérationnel 32 possède une borne de sortie 34, et une résis- tance 35 est connectée entre cette borne de sortie 34 et la première entrée 31 de l'amplificateur opérationnel 32 de façon à établir une contre-réaction. La borne de sortie 34 de l'amplificateur opérationnel 32 est connectée à la première borne d'entrée 5 de l'amplificateur opé- rationnel 6 par l'intermédiaire d'une résistance 36 ensérie Enfin, une résistance 37,connecte la borne d'entrée 5 de l'amplificateur opérationnel 6 à la ligne 12 de l'alimentation en potentiel. En fonctionnement, des signaux d'entrée apparaîtront sur la borna d'entrée 1 Dans le premier exemple d'un circuit de conversation de téléphone, ces signaux comporteront à la fois des signaux de conversation de courant alternatif et un potentiel continu en provenance du central Les signaux de courant alternatif seront délivrés par l'intermédiaire du condensateur 30 et, après amplifi- cation par les amplificateurs opérationnels 32 et 6,appattront sur la borne de sortie 4, délivrés à cette borne par les transistors Q 2 et Qi La caractéristique en courant alternatif du circuit régula- teur représenté sera discutée en temps utile. On considère maintenant le fonctionnement du circuit régulateur du point de vue courant continu et, si l'on donne res- pectivement aux résistances 15, 16, 35, 36, 37 et 7 les valeurs Ri, R 2, R 3, R 4, R 5 et R 6 et si l'on suppose que la tension d'entrée continue apparaissant sur la borne 1 possède la valeur V entrée, la tension de sortie apparaissant sur la borne de sortie 4 a la valeur V sortie, et la source 9 ' de potentiel de référence fournit un potentiel VR, le fonctionnement en courant continu étant le sui- vant. Les deux amplificateurs 32 et 36 sont dotes de boucles de contre-réaction L'amplificateur 32 comporte une boucle de contre- réaction entre sa borne de sortie 34 et sa borne d'entrée 31, laquelle est une borne d'entrée d'inversion, via la résistance 35 L'amplifica- teur 6 comporte une boucle de contre-réaction entre sa borne de sortie 9 et sa borne d'entrée 5, qui est une entrée d'inversion, via le transistor Q 2 et le transistor Ql faisant fonction d'élément de commande Les deux boucles de contre-réaction assurent qu'un état stable est atteint, dans lequel le potentiel continu présent sur la sortie 34 de l'amplificateur 32 est égal au potentiel continu présent sur la borne d'entrée 5 de l'amplificateur opérationnel 6 La valeur de ce potentiel est égale, sur ces bornes, au potentiel VR de la source 9 ' de potentiel de référence, laquelle s'applique à la borne d'entrée 33 de l'amplificateur opérationnel 32 et à la borne d'entrée 8 de l'amplificateur 6 Par conséquent, aucun courant continu ne circule dans la résistance 36. En ce qui concerne la caractéristique de régulation de tension de sortie continue, le circuit de la figure 1 peut être ramené à un circuit équivalent représente sur la figure 2, o les parties identiques à celles de la figure 1 portent des numéros de référence identiques Ce circuit s'explique de lui-même. Le courant de collecteur du transistor Ql est commande par l'amplificateur 6 via le transistor Q 2, si bien que le potentiel de sortie V sortie apparaissant sur la borne de sortie 4 est un potentiel de sortie continu régulé qui est donné par: V sortie =V ( 1 +R 6 et ce potentiel est régulé sur cette valeur quelle que soit la charge appliquée à la borne de sortie 4 Sur la figure 2, la charge est représentée par une résistance de charge 38. Puisque l'entrée d'inversion 31 de l'amplificateur opéra- tionnel 32 est maintenueau potentiel de référence VR$ cette borne d'entrée constitue une terre virtuelle et, par conséquent, les résis- tances 15 et 16 forment, avec le condensateur 30, un filtre passe-bas qui produit effectivement, au point de jonction 17 des résistances 15 et 16, un potentiel représentant le potentiel d'entrée continu V entrée. Du point de vue de la régulation de la tensiond'entrée continue, le circuit de la figure 1 se ramène à un circuit équivalent représenté sur la figure 3, o les parties identiques à celles de la figure 1 portent des numéros de référence identiques, cette figure pouvant également être considérée comme s'expliquant d'elle-même Le poten- tiel d'entrée continu V entrée sera régulé sur une valeur donnée par V entrée = VR ( 1 + RI On suppose que le potentiel d'entrée continu V entrée de- vient supérieur à la valeur régulée Alors, l'amplificateur opération- nel 19 amène le transistor Q 3 à laisser passer plus de courant, ce courant étant tiré de la borne de sortie 4 à laquelle le collecteur 24 du transistor Q 3 est connecte Puisque, comme cela a déjà été indiqué, la tension de sortie apparaissant sur la borne 34 est régulée, le courant supplémentaire demandé par le transistor Q 3 sera fourni par le transistor Ql. Le courant fourni par le transistor Q 1 circule également par l'émetteur 2 de ce transistor et par la ligne d'abonné à laquelle la borne d'entrée 1 est connectée Par conséquent, lorsque le courant passant dans lestransistors Q 3 et Ql augmente, le potentiel continu V entrée présent sur la borne d'entrée 1 diminue jusqu'à ce que la valeur régulée finale de V entrée donnée ci-dessus soit atteinte. La résistance 26 connectée au circuit d'émetteur du transis- tor Q 3 et du transistor Q 4 a pour fonction de limiter le courant de collecteur du transistor Q 3 Dès que la valeur limite maximale du cou- rant passant dans le transistor Q 3 est atteinte, la valeur du potentiel d'entrée V entrée est autorisée à augmenter Ce sera le cas pour une ligne d'abonné courte dans laquelle l'impédance de la ligne est petite. On considère maintenant les propriétés de transfert de la tension alternative du circuit de la figure 1 On suppose que la ten- sion alternative apparaissant sur la borne d'entrée 1 est vent et que la tension alternative apparaissant sur la borne de sortie 34 de l'amplificateur opérationnel 32 est v 2 Alors R 3 V 2 vent T La tension alternative v 2 apparaissant sur la borne de sortie 34 de l'amplificateur opérationnel 32 est transmise à la borne de sortie 4 par l'amplificateur opérationnel 6 et les transistors Q 2 et Q 1 avec une valeur vr qui est donnée par S Or. R 6 1 vor -v 2 R 4 et, par conséquent, R 6 R 3 v =- sor Vent R 4 R On peut choisir les valeurs des résistances Ri, R 3, R 4 et R 6 de façon que v =v sor ent Si la tension de sortie présente sur la borne 4 varie, par exemple en augmentant, alors la tension présente sur la borne d'entrée d'inversion de l'amplificateur opérationnel 6 augmentera également, ce qui forcera le transistor Q 2 à laisser passer une moindre valeur de courant de collecteur Ceci conduit à une diminution du courant d'émetteur du transistor Q 1, qui entraine une augmentation de la tension d'entrée alternative vent Cette augmentation conduit à un abaissement de la tension alternative apparaissant sur la borne de sortie 34 de l'amplificateur opérationnel 32, et cette réduction de tension se poursuit jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint, a savoir lorsque R 4 et v 2 = 'vsor R 6 et v = -v RI Vent = 'v 2 R' 25261 83 Le fait de choisir (R 6/R 4) x (R 3/R 1) 1 entraîne vent t vsor Par conséquent, la tension de sortie est transférée à l'entrée. Comme cela est montré ci-dessus, toute tension alternative qui est présente sur la borne d'entrée 1 est transférée à la borne de sortie 4, et inversement Si l'on choisit la valeur R 1 de la résis- tance 15 très élevée, alors le courant circulant à la borne d'entrée 1 passe presque entièrement dans le trajet de courant collecteur-emet- teur du transistor Q 1 Si les courants de collecteur et d'émetteur du transistor Q 1 sont respectivement donnés par ic et ie, alors ie est approximativement égale à i c L'impédance d'entrée du circuit est définie par ZENT = Vent/ e et l'impédance de sortie par ZSOR vsor /ic Puisque vor Vent et que ei = i alors ZENT = ZSOR sor ent e c EN SO Cette relation reste valable même si le transistor Q 1 est saturé dans la mesure o le courant de base du transistor est un courant continu sans composante alternative. Si la valeur de (R 6/R 4) x (R 3/R 1) n'est pas choisie égale à l'unité, alors ZENT = ZSOR x (R 4/R 6) x (R 1/R 3). Tel que decrit, le circuit de la figure 1 constitue un circuit régulateur pouvant être utilise dans un circuit de conver- sation de telephone et réalisant plusieurs fonctions de base Celles-ci sont: 1 la régulation de la tension continue présente sur la borne de sortie à une valeur faible compatible avec la technologie des cir- cuits intégres; 2 la régulation de la tension continue sur la borne d'entrée à une valeur plus élevée avec limitation du courant; 3 le transfert à la sortie de toute tension alternative créée à l'entrée; 4 le transfert à l'entrée de toute tension alternative créée à la sortie; la charge du signal d'entrée alternatif par une impédance equt- valente à la charge de sortie; et 6 la charge du signal de sortie alternatif par une impédance equi- valente à l'impédance de la ligne d'abonné à laquelle le circuit est connecté. Une grande partie du circuit décrit est compatible avec la technologie des circuits intégrés et, lorsqu'il est utilise dans un circuit de conversation de téléphone, tous les composants, à l'exception de la résistance 15, du condensateur 30 et des transis- tors Ql et Q 2, peuvent être produits sous forme d'un circuit intégré. Alors que le circuit régulateur a été décrit en relation particulière avec un circuit de conversation de téléphone, ceci n'est pas essentiel et l'invention peut s'appliquer utilement à d'autres cas o des tensions d'entrée et de sortie continues deman- dant une régulation et des signaux de courant alternatif sont trans- férés entre des bornes d'entrée et de sortie. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du circuit dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, di- verses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 2 2 6 1 8 3 R E V E N D I C A T I O N S ______________________ ____ 1 Circuit régulateur caractérise en ce qu'il comprend une borne d'entrée ( 1) destinée à recevoir un potentiel d'entrée continu, un transistor (Q 1) dont une électrode d'entrée est connectée a la borne d'entrée et une borne de sortie ( 4) qui produit un potentiel de sortie continu régulé, un amplificateur opérationnel ( 6) poss B- dant une première borne d'entrée ( 5), une deuxième borne'd'entrée ( 8) connectée à une ligne de potentiel de référence ( 9 ') et une borne de sortie ( 9), et un trajet de contre-r Baction forme entre la borne de sortie ( 9) de l'amplificateur opérationnel et sa première borne d'entrée ( 5) via ledit transistor (Q) faisant fonction d'Blement de commande. 2 Circuit régulateur selon la revendication 1, caractérise en ce que ledit transistor (QI) possède une électrode d'émetteur ( 2) qui forme l'électrode d'entrée ( 1), une électrode de collecteur ( 3) qui forme l'électrode de sortie ( 4) et une électrode de base ( 14), l'électrode de collecteur étant connectée à la première borne d'entrée ( 5) de l'amplificateur opérationnel et la borne de sortie ( 9) de l'amplificateur opérationnel étant connectée à l'électrode de base ( 14) du transistor. 3 Circuit régulateur selon la revendication 2, carac- térisà en ce que l'électrode de collecteur ( 3) du transistor est connectée à la première borne ( 5) de l'amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'une résistance ( 7). 4 Circuit régulateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la borne de sortie ( 9) de l'amplificateur opé- rationnel est connectée à l'électrode de base ( 14) dudit transistor (Q 1) par l'intermédiaire d'un deuxième transistor (Q 2) dont l'élec- trode de base ( 10) est connectée à la borne de sortie ( 9) de l'ampli- ficateur opérationnel, l'électrode d'émetteur ( 11) est connectée d une ligne de potentiel d'alimentation ( 12) et l'électrode de collec- teur ( 13) est connectée à l'électrode de base ( 14) dudit transistor (Ql) . Circuit régulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractéerise en ce qu'il est prévu un deuxième amplificateur opérationnel ( 19) dont une première borne d'entrée ( 18) est connectée de façon à recevoir un signal de courant continu représentatif du potentiel d'entrée continu présent sur ladite borne d'entrée ( 1), une deuxième borne d'entrée ( 20) est connectée à ladite ligne ( 9 ') de potentiel de référence et la borne de sortie ( 21) est connectée de façon à commander le courant qui passe dans un trajet de courant connecté à ladite borne de sortie ( 4) du circuit régula- teur, si bien que le potentiel d'entrée continu apparaissant sur la borne d'entrée ( 1) du circuit régulateur est regulé. 6 Circuit régulateur selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le trajet de courant comporte un transistor (Q 3) faisant fonction d'élément de commande, dont l'électrode de collec- teur ( 24) est connectée à la borne de sortie ( 4) du circuit regula- teur, l'électrode d'émetteur ( 25) est connectée & une ligne ( 12) de potentiel d'alimentation et l'électrode de base ( 22) est connectée à la borne de sortie ( 21) du deuxième amplificateur opérationnel ( 19). 7 Circuit régulateur selon la revendication 5 ou 6, caractérise en ce qu'il est prévu un moyen (Q 4) pour limiter le courant passant dans ledit trajet de courant. 8 Circuit régulateur selon la revendication 6, carac- terist en ce qu'il est prévu un moyen pour limiter le courant passant dans ledit trajet de courant, le moyen de limitation de courant com- prenant un autre transistor (Q 4) dont l'électrode d'émetteur ( 28) est connecté à une ligne ( 12) de potentiel d'alimentation, l'électrode de collecteur ( 29) est connecté à la borne de sortie ( 21) du deuxième amplificateur opérationnel ( 19) et l'électrode de base ( 27) est connectée & l'électrode d'émetteur ( 25) du transistor (Q 3) faisant fonction d'élément de commande. 9 Circuit régulateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, ayant pour fonction de transférer des signaux de courant alternatif entre les bornes d'entrée ( 1) et de sortie ( 4) du circuit, le circuit régulateur étant caractérise en ce qu'il comprend en outre un troisième amplificateur opérationnel ( 32) dont une pre- mière borne d'entrée ( 31) est connectée de façon à recevoir les signaux de courant alternatif présents sur la borne d'entrée ( 1) du circuit régulateur, une deuxième entrée ( 33) est connectée à ladite ligne ( 9 ') de potentiel de référence, et la borne de sortie ( 34)- est connectée A la première borne ( 5) dudit amplificateur operation- nel ( 6), un moyen de contre-réaction ( 35) étant connecte entre sa borne de sortie ( 34) et sa première borne d'entrée ( 31). Circuit régulateur selon la revendication 9, carac- térisé en ce que le moyen de contre-reaction comprend une résistance ( 35). il Circuit régulateur selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la borne de sortie ( 34) du troisième amplifi- cateur opérationnel ( 32) est connectée à la première borne d'entrée ( 5) dudit amplificateur opérationnel ( 6) par l'intermédiaire d'une résistance ( 36).