Brevet FR2538141A1 — publié le 19840622

Dispositif de limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur L'invention concerne les dispositifs de limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur, c'est-à-dire dont la sortie fournit un signal ayant une première valeur fixée lorsque la valeur du signal d'entrée est inférieure à une première valeur de seuil, et fournit un signal ayant une seconde valeur fixée lorsque le signal d'entrée a une valeur supérieure à une seconde valeur de seuil. Lorsque la valeur du signal d'entrée est comprise entre les deux valeurs de seuil le signal de sortie est rigoureusement identique à celui d'entrée. I1 est connu de réaliser une limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur en utilisant un écrêteur comportant deux diodes reliées en série, tête-bêche, une première diode se bloquant lorsque la tension du signal d'entrée est inférieure à une première valeur fixée, et une seconde diode se bloquant lorsque la tension du signal d'entrée est supérieure à une seconde valeur fixée. Quand la tension du signal d'entrée est comprise entre les deux valeurs de seuils les diodes sont conductrices et transmettent la valeur du signal d'entrée vers une borne de sortie. En pratique les diodes n'ont pas un comportement idéal. Lorsqu'elles sont au voisinage du blocage leur fonctionnement ntest pas linéaire, le signal qu'elles transmettent est distordu. Pour que ce phénomène soit peu gênant il faut que le signal d'entrée ait une amplitude typique de plusieurs dizaines de volts. Par ailleurs, il est connu dans la demande de brevet français nO 81 01290 de réaliser un dispositif de limitation d'amplitude à un seul seuil d'écrêtage et fonctionnant sans distorsion au voisinage de la zone de blocage des moyens d'écrêtage. Ce dispositif comporte des moyens d'écrêtage à un seuil déterminé et des moyens d'amplification situés en amont des moyens d'écrêtage et ayant un gain qui augmente lorsque la valeur du signal atteint le seuil d'écrêtage, afin d'accélérer le blocage des moyens d'écrêtage et donc de réduire la zone de fonctionnement non linéaire. Ce dispositif a pour inconvénient de ne pouvoir limiter l'ampli tude que des signaux ayant soit une valeur supérieure fixée, soit une valeur inférieure fixée, tel qu'un signal vidéo par exemple. L'invention a pour objet un dispositif permettant de limiter un signal à une première valeur constituant un seuil inférieur et à une deuxième valeur constituant un seuil supérieur, et permettant de transmettre sans distorsion ce signal lorsqu'il est compris entre les deux valeurs de seuil, même si son amplitude maximale est de l'ordre de 0,1 volt. Selon l'invention, un dispositif de limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur, comportant des moyens pour écrêter le signal quand sa valeur est inférieure à une première valeur de seuil et quand sa valeur est supérieure à une seconde valeur de seuil, est caractérisé en ce qu'il comporte, en amont des moyens pour écrêter, des moyens d'amplification dont le gain augmente lorsque la valeur du signal atteint la première ou la seconde valeur de seuil. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa raîtront à l'aide de la description ci-après et des schémas s'y rapportant: - La figure 1 représente le schéma d'un dispositif écrêteur à deux diodes, connu dans l'art antérieur. - La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, une borne d'entrée 8 est reliée à la cathode d'une diode 6, dont l'anode est reliée d'une part à une première extrémité d'une résistance réglable R2 et d'autre part à l'anode d'une diode 7. La cathode de la diode 7 est reliée à une première extrémité d'une résistance R5, à une première extrémité d'une résistance réglable R6 , et à une borne de sortie 4.Les secondes extrémités des résistances R2 et R5 sont reliées à une source de tension +VA, et la seconde extrémité de la résistance R6 est reliée à une source de tension -VA. A Si les diodes 6 et 7 sont considérées comme des diodes idéales le fonctionnement de ce dispositif est le suivants la diode 6 se bloque lorsque la tension du signal d'entrée, appliqué à la borne d'entrée 8, est supérieure à la tension présente sur les anodes des diodes 6 et 7.Cette tension est égale à R6 - R2 Il R5 L1 VA x R2 1l R5 + R6 La tension de sortie est alors constante et égale à VL1 La diode 7 se bloque lorsque la tension du signal d'entrée est inférieure à la tension présente sur la cathode de la diode 7 et qui est égale à: R6 - R5 VL2 = VA x R5 + R6 La tension de sortie est alors constante et égale à VL2 Ces formules supposent que la source du signal d'entrée a une résistance interne négligeable et que la charge branchée sur la borne de sortie 4 a une conductance négligeable.Quand la tension du signal d'entrée est comprise entre les valeurs VL1 et 'IL2 les diodes 6 et 7 sont conductrices et transmettent la valeur du signal d'entrée vers la borne de sortie 4. En pratique les diodes 6 et 7 n'ont pas un comportement idéal. Lorsqu'elles sont au voisinage du blocage leur fonctionnement n'est pas linéaire, elles créent une chute de tension variant non linéairement en fonction du courant, le signal transmis est donc distordu. Sur la figure 2, une borne d'entrée 1 reçoit le signal dont l'amplitude est à limiter et le transmet à une entrée de moyens d'amplification 2. Une sortie des moyens d'amplification 2 fournit un signal amplifié, dont la tension par rapport au potentiel de référence du dispositif est VS1, et cette tension est appliquée à une borne d'entrée 8 de moyens d'écrêtage 3 identiques aux moyens d'écrêtage de l'art antérieur représentés sur la figure lu La borne de sortie 4 des moyens d'écrêtage 3 constitue la sortie du dispositif selon l'invention, elle est reliée à une entrée de contre-réaction des moyens d'amplification 2, et elle fournit un signal - de sortie dont la tension a pour valeur V52 par rapport au potentiel de référence du dispositif. Les moyens d'amplification 2 sont constitués d'un amplificateur opérationnel 5 et de trois résistances R1 , R3, , et et R4 . L'entree sans inversion (+) de l'amplificateur opérationnel 5 constitue l'entrée des moyens d'amplification 2 et est reliée à la borne d'entrée I, la sortie de l'amplificateur opérationnel 5 constitue la sortie des moyens d'amplification 2 et est reliée à l'entrée avec inversion (-) de l'amplificateur opérationnel 5 par une résistance R1.L'entrée avec inversion (-) de l'amplificateur opérationnel 5 est reliée d'autre part au potentiel de référence du dispositif par une résistance R4, et à l'entrée de contreréaction des moyens d'amplification 2 par une résistance Le fonctionnement des moyens d'amplification 2 est différent selon l'état de blocage ou de conduction des diodes 6 et 7 Lorsque la tension V51 est comprise entre les valeurs de seuil VL1 et VL2 les diodes 6 et 7 conduisent, leur résistance dynamique est négligeable, les variations de la tension VS2 sur la borne de sortie 4 sont identiques à celles de la tension V31 sur la borne 8 L'entrée avec inversion (-) de l'amplificateur opérationnel 5 reçoit la même contreréaction que Si les résistances R1 et R3 étaient reliées simplement en parallèle. Si Ve est la tension du signal d'entrée sur la borne 1 le gain en tension des moyens d'amplification 2 est alors le suivant VS2 VS1 R1#R3 # # 1+ Ve Ve (R1 + R3)#R4 Les valeurs des résistances sont choisies telles que: R3#R1, R4#R1 , et R3= R4, alors VS2/V3 # VS1/Ve # 2. Si la valeur VS1 de la tension sur la borne 8 est inférieure à la valeur de seuil VL 1 ou supérieure à la valeur de seuil VL2 ,la diode 6 ou la diode 7 est bloquée, la valeur VS2 de la tension sur la borne de sortie 4 est constante et approximativement égale à VL1 et VL2 respectivement Si la valeur de la résistance équivalente à R5 et R6 en parallèle est négligeable devant la valeur de R3 alors tout se passe comme si l'entrée de contre réaction des moyens d'amplification 2 était reliée au potentiel de référence du dispositif.Le gain en tension des moyens d'amplification 2 est alors: VS1 # (R3 + R4) @@ @ # 1 + R1# Ve R3#R4 La valeur de R1 est choisie par exemple telle que : R1#10.R3 R1#10.R4 V alors CY 21 V e Le signal subit donc une amplification environ dix fois plus importante que dans le cas précédent. Les diodes 6 et 7 n'étant pas idéales, lorsque l'une d'elles commence à se bloquer sa résistance dynamique augmente, s'ajoutant en série avec la résistance R3, elle provoque une diminution de la contreréaction ramenée par R3 et par conséquent le gain en tension des moyens d'amplification 2 augmente. Cette augmentation du gain provoque une accélération du blocage de la diode considérée, il suffit donc d'une faible variation de la tension d'entrée V e pour bloquer complètement la diode considérée. Ainsi la zone de fonctionnement où la transmission du signal est non linéaire est très réduite. Les mesures réalisées sur cet exemple de réalisation montrent que le taux de distorsion de non linéarité est de l'ordre de 0,05% lorsque l'amplitude crête à crête du signal d'entrée est égale à 95% de la différence VL2 - VL1 entre les deux valeurs de seuil. Le dispositif selon l'invention est applicable notamment pour limiter l'amplitude de signaux dont la valeur maximale est de l'ordre de 0,1V crête à crête, ce qui n'est pas réalisable avec un écrêteur classique à deux diodes, La réduction de la plage de fonctionnement non linéaire permet non seulement d'éviter une transmission distordue du signal, mais permet aussi une limitation à des valeurs plus précises, ce qui est très appréciabledans certaines applications.Le dispositif selon l'invention est applicable, par exemple, à un émetteur de télévision, à deux voies audio transmises par modulation de fréquence, pour limiter avec précision l'amplitude du signal audio de chacune de ces voies afin d'éviter une intermodulation des deux voies causée par une excursion de fréquence excessive due à une amplitude excessive d'un des signaux audio. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, en particulier il est à la portée de l'homme de l'art de réaliser différemment les moyens d'écrêtage 3, leur caractéristique essentielle étant de présenter une faible résistance, par rapport à R3, entre la borne d'entrée 8 et la borne de sortie 4 lorsque la valeur du signal est comprise entre les deux valeurs de seuil et de présenter une forte résistance, par rapport à R3 , lorsque la valeur du signal est inférieure à la première valeur de seuil ou supérieure à la seconde valeur de seuil. REVENDICATIONS 1. Dispositif de limitation de l'amplitude d'un signal par écrêtage supérieur et inférieur, comportant des moyens (3) pour écrêter le signal quand sa valeur est inférieure à une première valeur de seuil et quand sa valeur est supérieure à une seconde valeur de seuil, caractérisé en ce qu'il comporte, en amont des moyens (3) pour écrêter, des moyens åtamplifica- tion (2) dont le gain augmente lorsque la valeur du signal atteint la première ou la seconde valeur de seuil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'amplification (2) comportent deux boucles de contre-réaction, l'une définissant un premier gain de tension lorsque l'amplitude du signal est comprise entre les deux valeurs de seuil, l'autre définissant un second gain, très supérieur au premier gain, lorsque la valeur du signal est inférieure à la première valeur de seuil ou est supérieure à la seconde valeur de seuil. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'amplification (2) comportent un amplificateur opérationnel (5) muni d'une première boucle de contre-réaction (R1 > reliant sa sortie à son entrée d'inversion (-), et d'une deuxième boucle de contre-réaction (R3) reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel (5) à travers les moyens (3) pour écrêter.