Brevet FR2559009A1 — publié le 19850802

La présente invention concerne un circuit d'alinentation pour alimenter une impedance de charge variable, notamment pour un circuit de ligne d'abonné dans une installation téléphonique , dans lequel la tension d'alimentation est appliquée aux deux conducteurs de ligne allant à l'impédance de charge , par l'intermédiaire de dipôles, un pour chaque conducteur de ligne, chaque dipôle comportant le trajet collecteur-émetteur d'un transistor en série avec une résistance dite résistance d'émetteur, les bases des transistors étant couplées l'une a l'autre par l'in termédiaire d'une diode de Zener et étant, par l'intermédiaire de premieres résistances, couplées à la source de tension d'alimentation, ces bases étant en outre couplées au collecteur associé par l'intermédiaire de deuxiemes résistances. Des circuits d'alimentation de ce genre sont utilisés principalement pour la fourniture de courant à un circuit de ligne d'abonné incluant la ligne d'abonné et le poste d'abonné. La symétrie, par rapport à la terre, de l'injection du courant d'alimentation dans l'installation téléphonique par deux résistances de même valeur est importante pour obtenir une grande atténuation de diaphonie entre diverses liaisons téléphoniques. En outre, les impédances de l'alimentation doivent être aussi grandes que possible dans le domaine des audiofréquences, afin que le circuit d'alimentation n'apporte qu'une faible atténuation par effet de shunt sur la liaison téléphonique.C'est pourquoi, les circuits d'alimentation connus, tel que, par exemple, le circuit d'alimentation selon la figure 1 de la demande de brevet allemand DE-OS 25 21 984, présentent des inductances d'arrêt ("self de choc") dans le circuit de fourniture de courant. Un circuit d'alimentation du genre précité est connu par la demande de brevet allemand DE-OS 30 37 972, dans laquelle aucune induc tance d'arrêt n'est utilisée dans l'alimentation. Ce circuit d'alimen- tation présente déjà une impédance suffisamment grande à l'égard des signaux de courant alternatif symétriques, de sorte que l'atténuation par effet de shunt sur la ligne reste faible pour les signaux à fréquence audible. Toutefois, des tensions longitudinales alternatives en phase ("tensions de mode commun") peuvent apparattre sur la ligne allant à l'impédance de charge variable.Les tensions longitudinales de ce genre peuvent être du type à basse fréquence, par exemple 16,66 Hz ou 50 Hz, ou du type à haute fréquence, et peuvent constituer un risque d'endommagement des circuits suivants, tels que le réseau de connexionraccorde à la ligne. Le circuit d'alimentation selon le brevet allemand DE-OS 30 37 972 assure certes la constance du courant d'alimentation, indépendamment de telles tensions longitudinales, mais il constitue lui-même, pour ces tensions longitudinales, une forte impédance, de sorte que les circuits suivants sont exposés à des risques. En outre, les tensions longitudinales peuvent rétrécir la plage de régulation du circuit d'alimentation assurant la constance du courant d'alimentation.Ce rétrécissement de la plage de régulation a lieu parce que les transistors du circuit d'alimentation présentant une grande résistance dynamique se trouvent contraints d'opérer en compensation de la tension longitudinale. Sous l'effet d'une excursion de commande trop importante due aux tensions longitudinales, ces transistors peuvent perdre leur caractéristique de haute résistance à l'égard même des signaux alternatifs symétriques (signaux utiles). La présente invention a donc pour but de parvenir à un circuit d'alimentation du genre précité, mais qui offrira en plus une faible résistance aux tensions longitudinales et dont la plage de régulation ne sera en même temps pas compromise. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que, dans chacune des deux branches de courant d'alimentation, il est prévu, entre, d'une part, la base du transistor relatif à cette branche et, d'autre part, le point commun à la première résistance, à la deuxième résistance et à la diode de Zener, un circuit série constitué d'une troisième résistance et du trajet base-émetteur d'un autre transistor dont le collecteur est relié à celui du transistor associé, par le fait que chaque première résistance est constituée par un élément non-linéaire dont la caractéristique de courant comporte une partie croissant linéairement dans la région des faibles tensions suivie d'une partie à courant constant dans la region des plus fortes tensions, et par le fait qu'une diode est en série avec chaque deuxième résistance. L'invention offre les avantages suivants : la tension longitu dinale à basse fréquence appliquée ne chute pas dans le circuit d'alimentation présentant une grande impédance dynamique, mais est évacuée sous basse impédance, symétriquement par rapport a la terre. La tension longitudinale à haute fréquence appliquée ne chute également pas dans le circuit d'alimentation à grande impédance dynamique mais est également évacuée sous basse impédance, symétriquement par rapport à la terre. Aucun produit de démodulation découlant des caractéristiques des transistors d'alimentation ne peut se former. La tension longitudinale superposée au courant d'alimentation ne peut pas amener les transistors d'alimentation à la saturation puisqu'ils ne sont pas sollicités pour compenser cette tension et que seules les résistances d'émetteur sont donc effectives.La tension longitudinale chute donc dans la résistance interne de la source de perturbation et dans'la ligne proprement dite et n'est plus effective pour les circuits suivants situés sur le trajet de signal utile. Ceci est important au premier chef dans le cas des longues lignes d'abonnés. En outre, la puissance absorbée par le circuit d'alimentation est très faible à vide, c est-à-dire lorsque la boucle de ligne est ouverte. De plus, le circuit d'alimentation n'exige que des composants simples et économiques qui favorisent aussi une realisation en circuits integrés. La première résistance peut avantageusement être constituée par une diode CRI) limitatrice de courant, ou par un transistor MOS dont la grille et la source sont reliées l'une à l'autre, On peut en outre imposer au circuit d'alimentation un impératif supplementaire, à savoir l'impossibilité de sa destruction en cas de mise à la terre d'au moins l'un des deux conducteurs de la ligne, ou bien en cas d'application directe de la tension de la source de tension d'alimentation à au moins l'un des deux conducteurs de la ligne. Dans ces cas, des courants de collecteur inadmissiblement importants peuvent s'écouler dans les transistors du circuit d'alimentation et de fortes puissances peuvent être dissipées dans les transistors et les résistances d'émetteur. Pour limiter ces courants de collecteur et ces puissances, l'invention propose qu'il y ait, entre le point commun mentionné plus haut et le pôle de la source de tension auquel la première résistance est couplée, une diode de Zener dont la tension de Zener est choisie de façon que cette diode soit bloquée en régime de fonctionnement normal et conductrice en cas de perturbation. Il est alors avantageux de limiter également la puissance des transistors du circuit d'alimentation. Pour cela, l'invention propose qu'au trajet collecteur-émetteur de chaque transistor situé dans le circuit de courant d'alimentation soit raccordé, en deriva- tion, un circuit série constitué d'une résistance et d'une diode de Zener qui est bloquée en régime de fonctionnement normal et conductrice en cas de perturbation. Comme le circuit d'alimentation offre alors une faible résistance aux tensions longitudinales apparaissant sur la ligne d1a- bonne, des tensions de perturbation longitudinales provenant de la source de tension de l'alimentation, superposées à la tension de cette source, peuvent aussi parvenir à la ligne d'abonné. Afin d'éviter cela, l'invention propose d'insérer dans la ligne allant à la source de tension de l'alimentation, un agencement symétrique offrant une faible impédance aux signaux venant de la ligne téléphonique et une forte impédance aux signaux de perturbation venant de la source de tension d'alimentation.Dans ce cadre, l'invention propose d'insérer, dans chaque conducteur de ligne allant à cette source de tension, le trajet collecteur-émetteur d'un transistor, ces deux transistors ayant leurs collecteurs reliés à la source de tension d'alimentation et étant polarisés chacun au moyen d'un diviseur de tension disposé entre son propre collecteur et l'émetteur de l'autre de ces deux transistors, les bases de ceux-ci étant mutuellement couplées par un condensateur, et leurs émetteurs étant mutuellement couplés par un condensateur. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non-limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, un circuit d'alimentation selon l'invention, pour un circuit d'abonné d'une installation téléphonique; et - la figure 2, un agencement suppresseur de tensions de perturbation provenant de la source de tension d'alimentation. Le circuit d'alimentation représenté sur la figure 1 sert à fournir du courant à un poste d'abonné T, via une ligne d'abonné L. La ligne L et le poste d'abonné T constituent l'impédance de charge variable Rx, laquelle peut varier dans des limites prédéterminées, selon la résistance de ligne, les lignes d'abonné L ayant différentes longueurs. Dans l'installation téléphonique, on dispose d'une batterie B pour la fourniture de courant qui peut aussi être obtenue avec une tension continue sortant d'un appareil d'alimentation. Les résistances d'alimentation allant aux conducteurs a et b de la ligne d'abonné L (laquelle va à un réseau de connexioaK de l'installation téléphonique, via des condensateurs de couplage ou analogues arrêtant le courant continu), sont constituées chacune par un dipole comportant le trajet collecteur-émetteur d'un transistor et une résistance d'émetteur ayant même valeur que celle de l'autre dipôle. Dans la première branche d'alimentation, ce dipôle est constitué par un transistor T1 et une résistance d'émetteur R41, tandis que, dans l'autre branche de courant, ce dipôle est réalisé avec un transistor T2 et une résistance d'émetteur R42.Le collecteur du transistor T1 est raccordé au conducteur a, et la résistance d'émetteur R41 est reliée à la borne négative de la batterie B. Le collecteur dy transistor T2 est raccordé au conducteur b, tandis que la résistance d'émetteur R42 est reliée à la borne positive, mise à la terre, de la batterie B. Le transistor T1 est ici du type npn, et le transistor T2 est du type pnp. Un circuit série constitué dtune résistance R21, d'une diode Dli et d'une diode de Zener Z21 est connecté entre le conducteur a et la borne négative de la batterie B. De la même façon, des éléments R22, D12 et Z22 sont agencés dans l'autre branche de courant d'alimentation. Une dinde de Zener Z1 est montée entre, d'une part, le point commun à la diode Dli et la diode de Zener Z21 et, d'autre part, le point commun à la diode D12 et à la diode de Zener Z22. Entre le premier point commun mentionné et la base du transistor T1 est monté un circuit série constitué d'une résistance R31 et du trajet base émetteur d'un transistor npn T3 dont le collecteur est relié à celui du transistor T1. Entre le deuxième point commun mentionné et la base du transistor T2 est monté un circuit série constitué par une résistance R32 et par le trajet base-émetteur d'un transistor T4 dont le collecteur est relié à celui du transistor T2.Entre le premier point commun mentionné et l'émetteur du transistor T1 est agencé un élément non-linéaire R11, tandis qu'un élément non-linéaire R12 est connecté entre le deuxième point commun mentionné et l'émetteur du transistor T2. Les deux éléments Rll et R12 ont une caractéristique de courant comportant une partie croissant linéairement dans le domaine des faibles tensions, suivie d'une partie à courant constant dans le domaine.des plus fortes tensions. Ils sont de préférence réalisés sous forme de diodes CRD, limitatrices de courant, ou de transistors MOS dont la grille est connectée à la source. Les deux résistances R21 et R22 sont de même valeur et, dans une réalisation, avaient: une valeur de 22 kilohms chacune, Les deux résistances R31 et R32 sont aussi de même valeur (47 kilohms dans la réalisation considérée). La valeur des deux résistances d'émetteur était, pour chacune, de 3GO ohms. La tension Zener de la diode de Zener Z1 était 27 V, tandis que la tension Zener des diodes de Zener Z21 et Z22 était de 12V pour chacune d'elles. La batterie avait une tension de 48 V.Avec ces valeurs, il y avait une chute de tension de 0,6 V pour chaque trajet base-émetteur des transistors, et une chute de tension de 0,5 V dans les résistances R31 et R32, tandis que le courant passant par chacun des éléments non-linéaires Roll, R12 etait de imA et que le courant passant dans chaque résistance d'émetteur, R41, R42, était de 28 mA. L'alimentation à courant constant symétrique s'effectue via les paires de transistors T1/T3 et T2/T4. Les résistances R31 et R32 sont dimensionnées de façon que les courants de base qui les traversent y engendrent une chute de tension négligeable par rapport à la tension Zener de la diode de Zener Z1, et provoquent d'autre part, à vide, le passage d'un faible courant par les trajets base-émetteur des transistors. L'insensibilité du circuit d'alimentation à l'égard des tensions longitudinales résulte de ce que les courants longitudinaux passant dans les deux conducteurs de ligne provoquent des chutes de tension égales en valeur et en phase dans les résistances d'émetteur mais s'annulent dans le circuit d'entrée commun des paires de transistors. Ainsi, les transistors ne sont pas saturés par les tensions longitudinales.Les deux paires de transistors "flottent" sur la tension longitudinale. Les tensions émetteur-base et les tensions de collecteur changent au rythme de la tension longitudinale. Toutefois, une tension longitudinale n'apparaît pas dans les transistors T1 et T2, de sorte que la tension longitudinale effective sur les conducteurs de ligne a et b n' apparalt que sur les résistances d'émetteur R41 et R42 de faible valeur. Ainsi, comparativement à la résistance interne de la source de tension longitudinale et à la résistance de ligne, le circuit d'alimentation est peu résistif. Les circuits K suivants sont ainaprotégés. Cette propriété du circuit d'alimentation est supprimee si l'on adopte une disposition de circuit mettant la base à un potentiel fixe.Cela est par exemple le cas dans la demande de brevet précitée DE-OS 30 37 972, dans laquelle la diode de Zener est dotée d'une alimentation de courant suffisante. Pour assurer une alimentation de courant suffisante à la diode de Zener Z1, sans renoncer à l'insensibilité du circuit d'alimentation à l'égard des tensions longitudinales, des éléments non linéaires R11 et R12 sont, dans la présente invention, connectésen parallèle sur le circuit série constitué par la résistance série de base et les trajets base-émetteur des paires de transistors. Ces éléments limitent à imA le courant passant par la diode de Zener Z1. La chute de tension dans ces éléments est déterminée par les deux paires de transistors, et la haute résistance offerte aux signaux symétriques (signaux utiles) et la faible résistance offerte aux signaux asymétriques (signaux parasites longitudinaux) ne sont pas altérées par le recours à de tels éléments. Afin de minimaliser l'influence que des variations de gain de courant des transistors pourrait avoir sur le réglage du point de fonctionnement, les paires de transistors reçoivent une contre-réaction par les résistances R21 et R22. Des différences de puissancede commande provoqueraient, dans le cas des lignes d'abonnés courtes, une répartition de puissance dêfavorablé entre les transistors et pourraient , dans le cas des lignes d'abonnés longues, limiter défavo rablement la longueur de ligne maximale, du fait de la surcharge de l'une des paires de transistors. In considère maintenant le fonctionnement du circuit. En boucle ouverte, stil n'y avait pas les résistances série R31 et R32, un courant ayant la valeur du courant de boucle de ligne passerait par les trajets base-émetteur des paires de transistors, la diode de Zener Z1 et les résistances d'émetteurs R41, R42 et provoquerait ainsi une consommation d'énergie inacceptable. Ces résistances série limitent à 0,2 mA le courant passant par les trajets base-émetteur, de sorte qu'avec le courant constant de imi passant dans les éléments non-li néaires R11 et R12, le courant total à vide est seulement de 1,2 mA. Le courant constant de imA précite suffit pour mettre la diode de Zener Z1 en régime d'avalanche. Afin que la résistance de contre-réaction R22 ne puisse être le siège d'un courant inverse, on a prévu les diodes Dii et D12 pour réduire la puissance absorbée. Ex boucle ouverte, les faibles chutes de tension aux résistances d'émetteur R41 et R42 ont pour effet que les chutes de tension dans les éléments R11 et R12 passent à la moitié de la valeur de la différence entre la tension de la batterie et la tension de Zener de la diode de Zener Z1. Sur boucle normale, une chute de tension de 10,5 V est présente sur les diodes de Zener Z21 et Z22.qui ne sont donc pas conductrices. Dans ce cas, elles laissent intacte la propriété particulière du circuit d'alimentation, à savoir le fait d'être, avec la tension de référence apparaissant sur la diode de Zener Z1, "flottant" sur la tension longitudinale. L'existence de courants longitudinaux doit donc entrainer, dans les résistances d'emetteur, des chutes de tension de 1,5 V pour mettre les diodes de Zener Z21 et Z22 en état de conduction et rendre ainsi le circuit d'alimentation sensible aux courants longitudinaux. Avec les valeurs indiquées, et en admettant une longueur de ligne de lkm, cela ne peut se produire que pour des tensions longitudinales supérieures à 200 V environ. Des diodes de Zener ayant des tensions de Zener plus importantes autorisent des tensions longitudinales encore plus grandes, mais conduisent toutefois à une consommation d'énergie plus importante. Ces diodes de Zener Z21 et Z22 servent à protéger les compo sants circuit d'alimentation. Elles doivent limiter la consommation de puissance du circuit d'alimentation dans les cas de dérangement suivants : au moins l'un des deux conducteurs de ligne a, b est à la terre, ou bien au moins l'un de cers deux conducteurs peut être directement au potentiel du pôle de la batterie B qui n'est pas mis à la terre. La diode de Zener Z21 assure la protection dans le premier cas, tandis que la diode de Zener Z22 assure la protection dans le deuxième cas. Avec un circuit d'alimentation ayant le dimensionnement indiqué, un courant d'émetteur de 35 mA au maximum passe par le transistor T1 et/ou T2 en cas de défaut. Ce courant d'émetteur maximal, 35 mA, passe - comme indiqué par le transistor T1 et/ou T2. Du fait de la forte chute de tension qui apparaît en même temps, ces transistors doivent donc être réalisés sous forme de transistors de puissance exigeant l'addition de refroidisseurs encombrants. De tels refroidisseurs peuvent être incompatibles avec l'utilisation de machines d'implantation. Tenant compte de cela, la puissance dissipée dans ces transistors peut être limitée en montant, en dérivation sur le trajet collecteur-émetteur du transistor T1, un circuit série constitué d'une résistance R51 et d'une diode de Zener Z31 non-conductrice en régime de fonctionnement normal. Dans la réalisation mentionnée, cette diode de Zener avait une tension de Zener égale à 18V, tandis que la résistance R51 était de 720 ohms. En condition normale, la chute de tension aux extrémités du trajet collecteur-émetteur du transistor T1 est inférieure à 15V. Par contre, s'il y a un défaut, par exemple un contact entre le conducteur de ligne a et la terre, la tension de Zener de la diode de Zener Z31 est dépassée. Une grande partie de la puissance est alors dissipée dans cette diode de Zener et dans la résistance R51, de sorte que l'on peut adopter, pour T1, un transistor de petite puissance, peu onereux. Ces trois composants peuvent être manipules par les machines d'implantation. Comme indiqué, le transistor T2 est, lui aussi, muni d'un dipôle (circuit série) analogue, les conditions applicables étant les mêmes pour ces éléments. Le circuit d'alimentation représenté sur la figure 1 présente une faible résistance aux tensions parasites longitudinales apparaissant sur la ligned'abonne L. Toutefois, dans la mesure où des tensions de perturbation sont susceptiblesd'apparaître aux bornes de la batterie, cette propriété du circuit d'alimentation permet aussi à de telles tensions perturbatrices longitudinales d'aller de la batterie B à la ligne d'abonné L. C'est pourquoi la figure 2 propose un agencement de circuit offrant une faible impédance aux tensions de perturbation longitudinales venant de la ligne d'abonné L et offrant, par contre, une forte impédance aux tensions de perturbation longitudinales venant de la batterie B.Cet agencement de circuit peut être utilisé à la place de la batterie, mise à la terre, représentée sur la figure 1. Un transistor npn, T5, et un transistor pnp, T6, sont insérés, chacun par son trajet collecteur-émetteur, dans les conducteurs allant à la batterie B, les collecteurs étant reliés à cette dernière. Entre l'emet- teur du transistor T6 et le pôle de la batterie B mis à la terre, on trouve un diviseur de tension R62, R72, dont la prise est connecté à la base du transistor T5. Entre l'émetteur du transistor T5 et la borne négative de la batterie B, il est prévu un diviseur de tension R61, R71 dont la prise est connectée à la base du transistor T6.Les émetteurs des transistors T5, T6 sont couplés par un condensateur C1 prévu pour créer un court-circuit vis-à-vis des tensions haute fréquence. Les bases de ces transistors sont couplées par un condensateur C2 prévu pour créer un court-circuit vis- -vis des tensions à basse fréquence. Les transistors T5, T6 sont utilisés avec une tension de polarisation de l'ordre de 2V. Pour les tensions venant de la ligne d'abonné L, ils constituent une résistance de faible valeur. Pour les tensions de perturbation superposées à la tension de la batterie, ils constituent cependant une résistance de forte valeur, de sorte que de telles tensions de perturbation ne peuvent pas atteindre la ligne d'abonné L. Il est bien évident que les descriptions qui précèdent ont été données qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre dé l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit d'alimentation pour alimenter une impédance de charge variable, notamment pour alimenter un circuit de ligne d'abonné dans une installation téléphonique, dans lequel la tension d'alimentation est appliquée, aux deux conducteurs de ligne allant à 1 'impé- dance de charge, par l'intermédiaire de dipôles, un pour chaque conducteur de ligne, chaque dipôle comportant le trajet collecteurémetteur d'un transistor en série avec une résistance dite résistance d'émetteur, les bases des transistors étant couplées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une diode de Zener et étant, par l'intermédiaire de premières résistances, couplées à la source de tension d'alimentation, ces bases étant en outre couplées à leurs collecteurs par l'intermédiaire de deuxièmes resistances, caractérisé en ce que, dans chacune des deux branches de courant d'alimentation, il est prévu, entre, d'une part, la base du transistor (T1; T2) relatif à cette branche et, d'autre part, le point commun à la première résistance (R11; R12), à la deuxième résistance (R21; R22) et à la diode de Zener (Z1), un circuit série cons titué d'une troisième résistance (R31; R32) et du trajet base-émetteur d'un autre transistor (T3;T4) dont le collecteur est relié à celui du transistor associé (T1, T2) en ce que chaque première résistance (R11; R12) est constituée par un élément non-linéaire dont la carac téristique de courant comporte une partie croissant linéairement dans la région des faibles tensions suivie d'une partie à courant constant dans la région des plus fortes tensions, et en ce qu'une diode (dol; D12) est en série avec chaque deuxième résistance (R21; R22). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première résistance (R11; R12) est constituée par une diode CRI) limitatrice de courant. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première résistance (R11; R12) est constituée par un transistor MOS dont la grille et la source sont reliées l'une à l'autre. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'entre le point commun précité et la borne de la source d'alimentation (B) auquel la première résistance (R11; R12) est couplée il est prévu une diode Zener (Z21 ; Z22) dont la tension de Zener est choisie de façon que cette diode soit bloquée en régime de fonctionnement normal et conductrice en cas de perturbation. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au trajet collecteur-émetteur de chaque transistor (T1; T2) situé dans le circuit de courant d'alimentation est raccordé, en dérivation, un circuit série constitué d'une résistance (R51) et d'une diode de Zener (Z31) qui est bloquée en régime de fonctionnement normal et conductrice en cas de perturbation. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qutun agencement symétrique (T5, T6) est inséré dans la ligne allant à la source de tension d'alimentation (B), cet agencement offrant une faible impédance aux signaux venant de la ligne téléphonique (L) et une forte impédance aux signaux de perturbation venant de la source de tension d'alimentation (B). 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans chaque conducteur de ligne allant à la source de tension d'alimentation est inséré le trajet collecteur-émetteur d'un transistor (T5; T6), en ce que les collecteurs de ces deux transistors (T5; T6) sont reliés à la source de tension d'alimentation (B), en ce que chaque transistor (T5; T6) est polarisé au moyen d'un diviseur de tension (R62, R72; R61, R71) disposé entre son propre collecteur et émetteur de l'autre de ces deux transistors (T6; T5); en ce que les bases de ces transistors sont mutuellement couplées par un condensateur C2, et en ce que leurs émetteurs sont mutuellement couplés par un condensateur (cri).