Brevet FR2559974A1 — publié le 19850823

"Circuit de linéarisation à point de rupture unique" L'invention concerne un circuit de linéa- risation à point de rupture unique plus particulièrement destiné, sans que cela soit exclusif, à linéariser un signal intrinsèquement non linéaire provenant du circuit en pont d'un détecteur de gaz combustible du type utili- sant un filament catalytique dans l'une des branches du pont, tandis qu'un filament de référence non catalytique est monté de façon classique, dans une branche adjacente du pont. Le gaz combustible s'oxydant dans le filament catalytique augmente la température de celui-ci en modifiant ainsi sa résistance et, par conséquent, le signal de sortie du pont. On a développé pour cette application, ainsi que pour d'autres applications, des circuits de linéarisa- tion utilisant des segments linéaires, la précision de l'approximation étant fonction du nombre de segments linéaires utilisés. La courbe "en morceaux" complète est obtenue en faisant la somme des segments linéaires indi- viduels dont les tensions de "point de rupture" et les pentes sont déterminées séparément pour chaque segment. Bien que les systèmes de linéarisation du type décrit ci-dessus aient été très largement utilisés, ces systèmes sont caractérisés par des problèmes de dérives et de discontinuités dus aux variations des paramètres de l'élément non linéaire qu'ils utilisent (généralement une diode). L'invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en créant un circuit simple, bon marché et stable permettant de linéariser un signal intrinsèquement non linéaire. Ce circuit permet de réaliser une approximation linéaire par morceaux, en augmentant ainsi la précision du détecteur. A cet effet, l'invention concerne un circuit de linéarisation caractérisé en ce qu'il comprend un pre- mier amplificateur opérationnel muni d'une première borne d'entrée et d'une seconde borne d'entrée; des moyens pour appliquer à cette première borne d'entrée une tension de référence et un signal à linéariser; des moyens d'impé- dance reliant la seconde borne d'entrée à un point de potentiel commun, des moyens à sens de courant unidirec- tionnel reliant la sortie du premier amplificateur opéra- tionnel à la seconde borne d'entrée; un second amplificateur opérationnel muni d'une paire de bornes d'entrée; des moyens de branchement du signal à linéariser et de la seconde borne d'entrée du premier amplificateur opérationnel, à une borne d'entrée du second amplificateur opérationnel; et des moyens de branchement de l'autre borne d'entrée du second amplificateur opérationnel au point de potentiel commun. Le circuit selon l'invention fournit une approximation simple, à deux segments linéaires, d'une courbe, en utilisant un point de rupture unique. La pente des segments linéaires et la position du point de rupture sont facilement réglables. Lorsque le point de rupture a été réglé, les amplitudes de "dépassement" ou de "coupe" peuvent être réglées séparément au moyen d'une résistance unique. Le circuit selon l'invention évite les problèmes de dérives et de discontinuités rencontrés dans les circuits selon l'art antérieur, en incluant l'élément non linéaire dans la boucle de rétroaction d'un amplificateur opérationnel. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'une forme de réalisation d'un circuit selon l'invention; - la figure 2 est un diagramme de la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée, illustrant la manière selon laquelle le circuit selon l'invention produit une approximation à deux segments linéaires d'une courbe, en utilisant un point de rupture unique. En se référant maintenant aux dessins, le circuit représenté en figure 1 comprend une première borne d'entrée 10 à laquelle est appliquée une tension de référence Vf, et une seconde borne d'entrée 12 à re' laquelle est appliqué un signal à linéariser Ve. Les deux e bornes 10 et 12 sont branchées par des résistances respec- tives 14 et 16, à l'entrée positive d'un premier amplifi- cateur opérationnel 18. L'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 18 est branchée par une résistance 20 à un point de potentiel commun (par exemple la masse). Une diode 22 branche la sortie de l'amplificateur opérationnel 18 à son entree négative, dans un montage en boucle de rétroaction. L'extrémité supérieure de la résistance 20 (c'est-à-dire l'entrée négative de l'amplificateur opé- rationnel 18) est branchée par une résistance variable 24 à l'entrée négative d'un second amplificateur opérationnel 26 dont l'entrée positive est mise à la masse comme indiqué par la figure. On applique à l'entrée négative de l'ampli- ficateur opérationnel 26 le signal à linéariser provenant de la borne d'entrée 12 par l'intermédiaire d'une résistance 28, ainsi que le signal apparaissant aux bornes de la résistance 20. Par suite, le signal appliqué à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 26 est exactement la somme du signal à linéariser provenant de la borne d'entrée 12, et du signal apparaissant aux bornes de la résistance 20. Le circuit est complété par une résistance de rétroaction 30 reliant la sortie de l'amplificateur opérationnel 26 à son entrée négative. Les signaux de sortie linéarisés VO apparaissent à la borne de sortie 32. Si l'on suppose que le signal d'entrée VE appliqué à la borne 12 varie de zéro à - 1,o volt, et que la tension de référence Vref appliquée à la borne 10 est égal à + 1,5 volt, le point de rupture Vc est défini par l'expression: R16 Vc = - Vref (1) Les indices numériques des résistances étant ceux de la figure 1. La tension de sortie Vs est définie par les expressions suivantes: R30 V =- 3 V e, pour o > Ve % Vc (2) R28 R30 [ R14 Ve + R16 re] 30 V pour VeVc (3) Ve pour o?/>V eVc (3> 24 16 + R14 28 Riff -Comme Vf = 1,5 volt et R16 = R8 = R30 R (4) ref 16 28 30= en faisant varier V de o à 1,o volt, on obtient: e Vc = - (1,5 volt) Vc = 5 volt (5) V = V pour o; Ve 7 5 volt (6) R 3 V + 1,5] Us = e e V =-V - L E3 e + I pour V 5 volt (7) s e R2 4e R24 L'exemple cidessus montre clairement que, pour un système nécessitant une linéarisation à un seul point, il est possible de configurer un circuit en définis- sant le paramètre d'entrée en fonction de la sortie, et une tension de référence convenable. Le paramètre d'entrée en fonction de la sortie, correspondant au circuit de la figure 1, est représenté en figure 2. Comme indiqué ci-dessus, le circuit selon l'invention évite les problèmes normalement liés aux circuits de linéarisation de type à point de rupture, car l'élément non linéaire (diode 22) est inclus dans la boucle de rétroaction du premier amplificateur opérationnel 18. Cet avantage est particulièrement important à l'endroit et juste après le point de rupture indiqué en figure 2, o les problèmes de discontinuité se posent généralement. L'observation du circuit selon l'invention suivant l'exemple ci-dessus, montre que v1 = O lorsque Ve = Vc, et que V1 se trouve à un potentiel négatif par rapport à la masse lorsque Ve est inférieur à - 0,5 volt (c'est-à-dire Ve Vc). Lorsque l'entrée non inversante de l'ampli- ficateur 18 reçoit une tension V inférieure à zéro, la sortie de l'amplificateur opérationnel devient négative et rend la diode 22 conductrice. A ce moment, l'amplifi- cateur opérationnel 18 fonctionne en suiveur de tension par la résistance 24 et se trouve sommé en meme temps que le courant passant dans la résistance 28, en donnant ainsi la sortie V s RE V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Circuit de linéarisation caractérisé en ce qu'il comprend un premier amplificateur opérationnel muni d'une première borne d'entrée et d'une seconde borne d'entrée; des moyens pour appliquer à cette première borne d'entrée une tension de référence et un signal à linéariser; des moyens d'impédance reliant la seconde borne d'entrée à un point de potentiel commun, des moyens à sens de courant unidirectionnel reliant la sortie du premier amplificateur opérationnel à la seconde borne d'entrée; un second amplificateur opérationnel muni d'une paire de bornes d'entrée; des moyens de branchement du signal à linéariser et de la seconde borne d'entrée du premier amplificateur opérationnel, à une borne d'entrée du second amplificateur opérationnel; et des moyens de branchement de l'autre borne d'entrée du second amplificateur opérationnel au point de potentiel commun. 2 ) Circuit de linéarisation selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que des potentiels de polarités opposées sont appliqués aux bornes d'entrée respectives des premier et second amplificateurs opérationnels. 3 ) Circuit de linéarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'impé- dance reliant la seconde borne d'entrée à un point de potentiel commun sont constitués par une résistance et comprennent une résistance pour brancher le signal à linéa- riser à la borne d'entrée du second amplificateur opération- nel, et une résistance pour brancher la seconde borne d'en- trée du premier amplificateur opérationnel à cette même borne d'entrée du second amplificateur opérationnel. 4 ) Circuit de linéarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance reliant la sortie du second amplificateur opérationnel à la borne d'entrée de celui-ci.