Brevet FR2553546A1 — publié le 19850419

INTEGRATEUR ELECTRONIQUE UTILISANT UN CIRCUIT INTEGRATEUR IMPARFAIT ASSOCIE A UN CIRCUIT DE CORRECTION DE PHASE ET A UN CIRCUIT D'AJUSTAGE DE GAIN ET DE COMPENSATION DE LA TENSION DE DECALAGE. Les intégrateurs électroniques les plus classiques composé tent un amplificateur opérationnel à une borne duquel le signal d'entrée est appliqué à travers une résistance et dans lequel un condensateur relie cette borne à la sortie de l'amplificateur. Un tel montage est un intégrateur quasi parfait, sous réserve qu'il ne fonctionne pas en régime permanent. Dans ce cas, en effet, la dérive due à la tension de décalage est une cause d'erreur que l'on peut réduire, soit en utilisant un amplificateur opérationnel de haute qualité, donc de prix élevé, soit en procédant à la mise en courtcircuit du condensateur à intervalles réguliers. Dans certaines applications, en particulier dans celles qui comportent l'association d'un intégrateur à un capteur de courant à une tension proportionnelle à la dérivée du courant par rapport au temps, et pour lesquelles il s'agit d'obtenir une image fidèle du courant en amplitude et en phase, pour des fréquences industrielles de 50 ou de 60 Hz, le problème de la réalisation d'un intégrateur précis ayant un gain en amplitude rigoureusement inversement proportionnel à la fréquence et n'introduisant pas d'erreur de phase est difficile à résoudre et il n'existe aucune solution connue réalisable industriellement à bon marché, notamment en utilisant la technologie des circuits hybrides. Cette technologie présente, a priori, outre son coût peu élevé, l'avantage de permettre, par un choix approprié des matières constitutives des couches minces pour les résistances et les capacités, de rendre le circuit peu sensible à la température, ce qui est important dans les applications industrielles. Elle comporte une limitation relativement sévère en ce qui concerne la valeur maximum de la capacité pratiquement réalisable à un coût non prohibitif. L'invention a donc pour objet un intégrateur réalisable avec la technologie des circuits hybrides et possédant les propriétés qui autorisent son association efficace à un capteur de courant aux fréquences industrielles, en vue de réaliser des dispositifs de protection ou même des compteurs d'énergie électrique. L'intégrateur -suivant l'invention est principalement caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier circuit comportant un premier amplificateur opérationnel, une résistance d'entrée reliée à une borne de l'amplificateur par une résistance auxiliaire, un condensateur reliant ladite borne de l'amplificateur à la masse et une résistance de contre-réaction reliant le point commun entre la résistance d'entrée et la résistance auxiliaire à la sortie de l'amplificateur - un deuxième circuit comportant un second amplificateur opérationnel, un circuit intégrateur à résistance-capacité dont la résistance est reliée à une borne du second amplificateur, le condensateur reliant cette borne à la sortie du second amplificateur et une résistance auxiliaire en parallèle sur ledit condensateur, et - un troisième circuit comportant un troisième amplificateur opérationnel ayant des résistances d'ajustage de gain, la sortie de ce troisième amplificateur étant reliée à son entrée à travers un circuit intégrateur. Le premier circuit fonctionne en intégrateur imparfait à capacité compatible avec la technologie des circuits hybrides et dont le gai en courant continu est bien défini. Le second circuit perm la correction de phase et le troisième circuit, l'ajustage du gain et la compensation de la tension de décalage. Les avantages, ainsi que les particularités de l'invention, apparaitront clairement à la lumière de la description ciaprès. La figure Unique du dessin annexé représentant un intégrateur conforme d'un mode d'exécution préféré de l'invention. Le premier circuit qu'il comporte est composé d'un amplificateur opérationnel A1, d'un condensateur C1 et de résistances Rl, R2, R3, connectés comme indiqué ci-dessus. Un tel circuit constitue un intégrateur imparfait à très faible capacité (à titre d'exele, Cl = 10 nF). Le gain encourant D continu R3 a une valtur bien définie et la tension de R1 R1 décalage est donc limitée.La capacité apparente d'intégration est Le second circuit est composé d'un amplificateur opérationnel A2, d'une résistance d'entrée R4, d'un condensateur C2 et d'une résistance R5 en parallèle sur C2 ; le montage C2 R4 joue le rôle d'un intégrateur traditionnel, tandis que la mise en parallèle de R sur C2 introduit une fonction de dérivation du signal d'entrée. En ajustant R4 (ou R5) la fabrication, on peut ajuster les déphasages apportés en sens inverses par les fonctions d'intégration et de dérivation de façon telle que le déphasage total soit exactement de 900 pour l'ensemble des deux premiers circuits. Le troisième circuit cc.prend un amplificateur opérationnel A3, deux résistances es et R7 dont par exemple R6 est ajustée en cours de fabrication et un intégrateur traditionnel composé d'un amplifxcateur opérationnel A4, d'une résistance d'entrée R8 et d'un condensateur C3. L'ajustage de R6 perme de donner au gain R7/R6 la valeur voulue. L'intégrateur A - C3 - R8 réinjecte à l'entrée de A3, la tension contenue de sortie de A3 et neutralise ainsi les tensions de décalage constantes ou lentement variables de l'ensemble des trois circuits. Les variations rapides de tension correspondant, d'une part, au courant à mesurer, d'autre part, à d'éventuels courants transitoires asymétriques, ne sont pas contre-réactionnées et sont donc fidèlement transmises par A3. On notera que la valeur de C3 contrairement à celles de C1 et C2 n'a pas besoin d'être définie avec précision. A titre d'exemple, l'on pourra prendre C1 = C2 = 10 nF et des valeurs de résistances comprises entre 10 K fl et 10 MQ. Bien que le montage soit adapté à sa réalisation en circuits hybrides, il est également réalisable autrement, avec de plus fortes valeurs des capacités. Revendications de brevet 1. Intégrateur à amplificateurs opérationnels, caractérisé en ce qu'il comporte - un premier circuit comportant un premier amplificateur opérationnel (A1), une résistance d'entrée (R1) reliée à une borne de l'amplificateur par une résistance auxiliaire (R2), un condensateur (Cl) reliant ladite borne de l'amplificateur à la masse et une résistance de contre-réaction (R3) reliant le point commun entre la résistance d'entrée et la résistance auxiliaire à la sortie de l'amplificateur - un deuxième circuit comportant un second amplificateur opérationnel (A2), un circuit intégrateur à résistancecapacité (R4 C2) dont la résistance (R4) est reliée à une borne du second amplificateur, le condensateur (C2) reliant cette borne à la sortie du second amplificateur et une résistance auxiliaire (R5) en parallèle sur ledit condensateur (C2), et - un troisième circuit comportant un troisième amplificateur opérationnel (A3) ayant des résistances d'ajustage de gain en courant continu (R6 - R7), la sortie de ce troisième amplificateur étant reliée à son entrée à travers un circuit intégrateur (C3 - A4 -R8). 2. Intégrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé en circuit hybride, les condensateurs ayant des valeurs de l'ordre de la dizaine de nanofarads.