Brevet FR2552284A1 — publié le 19850322

La présente invention a pour objet un circuit isolateur à coupleur optoélectronique Elle trouve une application en électronique, notamment dans la réalisation d'équipements analogiques ou numériques. 5 A propos de ces derniers, on peut citer par exemple les codeurs-décodeurs ("codecs") numériques audiofréquence. Les matériels de radiodiffusion audio, ainsi que la plupart des équipements de sonorisation, 10 comportent des transformateurs d'entrée et de sortie, dont le r 8 le est d'assurer l'isolement galvanique entre les différents sous-ensembles de la chaîne audiofréquence. On sait par ailleurs qu'un isolement galva15 nique peut être obtenu par des coupleurs optoélectroniques Ces dispositifs comprennent une diode photoémettrice disposée en regard d'un photodétecteur, un circuit de polarisation de la diode photoémettrice et un amplificateur de sortie connecté au 20 photodétecteur. Chacun de ces deux dispositifs présente des inconvénients Les transformateurs d'isolement sont réservés au domaine professionnel (radiodiffusion, production, mesures), ou semi-professionnel (sonori25 sation), en raison de leur prix élevé Les composants ayant des performances de type professionnel (grande régularité de la bande passante, faible distorsion) sont particulièrement onéreux, surtout s'ils doivent accepter une amplitude de signal importante, de l'or30 dre d'une vingtaine de décibels Pour de tels niveaux, la distorsion aux fréquences basses devient vite prohibitive, en raison de la saturation du noyau magnétique, à moins d'augmenter le volume de la carcasse. A titre indicatif, un transformateur d'iso- lement professionnel de 600 JL d'impédance occupe un volume de 0,2 à 0,4 litre, et son prix se situe entre 400 et 600 F ( 1983); en outre, du fait de la technologie utilisée, ce prix ne peut qu'augmenter. Si les coupleurs optoélectroniques ne présentent pas ces inconvénients, il faut en revanche souligner que la présence d'une polarisation continue de la diode émettrice est très contraignante dans le cas d'un équipement à plusieurs entrées: il est alors 10 nécessaire de transporter une ligne d'alimentation par entrée, ce qui est peu commode Par ailleurs, le schéma de branchement classique de ce composant n'assure pas la compatibilité avec les transformateurs d'isolement magnétique éventuellement utilisés par ailleurs, 15 et ceci dans la mesure o la polarisation de la diode émettrice doit être assurée par le circuit amont. Le but de l'invention est justement de remédier à cet inconvénient en proposant un circuit optoélectronique pouvant remplacer les transformateurs 20 d'entrée à haute impédance notamment dans les équipements audiofréquences Ce circuit assure les mêmes fonctions qu'un transformateur d'isolement avec une dynamique au moins égale, et un encombrement et un prix inférieurs. A cette fin, on utilise selon l'invention, un coupleur optoélectronique dont le circuit de polarisation est particulier et est du type hautefréquence; ainsi s'affranchit-on de la nécessité de transporter une ligne d'alimentation spéciale pour chacune 30 des entrées audiofréquences pour polariser les diodes des coupleurs utilisés. De façon précise, l'invention a donc pour objet un circuit isolateur, du genre de ceux qui comprennent: un coupleur optoélectronique composé 3 2552284 d'une diode photoémettrice disposée en regard d'un photodétecteur, un circuit de polarisation de la diode photoémettrice, une entrée de signal connectée à la diode photoémettrice et un amplificateur de sortie connecté au photodétecteur, ce circuit isolateur étant caractérisé par le fait que le circuit de polarisation de la diode photoémettrice 10 comprend une source de tension haute-fréquence reliée à un transformateur haute-fréquence et un circuit redresseur inséré entre ce transformateur et la diode photoémettrice. Selon un premier mode de réalisation, le 15 circuit redresseur comprend une diode ou un pont de diodes et un condensateur. Selon un autre mode de réalisation, le circuit de polarisation comprend une résistance et un condensateur. Selon une variante avantageuse, la source de tension haute fréquence est constituée par des moyens appartenant à l'équipement sur lequel le circuit isolateur est implanté. De toute façon, l'invention sera mieux com25 prise après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un isolateur opto30 électronique selon l'art antérieur, la figure 2 représente un circuit isolateur selon l'invention, la figure 3 illustre une variante à entrées symétriques avec circuits redresseurs séparés, 35 la figure 4 illustre une autre variante à entrées symétriques avec circuit redresseur commun, 4 2552284 la figure 5 montre un circuit de sortie de type symétrique, la figure 6 montre un autre circuit de sortie de type dissymétrique. Le circuit isolateur illustré par la figure 1 est du genre de ceux qui comprennent un coupleur optoélectronique 10, composé d'une diode émettrice DE disposée en regard d'une diode photoréceptrice DR, un circuit 12 de polarisation de la diode émettrice DE, 10 une entrée de signal E connectée à la diode émettrice par une résistance RE et un amplificateur de sortie 14 connecté à la diode photoréceptrice par une résistance de sortie RS et une sortie de signal S. L'originalité du circuit de l'invention 15 tient dans la structure du circuit de polarisation. Elle est illustrée par la figure 2 L'isolateur représenté possède un circuit de polarisation de la diode photoémettrice DE gui comprend une source de tension haute fréquence 20 reliée à un transformateur haute 20 fréquence TR et un circuit redresseur 22 inséré entre ce transformateur et la diode photoémettrice. Tel que représenté sur la figure 2, le circuit redresseur 22 comprend une diode D, un condensateur C et une résistance RP. Le principe de fonctionnement de ce circuit de polarisation est le suivant Le transformateur basse impédance TR transmet le signal de polarisation haute fréquence au circuit redresseur La fréquence utilisée est typiquement comprise entre 2 et 20 M Hz. 30 Un transformateur au format DIL 5 broches, du type MCL T 4-1 est amplement suffisant Par ailleurs, le fait d'utiliser une fréquence élevée présente l'avantage, par rapport à l'emploi d'une alimentation flottante classique, de n'engendrer aucune ondulation pa35 rasite dans le spectre audiofréquence. 2552284 On peut utiliser un circuit redresseur plus simple en renonçant à la diode D: un simple circuit intégrateur à résistance et à condensateur peut être inséré entre le transformateur et la diode émissive. 5 La seule condition à respecter est que la fréquence f A de coupure haute du spectre audio, soit très inférieure à 1 si R et C sont les valeurs des éléments 2 it RC résistif et capacitif. Ce circuit très simple, à résistance et con10 densateur, présente toutefois l'inconvénient de nécessiter plus d'énergie que le précédent, avec diode. C'est la raison pour laquelle le premier peut être préféré. Dans certains cas, on peut utiliser un cir15 cuit adaptateur 21 (en tirets sur la figure 2), pour des questions de compatibilité entre la source 20 et le reste du circuit Il peut s'agir par exemple d'un circuit tampon en TTL ("TransistorTransistorLogic"). L'amplificateur 14 peut être du type tension-tension Son gain est élevé La résistance RP permet de régler le courant de polarisation de la diode DE et la résistance R 4, le gain du circuit complet. Ces deux réglages sont fonction du circuit électroop25 tique utilisé A titre explicatif, il peut être indiqué que l'on peut utiliser par exemple un coupleur 6 N 135, une résistance RP de 350 Q et une résistance R 3 de 1,2 k A et une résistance R 4 de 5 M 9 Q Le transformateur TR peut être du type MCL T 4-1 commercialisé par 30 Mini-Circuits et l'oscillateur de type VF 180 commercialisé par Valpey Fisher. On peut aussi utiliser une diode émettrice travaillant dans l'infrarouge et une diode réceptrice de type PIN. Dans une variante avantageuse, le circuit oscillateur est constitué par des moyens situés dans l'équipement numérique dans lequel l'isolateur est implanté. L'invention permet des montages à entrées 5 symétriques, si l'on utilise deux opto-coupleurs 10/1 et 10/2, définissant deux voies distinctes; l'entrée symétrique comprend un point haut E 1 et un point bas E 2 Cette entrée est analogue à celle d'un transformateur symétrique La polarisation de chaque diode émet10 trice peut être obtenue par des circuits séparés (figure 3) ou par un circuit commun (figure 4), selon le type de composants utilisés, et les débits nécessaires Dans les deux variantes illustrées les éléments représentés portent les mêmes références que sur la 15 figure 2, mais avec des indices 1 et 2 selon leur appartenance à la voie du haut ou à la voie du bas. Les sorties du circuit peuvent également être symétriques (figure 5) avec une sortie Sl (point haut) et une sortie 52 (point bas) Le circuit de sor20 tie comprenant alors un double amplificateur 14/1, 14/2 reliés aux diodes réceptrices DR 1, DR 2 avec des résistances de réglage Rll, R 21 et R 12 et R 22. La sortie peut être dissymétrique (figure 6) si l'on ajoute un troisième amplificateur 14/3 de sor25 tie 53, pourvu de deux entrées reliées aux sorties Sl, 52. Dans une variante conforme à la figure 2, les résultats suivants ont été obtenus pour un niveau d'entrée de -10 d B (correspondant au niveau ligne en 30 sonorisation): distorsion harmonique de rang 2: 0,3 % ( 50 d B) de Hz à 20 k Hz, rapport signal sur bruit: 80 d B de 20 à 20 000 Hz. REVENDICATIONS 1 Circuit isolateur, du genre de ceux qui comprennent: un coupleur optoélectronique ( 10) composé 5 d'une diode photoémettrice (DE) disposée en regard d'un photodétecteur (DR), un circuit de polarisation de la diode photoémettrice, une entrée de signal (E) connectée à la 10 diode photoémettrice (DE) et un amplificateur de sortie ( 14) connecté au photodétecteur (DR), ce circuit étant caractérisé par le fait que le circuit de polarisation de la diode photoémettrice comprend une source de tension haute fréquence ( 20) re15 liée à un transformateur haute fréquence (TR) et un circuit redresseur ( 22) inséré entre ce transformateur (TR) et la diode photoémettrice (DE). 2 Circuit isolateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit redres20 seur ( 22) comprend une diode (D) ou un pont de diodesl et un condensateur (C). 3 Circuit isolateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de polarisation comprend une résistance (R) et un condensa25 teur (C). 4 Circuit isolateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la source de tension haute fréquence ( 20) est constituée par des moyens appartenant à l'équipement sur lequel le circuit iso30 lateur est implanté. Circuit isolateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans le cas d'un signal d'entrée symétrique, le circuit de polarisation comprend deux circuits redresseurs en parallèle. 8 2552284 6 Circuit isolateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans le cas d'un signal d'entrée symétrique, le circuit de polarisation comprend un seul circuit redresseur.