Brevet FR2566915A1 — publié le 19860103

DETECTEUR DE LA VALEUR DE CRETE D'UN SIGNAL PERIODIQUE. L'invention est relative à un détecteur de la valeur de crête d'un signal périodique notamment un signal sinusoïdal pur ou à faible taux d'harmoniques. L'amplitude maximale, ou valeur de crête, d'un signal variant en fonction du temps est un paramètre important pour un grand nombre de circuits électriques. En particulier le bon fonctionnement de la plupart des circuits n'est assuré que si la valeur de crête des signaux qui leurs sont appliqués ne dépasse pas une limite prédé- terminée. On sait que lorsqu'un signal variable en fonction du temps passe par un maximum, sa dérivée par rapport au temps est nulle. C'est pourquoi les détecteurs de valeur de crête connus jusqu'à présent comportent un dérivateur. Mais les circuits dérivateurs sont instables et générateurs de bruits. L'invention remédie à cet inconvénient. Elle est caractérisée en ce que le détecteur comporte: un circuit retardateur imposant au signal un retard de faible valeur par rapport à la période, un soustracteur effectuant la différence entre l'amplitude du signal et l'amplitude du signal retardé, et un moyen pour détecter la valeur commune de ces signaux lorsque cette différence est nulle. La précision de ce détecteur dépend de la valeur du retard. La précision est d'autant plus grande que le retard est faible. Dans une réalisation le signal dont on veut détecter la valeur de crête charge un condensateur par l'intermédiaire d'un inter- rupteur qui est ouvert dès que la différence entre l'amplitude du signal et celle du signal retardé passe par zéro. Ce condensateur de mémorisation peut également être utilisé pour imposer le retard. De préférence la valeur de crête est mémorisée et le contenu de la mémoire correspondante est renouvelé à chaque période. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme illustrant le principe sur lequel est basé le détecteur de valeur de crête selon l'invention, - la figure 2 est un schéma sous forme de blocs, d'un détecteur de valeurs de crête échantillonnées, - la figure 3 est un schéma de redresseur faisant partie du détecteur de la figure 2, - la figure 4 montre les autres parties du détecteur de la figure 2, - les figures 5a à 5f sont des diagrammes de signaux du dé- tecteur représenté sur les figures 2 à 4 et, - la figure 6 est un schéma d'une variante d'une partie du circuit représenté sur la figure 4. L'exemple qui va être décrit en relation avec les figures est un circuit de détection de valeurs de crête pour un signal sinusoïdal pur ou à faible taux d'harmoniques utilisable pour des fréquences com- prises entre 300 Hz et 10 000 Hz. Ce signal sinusoïdal Ue est al- ternatif, c'est-à-dire qu'il est alternativement positif et négatif. C'est pourquoi le détecteur comporte, à son entrée, un redresseur des alternances négatives, ou détecteur de valeur absolue 10 (fi- gures 2 et 3). Le signal de valeur absolue, qui est noté I Uel,fourni par le détecteur 10, est appliqué sur l'entrée 12 d'un circuit 11 détecteur de crêtes. Ce circuit fournit sur-sa sortie un signal Uc, avant que la crête soit atteinte, qui est identique au signal | Ue l mais avec un retard ' petit par rapport à la période du signal sinusoïdal I Ue; après la crête ce signal Uc a une amplitude Us constante: celle de la crête. 25669-15 Sur le diagramme de la figure I on a représenté par la courbe 13 les variations du signallUel en fonction du temps t au voisinage du maximum, ou crête, 14. La courbe 15 en traits pleins représente le signal Uc. La courbe 15a en traits interrompus corres- pond au signal virtuel | Ue 1 retardé de Z après la crête. Dans un séquenceur 16 on effectue la différence entre les amplitudes V des signaux lUe et Uc. Quand cette diffé- rence l Uel - Uc passe par zéro le séquenceur 16 produit un si- gnal S1 sur une entrée 17 du circuit Il permettant d'ouvrir un interrupteur 18 (figure 4) pour mémoriser la valeur commune Us des amplitudes des signaux l Uel et Uc à cet instant tM. Le séquenceur 16 compare également le signal i Uel à un seuil Ut (figure 5a). Lorsque l Ue [ descend au-dessous de ce seuil Ut le séquenceur 16 produit un signal S2 appliqué sur une entrée 19 du 1 circuit 11 pour remettre à zéro la mémoire que contient ce dernier. Le signal Uc (figure 5b) sur la sortie du circuit 11 présente ainsi des parties ascendantes 20 identiques, au retard Z près, aux parties correspondantes 20a du signal JUel, des paliers 21 d'ampli- tude Us (valeur de crête du signal!Ue) suivis par des parties 22 à forte pente descendante. Le signal Ucest transmis à l'entrée 23 d'une mémoire 24 des valeurs de crêtes qui, grâce à un signal S3 de commande- produit par le séquenceur 16 -appliqué sur son entrée 25 ne mémorise que les paliers 21. On obtient ainsi sur la sortie 26 de la mémoire 24 un signal, également noté Us, quasiment continu mais dont la valeur, pratiquement égale au maximum -du signal Ue, peut varier à chaque alternance de ce signal l Ue On voit sur la figure I que le signal Us ne correspond pas exactement au sommet de la courbe 13 ou de la courbe 15, c'est-à- dire qu'il n'a pas exactement l'amplitude de la crête du signal. Toutefois la différence entre ce signal Us et la valeur de crête est faible et est acceptable pour la plupart des applications. De plus cette différence est d'autant plus faible que le retard est petit. 25669 1 5 Dans l'exemple représenté sur la figure 3 le redresseur 10 est formé d'un circuit classique de gain 1 qui comprend deux ampli- ficateurs opérationnels 30 et 31. Le signal Ue est appliqué sur l'entrée inverseuse (-) de l'amplificateur 30 par l'intermédiaire d'une résistance de valeur R. L'entrée inverseuse est également reliée à l'entrée inverseuse (-) du second amplificateur opérationnel 31 par l'intermédiaire d'une résistance de valeur 2R. Une autre résistance de valeur 2R est disposée entre l'entrée inverseuse de l'ampli- ficateur 31 et la sortie de ce dernier. L'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur 30 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance de valeur R. Il en est de même pour l'entrée corres- pondante de l'amplificateur 31. La sortie de l'amplificateur 30 est connectée, d'une part, à l'anode d'une première diode dont la cathode est reliée à son entrée inverseuse et, d'autre part, à la cathode d'uneseconde diode dont l'anode est connectée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 31 par l'intermédiaire d'une résistance de valeur R. Enfin une autre résistance de valeur R est disposée entre la cathode de la première diode et l'anode de la seconde diode. Le circuit 10 représenté sur la figure 3 délivre le signal IUe, c'est-àdire: Uel = Ue si Ue > 0 Uel =- Ue si Ue L'avantage, connu en soi, du circuit de la figure 3 est qu'il permet de s'affranchir des problèmes de seuil inhérents aux redres- seurs classiques à pont de diodes. - Le circuit 11 de détection et mémorisation de la valeur de crête de Ue} comporte (figure 4) un condensateur 35 dont une armature est à la masse et dont l'autre armature 351 reçoit le signal Ue par l'intermédiaire, d'une part, de l'interrupteur sta- tique 18 et, d'autre part, d'une résistance 36 en série. La seconde armature 351 est également connectée à la masse par l'intermé- diaire d'un second interrupteur statique 37 commandé par le si- gnal S2 (figures 2 et 5) en série avec une résistance 38. La tension aux bornes du condensateur 35 est transmise à l'entrée non inver- seuse (+) d'un amplificateur opérationnel 39 par l'intermédiaire d'une résistance 40. La sortie de l'amplificateur opérationnel 39, sur laquelle apparaît le signal Uc (figure 5b), est reliée à l'entrée inverseuse (-) par l'intermédiaire de l'ensemble en parallèle d'une résistance 41 et d'un condensateur 42. Avant l'instant tM l'interrupteur 18 est fermé; de ce fait le condensateur 35 se charge au niveau du signal Ue avec un retard Z qui dépend du filtre constitué par la résistance 36 de valeur R1 et du condensateur 35 lui même, dont la capacité est C1. Ce retard a la valeur: = R1 C1. Au cours de la charge du condensateur 35 l'interrupteur 37 est ouvert, ce qui évite la décharge. Cet interrupteur 37 est fermé, comme on le verra plus loin, par le signal S2 (figure 5f) lorsque le signal | Uel descend au-dessous du seuil Ut. A ce moment le con- densateur 35 se décharge. La valeur R1 de la résistance 36 est choisie en fonction des critères suivants: d'une part elle doit être faible par rapport aux valeurs des résistances des interrupteurs 18 et 37 lorsqu'ils sont ouverts et par rapport à l'impédance d'entrée de l'amplificateur 39 pour ne pas affaiblir le signal emmagasiné par ledit condensateur 35; d'autre part la valeur RI doit être suffisamment élevée pour limiter le courant dans l'interrupteur 18. Par ailleurs le condensateur C1 doit présenter un faible angle de perte et une capacité élevée par rapport aux capacités parasites du circuit. Les résistances 40 et 41 assurent une compensation des ten- sions et courants de décalage (ou offset) tandis que le conden- sateur 42, de faible capacité, quelques picofarads, stabilise l'ampli- ficateur 39 pour lui permettre de suivre dans les meilleures condi- tions le signal de tension du condensateur 35. Le circuit 24 de mémorisation des paliers 21 du signal Uc en sortie du circuit 11 comporte un condensateur 45 de mémorisation relié à la sortie de l'amplificateur 39 par l'intermédiaire d'un inter- rupteur statique 46 sensible au signal S3 (figures 2 et 5) et d'une résistance 47 de valeur R3, en série avec l'interrupteur. La borne commune au condensateur 45 et à la résistance 47 est connectée à l'entrée non inverseuse (+) d'un amplificateur opéra- tionnel 48 par l'intermédiaire d'une résistance 49. La sortie de l'amplificateur 48, qui délivre le signal de sortie Us (figure Sc), est reliée à son entrée inverseuse (-) par l'intermédiaire d'une résis- tance 50 de même valeur que la résistance 49. Ces résistances 49 et 50 permettent, comme les résistances 40 et 41, une compensation des tensions et courants d'offset. Le condensateur 45 est chargé par le signal Uc quand l'inter- rupteur 46 est fermé sous la commande du signal 53 (figure 5e). Le condensateur 45 conserve sa charge quand l'interrupteur 46 est ouvert. Cette charge est transmise sur la sortie 26 par l'intermé- diaire de l'amplificateur 48 qui assure l'isolement. Elle n'est modi- fiée qu'après une nouvelle fermeture de l'interrupteur 46 pendant un temps déterminé suivant l'instant tM. Le séquenceur 16 comporte deux parties, à savoir une pre- mière partie 161 qui engendre le signal S2 de commande de l'inter- rupteur 37 et une seconde partie 162 qui engendre les signaux SI et S3 de commande des interrupteurs, respectivement 18 et 46. La première partie 161 du séquenceur 16 comprend un amplifi- cateur opérationnel 52 monté en comparateur rapide; son état de sortie est fonction du signe de la différence entre les tensions appliquées sur ses bornes d'entrée. Sur l'entrée non inverseuse (+) est appliquée la tension de consigne Ut (figure 5a) grâce à un pont diviseur à deux résistan- ces 53 et 54. Sur l'entrée inverseuse (-) est appliquée la tension 1 Ue | par l'intermédiaire d'un filtre à résistance 55 et conden- sateur 56. 6 6 9 1 5 L'entrée non inverseuse est par ailleurs reliée à la première borne d'une résistance 57 dont la seconde borne est connectée à la sortie de l'amplificateur 52 à travers un condensateur 58 sur lequel se trouve en parallèle une diode 59 branchée dans un sens tel que son anode est reliée directement à la sortie de l'amplificateur 52. Cette sortie est en outre reliée à une source de potentiel de référence par l'intermédiaire d'une résistance 60 et à l'anode d'une diode 61 sur la cathode de laquelle apparaît le signal S2' Cette cathode est éga- lement reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 62. Le fonctionnement de l'étage 161 est le suivant: Si iUel > Ut, la tension de sortie de l'amplificateur 52 est une tension de saturation négative. Les diodes 59 et 61 sont donc bloquées. Il en résulte que le signal S2 est 0 volt, du fait de la présence de la résistance 62. Dans ces conditions l'interrupteur 37 est ouvert. Si | Uel signal S2 est positif. L'interrupteur 37 est donc fermé. Il est à noter que la présence du condensateur 58 permet d'accélérer la commutation d'un niveau de S2 à l'autre et que la conduction de la diode 59 modifie légèrement la valeur de Ut. On a donc un effet d'hystérésis qui améliore la stabilité du comparateur. Le second étage 162 du séquenceur 16 comporte aussi un amplificateur opérationnel 65 monté en comparateur rapide, comme l'amplificateur 52. Sur l'entrée non inverseuse (+) est appliqué le signal lUel par l'intermédiaire d'une résistance 66. L'entrée inverseuse (-) est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 39, qui délivre le signal Uc, par l'intermédiaire d'une résistance 67. La sortie de l'amplificateur 65 est ramenée à son entrée non inverseuse (+) via un condensateur 68 et une résistance 69 en série. Une diode 70 est en parallèle sur le condensateur 68 dans un sens tel que que sa cathode est reliée à la sortie de l'amplificateur 65. Cette dernière sortie est par ailleurs reliée à l'anode d'une autre diode 71 ainsi qu'à un potentiel de référence via une résistance 72. La cathode de la diode 71 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 73. Cette cathode délivre le signal S1 de commande de l'interrupteur 18. La cathode de la diode 71 est reliée à l'entrée d'un mono- stable 74 par l'intermédiaire, d'une part, de deux inverseurs logiques en série 75 et 76, qui imposent un léger retard au signal qu'ils transmettent, et, d'autre part, d'un condensateur 77. Le monostable 74 comporte un circuit intégré 78, par exemple celui du type NE 555, ainsi qu'un condensateur 79 et une résis- tance 80 qui fixent la constante de temps du monostable. Le circuit intégré 78 est également associé à une diode 81, en parallèle avec une résistance 82, et sur la cathode de laquelle est appliquée une tension de référence, l'anode recevant le signal d'entrée du mono- stable, à savoir le signal S1. Le monostable est déclenché par le front descendant du signal S1. Par contre, grâce à la diode 81, le front montant du signal S1 n'est pas pris en compte par le circuit 78. Si Uei'Uc la sortie du comparateur 65 est une tension de saturation positive. Il en résulte que le signal S! est aussi positif et que l'interrupteur 18 est fermé. Ainsi le condensateur 35 se charge. Dès que Uel sion de saturation négative. La diode 71 se bloque. Le signal Si est alors nul du fait de la liaison à la masse par la résistance 73. L' interrupteur 18 est alors ouvert, la charge du condensateur 35 est interrompue. Sa valeur est maintenue au palier 21. L'interrupteur 46, commandé par le signal S3, qui transmet la charge du condensateur 35 au condensateur 45, n'est fermé que pendant un temps constant, déterminé par le monostable 74, après l'ouverture de l'interrupteur 18. Sur la figure 6 on a représenté une variante, de type numé- rique, de l'ensemble formé par le monostable 74 et le condensa- teur 77. Dans cette variante le signal de sortie de l'inverseur 76 est appliqué sur l'entrée C d'une bascule bistable 85 dont la sortie Q délivre le signal S3. La sortie Q de cette bascule est connectée à l'entrée R de remise à zéro d'un compteur 86 diviseur par 8. La sortie Q3 de ce compteur 86 est reliée à l'entrée R de remise à zéro de la bascule 85. Le signal d'horloge HR est appliqué sur l'entrée C de comptage du compteur 86. Le comptage de signaux d'horloge démarre lorsque Q = O. Quand Q3 atteint la valeur 1, la bascule 85 est remise à 0. Il en résulte qu'alors S3 = O et Q = 1, ce qui bloque le comptage. Si, par exemple, le signal d'horloge appliqué sur l'entrée C du compteur 86 a une fréquence de 2 MHz le signal apparaissant sur sa sortie Q3 a une fréquence huit fois plus faible. Ainsi le signal 53 aura la valeur 1 pendant huit périodes du signal d'horloge; à cette durée il faut ajouter l'écart de temps séparant le passage par O de Q du premier front montant du signal d'horloge. La précision sur la durée du signal S3 dépend de cet écart. Cette précision est généralement plus grande qu'avec le monostable du type représenté sur la figure 4. REVENDICATIONS 1. Circuit de détection de la valeur de crête d'un signal périodique (Ue), caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (36, 35) pour retarder ce signal d'une durée ( x) de faible valeur par rapport à la période, un moyen (162) pour comparer l'amplitude du signal(Ue) à celle du signal retardé (Uc), et un moyen pour détecter l'égalité entre ces amplitudes, l'amplitude commune (Us) repré- sentant la valeur de crête du signal. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (35, 45) pour mémoriser ladite amplitude com- mune (Us). 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen pour retarder le signal périodique comporte un condensa- teur (35) servant également à la mémorisation de la valeur de crête. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit condensateur (35) du moyen de retard est chargé par le signal i5 d'entrée (Ue) par l'intermédiaire d'une résistance (36) et d'un inter- rupteur (18) qui s'ouvre, sous la commande du moyen compa- rateur (162), quand les amplitudes du signal périodique et du signal retardé sont égales. 5. Circuit selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de décharge dudit condensateur (35) du circuit de retard et de mémorisation qui comporte un interrupteur (37) fermé lorsque l'amplitude du signal (Ue) tombe au-dessous d'un seuil prédéterminé (Ut). 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de mémorisation du signal de crête comportent un second condensateur (45) recevant la charge du premier condensateur (35) par l'intermédiaire d'un interrupteur (46) fermé, sous la commande des moyens comparateurs (162), pendant un temps déterminé suivant la détection de l'égalité entre 1' ampli- tude du signal périodique et l'amplitude du signal retardé. 7. Circuit selon les revendications 4 et 6, caractérisé en ce que le signal (S3) de commande de l'interrupteur (46) de charge du second condensateur (45) est fourni par un monostable (74) dont l'entrée reçoit le signal (S1) de commande de l'interrupteur (18) de charge du premier condensateur (35). 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'étant destiné à la détection des valeurs de crête d'un signal alternatif, il comporte à son entrée un redres- seur (10) ou détecteur de valeur absolue (. Ue). 9. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le contenu de la mémoire contenant l'amplitude commune (Us) est renouvelé à chaque période. 10. Application du circuit selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, à la détection des valeurs de crête d'un signal sinusoidal pur ou à faible taux d'harmoniques.