Brevet FR2563958A1 — publié le 19851108

"Circuit pour engendrer une tension proportionnelle à la différence de deux tensions" L'invention concerne un circuit électronique permettant d'obtenir une tension continue proportionnelle à la différence arithmétique des amplitudes de deux tensions alternatives. L'invention s'applique en particulier dans les magne- toscopes à suivi automatique de piste. Dans ces appareils, un signal alternatif est enregistré au début de chaque piste avec une fréquence qui change d'une piste à l'autre et la tête de lecture lit par diaphonie les signal des pistes voisines. Les tensions alternatives induites sont séparées par filtrage et l'une ou l'autre devient plus grande s'il y a décalage de, la piste dans un sens ou dans l'autre. Ces deux tensions alternatives doivent être comparées et une tension continue proportionnelle à la différence arithmétique des amplitudes doit être engendrée pour commander la correction du décalage. Un circuit connu, comportant cette fonction, est le circuit intégré TDA 2503 de la société N.V. PHILIPS GLOEILAMPENFABRIEKEN. Ce circuit comporte une première entrée pour une desdites tensions alternatives, reliée à -un premier amplificateur, et une deuxième entrée, pour l'autre tension alternative, reliée à un deuxième amplificateur distinct du premier. Les deux amplificateurs sont identiques; ils ont un gain élevé et sont bouclés chacun par une diode, constituant ainsi de façon connue des re-. dresseurs pratiquement sans seuil. Les tensions continues redressées et filtrées sont appliquées ensuite chacune à une des entrées d'un amplificateur différentiel qui fournit ladite tension continue. Ce circuit qui fonctionne parfaitement présente toutefois l'inconvénient de nécessiter trois amplificateurs et deux condensateurs de filtrage. Le but de la présente invention est de fournir un circuit qui remplisse la même fonction en utilisant moins d'amplificateurs et donc moins de surface pour le circuit intégré, et moins de condensateurs extérieurs, ce qui, entre autres, permet de diminuer le nombre de sorties du boîtier de circuit intégré. Le circuit selon l'invention est ainsi notamment remarquable en ce que, chacun desdits amplificateurs comportant au moins un transistor délivrant un courant de sortie par son collecteur, ledit transistor d'un amplificateur est d'un type de conduction opposé à celui de l'autre amplificateur, et les deux courants de sortie sont introduits ensemble dans une résistance découplée par un condensateur, dont la tension de charge constitue ladite tension continue. Ainsi seulement deux amplificateurs, en outre plus simples que ceux de l'art antérieur, et un seul condensateur sont nécessaires. L'invention repose ainsi sur l'idée de base de transformer une des tensions alternatives en arches de courant d'un premier sens, l'autre tension alternative en arches de courants de sens opposé grâce à des transistors de type de conduction opposés, et à charger un même condensateur au moyen desdites arches de courant. Dans une variante du circuit, les amplificateurs comportent un transistor d'entrée distinct du transistor qui délivre un courant de sortie, et le transistor d'entrée du premier amplificateur est d'un type de conduction opposé à celui du transistor d'entrée du deuxième amplificateur. Les transistors délivrant un courant de sortie font alors avantageusement partie de miroirs de courant reproduisant le courant fourni par les transistors d'entrée. Dans une autre variante du circuit où les am plificateurs comportent un transistor d'entrée distinct du transistor qui délivre un courant de sortie les deux transistors d'entrée sont identiques et le courant de l'un des deux est reproduit et inversé au moyen d'un double miroir de courant, alors que celui de l'autre est reproduit au moyen d'un simple miroir de courant. Afin que les circuits puissent fonctionner avec deux tensions alternatives ayant la même composante continue, il est avantageux que le susdit transistor d'entrée de chaque amplificateur constitue chaque fois avec un deuxième transistor une paire différentielle et qu'à la base de chaque deuxième transistor soit appliquée une tension de référence identique pour les deux amplificateurs. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés décrivant des exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre par un schéma les fonctions de base du circuit. La figure 2 représente une forme de réalisation de l'un des amplificateurs. La figure 3 est un schéma de l'ensemble d'un circuit. La figure 4 est un schéma d'ensemble d'un circuit encore amélioré. Le circuit de la figure 1 permet d'obtenir une tension continue au point 17, proportionnelle à la différence arithmétique des amplitudes de deux tensions alternatives appliquées respectivement à une entrée 9 et à une entrée lo. Par différence arithmétique", on entend que le signe de la tension continue cange selon que l'une ou l'autre des tensions alternatives est la plus grande. Les entrées 9 et 10 sont reliées respectivement à un amplificateur constitué par un transistor 8 et à un amplificateur constitué par un transistor 4. Le transistor 4 de type PNP a son émetteur relié à une tension d'alimentation V positive et sa base est connectée à l'entrée 10. Le transistor 8 de type NPN a son émetteur relié à la masse et sa base est connectée à l'entrée 9.Chacun de ces transistors 4, 8 délivre par son collecteur un courant de sortie. Leurs collecteurs sont reliés l'un à l'autre. On suppose que la première tension alternative reliée à l'entrée 9 est référencée à la masse, c'està-dire que sa tension moyenne est nulle, alors que le deuxième tension alternative reliée à l'entrée 10 est référencée à la tension d'alimentation V. Alors seules les arches de sinusoïdes positives appliquées à l'entrée 9 produiront des arches de courant au collecteur du transistor 8. De même les arches de sinusoides négatives (par rapport à la référence V) appliquées à l'entrée 10 produiront des arches de courant au collecteur du transistor 4. Le point commun des collecteurs est relié à une source de tension constante U par une résistance 15 et à la masse par un condensateur 16. La tension U fixe la valeur de la susdite "tension continue proportionnelle à la différence de deux tensions alternatives" lorsque les deux tensions alternatives sont égales.En effet, les arches de courant issues des collecteurs des transistors 4 et 8 sont de sens tel que, si les tensions alternatives sont égales et si les transistors 4 et 8 sont parfaitement symétriques, l'arche de courant issue du-transistor 4 est absorbée exactement par le transistor 8, et aucun courant ne circule alors dans la résistance 15 et le condensateur 16. Si la tension alternative appliquée en 10 est plus grande que celle appliquée en 9, les arches de courant indiquées par la flèche 20 sont plus grandes que celles indiquées par la flèche 21 et la tension monte au point 17; elle descend dans la situation inverse. Le condensateur 16 a pour but de lisser la tension obtenue et de fournir une constante de temps en association avec la résistance 15. Il élimine pratiquement l'influence sur le signal au point 17 de la phase relative des deux tensions alternatives. Ce schéma fonctionne, mais il nécessite une référence différente pour chacune des tensions à comparer. Ceci peut être obtenu facilement au moyen de condensateurs de liaison et de résistances pour restituer une composante continue, indiquées en pointillé sous les références 22, 23. Mais la tendance actuelle d'intégrer le plus d'éléments possible rend cette solution désavantageuse à cause des condensateurs supplémentaires qu'elle implique. Afin de résoudre ce problème, le circuit de la figure 2 est une variante de l'amplificateur qui était constitué du transistor 4 dans la figure 1, fournissant les arches de courant du sens qui fait monter la tension de sortie. Le transistor d'entrée 1 de type NPN est monté en paire différentielle avec un deuxième transistor NPN 2, dont la base est reliée à une tension de référence Vr, les émetteurs étant alimentés ensemble de façon connue par un générateur de courant 13. Une résistance de linéarisation 11 est montée en série avec l'émetteur d'un seul des transistors de la paire, le transistor 1. Cette résistance a en outre pour effet de déséquilibrer la paire de façon qu'au repos le courant soit très faible dans le transistor 1. Le collecteur de ce transistor est relié à un transistor 3 de type PNP monté en diode et constituant de façon connue avec un transistor PNP 4 un miroir de courant. Les émetteurs des transistors 3 et 4 sont reliés à la tension d'alimentation positive V. Du collecteur du transistor 4 sort un courant de sortie identique à celui issu du transistor 4 de la figure 1, et reproduisant celui issu du collecteur du transistor d'entrée 1. La tension alternative introduite sur la borne 10 doit maintenant être référencée par rap port à la tension Vr.Alors que selon la figure 1, le r transistor 4 remplissait à la fois les fonctions de transistor d'entrée et de transistor délivrant un courant de sortie, ici le transistor d'entrée est le transistor 1, alors que le transistor délivrant un courant de sortie est toujours le transistor 4. Dans le circuit de la figure 3, le transistor NPN 8 remplit comme dans le circuit de la figure 1 le rôle de délivrer un courant de sortie. Il est commandé par le transistor NPN 7 monté en diode afin de constituer un miroir de courant 7-8 reproduisant le courant du transistor d'entrée 5 de type PNP. Les émetteurs des transistors 7 et 8 sont reliés à la masse. Le transistor 5 est monté en paire différentielle avec un transistor PNP 6, de façon analogue à celle décrite ci-dessus pour les transistors 1 et 2 de la figure 2. Les éléments 1 à 4 de la figure 2 sont également présents dans la figure 3. Le transistor 6 ayant comme le transistor 2 sa base reliée à la tension de référence V Vr, les tensions alternatives appliquées aux bornes 9 et 10 peuvent être toutes deux référencées à la même tension V . Les sources r de courant des paires différentielles 1, 2 et 5, 6 sont constituées de façon connue par des miroirs de courant respectivement 13, 19 et 14, 18 associés à des résistances de définition du courant 24 et 26. Les courants de sortie des amplificateurs sont fournis par les collecteurs des transistors 4 et 8 et sont ajoutés l'un à l'autre dans la résistance 15 et le condensateur 17 comme dans la figure 1. Le même raisonnement s'applique au sens des courants. Un signal continu proportionnel à la différence arithmétique des amplitudes des tensions alternatives appliquées aux bornes d'entrée 9, 10 est ainsi présent sur la borne de sortie 17. Les performances de ce circuit sont toutefois limitées par le fait que les transistors 1 et 5 étant complémentaires, il est difficile de les fabriquer avec des caractéristiques parfaitement symétriques. Afin d'éliminer cette difficulté, le circuit de la figure 4 utilise deux transistors d'entrée 1, 45 identiques, le courant du transistor 45 étant reproduit et inversé par un double miroir de courant constitué d'une part par les transistors NPN 47 et 48, d'autre part par les transistors PNP 7 et 8. Le courant du transistor 1 est par contre reproduit au moyen d'un miroir de courant simple constitué comme dans la figure 3, par les transistors 3 et 4. Les éléments 1 à 4, 7, 8, 13, 15 à 17, 19, 24 de la figure 4 sont identiques à ceux de la figure 3. Des éléments 43, 49, 51 ont été ajoutés de façon connue aux miroirs de courant respectivement 3-4, 13-19, 7-8 pour compenser leurs gains. Un miroir de courant supplémentaire est constitué par les transistors PNP 47, 50, 48, les émetteurs des transistors 47 et 48 étant reliés à l'alimentation V positive. Ce miroir reproduit le courant de transistor d'entrée 45, de type NPN comme l'autre transistor d'entrée 1, et formant avec le transistor NPN 46 une paire différentielle alimentée par le transistor générateur de courant 25, qui est avantageusement commandé par les mêmes transistors 19, 49 générateurs de miroir, que le transistor 13.A la sortie de collecteur du transistor 48 on retrouve donc un courant identique à celui qui sortait du collecteur de transistor 5 de la figure 3, mais qui est maintenant beaucoup mieux appairé par rapport à celui issu de l'autre amplificateur, c'est-à-dire du collecteur du transistor 1 ou 4. Ce courant issu du transistor 48 est appliqué au miroir 7-8, qui est le même que celui de la figure 3. Si la tension collecteur-émetteur du transistor 48 était différente de celle de transistor 4, ceci entraînerait un déséquilibre. C'est pourquoi on a en outre introduit un transistor darlington 44 de type PNP en série entre les transistors 48 et 7. La base de ce transistor est reliée à une source de tension Vo, qui est par exemple égale à U - 2V D où VD représente une tension de seuil de diode, de façon à obtenir exactement les mêmes tensions de repos pour les transistors 48 et 4. Des variantes équivalentes peuvent être trouvées aux schémas ici décrits, qui ne sortent pas du cadre de l'invention. Les circuits selon l'invention sont de préférence intégrés de façon monolithique (à l'exception du condensateur 16). Ils ne réclament pour eux mêmes que trois connexions de sortie, en dehors de la masse et de l'alimentation, et peuvent avantageusement être regroupés sur un même cristal avec d'autres circuits associés pour la même fonction. REVENDICATIONS 1. Circuit électronique permettant d'obtenir une tension continue proportionnelle à la différence arithmétique des amplitudes de deux tensions alternatives, comportant une première entrée pour une desdites tensions alternatives, reliée à un premier amplificateur, et une deuxième entrée pour l'autre tension alternative, reliée à un deuxième amplificateur, caractérisé en ce que, chacun desdits amplificateurs comportant au moins un transistor délivrant un courant de sortie par son collecteur, ledit transistor d'un amplificateur est d'un type de conduction opposé à celui de l'autre amplificateur, et les deux courants de sortie sont introduits ensemble dans une résistance découplée par un condensateur, dont la tension de charge constitue ladite tension continue. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel les amplificateurs comportent un transistor d'entrée (1, 5) distinct du transistor (4, B) qui délivre un courant de sortie, caractérisé en ce que le transistor d'entrée (1) du premier amplificateur est d'un type de conduction opposé à celui du transistor d'entrée (5) du deuxième amplificateur. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que les transistors délivrant un courant de sortie font partie de miroirs de courant reproduisant le courant fourni par les transistors d'entrée. 4. Circuit selon la revendication 1, dans lequel les amplificateurs comportent un transistor d'entrée (1, 45) distinct du transistor (4, 8) qui délivre un courant de sortie, caractérisé en ce que, les deux transistors d'entrée (1, 45) étant identiques, le courant de l'un des deux (45) est reproduit et inversé au moyen d'un double miroir de courant (47-48, 7-8), alors que celui de l'autre (1) est reproduit au moyen d'un simple miroir de courant (3, 4). 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le susdit transistor d'entrée de chaque amplificateur constitue chaque fois avec un deuxième transistor (2,.6) une paire différentielle et en ce qu'à la base de chaque deuxième transistor est appliquée une tension de référence (V1) identique pour les deux amplificateurs. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une résistance (11, 12) est introduite en série dans l'émetteur dudit transistor d'entrée.