Brevet FR2595527A1 — publié le 19870911

Circuit multiplicateur de capacité, notamment pour joncteur électronique L'invention concerne les joncteurs électroniques, qui assurent le couplage entre les lignes d'abonnés et un central téléphonique. Les joncteurs d'abonnés doivent répondre à des spécifications pré- cises notamment en ce qui concerne les impédances continue et alternative, et à cet effet les composantes continue et alternative du courant de ligne sont séparées. Dans la demande de brevet français 2 527 404, joncteur d'abonné électronique, la séparation des composantes continue et alternative du courant de ligne est effectuée par un simple filtre du premier ordre. Les normes imposant un affaiblissement transhybride supérieur à 26dB à la fréquence de 300 Hz qui correspond à la borne basse de la bande de fréquence utilisée pour la transmission de la parole, cela conduit à utiliser un condensateur de forte valeur, de l'ordre de 30 microfarads, non polarisé. De plus il est nécessaire de connaître le courant traversant le condensateur. Le problème de la multiplication d'une capacité est classique et connu de l'homme de l'art; la figure 1 est un schéma de principe, connu, d'un circuit multiplicateur faisant appel à une multiplication en courant, I étant le courant traversant le condensateur Co et k un facteur de multiplication. L'impédance équivalente est Z (k) Cop avec p = jw en (k+l) Cop notation symbolique, w étant la pulsation. On obtient bien ainsi un condensateur équivalent (k+l) Co, mais on n'a pas accès au courant qui traverse le condensateur. L'invention a pour but la réalisation d'un circuit multiplicateur de capacité qui permette d'accéder au courant traversant le condensa- teur. Un autre but de l'invention est la réalisation d'un circuit multi- plicateur de capacité dans lequel le courant traversant le condensateur est égal au courant à l'entrée du circuit multiplicateur. Un autre but de l'invention est la réalisation d'un circuit multi- plicateur de capacité dans lequel le courant dans le condensateur est égal au courant à l'entrée du circuit multiplicateur et qui n'introduit pas de déphasage autre que 90 entre ledit courant et la tension à - 2- l'entrée du circuit multiplicateur. Un autre but de l'invention est la réalisation d'un circuit multi- plicateur de capacité pouvant supporter, dans le cas d'application à un joncteur électronique, une tension continue voisine des tensions d'alimentation du joncteur. L'invention a pour objet un circuit multiplicateur de capacité caractérisé par le fait qu'il comporte entre une borne d'entrée et une borne de sortie un premier circuit constitué par un condensateur et une résistance en parallèle, et un deuxième circuit comportant une impédance capacitive et une impédance résistive en série, et un circuit amplifica- teur, l'impédance capacitive étant reliée à la borne d'entrée et l'impé- dance résistive étant reliée à la masse, le circuit amplificateur étant relié d'une part à un point commun à l'impédance capacitive et à l'impé- dance résistive, et d'autre part à la borne de sortie. L'invention sera bien comprise par la description qui va suivre d'exemples de réalisation illustrés par les figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 est un schéma de principe connu d'un circuit multiplica- teur, - la figure 2 est un schéma électrique d'un circuit multiplicateur de l'invention, - la figure 3 représente un circuit électronique correspondant au schéma de la figure 2, - la figure 4 est un schéma électrique d'une variante du schéma de la figure 2, - la figure 5 représente un circuit électronique correspondant au schéma de la figure 4, - le figure 6 est un schéma d'une variante du schéma de la figure 2, - la figure 7 est un autre schéma du circuit multiplicateur de l'invention, la figure 8 représente un circuit électronique utilisé dans la figue 7, la figure 9 représente un circuit électronique correspondant au schéma de la figure 8, - la figure 10 représente une application du circuit multiplicateur de la figure 9 à un joncteur. -3- La figure 2 est un schéma d'un circuit multiplicateur d'impédance capacitive de l'invention, constitué par trois circuits 1, 2, 3 d'impé- dances Z1, Z2, Z3 et un circuit amplificateur 11 de gain - K. Les circuits 2 et 3 sont en série entre une borne d'entrée A et la masse. Le circuit amplificateur 11 est relié d'une part à la borne B et d'autre part au circuit 1. I1 est le courant appliqué à la borne d'entrée A et I2 est le courant qui traverse le circuit 1; Ve est Ia tension d'entrée, entre la borne d'entrée A et la masse, Vb est la tension entre la borne B et la masse, c'est donc la tension à l'entrée du circuit amplificateur 11, Vo étant la tension de sortie du circuit amplifica- teur 11, entre une borne de sortie S et la masse. On a les relations suivantes: Vb =Ve Z3 Z2 + Z3 12 = Ve - Vo Ve i2 =i Vo = -K Vb = - Ve KZ3 Z2 + Z3 (1 + K Z3 Z2 + Z3 Ve - e( I1 = I2 + Z2z3 Ve ( + = e Z+ Z- zi = Ve (Z1 + Z2 + (K+I) Z3) Z1 Z2 + Z3 KZ3 + 1 Zl Z2 + Z3 (2) Si l'on identifie le courant circuit parallèle constitué par un résistance de valeur Rr on à: I2 = Ve (Rr Crp + 1) I2 - Rr I2 à celui obtenu dans le cas d'un condensateur de valeur Cr et d'une (3) On est amené à avoir des circuits 1, 2, 3 constitués comme suit: - le circuit 1 est constitué par un condensateur C1 en parallèle sur une R1 résistance R1 ce qui donne Zi Rl 1 R1Clp+I (1) - 4 - - le circuit 2 est eonstitué par un condensateur C2 ce qui donne Z2 = C2p - Z3 est constituée par une résistance R3, donc Z3 =R3. Avec les valeurs de Z1, Z2, Z3 indiquées ci-dessus l'équation (1) devient I2 = Ve (R1C1p+1) (1 + K +R3 C2p Ve (RCp+R) ( R3C2p + 1+ KR3C2p Hi R3C2p + i en faisant R1C1 = R3 C2 il vient: I2 - R1Ve (1 + (K+I) R1Clp) (4) Le courant I1 est égal à: I1 = I2 + Z2Ve Z3 V (1 + (K+1)R1C1p) + 1Ve (5) C2p+ R3 L'équation (4) du courant I2 est identique à l'équation (3), de sorte que le courant I2 de l'équation (4) est celui qui traverserait un circuit constitué par un condensateur (K+1) C1 en parallèle sur une résistance R1. Le circuit multiplicateur de la figure 2 est donc équiva- lent, en ce qui concerne le courant I2, à un condensateur (K+1) C1 en parallèle sur une résistance R1; ceci par contre n'est pas vrai pour le courant I1, équation (5) qui diffère du courant I2 de la valeur I er Ve C2p Ier - 32+ R3 C2p + 1 qui peut être rendue très petite en prenant une résistance R3 très grande. De ce qui précède, il résulte que le circuit électronique corres- pondant au schéma de la figure 2 est celui représenté figure 3 dans laquelle le circuit amplificateur 11 comporte un amplificateur opérationnel 12 ayant une entrée positive reliée à la borne B et sa sortie reliée à une entrée négative, une résistance R' reliant la sortie de l'amplificateur opérationnel 12 à une entrée négative d'un autre amplificateur opérationnel 13 ayant une entrée positive reliée à la masse et sa sortie reliée par une résistance KR' à son entrée négative. Afin d'accéder au courant I2, un amplificateur opérationnel de sortie 14 a une entrée négative reliée d'une part à sa sortie et d'autre part à une borne E commune au condensateur C1 et à la résistance R1, et une entrée positive reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 13. L'ampli- ficateur de sortie 14 est relié à une entrée de deux miroirs de courant M1 et M2, reliés en sortie à un fil F auquel il délivrent un courant I3, ce courant étant égal au courant I2 traversant le circuit parallèle constitué par le condensateur C1 et la résistance R1. La figure 4 est un schéma d'une variante du circuit multiplicateur d'impédance capacitive de l'invention, qui est constitué par trois cir- cuits 4, 5, 6 d'impédances Z4, Z5, Z6 et un circuit amplificateur 11 de gain -K. Le circuit 4 est relié à la borne d'entrée A du circuit multi- plicateur et à une borne E; le circuit 5 est relié à la borne d'entrée A et à une borne B; le circuit 6 et le circuit amplificateur 11 sont reliés en parallèle aux bornes B et E. Ve est la tension d'entrée entre la borne d'entrée A et la masse, Vb est la tension entre la borne B et la masse, Vs est la tension en sortie du circuit amplificateur 11, I1 est le courant appliqué à la borne d'entrée A et I5 est le courant dans la liaison 8 reliant la borne E à la sortie S du circuit amplificateur 11. Dans le cas de la figure 4 les courants I1 et I5 sont égaux; on a donc I = I1 = I5, et Ve- 1s 1) V Ve -Vs + Ve - Vs (Ve-Vs) ( + Z5 Z6 (7) Z4 +Z5 + Z6 =4 Z5 Z Ve - Vs On remarquera que le terme Z4 est égal au courant I4 dans le circuit 4, puisque la tension au point E est égale à Vs. La tension Vb, au point B est donnée par l'équation: Vb= VeZ6 + VsZ5 (8) Z5 + Z6 - 6 - La tension Vs en sortie du circuit amplificateur 1 est Vs = -KVb; en reportant la valeur de VB donnée par l'équation (8) il vient: Vs =- K Ve Z6 K Vs Z5 (9) Z5 + Z6 Z5 + Z6 d'o: Vs(1-. K Z5 K VeZ6 Vs (1 + Z5 + Z6)= (10) Z5 + Z6 Z5 + Z6 et: Vs - Ve K Z6 (11) (K+1) Z5 + Z6 (11) En reportant la valeur de Vs dans l'équation (7) on obtient: K Z6 I 1 I = Ve (1 + K Z6) ( _ 1 IV(1 (K+1) Z5 +6 Z5 + z6 ce qui donne: I Ve F(K+1) (Z5 + Z6) [Z4 + Z5 + Z6 i IV L(K±)Z5 + Z6 Z4 (Z5 + Z6) d'o: _ 1 Ve Z4 + Z5 + Z6(12) Z5 + Z6 K+1 En ayant le circuit 4 constitué par un circuit parallèle constitué par un condensateur C1 et une résistance R1 ce qui donne Z4 = R1ip 1 R1 Clp + 1 - le circuit 5 constitué par un condensateur C2 ce qui donne Z5 C2 C2p et un circuit 6 constitué par une résistance R3, ce qui donne Z6 = R3, et en remplaçant dans l'équation (12) les impédances Z4, Z5, Z6 par leurs valeurs, il vient: -7- RlC1p+l + C2 + R3 C + (R3 C2p + (K+1) Ve I i-jR (RlClp+l) (13) En prenant R1C1 = R3C2 En prenant R1Cl = C2K---; l'équation (13) devient: =Ve R1C[p+I + 1 + (K+1) R1C1p Ri RlClp+l Pl (14) Ve - Vs On a indiqué que l'on avait I4 = - zVs; en reportant dans cette équation la valeur de Vs donnée par l'équation (11) on obtient, en remplaçant les impédances Z4, Z5, Z6 par leurs valeurs: I4 = Ve (R1Clp+I) R1 1 + R3C2p 1 + R3C2p K+1 i et en prenant RlC1 = R3 il vient: K+l1 Ve I4 = V 1 (1 + (K+1) RlClp) - (15) Le courant I4 est égal au courant qui passerait dans un circuit constitué par un condensateur (K+1) C1 en parallèle avec une résis- tance R1. Ve Dans l'équation (14) le terme V (1 + (K+1) R1Clp) est égal au courant I4 de l'équation (15) On a donc I = 14 + Ve C2p R1Clp+I Ve (R1 Clp+I) I et R1 et: équation dans laquelle le deuxième terme est d'autant plus petit que C2 est plus petit, c'est-à-dire, en tenant compte de l'équation R1 C1 - K+ 1 2 que la résistance R3 est grande; on retrouve la même condition que précédemment. Le circuit équivalent au schéma de la figure 4 est représenté figure 5. Le circuit ne différe du circuit de la figure 3 que par le branchement de la résistance R3 entre les bornes B et E; le courant I6 délivré par les miroirs de courant M1 et M2 est égal au courant I5. La figure 6 est un schéma d'une variante du circuit multiplicateur de la figure 2, dans laquelle on utilise un amplificateur opération- nel 15 monté en suiveur, entre la borne d'entrée A et le circuit 2; de cette manière on s'affranchit du terme parasite dans l'équation (5) du courant I1, de sorte que l'on obtient I1 = I2, ce qui est un des buts de l'invention. I1 = I2 = VR (1 + (K+1) RlClp) Dans les variantes décrites ci-dessus, figures 2, 4 et 6 le courant I2, ou 14, correspond à celui qui traverserait un circuit constitué par un condensateur de valeur (K+I) C1 en parallèle sur une résistance R1. Dans ces trois variantes le déphasage entre tension et courant, produit par le circuit parallèle R1, C1, varié entre O eta1/2; en haute fréquence, lorsque le gain -K du circuit amplificateur 11 diminue, la capacité du condensateur équivalent tend vers C1. La figure 7 est un schéma d'une quatrième variante du circuit multiplicateur de l'invention, constitué par le circuit 1 d'impédance Z1 et un circuit amplificateur 16 de gain G en parallèle sur le circuit 1, lui même constitué par un condensateur C1 en parallèle avec une résistance R1. Ce schéma se déduit de celui de la figure 2 en prenant Z2 = O et Z3 infinie. Dans ces conditions les courants I1 et I7 sont égaux, I7 étant dans la figure 7 le courant dans le circuit 1. On a donc: Ve (1-G) I1 = I7 = Ve (1-G) zi En remplaçant Z1 par sa valeur Z1 = R1 R1Clp+1 il vient: I1 = I7 = Ve (1-G) (R1C1p+1) (16) R1 Pour obtenir un condensateur équivalent sans résistance en parallèle il faut avoir des courants de la forme: I1 = I7 = Ve (k+l) C1p (17) équation dans laquelle k est un coefficient. En égalant les équations (16) et (17), on obtient: G = 1 -(k+1) R1C1p G =1 -RCp+ R1Clp+I soit: G 1 - kR1C1p (18) 1 + R1Clp La synthèse de l'équation de transfert (18) est aisée, et repré- sentée figure 8 dans laquelle un amplificateur. opérationnel 17 a une entrée positive reliée d'une part à la masse par un condensateur C1 et d'autre part à un point M par une résistance R1, et une entrée négative reliée d'une part au point M par une résistance Rll et à sa sortie S par une résistance R12. Entre les tensions Vm au point M et Vs au point S on a la relation: 1 R12 R1 Clp G -= vm - Rl(19) 3 G Vs 1 + R1C1p (19) En prenant R12 = k (20) - 10 - on obtient bièn la fonction de transfert donnée par l'équation (18), et le condensateur équivalent donné par le schéma de la figure 7 a la valeur (k+l) Clp de l'équation (17) dans laquelle k est donné par la relation (20). La figure 9 représente le circuit électronique équivalent.au schéma de la figure 7 dans laquelle le circuit amplificateur 16 est constitué par un amplificateur 15 et le circuit de la figure 8, l'ampli- ficateur 15 de gain unité étant connecté entre la borne d'entrée A et le point M du circuit amplificateur 16, ceci pour satisfaire à la double condition Z2 = Oet Z3 infinie indiquée ci-dessus, et avoir I1 = I7. L'amplificateur 15 a une entrée positive reliée à la borne d'entrée A, une entrée négative reliée au point M et une sortie reliée au point M. Dans cette figure 9 les résistances Rll et R12 de la figure 8 ont les valeurs R1 et kR1, respectivement, ce qui respecte bien la rela- tion (20) et ne modifie pas l'équation (19) dans laquelle les résis- tances Rll et R12 interviennent par leur rapport k. Avec le circuit multiplicateur de la figure 9, le condensateur équivalent (k+1) C1 ne comporte pas de résistance en parallèle et l'on a bien I1 = I7, conformément aux buts de l'invention. Le circuit de la figure 9 n'introduit donc pas de déphasage entre la tension d'entrée Ve et le courant I7. L'amplificateur opérationnel de sortie 14, de gain unité, a une entrée négative reliée au circuit 1 et une entrée positive reliée à la sortie du circuit 16, c'est-à-dire à la sortie de l'amplificateur 17. Les miroirs de courants M1 et M2 délivrent un courant I8 égal au courant I7; comme celui-ci est égal à I1 on a I8 = I1. La figure 10 représente l'application à un joncteur électronique. Dans cette figure on retrouve le circuit multiplicateur de la figure 9, dont la borne d'entrée A est reliée à une borne P elle même reliée à un fil 12 parcouru par un courant IL égal au courant de ligne d'abonné ce courant de ligne ayant une composante continue Idc et une composante alternative Iac; on a donc IL = Idc + Iac. Une résistance Rdc est reliée au point P; elle est parcourue par la composante continue Idc. La composante alternative Iac traverse le circuit multiplicateur de capacité, ce circuit se comportant comme un condensateur de valeur - 11 - (k+l) C; on a donc I1 =Iac. Le circuit de la figure 10 réalise donc, dans le joncteur électronique, la séparation des composantes continue et alternative du courant de ligne IL; cette séparation est en effet néces- saire dans tout joncteur, afin de traiter séparément les signaux de parole et la composante continue du courant de ligne, cette dernière servant notamment pour la détection de boucle. Les circuits multiplicateurs de capacité des figures 3, 5 et 9 peuvent être aisément réalisés sous la forme d'un circuit intégré. Ainsi dans le cas de la figure 9 avec un coefficient k = 20 le condensateur équivalent est 21 Cl; un condensateur équivalent de capacité 30 microfarads s'obtient avec un condensateur Cl de capacité 1,5 microfarad. Le circuit multiplicateur de capacité de la figure 9 présente l'avantage d'être équivalent à un condensateur sans résistance en paral- lèle, et par conséquent d'avoir un comportement en phase idéal; de plus dans le cas de l'application à un joncteur, la tension continue dans ce circuit n'est nulle part plus grande que la tension continue à l'entrée du circuit. 259552? -12 - REVENDICATIONS 1/ Circuit multiplicateur de capacité caractérisé par le fait qu'il comporte entre une borne d'entrée (A) et une borne de sortie (S) un premier circuit (1) constitué par un condensateur (C1) et une résis- tance (R1) en parallèle, et un deuxième circuit comportant une impédance capacitive (2) et une impédance résistive (3) en série, et un circuit amplificateur (11), l'impédance capacitive étant reliée à la borne d'entrée et l'impédance résistive étant reliée à la masse, le circuit amplificateur étant relié d'une part à un point commun (B) à l'impédance capacitive et à l'impédance résistive, et d'autre part à la borne de sortie (S). 2/ Circuit multiplicateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un amplificateur de gain unité est connecté entre la borne d'entrée (A) et l'impédance capacitive. 3/ Circuit multiplicateur selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé par le fait que le circuit amplificateur comprend un premier (12) et un deuxième (13) amplificateurs, le premier amplificateur ayant un gain unité et étant relié en entrée audit point commun (B) à l'impédance capacitive et à l'impédance résistive, et une sortie reliée par une première résistance (R') à une entrée négative du deuxième amplifica- teur (13), ledit deuxième amplificateur ayant une sortie reliée par une deuxième résistance (KR') à son entrée négative et une entrée positive reliée à la masse. 4/ Circuit multiplicateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le deuxième circuit a une impédance capacitive de valeur nulle, une impédance résistive de valeur infinie, et un circuit amplificateur constitué par un premier amplificateur (15), de gain unité, et un deuxième amplificateur (17) ayant une entrée positive reliée d'une part en sortie du premier amplificateur par une première résistance (R1) et d'autre part à la masse par un condensateur (C1), une entrée négative reliée d'une part en sortie du premier amplificateur par une deuxième résistance (Rll) et d'autre part à une sortie du deuxième amplificateur par une troisième résistance (R12), la première résistance et le conden- sateur ayant mêmes valeurs que la résistance et le condensateur du premier circuit (1), et que la troisième résistance (R12) a une valeur - 13 - égale à celle de la deuxième résistance (Rll) multipliée par un coeffi- cient k. / Circuit multiplicateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la deuxième résistance (R1) a même valeur que la première résis- tance (R1). 6/ Circuit multiplicateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les premier et deuxième circuits sont connectés en parallèle par l'intermédiaire d'un amplificateur de sortie (14), le premier circuit (1) étant connecté entre la borne d'entrée (A) et une entrée négative de l'amplificateur de sortie, le deuxième circuit étant connecté entre la borne d'entrée (A) et une entrée positive dudit ampli- ficateur de sortie, et que ledit amplificateur de sortie est relié en sortie a une entrée d'un premier (M1) et d'un deuxième (M2) miroirs de courant, lesdits miroirs de courant étant reliés en sortie.