Brevet FR2588706A1 — publié le 19870417

ÂMPLIFICÀTEUR POUR SIGNAUX FÂI3LES SÂNS Â1IMETÂTI0N AUXILIARE La présente invention concerne un amplificateur statique pour signaux faibles sans alimentation auxiliaire. Ainsi qu'on le sait, en particulier dans la protection des lignes à basse tension, on utilise des dispositifs amplificateurs qui sont destinés à amplifier un signal ayant une amplitude de quelques millivolts et une puissance de l'ordre de la dizaine de microvoltampères pour pouvoir piloter au moyen du signal de sortie un actionneur qui absorbe une puissance de quelques dixièmes de milliwatt. Pour résoudre ce problème, on a généralement recours à une alimentation auxiliaire qui a pour fonction fournir la puissance nécessaire au pilotage de l'actionneur. Le but que se propose l'invention est de réaliser un amplificateur statique pour signaux faibles qui offre la possibilité d'élaborer un signal de quelques millivolts avec une puissance d'une dizaine de microvoltampères pour piloter des actionneurs qui absorbent quelques dixièmes de millivatt sans devoir recourir à une alimentatioi.auxi- liaire, mais en utilisant l'énergie du signal d'entrée qui se trouve précisément accumulée Jusqu'au niveau d'utilisation désiré. Un objectif particulier dans le cadre de l'invention exposé ci-dessus est de réaliser un amplificateur statique pouvant être obtenu au moyen de semiconducteurs actifs et passifs normalement disponibles sur le marché, et qui puisse être éventuellement fabriqué industriellement en faisant usage, entre autres techniques, de la technique des circuits intégrés. Un autre objectif de l'invention est encore de réaliser un amplificateur statique de fiabilité sure et en mesure d'offrir de larges garanties de sécurité et de fonctionnement opportun. Encore un autre objectif de l'invention, mais nullement le dernier, est de réaliser un amplificateur statique qui soit d'un cout très restreint, facilitant ainsi sa diffusion sur le marché. Les objectifs précités, ainsi que d'autres qui apparaltront mieux dans ce qui suit, sont atteints selon l'invention par un amplificateur statique pour signaux faibles sans alimentation auxiliaire, caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison, un régulateur de la sensibilité au signal d'entrée connecté à un multiplicateur de tension alimentant un groupe d'accumulation d'énergie constitué par un condensateur de petite capacité en parallèle auquel est placée une résistance de valeur ohmique inversement proportionnelle à la valeur de tension à ses extrémités pour la décharge en temps brefs de charges transitoires dudit condensateur, ledit groupe d'accumulation étant connecté à un circuit de seuil d'intervention pilotant un interrupteur électronique de commutation sur la charge de l'énergie accumulée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap paraferont plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'une forme de réalisation préférée, mais nullement exclusive, d'un amplificateur statique pour signaux faibles sans alimentatixtau2iliaire, représenté à titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel La Figure unique représente le schéma de l'amplificateur. En se référant à la Figure unique, on peut voir que l'amplificateur statique pour signaux faibles sans alimenta tion auxiliaire comprend un régulateur de la sensibilité au signal d'entrée, indiqué globalement par le repère numérique 1, qui est constitué par un diviseur ohmique présentant une première résistance variable 2, disposée en parallèle sur la ligne d'entrée du signal 3, et par une seconde résistance 4 disposée en série sur la ligne. Ledit diviseur ohmique est de type connu en soi et a pour fonction de réduire le signal d'entrée à la valeur de réponse que l'on désire obtenir. Ledit régulateur de la sensibilité au signal d'entrée 1 est connecté à un multiplicateur de tension, indiqué globalement par le repère numérique 10 qui, dans l'exemple considéré, est constitué par un quadruplicateur de tension réalisé par l'intermédiaire de quatre diodes 11, 12, 13 et 14 et de quatre condensateurs 15, 16, 17 et 18. Evidemment, au lieu d'un quadruplicateur de tension,il est également possible d'utiliser un circuit duplicateur de tension ou, dans le cas où le signal d'entrée est suffisamment élevé, un simple pont redresseur à onde pleine ou à demi-onde. La particularité du multiplicateur de tension faisant partie de l'amplificateur statique de l'invention, est due au fait que les éléments constituant le multiplicateur de tension sont calculés de telle façon que les composants en parallèle du circuit prélèvent au générateur d'entrée, au total, un courant inférieur ou au maximum êgal à un dixième du courant du générateur qui émet le signal 3, en permettant ainsi d'obtenir une multiplication effective de la tension d'entrée sans les pertes qui, en l'absence de cette caractéristique, rendraient particulièrementinutile la fonction du multiplicateur de tension. Le multiplicateur de tension 10 précité est connecté à un groupe d'accumulation 20 qui est constitué par un premier condensateur 21 de petite capacité, en parallèle auquel est placée une résistance 22 de valeur ohmique inversement proportionnelle à la valeur de tension à ses extrémités pour la décharge en temps brefs de charges transitoires dudit condensateur. Le condensateur peut avoir une capacité très réduite et, par suite une fiabilité très élevée, lorsqu'on utilise des condensateurs à facteur de pertes tang.50.103, une constante de vieillissement Kry-5 et une résistance d'isolement égale au minimum à 10 Mohms. La résistance de décharge 22 utilisée pour éviter que le condensateur reste chargé après un événement transitoire qui n'a pas atteint la valeur d'intervention et qui provoquerait un phénomène d'accumulation indésirable dans la capacité, est du type non linéaire, c'est-8-dire qu'elle présente une valeur ohmique qui est inversement proportionnelle à la valeur de tension appliquée à ses extrémités, de telle manière que les charges du condensateur avec des valeurs de tension élevées soient rapidement déchargées par la résistance en parallèle qui a pris une basse valeur ohmique. Inversement, des charges du condensateur avec des valeurs de tension modérées sont lentement déchargées à travers la résistance en parallèle qui a pris dans ce cas une valeur ohmique élevée. Le groupe d'accumulation est connecté à un circuit de seuil 30 qui détermine le seuil d'intervention de l'amplificateur qui est constitué, de préférence, par une diode de référence 31 en série à laquelle est placée une seconde résistance 32 ayant en parallèle un second condensateur 33. Le circuit de seuil peut être également réalisé avec d'autres systèmes analogues, comme par exemple une diode Zener avec une résistance, ou par une lampe à décharge avec une résistance et ainsi de suite. Leur caractéristique commune est de présenter une résistance extrêmement élevée pour des tensions inférieures à une certaine valeur qui diminue soudainement de manière sensible, lorsque la tensimappliquée dépasse une valeur déterminée. Le circuit de seuil 30 est connecté à un interrupteur électronique 40 du type "off-on" , qui peut être constitué par une diode commandée 41, mais qui pourrait être réalisé par système équivalent quelconque, par exemple un commutateur électronique, une diode de commutation ou un déclancheur (trigger). Ledit interrupteur électronique est calculé de façon que le rapport Voff/VOn soit au moins égal à 1/20 et soit réalisé en maintenant la polarisation de la borne d'entrée, qu il s'agisse de la base d'un transistor ou de la porte d'une diode commandée, au-dessus de sa valeur naturelle de commutation avec un circuit d'accumulation d'énergie convenable qui en prolonge ultérieurement la fonction. Ledit circuit d'accumulation d'énergie peut être constitué par une capacité retardatrice. De cette manière, il est possible d'utiliser pleinement toute la charge qui est accumulée dans le condensateur 21. Lors du fonctionnement en pratique, lorsque le signal d'entrée 3 atteint la valeur établie de la résistance variable 2, sa valeur est augmentée par le multiplicateur de tension 10 pour alimenter le groupe d'accumulation 20. La tension aux bornes de l'armature du condensateur 21 augmente Jusqu'à une valeur supérieure à celle qui détermine la variation subite de résistance de la diode de référence 31. Il se produit ainsi l'amorçage du circuit de l'interrupteur électronique 40 qui décharge le condensateur 21 sur l'élément de sortie à alimenter, schémati- quement indiqué par 50 et qui peut être constitué par un actionneur électronique ou électromagnétique ou par d'autres appareils utilisateurs analogues. Il y a également lieu de préciser qu'avec des techniques plus modernes et avec une industrialisation plus poussée, le circuit peut être réalisé au moyen d'un ou plusieurs modules intégrés ou avec des procédés industriels à technologie de pointe, sur une plaquette en céramique avec les composants déposés intérieurement sur une couche ou en tant qu'hybrides, en diminuant ainsi au minimum les dimensions et les probabilités de rebuts pour raison de soudage incorrect entre les composants individuels. D'après ce qui est décrit ci-dessus, on peut voir que l'invention atteint les objectifs proposés et -on soulignera en particulier le fait que l'on a réalisé un amplificateur statique qui n'exige pas de source auxiliaire d'énergie, apte à être complètement alimenté par le signal d'entrée qui présente une puissance inférieure à 10 microvoltampères, pour piloter des actionneurs qui absorbent une puissance de quelques dixièmes de milliwatt. L'invention ainsi conçue est susceptible d'être mise en oeuvre suivant de nombreuses -modifications et variantes sans s'écarter de son cadre et son esprit. En outre, tous les détails peuvent être remplacés par d'autres éléments techniquement équivalents. En pratique, les matériaux utilisés ainsi que les dimensions et les formes contingentes peuvent être quelconques suivant les exigences. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Amplificateur statique pour signaux faibles sans alimentation auxiliaire, caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison, un régulateur de la sensibilité au signal d'entrée(1)connecté à un redresseur de tension(10) alimentant un groupe d'accumulation d'énergie(20)constitué par un condensateur de petite capacité (21) en parallèle auquel est placée une résistance (22) de valeur ohmique inversement proportionnelle à la valeur de tension à ses extrémités pour la décharge en temps brefs de charges transitoires dudit condensateur (21), ledit groupe d'accumulation (20) étant connecté à un circuit de seuil d'intervention(30) pilotant un interrupteur électronique(40)de commutation sur la charge de l'énergie accumulée. 2 - Amplificateur statique selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que ledit condensateur de de petite capacité(21)présente un facteur de pertes tg. # 50.10 3, une constante de vieillissement E -5, une résistance d'isolement 10 M ohms. 3 - Amplificateur statique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit redresseur (10)est un multiplicateur de tension. 4 - Amplificateur statique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que-ledit multiplicateur de tension(10)présente des composants en parallèle calculés de manière apte à prélever au générateur du signal d'entrée un courant égal ou inférieur à un dixième du courant d'entrée de l'amplificateur, pour la production d'une multiplication effective du signal. 5 - Amplificateur statique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit circuit de seuil d'intervention présente un rapport tension de blocage/tension de fonctionnement (Voff/Von) moins égal à 1/20 pour maintenir amorcée la décharge de la capacité tant que la tension aux bornes du condensateur 21 n'est pas abaissée à 1/20 de la tension initiale, pour l'utilisation totale de la charge accumulée dans ledit condensateur 21.