Brevet FR2619265A1 — publié le 19890210

La présente invention a pour objet un dispositif de redressement d'un signal électrique alternatif. Un tel dispositif est utilisé de manière courante dans le domaine électrique et électronique, pour transformer un signal alternatif, c'est-à-dire alternativement positif et négatif, en un signal redressé, ctest-à-dire toujours de même signe, par exemple positif. En général, il est prévu, à la suite du dispositif de redressement, un filtre passe-bas ne laissant passer que la composante continue du signal redressé. Un tel ensemble, qui permet la conversion d'un signal alternatif en un signal continu, est utilisé, comme cela est connu, dans les systèmes de détection, ou dans les systèmes d'alimentation, par exemple. On connaît déjà des dispositifs de redressement, le plus simple d'entre eux mettant en oeuvre une unique diode à jonction PN. Une telle jonction présente cependant une caractéristique à seuil qui rend impossible le redressement de faibles signaux d'amplitude inférieure au seuil. Pour éviter cet inconvénient, il est connu d'associer une telle diode à un amplificateur opérationnel, de façon à ce que l'ensemble se comporte comme une diode sans seuil, donc susceptible de redresser même les signaux de faible amplitude. Cependant, un tel dispositif souffre des incon vénients inhérents à l'emploi d'un amplificateur opérationnel : existence d'une tension de décalage ou dl"offset", bande passante limitée, distorsion aux fréquences élevées et nécessité, pour un bon fonctionnement de l,ensemole, de le charger, ce qui entraine une consommation relativement élevée d'énergie électrique. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de re dressement pourvu dtune entrée recevant un signal alterna tif et dtune sortie délivrant un signal redressé, caracté risé par le fait qu'il comprend des moyens de détection du signe des alternances dudit signal alternatif, et un premier interrupteur, commandable, disposé entre ladite entrée et ladite sortie et commandé par lesdits moyens de détection. Le dispositif de l'invention permet alors le redres sement simple alternance de signaux d'amplitude très faible et de fréquence élevée. De plus, son fonctionnement est stable dans le temps et avec la température, et il consomme très peu d'énergie électrique. En effet, il existe sur le marché un certain nombre de circuits, bien connus de l'homme de métier, susceptibles de détecter le passage par zéro de la valeur d'un signal d'amplitude très faible, sans dérive dans le temps ou avec la température, et qui consomment très peu. De mamie, il existe des interrupteurs commandables qui fonctionnent à cadence élevée, sans déformer le signal qu'ils arratent ne ou laissent passer, sans dériver, et qui/nécessitent que peu d'énergie électrique pour leur commande. Dans les dispositifs de l'art antérieur, la diode assure à la fois la fonction de détection du signe des alternances et la fonction de transfert, depuis l'entrée vers la sortie, des alternances ayant un signe déterminé. Dans le dispositif de l'invention, ces deux fonctions sont assurées par deux moyens distincts, ce qui permet de s'af franchir des limitations liées à l'emploi de la diode. Dans une forme de réalisation, ledit signal alternatif étant superposé à une composante continue, il est prévu des moyens de génération d'un signal continu égal à ladite composante continue, un deuxième interrupteur, commandable, disposé entre lesdits moyens de génération d'un signal continu et ladite sortie, et des moyens reliés auxdits moyens de détection pour commander ledit deuxième interrupteur en opposition de phase par rapport audit premier interrupteur. Le dispositif délivre alors un signal qui représente la somme du signal résultant du redressement simple alternance du signal alternatif et de la composante continue. Ceci est particulièrement pratique dans une cascade de circuits de traitement pour laquelle, pour des raisons liées à la commodité de la polarisation de ces circuits, une composante continue est ajoutée au signal à traiter. Dansuneautre forme de rénH d'in- version dudit signal alternatif, un deuxième interrupteur, commandable, disposé entre lesdits moyens d'inversion et ladite sortie, et des moyens, reliés auxdits moyens de détection, pour commander ledit deuxième interrupteur en opposition de phase par rapport audit premier interrupteur. Le dispositif effectue alors un redressement double alternance du signal à redresser. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de plusieurs formes de réalisation du dispositif de redressement de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un schéma par blocs d'une première forme de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 2 représente un schéma par blocs d'une deuxième forme de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 3 représente une variante du dispositif de la figure 2, - la figure 4 représente un schéma par blocs d'une troisième forme de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 5 représente un schéma par blocs d'une quatrième forme de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 6 représente une variante du dispositif de la figure 5, - la figure 7 représente, de façon détaillée, le circuit de détection du signe des alternances des dispositifs des figures 1 à 6, - la figure 8 représente un diagramme temporel des signaux des dispositifs des figures 1 et 4, et, - la figure 9 représente un diagramme temporel des signaux des dispositifs des figures 2, 3, 5 et 6. En référence à la figure 1, on décrit maintenant un dispositif de redressement, se présentant sous forme d'un quadripôle pourvu d'un accès d'entrée recevant un signal alternatif A à redresser, et d'un accès de sortie délivrant un signal redressé R1. Comme cela est connu, un tel dispositif est par exemple suivi d'un filtre passe-bas, non représenté ici car connu, qui ne laisse passer que la composante continue du signal redressé. On obtient alors un dispositif qui transforme le signal alternatif A en un signal continu, utilisable dans des systèmes de détection, ou encore dans les alimentations. Comme de nombreux quadrip81es, le dispositif de redressement de la figure 1 est en fait un tripôle, la borne de lsaccès d'entrée et la borne de l'accès de sortie qui servent de références étant reliées entre elles et, ici, reliées à la masse. Entre l'autre borne de l'accès d'entrée et l'autre borne de l'accès de sortie est disposé un interrupteur commandable 2, dont l'entrée de commande reçoit un signal de commande B, binaire, délivré par un circuit 1 de détection du signe des alternances. Le circuit 1 est pourvu d'une entrée recevant le signal alternatif A. Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 est décrit en référence à la figure 8, qui montre le signal alternatif A, ici sinusoIdal, le signal binaire B correspondant, et le signal R1 qui apparait en sortie du dispositif de redressement. Le circuit 1 de détection du signe des alternances est ici agencé pour que le signal B se trouve au niveau bas pendant les alternances positives du signal A. Le commutateur 2 est agencé pour Btre fenné si le signai de commande B est au niveau bas et ouvert si ce signal est au niveau haut. En conséquence, le signal R1 reproduit les alternances positives du signal A, et reste au niveau zéro pendant les alternances négatives de ce signal. Le signal R1 résulte donc du redressement simple alternance du signal A. Le circuit 1 de détection du signe des alternances comprend ici, en référence à la figure 7, trois portes logiques disposées en cascade, ici des circuits OU 12, 13 et 14. La sortie de la dernière 14 des trois portes logiques est ici, de plus, reliée à l'entrée de la première 12 de ces trois portes, par l'inter- médiaire dune résistance 15. Comme la sortie de la porte 1 est inversée par rapport à entrée de la porte 12, la résistance 15 procure un effet de contre réaction qui confère au montage un temps de réponse très bref.Les circuits OU utilisés sont ici des circuits CMOS, disponibles sous la référence CD 4001 auprès de la firme R.G.A., par exemple, et la résistance 15 a ici une valeur de 2,2 Mfl Sur le dispositif de la figure 7. il a été prévu un condensateur de liaison 11, afin que le signal appliqué à l'entrée de la première porte 12 soit de valeur moyenne nulle. Si le signal A est véritablement sinusoidal, sa valeur moyenne est nulle et le condensateur 11 n'est pas réellement utile.Par contre, ai le signal À n'est pas véritablement sinusoidal, il importe de savoir si l'on considère qu'ante alternance positive de cè signal commence à l'instant où il devient positif, ou à l'instant où il devient supérieur à sa valeur moyenne non nulle. En prévoyant, ou non, de disposer un condensateur 11, on choisit ainsi la seconde, ou la première respectivement, des définitions des instants de début des alternances. L'interrupteur commandable est ici un commutateur analogique CMOS, disponible sous la référence CD 4066 auprès de la firme R.C.A., par exemple. Sur la figure 2 est représentée une deuxième forme de réalisation du dispositif de l'invention, utile dans le cas où le signal alternatif A est superposé à une composante continue C, pour donner un signal A + C, représenté sur la figure 9. Une telle situation se rencontre fréquemment parce qu'elle permet de simplifier la polarisation des circuits de traitement. Par exemple, lorsqutun signal alternativement positif et négatif comme le signal A est amplifié dans un amplificateur opérationnel, il est nécessaire de prévoir, pour cet amplificateur, une tension d'alimentation positive, et une tension d'alimentation négative par rapport à la masse. Si on superpose, par contre, au signal A une tension continue C égale ou légèrement supérieure à la valeur de crête du signal A, supposée par exemple de 2,5 V, on obtient un signal A + C qui reste toujours compris entre O et 5 V, et qui peut donc être traité par des circuits alimentés à l'aide d'une seule tension dalimen- tation positive par rapport à la masse, ici par exemple de 5 volts. Dans ce cas, on dispose en général d'un signal continu égal à la composante continue C, aux bornes dtun circuit 6, qui peut outre par exemple le circuit d'alimentation, non représenté sur la figure 1, et dont, sur la figure 2, seule la borne délivrant le signal C est représentée, les connexions assurant l'alimentation des divers composants n'étant pas représentées pour des raisons de simplicité. Par ailleurs, on retrouve, dans le dispositif de redressement de la figure 2, l'interrupteur commandable 2, et le circuit 1 de détection du signe des alternances, agencés comme dans le circuit de la figure 1, le circuit 1 étant alors pourvu du condensateur 11. De plus, il est prévu un deuxième interrupteur commandable 4, identique à l'interrupteur commandable 2, disposé entre la borne du circuit 6 délivrant le signal C et la borne de l'accès de sortie déjà reliée à l'interrupteur 2. L'interrupteur 4 reçoit un signal binaire de commande B, obtenu à partir du signal 3, à l'aide d'un inverseur 5. Le fonctionnement du dispositif de la figure 2 est décrit en référence à la figure 9. Comme le circuit 1 est pourvu du condensateur 11, le circuit 1 délivre un signel B qui est au niveau bas dès que le signal A + C est supérieur à sa valeur moyenne, que nous supposerons égale à C pour simplifier. L'interrupteur 1 laisse donc passer les alternances positives du signal A superposées à la composante continue C. L'interrupteur 2, commandé en opposition de phase par rapport à l'interrupteur 1, est fermé lorsque linterrupteur 1 est ouvert et laisse alors passer le signal C seulement, ce qui fait que le signal en sortie du dispositif de redressement est en fait la somme R1 + C du signal R1 de la figure 8 et du signal C. Le signal R1 + C est représenté sur la figure 9. Ici, l'inverseur 5 est réalisé à l'aide d'un circuit OU CD 4001 identique à ceux utilisés pour le circuit 1. Sur la figure 3 est représentée une variante du dispositif de la figure 2, utilisable lorsque le circuit 6 qui engendre le signal continu égal à la composante continue C n'est pas disponible. Dans ce cas, on dispose un filtre passe-bas 6 entre l'entrée du dispositif de redressement et l'interrupteur 4. Le filtre passe-bas 6' ne laisse passer que la valeur moyenne du signal A + C, c'est-à-dire, lorsque le signal A est de valeur moyenne nulle, la composante continue C. Sur la figure 4 est représentée une troisième forme de réalisation du dispositif de l'invention, qui permet le redressement double alternance du signal A, lorsque celui-ci est de valeur moyenne nulle, et n'est pas superposé à une composante continue. Le dispositif de la figure 4 diffère du dispositif de la figure 3 en ceci que le filtre passe-bas 6 est remplacé par un amplificateur opérationnel 3 monté en inverseur, qui délivre un signal Ai égal et opposé au signal A. Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est décrit en référence à la figure 8, qui montre le signal Ai, ainsi que le signal B qui se trouve au niveau bas pendant les alternances négatives du signal A, donc pendant les alternances positives du signal Ai. I1 apparat alors que le signal R2 en sortie du dispositif de la figure 4, et représenté sur la figure 8, résulte du redressement double alternance du signal A. - La figure 5 représente un dispositif pour le cas du redressement double alternance du signal A + C, représentant le signal A superposé à la composante continue C. Le dispositif de la figure 5 possède la m8me structure d'ensemble et les mêmes éléments que le dispositif de la figure 4, et il comprend, de plus, un sommateur 7, entre la sortie de ltamplificateur inverseur 3 et le deuxième interrupteur 4, pour additionner le signal C égal à la composante continue, et engendré par le circuit 6. Le fonctionnement de ce dispositif est expliqué en référence à la figure 9, qui représente le signal A. + C en sortie du sommateur 7. Le signal B est au niveau bas pendant les alternances positives du signal A. et donc, l'interrupteur 4 laisse passer un signal qui représente les alternances négatives, inversées, du signal A superposées à la composante continue C. Le signal en sortie du dispositif de la figure 5 représente donc la somme R2 + C du signal double alternance R2 de la figure 8 et de la composante continue C. La figure 6 représente une variante du dispositif de la figure 5 dans laquelle le circuit 6 est remplacé par le filtre passe-bas 6' relié à l'entrée du dispositif, comme dans le dispositif de la figure 3. Naturellement, la portée de la présente demande n'est pas limitée à la description qui vient d'en être faite. En particulier il est possible, pour un homme de métier, de prévoir d'autres circuits que ceux qui ont été réalisés pour le circuit 1 de détection du signe des alternances et pour les commutateurs analogiques 2 et 4. En particulier, pour le circuit 1, il n'est pas obligatoire d1utili- ser trois portes OU en cascade, comme sur la figure 7. Ainsi, on peut, par exemple, prévoir un nombre suffisant de portes en cascade pour avoir, en boucle ouverte, c'est-à- dire sans la résistance de contre-réaction comme la résistance 15, un grand gain entre l'entrée et la sortie, les types des portes étant choisis pour que la sortie se trouve inversée par rapport à l'entrée. On obtient alors, en disposant la résistance de contre-réaction, un circuit ayant les qualités requises. Revendications 1. Dispositif de redressement pourvu d'une entrée recevant un signal alternatif et d'une sortie délivrant un signal redressé, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de détection (1) du signe des alternances dudit signal alternatif, et un premier interrupteur (2), commandable, disposé entre ladite entrée et ladite sortie'et commandé par lesdits moyens de détection (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit signal alternatif étant superposé à une composante continue, il est prévu des moyens (6; 6') de génération d'un signal continu égal à ladite composante continue, un deuxième interrupteur (4), commandable, disposé entre lesdits moyens (6; 6') de génération d'une tension continue et ladite sortie, et des moyens (5) reliés auxdits moyens de détection (1) pour commander ledit deuxième interrupteur (4) en opposition de phase par rapport audit premier interrupteur (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel il est prévu des moyens d'inversion (3) dudit signal alternatif, un deuxième interrupteur (4), commandable, disposé entre lesdits moyens dtinversion (3) et ladite sortie, et des moyens (5), reliés auxdits moyens de détection (1), pour commander ledit deuxième interrupteur (4) en opposition de phase par rapport audit premier interrupteur (2). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit signal alternatif étant superposé à une composante continue, il est prévu des moyens (6; 6') de génération dtun signal continu égal à ladite composante continue et des moyens (7) pour additionmer ledit signal continu au signal de sortie desdits moyens d'inversion (3) dudit signal alternatif. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 4, dans lequel lesdits moyens de génération d'un signal continu comprennent un filtre passe-bas (6') relié à ladite entrée. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits moyens de détection (1) du signe des alternances comprennent - une pluralité de portes (12-14) logiques disposées en cascade, de manière telle que la sortie de la dernière porte logique (14) soit inversée par rapport à l'entrée de la première porte logique (12), et, - une résistance (15), disposée entre ladite sortie de la dernière porte logique (14) et ladite entrée de la pre mière porte logique (12).