Brevet FR2630275A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne des amplifica- teurs de courant alternatif, et plus particulièrement un procédé et un appareil pour la commande numérique de la réponse en fréquence d'un amplificateur de courant alternatif. En général, les circuits amplificateurs reçoivent une tension d'entrée et produisent une tension de sortie qui est proportionnelle à la tension d'entrée reçue. Dans des applications à très basse fréquence (comprenant des applications à courant continu), le facteur de proportionnalité (appelé autrement gain) de l'amplificateur peut être sélectionné par un choix approprié des résis- tances d'entrée et de réaction. Cependant, dans des applications à haute fréquence, des capacités parasites et autres altèrent le gain de l'amplificateur. La façon particulière dont le gain de l'amplificateur est altéré est communément appelé la réponse en fréquence de l'amplifi- cateur. Il est généralement souhaitable de minimiser toute variation du gain de l'amplificateur, laquelle variation peut se produire par suite d'une variation de la fréquence de la tension d'entrée, c'est-à-dire qu'il est souhaitable de maîtriser la réponse en fréquence de l'amplificateur. Un procédé de l'art antérieur pour maîtriser ou contrôler la réponse en fréquence d'un circuit amplificateur est illustré sur la figure 1 des dessins annexés et décrits ci-après. L'amplificateur de la figure 1 comprend une résistance d'entrée Ri et une résistance de réaction Rf telles que la réponse en basse fréquence de l'amplificateur peut être exprimée par: V0 =-Vi (Rf/Ri)- A une haute fréquence, la capacité parasite (représentée en Ci) altère le gain de l'amplificateur. En conséquence, un condensateur de réaction a été ajouté en parallèle avec la résistance de réaction pour neutraliser l'effet de la capacité parasite d'entrée Ci. On ajuste le condensateur de réaction afin de minimiser l'effet de la capacité parasite Ci sur le gain de l'amplificateur. Comme illustré sur la figure 1, on peut faire varier le condensateur manuel- lement, c'est-à-dire qu'un utilisateur doit le faire varier pour neutraliser la capacité parasite d'entrée. Le circuit de l'art antérieur décrit ci-dessus élimine la possibilité d'un étalonnage ou d'une réponse en fréquence sous la commande d'un calculateur. De plus, le circuit de l'art antérieur venant d'être décrit exige un ajustement manuel de la capacité variable et nécessite donc un "étalonnage capot ouvert". Autrement dit, pour étalonner tout dispositif dans lequel le circuit de l'art antérieur décrit ci-dessus est utilisé, on doit retirer le capot de ce dispositif, ce qui expose le dispositif à des risques pouvant résulter de l'architecture en capot ouvert. En outre, d'autres procédés antérieurs sont affectés d'autres inconvénients tels que, par exemple, des coefficients de température élevés de la capacité et l'absence de linéarité des mécanismes de réglage. Il est donc souhaitable de proposer un procédé et un appareil pour maîtriser ou contrôler numériquement la réponse en fréquence d'un amplificateur de courant alternatif afin de permettre une maîtrise précise de la réponse de l'amplificateur à une fréquence élevée et, en outre, un "étalonnage en capot fermé" de l'amplificateur. L'invention propose un amplificateur perfec- tionné de courant alternatif dans lequel la réponse en fréquence peut être contrôlée ou maîtrisée numériquement. L'amplificateur comprend un circuit amplificateur de tension destiné à recevoir une tension d'entrée et à produire une tension de sortie qui est proportionnelle, suivant une constante d'amplification prédéterminée, à la tension d'entrée reçue. L'amplificateur comprend en outre un circuit de condensateur variable destiné à faire varier la capacité efficace de réaction du circuit amplificateur de tension, en réponse à un signal numérique d'entrée, pour neutraliser la capacité d'entrée du circuit amplificateur de tension. Le circuit à condensateur variable comprend un condensateur fixe et un multiplicateur de tension. Le multiplicateur de tension comporte une entrée de multi- plicateur connectée de façon à recevoir le signal de sortie du circuit amplificateur de tension. Le multiplicateur de tension réagit en outre à un signal numérique d'entrée pour produire une tension de sortie qui est proportionnelle, suivant une constante pouvant être sélectionnée, à la tension présente à l'entrée du multiplicateur. Le signal numérique d'entrée est une représentation binaire de la constante sélectionnée. La présente invention concerne en outre un procédé pour neutraliser la capacité d'entrée d'un circuit amplificateur de tension du type qui comprend un amplifi- cateur opérationnel ayant une impédance de réaction connectée entre la sortie de l'amplificateur de tension et un noeud de sommation. Le procédé comprend l'étape qui consiste à utiliser un condensateur fixe ayant une Capacité qui n'est pas égale à la capacité d'entrée. Le condensateur fixe utilisé comporte une borne d'entrée et une borne de sortie. Le procédé comprend en outre l'étape qui-consiste à multiplier la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel par une constante K pouvant être sélectionnée et à appliquer la tension de sortie multipliée à la borne d'entrée du condensateur fixe. Enfin, le procédé comprend l'étape qui consiste à connecter la borne de sortie du condensateur fixe au noeud de sommation afin que la capacité efficace de l'impédance de réaction de l'amplifi- cateur soit proportionnelle à la constante K pouvant être sélectionnée. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant un amplificateur de tension à courant alternatif de l'art antérieur; - la figure 2 est un schéma illustrant l'amplificateur de tension à courant alternatif, à réponse en fréquence contrôlée numériquement, conformément à l'invention; - la figure 3 est un schéma fonctionnel simplifié du multiplicateur de tension illustré sur la figure 2; et - la figure 4 est un schéma fonctionnel simplifié d'une variante du multiplicateur de tension illustré sur la figure 2. L'invention concerne donc un amplificateur perfectionné de courant alternatif ayant une réponse en fréquence commandée ou maîtrisée numériquement. La figure 2 illustre un schéma d'un circuit mettant en oeuvre la présente invention. Dans ce schéma, un amplificateur 200 de courant alternatif comprend un amplificateur opérationnel 202 connecté de façon à recevoir une tension d'entrée Vi par l'intermédiaire d'une impédance d'entrée 204. L'impé- dance d'entrée 204 comprend une résistance d'entrée 206 ayant une valeur égale à Ri. Ainsi qu'il est connu dans la technique, la résistance d'entrée 206 comprend une capacité parasite 208 ayant une valeur égale à Ci, laquelle valeur est une fonction des caractéristiques physiques de la résistance 206 en plus de la manière dont la résistance est connectée à l'amplificateur 200 de courant alternatif. Habituellement, la capacité parasite peut être dans la gamme des picofarads. L'homme- de l'art appréciera que, bien que l'invention soit représentée et décrite en référence à une capacité parasite d'entrée 208, l'invention peut également s'appliquer à des circuits dans lesquels un condensateur est ajoute à l'impédance d'entrée 204. L'amplificateur 200 de courant alternatif comprend en outre une impédance de réaction 210 connectée entre la sortie V0 de l'amplificateur 200 et un noeud de sommation 212. L'impédance de réaction 210 comprend une résistance de réaction 214 couplée en parallèle avec un condensateur de réaction 216. La valeur Rf de la résistance de réaction 214 est choisie conjointement à la valeur Ri de la résistance d'entrée 206 pour établir le gain à basse fréquence de l'amplificateur, qui peut être représenté par V0 = -Vi (Rf/Ri) ou V0 = -VI(A) o A est le gain en courant continu de l'amplificateur. La valeur Cfl du condensateur 216 est choisie de façon à correspondre approximativement à la valeur du condensateur parasite 208. Cependant, il est important que la valeur du condensateur 216 de réaction soit plus grande ou plus faible que la valeur du condensateur parasite 208 divisée par le gain A en courant continu de l'amplificateur. Dans la forme de réalisation actuellement préférée, la valeur Cf2 du condensateur 216 de réaction est choisie de façon à être inférieure à la valeur Ci du condensateur parasite 208 divisée par le gain en courant continu A de l'amplifi- cateur, c'est-à-dire: Cfl L'amplificateur nouveau -200 de courant alternatif comprend aussi un circuit 218 à condensateur variable connecté entre la sortie VO de l'amplificateur 200 et le noeud 212 de sommation. Le circuit de condensateur variable comprend un condensateur fixe 220 et un multiplicateur de tension 222. Le multiplicateur de tension 222 réagit à un signal numérique de commande de façon à multiplier la tension de sortie VO par une constante K pouvant être choisie. La tension de sortie multipliée est appliquée à une première borne 224 du condensateur fixe 220. Une seconde borne 226 du condensateur fixe 220 est connectée au noeud 212 de sommation. En multipliant la tension de sortie VO par la constante K pouvant être choisie, on peut modifier la capacité efficace Ceff du condensateur fixe 220, en particulier: Ceff = K (Cf2). Le choix de K dans la gamme: O permet de diminuer la capacité efficace du condensateur fixe 220 et donc la capacité totale de réaction. Il est donc nécessaire que les valeurs du condensateur 216 de réaction et du condensateur fixe 220 soient choisies afin que la réaction non compensée soit plus grande que la capacité parasite divisée par le gain en courant continu, c'est-à-dire: Cf + Cf2 > Ci/A. Le multiplicateur de tension 222 peut être constitué d'un certain nombre de dispositifs. Une forme de réalisation actuellement préférée du multiplicateur de tension 222 est montrée sur la figure 3. Dans ce cas, le multiplicateur de tension comprend un convertisseur numérique- analogique classique (N/A) 300 connecté à un amplificateur d'entrée 302 et un amplificateur de sortie 304. L'amplificateur d'entrée comporte un circuit amplifi- cateur opérationnel classique comprenant un amplificateur opérationnel 306 ayant une résistance d'entrée 308, par exemple de 23 k11, et une résistance de réaction 310 par exemple de 10 k. Q. L'amplificateur d'entrée 302 est destiné à démultiplier la tension d'entrée V0 du multiplicateur de tension 222 d'un facteur de démultiplication prédéterminé, égal au rapport de la valeur Ri2 de la résistance d'entrée 308 à la valeur Rf2 de la résistance de réaction 310, c'est-à-dire (Rf2/Ri2). La sortie de l'amplificateur d'entrée 302 est connectée à l'entrée de tension de référence du convertisseur numérique/analogique 300. L'amplificateur de sortie 304 comporte aussi un circuit amplificateur opérationnel comprenant un amplifi- cateur opérationnel 312 ayant une branche de réaction qui comprend un condensateur 314 de réaction et une résistance 313 de réaction. Le circuit amplificateur opérationnel de l'amplificateur de sortie 304 est réalisé de façon à avoir un rapport de la tension de sortie au courant d'entrée égal à Rf3, la valeur de la résistance 313. L'amplificateur de sortie 304 est destiné à convertir le courant variable de sortie du convertisseur numérique/analogique 300 en une tension variable de sortie Vo,. Le signal de sortie de l'amplificateur de sortie 304 est appliqué à la première borne 224 du condensateur fixe 220. Le multiplicateur de tension 220 est commandé par un signal numérique de commande qui est appliqué au convertisseur numérique/analogique 300 par un micropro- cesseur 316, par l'intermédiaire d'une interface 318. Le convertisseur numérique/analogique produit, à sa sortie de données (DO), un signal de sortie qui est un multiple de la tension présente à son entrée de référence et de la valeur linéaire du signal numérique de commande. Le schéma fonctionnel simplifié de la figure 3 illustre encore la façon dont est effectué l'étalonnage sous capot fermé du circuit amplificateur perfectionné. Le microprocesseur 316 réagit a un programme et à des données d'entrée en appliquant le signal numérique de commande (SNC) au convertisseur numérique/analogique 300 par l'intermédiaire de l'interface 318. L'interface peut comprendre une mémoire tampon, par exemple des bascules, en plus d'autres circuits d'interface et de commande, comme cela est connu dans la technique. En multipliant la tension de référence par la valeur binaire du signal numérique de commande, le convertisseur numérique/analogique 300, en combinaison avec l'amplificateur de sortie 304, produit une tension de sortie VO. qui est un multiple binaire de la tension de sortie V0 de l'amplificateur 200 et de la constante K. Il est évident à l'homme de l'art que le signal numérique de ccmande doit compenser le facteur de démultiplication de l'amplificateur d'entrée 302 ou, autrement dit, que la valeur du gain K du multiplicateur de tension 222 est une fonction de la valeur binaire du signal numérique de commande et du facteur de démultiplication de l'amplificateur d'entrée 302. Pendant l'étalonnage, le signal numérique de commande est modifié jusqu'à ce que la réponse en fréquence de l'amplificateur 200 soit en deçà d'une tolérance acceptable. L'amplificateur 200 peut ensuite être étalonné à tout intervalle variable pour que sa réponse en fréquence reste en deçà de la tolérance souhaitée. A titre d'exemple, un étalonnage peut être souhaité et effectué à intervalles aussi rapprochés que chaque heure d'utilisation. Etant donné que la commande peut être effectuée numériquement par une modification du programme et des données de commande du microprocesseur 216, un étalonnage répété peut être effectué aisément, rapidement et-sans enlèvement du capot du dispositif dans lequel l'amplificateur est utilisé. - La figure 4 représente une autre forme de réalisation du multiplicateur de tension 222. Sur cette figure, un circuit multiplicateur de tension analogique 400 est connecté à un convertisseur numérique/analogique N/A 402 destiné à en recevoir une tension de commande. Le convertisseur numérique/analogique 402 réagit au signal numérique de commande en produisant une tension de sortie Vc qui est proportionnelle à la valeur de la tension de référence Vr et à la valeur binaire du signal numérique de commande. Le circuit multiplicateur analogique 400 produit une tension de sortie Vol qui est proportionnelle à la tension d'entrée V0 et à la tension de commande Vc du circuit multiplicateur de tension. De même que pour le circuit de la figure 3, le circuit de la figure 4 permet une commande numérique de la tension Vol et donc une commande numérique de la capacité efficace du circuit amplificateur 200. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'amplificateur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Amplificateur perfectionné de courant alternatif caractérisé en ce qu'il comporte un amplifi- cateur opérationnel (202) ayant des première et seconde entrées et une sortie (VO), cet amplificateur opérationnel étant réalisé de façon à produire une tension, à sa sortie, qui est proportionnelle à la différence entre les tensions présentes aux première et seconde entrées de l'amplifi- cateur opérationnel, la seconde entrée-de cet amplificateur opérationnel étant connectée à une tension de référence, un moyen à impédance d'entrée (204) destiné à connecter une tension Vi à la première entrée de l'amplificateur opérationnel, le moyen à impédance d'entrée comprenant une capacité d'entrée (208), un moyen à impédance de réaction (210) connecté entre la sortie de l'amplificateur opéra- tionnel et la première entrée de cet amplificateur opérationnel, afin d'établir une impédance dans la branche de réaction de l'amplificateur opérationnel, le moyen à impédance de réaction comprenant une résistance (214) de réaction montée en parallèle avec un condensateur (216) de réaction, et un moyen à condensateur variable (218) destiné à équilibrer la capacité de réaction avec la capacité d'entrée, le moyen à condensateur variable étant monté en parallèle avec le moyen à impédance de réaction et comprenant un condensateur fixe (220) et un multiplicateur de tension (222) connectés en série, le multiplicateur de tension ayant une entrée de multiplicateur connectée de façon à recevoir le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel et réagissant à un signal numérique de commande (SNC) en produisant une tension de sortie qui est proportionnelle, suivant une constante (K) pouvant être choisie, à la tension présente à l'entrée du multipli- cateur, la constante pouvant être choisie étant une fonction de la valeur binaire du signal numérique de commande. 2. Ampli'ficateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le multiplicateur de tension comprend un moyen convertisseur numériqueanalogique destiné à produire une tension de sortie qui est proportionnelle à la tension présente à l'entrée de ce moyen convertisseur numérique-analogique, celii-ci comprenant un convertisseur numérique-analogique (300) ayant une entrée de tension de référence et qui, en réponse au signal numérique de commande, produit une tension de sortie qui est un produit d'une constante et de la tension présente à ladite entrée de tension de référence, la constante étant une fonction de la représentation binaire du signal numérique de commande. 3. Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen convertisseur numérique- analogique comprend en outre un amplificateur d'entrée (302) qui démultiplie la tension d'entrée V0 appliquée au convertisseur numériqueanalogique, l'amplificateur d'entrée étant connecté de façon à recevoir la tension de ladite sortie de l'amplificateur opérationnel, en tant que signal d'entrée, et étant connecté de façon à appliquer son signal de sortie démultiplié à l'entrée de tension de référence du convertisseur numérique-analogique. 4. Amplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amplificateur d'entrée comprend un circuit amplificateur opérationnel (306) à inversion ayant une résistance d'entrée (308) de 23 kilohms et une résistance de réaction (310) de 10 kilohms afin d'avoir un gain négatif G tel que G=(1/2,3). 5. Amplificateur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le moyen convertisseur numérique-analogique comprend en outre un amplificateur de sortie (304) qui convertit un courant variable de sortie en une tension variable correspondante (V0o) de sortie, l'amplificateur de sortie étant connecté de façon à recevoir le signal de sortie converti dudit convertisseur 2630275- numérique-analogique et à appliquer sa tension variable de sortie au condensateur fixe. 6. Amplificateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'amplificateur de sortie comprend un circuit amplificateur opérationnel réalisé de façon à présenter un rapport (Rf3) de la tension de sortie au courant d'entrée. 7. Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'impédance d'entrée comporte une résistance d'entrée (206) qui comprend une capacité parasite (208), la résistance d'entrée et la résistance de réaction étant choisies de façon à conférer un gain prédéterminé à basse fréquence à l'amplificateur. 8. Amplificateur selon la revendication 1, caractérise en ce que l'impédance d'entrée comprend une résistance d'entrée (206) et un condensateur d'entrée (208), la résistance d'entrée et la résistance de réaction étant choisies de façon à conférer un gain prédéterminé à basse fréquence à l'amplificateur. 9. Amplificateur de courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen amplificateur de tension (202) destiné à recevoir une tension d'entrée (Vi) et à produire une tension de sortie V0 qui est propor- tionnelle à la tension d'entrée reçue, suivant une constante prédéterminée (K) de l'amplificateur, et un moyen à condensateur variable (218) destiné à faire varier la capacité du moyen amplificateur de tension, le moyen à condensateur variable étant connecté dans la branche de réaction du moyen amplificateur de tension et, en réponse à un signal numérique de commande (SNC), faisant varier la capacité dudit moyen amplificateur de tension. 10. Amplificateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen à condensateur variable comprend un multiplicateur de tension (222) connecté en série à un condensateur fixe (220), le multiplicateur de tension ayant une entrée de multiplicateur connectée de façon à recevoir le signal de sortie du moyen amplificateur de tension et étant destiné, en réponse au signal de commande numérique, à produire une tension de sortie qui est proportionnelle, suivant une constante (K) pouvant être choisie, à la tension présente à l'entrée dudit multi- plicateur de tension, la constante pouvant être choisie étant une fonction de la valeur binaire du signal numérique de commande. 11. Amplificateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le multiplicateur de tension comprend un convertisseur numérique-analogique (300) ayant une entrée numérique connectée de façon à recevoir le signal numérique de commande, une entrée de tension de référence connectée de façon à recevoir le signal de sortie du moyen amplificateur de tension et une sortie de convertisseur numérique-analogique connectée au condensateur fixe. 12. Amplificateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le multiplicateur de tension comprend en outre un amplificateur d'entrée (302) ayant un gain prédéterminé et connecté entre la sortie du moyen amplifi- cateur de tension et l'entrée de tension de référence afin que la constante pouvant être choisie soit une fonction de la valeur binaire du signal numérique de commande et du gain prédéterminé de l'amplificateur d'entrée. 13. Amplificateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le multiplicateur de tension comprend en outre un amplificateur de sortie (304) ayant un gain préalablement choisi et connecté entre la sortie du convertisseur numérique-analogique et le condensateur fixe afin que la constante pouvant être choisie soit une fonction de la valeur binaire du signal numérique de commande et du gain préalablement choisi de l'amplificateur de sortie. 14. Amplificateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le multiplicateur de tension comprend en outre un amplificateur de sortie (304) ayant un gain préalablement choisi et connecté entre la sortie du convertisseur numérique-analogique et le condensateur fixe afin que la constante -pouvant être choisie soit une fonction de la valeur binaire du signal numérique de commande, du gain prédéterminé de l'amplificateur d'entrée et du gain préalablement choisi de l'amplificateur de sortie. 15. Amplificateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen à condensateur variable comprend un condensateur fixe (220) ayant des première et seconde bornes (224, 226), la première borne étant connectée à l'entrée du moyen amplificateur de tension, un multiplicateur de tension (222) ayant une première entrée de tension connectée de façon à recevoir une tension de commande, une seconde entrée de tension connectée de façon à recevoir le signal de sortie du moyen amplificateur de tension et une sortie de tension connectée en série au condensateur fixe, le multiplicateur de tension produisant une tension de sortie qui est un produit des tensions présentes aux première et seconde entrées, et un conver- tisseur numérique-analogique (300) comprenant une entrée de tension de référence connectée à une tension de référence constante, une sortie de tension connectée de façon à produire la tension de commande et une entrée numérique connectée de façon à recevoir le signal numérique de commande, le convertisseur numérique-analogique produisant une tension de commande qui est un produit de la tension de référence et de la valeur binaire du signal numérique de commande. 16. Amplificateur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen à microprocesseur (316) connecté au moyen à condensateur variable et qui, en réponse & un programme et à des données d'entrée provenant de l'utilisateur, produit le signal numérique de commande (SNC). 17. Amplificateur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen à microprocesseur (316) connecté au multiplicateur de tension et qui, en réponse à un programme et à des données d'entrée fournis par l'utilisateur, produit le signal numérique de commande (SNC). 18. Amplificateur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen à microprocesseur (316) connecté à l'entrée numérique du convertisseur numérique-analogique et qui, en réponse à un programme et à des données d'entrée fournis par l'utili- sateur, produit le signal numérique de commande (SNC). 19. Amplificateur selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen à microprocesseur (316) connecté à ladite entrée numérique et qui, en réponse à un programme et à des données d'entrée fournis par l'utilisateur, produit le signal numérique de commande (SNC). 20. Procédé pour neutraliser la capacité d'entrée d'un circuit amplificateur de tension (200) du type qui comprend un amplificateur opérationnel (202) ayant une impédance de réaction (210) connectée entre la sortie (Vo) de l'amplificateur de tension et un noeud de sommation (212), le procédé étant caractérisé en ce qu'ii consiste à utiliser un condensateur fixe (220) ayant une capacité qui n'est pas égale à la capacité d'entrée, le condensateur fixe ayant une borne d'entrée (224) et une borne de sortie (226), à connecter la borne de sortie du condensateur fixe au noeud (212) de sommation, à multiplier la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel par une constante (K) pouvant être choisie, et à appliquer la tension de sortie multipliée à la borne d'entrée du condensateur fixe afin que la capacité efficace (Ceff) de l'impédance de réaction de l'amplificateur soit proportionnelle à la constante (K) pouvant être choisie. 21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'étape de multiplication de la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel par une constante (K) pouvant être choisie consiste à réagir à un signal numérique de commande (SNC) pour faire varier la constante (K) pouvant être choisie.