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Dispositif comparateur de tensions.
L'invention concerne un dispositif pour comparer deux po- tentiels,par exemple pour constater l'égalité de ces potentiels ou pour déterminer le plus élevé d'entre eux.
Ces dispositifs comparateurs de tension s'utilisent entre autres dans les appareils de signalisation automatique, par exem- ple les systèmes de téléphonie automatique, dans lesquels des chercheurs d'appel ou des sélecteurs se règlent, sous la commande d'un enregistreur, suivant une méthode de comparaison de tension.
Un système de ce genre est décrit dans la thèse du docteur Oberman : "The bridge marker key automatic switching system" Delft 1947.
Dans ce système, un contact de chaque sortie du sélecteur est marqué, à l'aide d'un diviseur de tension constitué par des résistances, d'une tension continue de grandeur déterminée.Pen- dant le déplacement du sélecteur, le comparateur de tension com-
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pare le potentiel caractéristique des sorties successives avec un potentiel de comparaison réglé dans l'enregistreur suivant le nombre à choisir, potentiel de comparaison qui se prélève aussi d'un diviseur de tension. Dès qu'est atteinte une sortie dont le potentiel caractéristique est égal au potentiel de com- paraison dans l'enregistreur, le dispositif comparateur de ten- sion entre en fonctionnement et éventuellement, sous la commande d'un telais, l'aimant de rotation du sélecteur est démagnétisé et le sélecteur est arrêté.
Un dispositif comparateur de tension doit satisfaire à plusieurs conditions. Par suite des tolérances dans la grandeur des résistances utilisées, l'équilibre des tensions n'implique pas que les tensions à comparer soient rigoureusement égales.
Le dispositif devra donc comporter un certain seuil tel que le dispositif réagisse lorsque la différence entre les poten- tiels à comparer est inférieure à cette valeur de seuil déterminer Pour éviter la possibilité de connexions erronées, le dispositif ne doit pas entrer en fonctionnement lorsque la différence des potentiels est plus grande que la valeur de seuil.
Il est désirable qu'entre les deux zones se trouve une li- mite nettement déterminée. Des que la différence des potentiels dépasse la valeur de seuil, le courant dans l'enroulement d'un relais à commander par le dispositif ou dans l'électro-aimant d'arrêt, doit subir une grande variation. De plus, le dispositif doit réagir très rapidement de façon qu'un sélecteur à mouvement rapide ne puisse s'arrêter sur une sortie erronée. En outre, il importe que la valeur de seuil soit pratiquement indépendante tant de la grandeur de la tension de comparaison, qui dans le système considéré peut varier par exemple entre 0 et -60 V, que de la grandeur des tensions d'alimentation. De préférence le seuil sera réglable.
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Pour ne pas troubler les potentiels à comparer, il faut en outre que la résistance d'entrée du dispositif comparateur soit très grande.
Le dispositif comparateur de tensions conforme à l'inven- tion satisfait à ces conditions et est caractérisé par le fait que les tensions à,comparer sont appliquées à des électrodes de commande de deux tubes à décharge dont le circuit cathodique commun comporte un troisième tube à décharge à grande résistance interne, le tout de manière que les anodes des deux premiers tubes soient alimentées par l'intermédiaire de résistances et qu'un circuit de sortie d'au moins un de ces tubes soit couplé, par l'intermédiaire d'un redresseur, à une électrode de commande d'un quatrième tube à décharge,
de façon qu'une diminution de la différence des potentiels entraîne une diminution au moins dans un sens et entre des limites déterminées du courant dans le qua- trième tube qui est couplé au troisième tube de façon que l'in- tensité du courant dans le troisième tube augmente lorsque l'inten site du courant dans le quatrième tube diminue.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure montre schématiquement un exemple de réalisation du dispositif conforme à l'invention.
Les tensions à comparer sont appliquées, par l'intermédiaire des points 1 et 2, aux grilles de commande de deux tubes à dé- charge B1 et B2. Dans le circuit cathodique commun de ces tubes est inséré un tube B3 à grande résistance interne, par exemple une pentode, dont la cathode est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance R5, au pôle négatif de la source d'alimentation. - La résistance R15, dont le but sera expliqué par la suite, doit
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provisoirement être considérée comme court-circuitée.
Les grilles-écrans des tubes B3, B1 et B et les anodes des tubes B1 et B2 sont alimentées respectivement par l'intermédiaire des résistances R1, R2, R3, et R4. La résistance R5 insérée dans le circuit cathodique du tube B3 entraîne de la contre-réaction de courant. Si, par exemple par suite d'un accroissement du po- tentiel de l'anode du tube B3 (point 5), l'intensité du courant dans B3 augmente, la chute de tension dans la résistance R5 augmente aussi de sorte que le potentiel de la grille de commande du tube B3, qui est reliée, par l'intermédiaire de la résistance Rg, au pôle négatif de la source d'alimentation devient plus né- gatif par rapport à la cathode de ce tube, de sorte que la varia- tion de courant est contrecarrée.
Le tube B3 forme ainsi une très grande résistance dans le circuit cathodique commun des tubes B1 et B2, résistance qui peut être de l'ordre de grandeur de 10 mégohms.
De ce fait, le courant d'émission total des tubes B1 et B2 est pratiquement indépendant de la grandeur des tensions à compa- rer, de sorte que, dans le cas d'équilibre de tension entre les points 1 et 2, les potentiels des anodes des tubes B1 et B2 sont pratiquement égaux. Cependant, on peut aussi donner aux résis- tances R3 et R4 des valeurs telles que les potentiels anodiques soient égaux pour une différence de potentiel déterminée entre les grilles de commande.
Lorsque le potentiel de la grille de commande du tube B2 diminue, l'intensité du courant dans B2 diminue aussi et l'in- tensité du courant dans B1 augmente d'un même montant. De ce fait, le potentiel de xxxxxxxxxxx de l'anode du tube B1 (point 3) diminue et le potentiel de l'anode du tube B2 augmente.
Finalement, le tube B2 est bloqué, et tout le courant anodique du tube B3 traverse le tube B1.
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Le courant anodique du tube B3 est réglé de manière que chacun des tubes B1 et B2 puisse supporter le courant total sans qu'il en résulte du courant de grille, de sorte que le dispositif ne constitue pas une charge pour le montage connecté aux bornes 1 et 2. Pour éviter que la tension anodique du tube le plus con- ducteur tombe trop bas, ce qui pourrait provoquer des phénomènes indésirables,les anodes des tubes B1 et B2 sont reliées, par l'intermédiaire de redresseurs g3 et g4, par exemple des cellu- les au sélénium, à une prise 12 d'un diviseur de tension, cons- titué par les résistances R11 à R15, qui est inséré entre les bornes de la source d'alimentation.
Les redresseurs ont une polarité telle qu'en dehors de l'équilibre des tensions, les potentiels anodiques soient limi- tés vers le bas. Dans le cas d'équilibre des tensions, ces re- dresseurs sont bloqués.
Les anodes du tube B1 et du tube B2 sont reliées en outre, par l'intermédiaire des redresseurs g1 et g2, au point 6 d'un second diviseur de tension constitué par le potentiomètre R6 et la résistance R7. Le potentiel de repos du point 6 peut être mo- difié, à l'aide du potentiomètre R6 et être réglé par exemple de façon que, dans le cas d'équilibre des tensions, ce potentiel dépasse de 15 V celui des points 3 et 4. Les redresseurs g1 et g2 sont alors bloqués.
A une seconde prise 9 du diviseur de tension R6, R7 est con- nectée la grille de commande d'un quatrième tube B4. La grille- écran et la cathode de ce tube sont reliées à des prises judicieu- sement choisies 13 et 14 du diviseur de tension R11 à R15.
Aussi longtemps que les redresseurs g1 et g2 sont bloqués, le point 9 se trouve, par rapport à la cathode du tube B4, à un potentiel négatif tel que ce tube soit tout juste non conducteur.
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L'anode du tube B4 est alimentée par la source de tension commune par l'intermédiaire de la résistance R10 qui est montée en série avec l'enroulement S d'un relais ou d'un électro-aimant d'arrêt. La grille de commande du tube B3 est reliée à la prise 10 d'un diviseur de tension R8, Rg, qui est insérée entre l'anode de B4 et la borne négative de la source d'alimentation.
Lorsque l'intensité du courant de B4 augmente, le potentiel de l'anode (point 11) diminue, de même que le potentiel de la grille de commande du tube B3 (point 10). Le tube B3 est ainsi couplé au tube B4 d'une manière telle que lorsque l'intensité du courant dans B4 augmente, celle dans B3 diminue et inversement.
La prise 10 est choisie de manière que lorsque B4 présente sa conduction maximum, le courant dans le tube B3 n'est pas bloqué, mais que son intensité est par exemple inférieure de 20% à celle du courant obtenu lorsque B4 est bloqué. En effet, si le tube B3 était bloqué, les tubes B1 et B2 ne seraient pas le siège de courant, de sorte que la grille de commande de B1 et celle de B2 ne pourraient exercer aucun effet.
Le but visé peut aussi s'obtenir en insérant dans les cir- cuits cathodiques des tubes B3 et B4 une résistance commune R15.
Lorsque l'intensité du courant d'émission du tube B4 augmente, il en est de même du potentiel du point 15 par rapport à la borne négative de la source d'alimentation. De ce fait, le potentiel de la grille de commande de B3 devient plus négatif par rapport à la cathode (point 15), et l'intensité du courant d'émission du tube B3 diminue.
Le montage fonctionne de la manière suivante. Lorsque le potentiel de l'entrée 2 diminue par rapport à celui du point 1, le potentiel de l'anode du tube B2 (point 4) augmente. Lorsque, par contre, le potentiel du point 2 augmente, celui du point '5 augmente aussi. Si la différence de tension entre les entrées 1 et 2 dépasse une valeur de seuil déterminée, suivant le signe de
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la différence de tension le potentiel du point 3 ou celui du point 4 dépasse le potentiel de repos du point 6. Le redresseur g1 ou le redresseur g2, devient conducteur de sorte que le poten- tiel des points 6 et 9 augmente. Le tube B4 devient conducteur et, comme il a été mentionné ci-dessus, l'intensité du courant dans B3 diminue.
De ce fait, les intensités du courant dans les tubes B1 et B2 diminuent aussi, ce qui entraîne une augmentation du potentiel du point 3, ou du point 4 respectivement, et l'effet de la différence de tension entre les bornes d'entrée 1 et 2 est donc renforcé. Le tube B4 devient ainsi entièrement conduc- teur. Une très petite augmentation de la valeur absolue de la différence de potentiel entre les bornes d'entrée du dispositif, au-delà d'une valeur de seuil déterminée, fait passer brusquement le tube B4 de l'état non conducteur à l'état complètement conduc- teur. La largeur du seuil peut se régler en déplaçant le point de dérivation du potentiomètre R6.
Lorsque le dispositif sert à régler un commutateur sélecteur suivant une méthode de comparaison de tensions, les tensions à comparer peuvent être prélevées respectivement d'un balai d'essai d'un commutateur, et d'une tension de comparaison réglée, suivant le numéro à choisir, dans un enregistreur.
La mise en circuit du dispositif, provoque l'insertion de l'électro-aimant S du commutateur dans le circuit anodique du tube B4. Si, à ce moment, le commutateur ne se trouve pas sur la sortie désirée, la différence de tension entre les points 1 et 2 est si grande, que le tube B4 devient conducteur et que l'électro-aimant d'arrêt est excité. Les -balais du commutateur se déplacent le dispositif compare les tensions des sorties suc- cessives avec la tension dans l'enregistreur. Dès qu'une sortie désirée est atteinte, le tube B4 est bloqué et le commutateur s'arrête. Le processus se déroule alors dans l'ordre inverse de celui quiest obtenu dans le cas d'un accroissement de la diffé-
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rence de potentiel.
La diminution du potentiel du point 3 ou celle du point 4, entraîne une diminution du potentiel du point 9 et le tube B4 devient moins conducteur. De ce fait, le poten- tiel du point 10 augmente, ainsi que l'intensité du courant dans le tube B3, ce qui provoque une augmentation du potentiel des anodes de B1 et B2 et une accélération du processus,
Dans ce cas aussi, pour une petite variation de la tension d'entrée, l'intensité du courant dans le tube B4 varie, d'une manière très rapide, de même que les potentiels de divers points du montage.
La différence de potentiel entre les points 1 et 2, pour laquelle, à différence de potentiel décroissante, le tube B4 est brusquement bloqué, est en général légèrement inférieure à la différence de potentiel pour laquelle, lors d'un accroissement de cette différence, le tube B4 devient brusquement conducteur; en d'autres termes, la valeur de seuil n'est pas la même pour un accroissement de la différence de potentiel que pour une diminution de cette différence.
Un choix judicieux des dimensions a cependant permis de réduire la différence entre les deux seuils à une valeur très petite, par exemple 25 mV. En outre, il est possible de rendre la largeur de seuil, en première approximation, indépendante de la grandeur des tensions d'alimentation. La largeur de seuil est déterminée par les potentiels des points 3 et 4 au moment où les tensions sont égales, et par le potentiel de repos du point 6.
Il faut donc veiller que, lors d'une variation de la tension d'alimentation, le potentiel du point 6 subisse la même variation que celui des points 3 et 4.
Lorsque la variation de la tension d'alimentation est La V, les variations des potentiels des points 6 et 10 par rapport au pôle négatif de la source d'alimentation, variations qui peuvent être déterminées respectivement par l'emplacement de la prise des
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diviseurs de tension R6-R7 d'une part et S, 10-g-9 d'autre part peuvent se représenter par m ¯ V et n A V. Le tube B4 est bloqué et n'exerce donc aucune influence sur les potentiels.
Si la pente du tube B3 est égale à S3, et que la résistance R15 est cour-circuitée, la variation de l'intensité du courant anodique du tube B3, peut se représenter par
EMI9.2
83 i5 - 1 f R5'3 n V.
La variation du courant anodique de chaque tube est environ égale aux 4/5 de la variation du courant d'émission, de sorte que la variation des potentiels des points 3 et 4 estapproximative- ment égale à:
EMI9.3
'AV = Av - S3R2 ¯ .2 nAV. AVAV--j-##V.
Cette variation doit être égale à la variation du potentiel du point 6, de sorte que :
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.en mlV - lV . 1 SR.3 n A V. Il v - 1 + R583 5 ' Dans un cas pratique, cette condition est satisfaite lorsque :
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m = 4 , n = 1 , = 6 m 4 Iv, R5 = 20. 000.n. , R5 = 630IL .
5. 50
Si les potentiels des contacts marqueurs du commutateur ne sont pas ordonnés systématiquement dans l'ordre croissant ou l'ordre décroissant, il se peut que, lorsque le balai passe d'un contact sur le suivant, la différence de potentiel entre 1 et 2 passe d'une valeur positive à une valeur négative. Dans ce cas, le potentiel passe par la valeur zéro. Le potentiel du point 6 tombe d'une valeur élevée à celle du potentiel de repos, et croît ensuite. Comme le montage réagit très rapidement, il se pourrait que le blocage du tube B,provoque l'arrêt du sélecteur.
Pour obvier à cette difficulté, le point 6 est relié, par l'intermé- diaire d'un condensateur C,à un point à potentiel constant, par exemple la terre, de sorte que le potentiel élevé du point 6 est
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provisoirement maintenu lorsque le balai passe d'un contact sur le suivant.
Dans le montage représenté, l'enroulement S du relais à commander par le dispositif est monté en série avec la résistance R10 dans le circuit anodique du tube B. La brusque libération ou le brusque blocage du tube peut provoquer des phénomènes oscillatoires indésirables dans le circuit anodique, phénomènes qui réagissent sur la grille de commande du tube B4, par l'inter- médiaire du tube B3. De plus, il est souvent désirable que l'en- roulement du relais ne soit pas porté à un potentiel positif élevé par rapport à la terre.,
Aussi est-il recommandable d'insérer l'enroulement du relais et de l'électro-aimant d'arrêt dans un circuit de sortie d'un tube séparé et de prélever la tension de commande de ce tube d'une manière directe ou indirecte appropriée de l'un des points de montage, par exemple de l'anode ou de la grille de commande du tube B4.
Le montage permet aussi de déceler le potentiel le plus élevé de ceux qui sont à comparer ; suffit d'enlever ou de mettre hors circuit l'un des redresseurs g1 ou g2, par exemple g1.
Dans ce cas, le dispositif ne comporte qu'un seul seuil, qu'un déplacement de la prise 6 du potentiomètre R6 permet de régler d'une manière telle que, lorsque le potentiel du point 2 est inférieur à celui du point 1, le tube B devienne conduc- teur et que ce tube soit bloqué dès que le potentiel du point 2 est plus élevé que celui du point 1. Il est cependant possible aussi de régler le point 6 d'une manière telle que le seuil cor- responde à une différence de tension positive ou négative déter- minée entre les points 1 et 2.