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MULTIPLICATEUR AMALOGIQUE
La présente invention, a pour objet un multiplicateur analogique électro- nique, fournissant le produit de deux grandeurs électriques exprimées sous forma de tensions,
Les multiplioateura de types connus sont par exemple basés sur l'effet Hall et sont constitués d'une pastille semi-conductrice parcourue par un courent et soumise à un champ magnétique. La. tension aux bornes de la pastille est proportion- nelle au produit des deux grandeurs courant et champ magnétique. Ces dispositifs nécessitent une puissance de commande importante, et ont de plus l'inconvénient de présenter une grande dérive en température.
D'autres multiplicateurs, tels que ceux à montages semi-conducteurs, ne
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présentent pas ces défauts et utilisent une méthode opérationnelle. Notamment, certains dispositifs effectuant l'élévation au carre d'une grandeur, en assimilant la parabole, courbe représentative de cette fonction du second degré, a des seg- ments de droite qui correspondent par exemple à la tension prélevée aux bornes de diodes Zener. Ils ont l'inconvénient d'être peu précis pour de très faibles valeurs de la grandeur d'entrée.
Le dispositif selon l'invention remédie à ces inconvénients, et fournit le produit des deux grondeurs d'entrée, en tenant compte de leur signe. Il trans- forme une des deux grandeurs d'entrée en un signal rectangulaire dont ion créneaus ont une durée déterminée en fonction de ladite grandeur, puis réalise une intégra- tion de la deuxième grandeur en fonction du temps de durée desdits créneaux.
Il présente en outre l'avantage d'avoir une large bande passante. Il est caractérise en ce que une des deux grandeurs est appliquée il. une première entrée d'un système différentiel alimenté en courant constant et connecte à un circuit muitivibrateur à transistors présentant une capacité de couplage entre les émetteurs de ses transistors, dont la sortie, d'une part, est appliquée à l'entrée du premier système différentiel par l'intermédiaire d'une boucle de réaction formée d'un premier circuit de mise en forme et, d'autre part, pilote deux interrupteurs statiques alimentés par la deuxième grandeur connectés à un deuxième circuit de mise en forme délivrant, par l'intermédiaire d'un second système différentiel, un signal représentant le produit des deux grandeurs.
Le fonctionnement du dispositifselon l'invention va maintenant être décrit en détail, en se référant au schéma de réalisation représenté sur les figures 1 à 7.
La figure 1 est un schéma de réalisation selon l'invention.
La figure 2 représente un schéma synoptique de l'invention et porte les marnes références que la figure 1.
Les figures 3a à 3f, 4,5,6 et 7a à 7b représentent la tension apparaissant en différents points du circuit en fonction du temps.
Un générateur de courant, constitué d'un transistor npn T. a son émetteur
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connecta à une borne négative 1 d'une apurée continue d'alimentation, par l'inter- médiaire d'une résistance R1' sa base étant portée à un potentiel prélevé entre des résistances R2 et R3 placées entre une borne 0 du point neutre et la borne 1 * Le
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collecteur du transistor T1' parcouru par un courant I, est connecté aux émetteurs do deux transistors npn T2 et T3 d'un système différentiel 81- Sur le base du tran- oint-or T2 est appliquée une des deux tensions d'entrée X.
Une résistance R est J montée entre l'émetteur et le collecteur du transistor T 2P une résistance Re est < montée entre 1'émetteur et le collecteur du transistor T,0 Les collecteurs des ! transistors T2 et T3 du système différentiel S. sont réunis aux émetteurs des tram- sistors npn T4 et m5 d'un multivibrateur astable S20 La base du transistor T 4est connectée d'une part à la borne 4 , par l'intermédiaire d'une résistance R et d'autre parts au collecteur du transistor Ts. ;'8.1." l'intermédiaire d'un montage fo=6 d'une résistance R en parallèle sur une capacité Ci* De la môme façon, la base du tr=siè-bor T5 est connectée d'une part à la borne 1, par l'intermédiaire d'une résistance I8 et, d'autre part, au collecteur du transistor T4' par l'intermédiaire d'un montage forme d'une résistance R9 on parallèle sur une capacité C:
!8 Les émet- teurs des transistors T4 et T5 sont réunis par une capacité C3. Les collecteurs des transistors T et T5 sont cônneot4x à une borne positive 2 de la source continue d'alimentation, pax l'intermédiaire des résistances R10 et R118 Les collecteurs des transistors T4 et Tu du multivibrateur 52 sont relies à une première bascule bis- table 53 olle-mme connectée à. une deuxième bascule 54. Les sorties homologues des bascules bistables S4 et 83 sont connectées é un système intégral 85' par l'inter- médiaixe respectivement de deux circuits formés d'une résistance R,2 en parallèle sur une capacité C4 et d'un circuit formé d'une résistance R13 en parallèle sur une capacité C. L'intégrateur 55 est constitué de deux transistors T6 et T,T.
Le tran- mistor pnp T6 6 a son émetteur relié à, la borne 2 de la source continue d'alimentation son collecteur est réuni au collecteur du transistor npn T7' par l'intermédiaire d'une résistance I4 d'une résistance viable R et d'une résistance R16' l'émotteur du trcnaistor T7 étant réuni à L2 borne 1 de la source continue d'ali- montation.
La sortie de ces deux transistors est prise sur la résistance variable
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1115' elle passe travora une capacité 6 1"eli#à. la borne 0 et à t1:'EIoT'8rl un filtre formé d'une self L1 et d'Orne capacité fi reliée à la borne 0, dont le point milieu est connecté par l'intermédiaire d'une résistance R17 à la. base du transistor T3
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du système différentiel 8,8 La bascule S3 est reliée A une bascule 86,, Les sorties de la bascule S6 sont reliées à un système formé de deux interrupteurs sta.tiques Il par l'intermédiaire respectivement d'un montage parallèle formé d'une résistance R8 et d'une capacité 08 et d'un montage parallèle formé d'une réaiatanoe &'9 et d'une capacité C9.
Le système S 7 est formé de deux transistors pnp T8p T98 Les émetteurs des transistors T8 et T9 sont reliés entre eux et à la. borne 0. La deu- xième tension est injeotée sur une résistt-iee variable R et de façon symétrique, d'une part sur le collecteur du transistor Ta' par l'intermédiaire d'une résistance R21 et,,, d'autre part, sur le collecteur du ursnsiator Tg, par l'intermédicire d'une résistance R22. Le collecteur du transistor T. est connecté 'à un circuit intégra- teur formé d'une résistance R23 et d'une capacité C10. De façon analogue, le col- lecteur du transistor T9 est connecté à un circuit intégrateur formé d'une résis- tance R24 et d'une capacité C11.
Les sorti'.'15 de ces deux circuits intégrateurs sont
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reliées d'une part a un filtre S8 formé d'une self L2 et d'une capacité 12' et d'autre part, à un filtre S9 formé d'une self L3 et d'une capacité Ci,* Los sor- ties de ces doux filtres contituent les entrées d'un amplificateur différentiel 810' dont la sortie est 11 expression, à une occabante près, du produit des deux grandeurs électriques X et 'la
Le fonctionnement du dispositifselon l'invention 'va. maintenant être décrite en se référant au schéma de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, et les courbes des figures 3 à 7.
Los figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e et 3f représentent la tension en différente pointa du multivibrateur S2, en fonction du temps. le figure 3a représente la tension Ve5apparaissant sur l'émetteur du transistor T4.
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La figure 3b rop, 6sente la tension Ve5 5 apparaissant sur 11 émetteur du transistor T5.
Le. figure 3b représente la tension Ve4 apparaissant sur le oolleoteur du transistor T4.
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La. figure 3d représente la tension Ve5 apparaissant sur le collecteur du
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trt'J1sistor T56 La figure 3e représente la tension Yb apparaissant sur la base du ta'att- 8ifl%OZ 'r 4.
La figure 3f représente le, tension Vb, apparaissent sur la bast du 'tre3l- sister T5.
La figure 4 représente, en fonction du temps, le. tension V1apparaissant
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à la sortie de le, bascule bistablo 83 attaquante par l'intemédiGih@ d* la bascule 86, le. base du transistor 1'9La. figure' 5 roprdsontet en fonction du temps# le, tension V. epparar.axa.nt à la sortie de la bascule biatble 84 attaquant la baso du wc.ndator e. du 8Y1'tême OEt6ôT' S50 La figuro 6 repr6sontop en fonction du temps, la tension V3 apparaissent h la sortie de la bascule S6 itttoquan-b la base du transistor T8., Les figures 7a et 7b représentent, en fonction du temps, les tensions Vog et Voq apparaissant sur les collecteurs des transistors T. et T9.
La multiplication des deux urcndeurs d'entrée X et Y est effectuée en transformant l'une d'elles en un signal rectmwanire, dont les créneaux ont une durée déterminée on fonction de ladite grandeur puis réalisent une intégration de l'autre grondeur en fonotior. du temps de durée desdits créneaux* L'élément S7 réalise cette deuxième opération.
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Les signaux roprosentos sur la figure 6 sont injectes sur les bases res- peotivemont des transistors T8 et T9, La tension Y est appliquée sur les collecteurs des transistors TS et 1'9 pa: l'intermédiaire des rd8to.nces R21 et &22 et du poten- tiométre R20. Pondant le temps écoula jusqu'à l'instant Ta où la tension appliquée sur la base du transistor T3 est nétaative et où la tension appliquée sur la base du transistor T9 est positive, le transistor T8est conducteur, le transistor T9, bloqué, restitue la tension Y sur son collecteur.
Inversement, pendant le terapa de
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l'instant Ta. à. 1instcmt Tb où. la tension appliquée sur la, base du transistor T est positive et où la tension appliquée sur la base du transistor T9est négative)
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le transistor T8, bloqué, restitue la. tension y sur son collecteur, le transistor T9 conduit. Quand Y a une valeur native plus faible que la râleur de la tension
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adgative appliquée sur la base d'un de ces deux transistors, le tranaiotor conduit dans lo sons direct* Dans le cas contraire, il conduit dans le sens inverse.
Les
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tensions V08 et Voq apparaissant sur les collecteurs des transistors Ta et T9 sont représentées sur les figures 7a. et 7b. La résistance R23 et la capacité 10 par- mettent d'intégrer le signal apparaissant sur le collecteur du transistor #g, la résistance R 24 et la. capacité 11 permettent d'intégrer le signal apparaissant sur le collecteur du transistor T9. Ces tensions sont filtrées puis appliquées à lien-
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troc d'un Ml]?1ifioa.teur différentiel 810 qui délivre à sa sortie une tensions pro. duit dos deux tensions d'entrée X et Y.
Les courbes de la figure 6 aont obtenues au Moyen des éléments $le S2, S3, 86 et la boucle de retour formée des éléments S4 et S5. La grandeur X est appliquée
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sur la base du trcnsietor T2 de l'amplificateur différentiel 81' alors que la basa du transistor T3 est supposée, pour 1'explication, portée au potentiel de la masse* Le gêner" qur de courent T1 débite un courant constent I dans les émetteurs des transistors Ta et T3p tel que ces derniers soient a un potentiel constamment in:f'1S- rieur à la tension X. Par suite, le transistor npn T2 conduit. Quand la tension X a une valeur nulle, le courent I se répartit également dans les deux transistors
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T2 et '3.
Qucnd la tension X est positive, le courant li circulant dans le trends- tor T3 diminue, le courant I2 circulant dans le transistor T2 augmente de telle
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façon que leur nom reste dir-le à la valeur 1. Inversement, quand 1a tension X est négative, le courant T1 augmente et le courant 12 diminue, mais leur somme reste égale a 1. Les O Ur -'f8 !.. et 12 répondent donc aux équations suivantes 1 11 = 1/2 - 1/2 k X 12 =- 112 + 112 k X où k est un coefficient ayant les dimensions de l'inverse d'une tension, Ces 0 ouruats 11 et la non+, injeotés dans les émetteurs des traaaiatora T4 et T5 du multivibrateur S .
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On suppose le transistor T4 conducteur (fig. 3 temps écoulé entre l'origine
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et Ta). Le courant I2 circule depuis la borne 2 correspondant par exemple à un
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potentiel de + 24 Volts, h travers la résistance R,C et lu transistor T4;, La. base du transistor TS est, à travers le circuit formé de la résistance R et de la capacité C2 d'une part, et de la résistance R8 d'autre part, à un potentiel Vb5 inférieur au potentiel de son émetteur, car le transistor T4 est saturé. Le tran- aistor T5 est bloqua, son collecteur est à un potentiel voisin de celui de la borne 2 de la source continue d'alimentation, à la chute de tension dans la résistance
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R11 près, La capacité 3 se charge au potentiel Ve4 du trcmaistor T4-' La tension Ve, tend vers zéro.
Quand celle-ci devient legereocnt inf4rieure au potentiel Vb. de la base du transistor T- (instant Ta Fig. 3), celui-ci ne met à conduire. Le potentiel Vb5 s'établit à, une valeur supdrieuret Le potentiel Ve5 du collecteur du transistor T traversa par un courant i,p s'établit â ùne valeur inférieure 4 celle qu'il avoit sr606àeoent, le potentiel , diminue 11. travers la roaistanoa R7, la capacité C10+, le résistance R6. Le trruistor T se bloque (PiS. 3, tet1PS ou5.d ontre T et Ta + Tb). Puis <Uoeà la tension V04 devient légè1'èClent infôd0U- re au potentiel Vb4 de la base du transistor 4 (instant Ta + Tb nue 3), celui-ci se met à conduire, bloquent le transistor T5. Le phénomène se poursuit comme le montrent les courbes des figures 3a, 3b, 3c, 3d, 3e et 3f.
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Les périodes de conduction Ta et Tb des transistors T4 et T- dépendent du temps de charge de la capacité C3e selon la relation exprimée en valeur înotan- tances.
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Ta 1 = C3 t:.., V Tb i2 = 3 À V i étant la râleur instantanée de I, et Vêtant la tension à laquelle se charge et se décharge la capacité C3, et représentant la différence entre les tensions émet-
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teura de transistors 4 et T5.
1.> V = Ye4 - l'e5 La tension de la borne 2 a par exemple la valeur + 24 Volts, la tension de la borne 1 la valeur - 24 Volts, ces tensions étant prises par rapport ou potentiel de la masse apparaissant à la borne 0.
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relations dAns lesquelles Zq représente l'impédance des éléments R9 et 02 en parellèle.
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car les tensions Vce4 et Vbe5 sont négligeables.
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Or VC4 .. 24 - 1 B Il en résulte que la, qunnti té f). V à laquelle se cht1.ree la oa.pe.ci té 08+, oouattte.
Los dquv.+,ions 'l'a. :1.1 .. C) 4v Tb i2 .. C3 éà peuvent s'écrire 8 oe 1, = oonstante = d Tb i2 = constante = d
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d ayant les dimensions d'une quantité d'électrioité. Par suite les périodes de conduction des transistors T4 et T5 sont inversement proportionnelles aux courante I1 et I2.
Tc=d/I1
Tb = d
I2
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Les deux tensions de sortie du multivibrateur SZ sont prises sur les 0011('Jte=s des IrMisistora T et T5 1 elles sont tramformées en impulsions pour at-tetuer la bascule S3 qui travaille entro 0 et - 24 Volts par exemple.
La. tension V1 apparaissant L la. sortie de la bascule bistable 83a la forme indiquée sur la figure 4.
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Les éléments 81' S2 lit 83 ont ainsi converti la tension X en U1 temps
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la 1<ucle de contre-réaction, formée de la bascule 8 4 et du circuit, intégrateur 8 ! corititué des transistors T6 et T? et de le, capacité C6t permet de pindariser cette ] fonction. Les sorties de la bascule S3 sont connectées à la bascule S4 qui trcvnille entre 0 et 24 Volts. La tension 'P'2 2 apparaissant à la sortie de la bascule S, 4 a la forme indiquée sur la figure 5. Elle est intégrée par les circuits comprenant les résistances R12 on parallèle sur ln. capacité C4 et le transistor T7, puis elle attaque la base du transistor T3.
Les signaux disponibles à la sortie de la bascule S3 (.fige 4) attaquent @ la bascule S6 pour être ensuite associés avec la tension Y et réaliser le produit des grandeurs X et Y, comme il a été expliqué au début du fonctionnement, c'est-à- dire que les signaux (Fig. 6) sont injectés sur les bases des transistors T8 et T9 j
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en mme temps que la tension Y est appliquée sur les collecteurs de T$ et T 9 !
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée par les détails du mode de réalisation décrit sur les figures, Ceux-ci pourraient être codifias sans sortir
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du cadre de 1 inve¯;
tion. itEVEtIChTI0IY
Multiplicateur analogique électronique, fournissent le produit de deux grandeurs exprimées sous forme de tensions, caractérisé en ce que, une des deux grandeurs est appliquée à une première ontrée d'un système différentiel alimenté
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à oourr.nt oonstnnt et connecté , un circuit multivibrateur transistors présentant. une capacité de oouplC8U entre los émetteurs de ses t7':'J1sistors, dont la sortie, d'une part, est appliquée a l'entrée du premier système différentiel, par l'int#:m . diaire d'une boucle de réaction formée d'un premier circuit de mine en forme, et d'autre part,.pilote deux interrupteurs statiques alimentés par la deuxième grande=$
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