BE898954R - Circuits de controle utilisant un amplificateur operationnel - Google Patents

Abstract

Comparateur à fenetre pour vérifier la valeur d'une tension d'entrée par rapport à deux tensions limites, caractérisé en ce que la tension limite positive (U+) est reliée à la tension limite négative (U-) par une chaine potentiométrique de quatre résistances (R1, R2, R3, R4), la jonction des deux résistances centrales (R2, R3) étant reliée à l'entrée de l'amplicateur opérationnel (OP) et ces deux résistances se trouvant en parallèle avec deux diodes (D1, D2) connectées en série opposition et dont le point commun (E) constitue l'entrée du comparateur, la tension de sortie (Ua) de l'amplificateur opérationnel étant surveillée par un circuit (US1, US2) déterminant si elle se trouve dans une plage prédéterminées.

Description

  CIRCUITS DE CONTROLE UTILISANT UN AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL

  
La présent invention revendique la priorité d'une demande de brevet déposée en Allemagne (Rép. féd.) le 18 février 1983 sous le No P 33 05 626.9 au nom de STANDARD ELEKTRIK LORENZ, Aktiengesellschaft. 

  
La présente invention de rapporte à un comparateur à fenêtre pour vérifier la valeur d'une tension d'entrée en relation avec deux tensions de test.

  
Suivant le livre de U. Tietze et Ch. Schenk, "Halbleiter-Schaltungstechnik", 5ième édition, page 413, des comparateurs à fenêtre sont utilisés pour déterminer si une tension se trouve dans la plage comprise entre deux tensions de test ("tensions de référence") ou en dehors de celle-ci. Le

  
livre donne un circuit schématique utilisant deux amplificateurs opérationnels. La tension de test la plus élevée est appliquée

  
à l'entrée non-inverseuse de l'un des amplificateurs opérationnels et la plus basse à l'entrée inverseuse de l'autre;

  
La tension devant être vérifiée est appliquée en parallèle aux autres entrées des deux amplificateurs opérationnels. Leurs sorties sont couplés à une porte ET. La sortie de cette dernière est basse seulement si la tension devant être vérifiée se trouve en dessous de la tension de test la plus élevée mais au-dessus

  
de la plus basse.

  
Le comparateur à fenêtre connu présente des désavantages en ce qui concerne la fiabilité. Par exemple, si l'un des amplificateurs opérationnels est défectueux, en règle générale

  
sa tension de sortie prendra une valeur proche d'une des deux tensions d'alimentation généralement nécessaires pour opérer un amplificateur opérationnel. S'il s'agit de la tension d'alimentation positive, l'amplificateur opérationnel va simuler la position correcte de la tension de sortie par rapport à la tension de test qui lui est appliquée. Une telle panne ne sera pas détectée.

  
Le comparateur à fenêtre suivant l'invention ne présente pas les désavantages ci-dessus. Il est défini par les caractéristiques de la première revendication. Il utilise seulement un amplificateur opérationnel qui travaille dans la "région active" . Ceci signifie que si l'amplificateur opérationnel opère convenablement, la tension de sortie varie dans une plage qui est éloignée des deux tensions d'alimentation et que la tension de sortie quitte lorsqu'elle assume une valeur proche de l'une des tensions d'alimentation dans le cas d'un défaut de fonctionnement.

  
Une défectuosité de l'amplificateur opérationnel ou une panne d'alimentation provoque immédiatement une indication d'erreur avec un degré élevé de fiabilité.

  
Dans la réalisation définie à la seconde revendication, la plage de tension de sortie de l'amplificateur opérationnel

  
est surveillée au moyen d'un coupleur optique, c'est-à-dire

  
sans couplage direct. De la sorte il est possible de déceler avec peu de composants lorsque la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel s'élève au-dessus ou tombe en-dessous de

  
la plage prescrite.

  
La matière de la revendication 3 sert à établir la plage de tension de sortie prescrite de l'amplificateur opérationnel. En outre, la résistance de chute série protège la

  
diode émettrice de lumière du coupleur optique contre des surcharges.

  
L'opération du comparateur à fenêtre suivant l'invention peut être vérifiée simplement en modifiant artificielement

  
la tension de sortie, par exemple en applicant une tension additionnelle à une entrée et en vérifiant la réaction du

  
circuit de surveillance.

  
Une réalisation du comparateur à fenêtre suivant l'invention sera maintenant décrite en détails en se référant au dessin. accompagnant la description détaillée et qui représente un circuit essentiellement semblable à celui

  
du brevet principal à l'exception du circuit de l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel.

  
La borne d'entrée E est respectivement connectée par les diodes Dl et D2 au point de dérivation de deux divi-

  
 <EMI ID=1.1> 

  
R4. Les diodes Dl et D2 ont respectivement leur anode et leur cathode connectées à la borne d'entrée. Les bornes

  
 <EMI ID=2.1> 

  
aux diodes sont respectivement connectées aux tensions d'alimentation positive U+ et négative U-, ces dernières par

  
rapport à la tension zéro UO. Les bornes des résistances

  
R2 et R3 qui ne sont pas directement couplées aux diodes sont toutes deux directement connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel OP, dont l'entrée non-inverseuseest au potentiel de terre UO. Une résistance de

  
contreréaction R5 relie la sortie de l'amplificateur opérationnel à l'entrée inverseuse tout comme dans le brevet principal.

  
De même que dans ce dernier, l'amplificateur opérationnel est suivi par un circuit de surveillance comprenant

  
un premier sous-circuit US1 montré au dessin et suivi d'un autre, US2 (non montré). Le premier sous-circuit contient un pont redresseur constitué par les diodes D3, D4, D5, et D6, ainsi qu'un coupleur optique OK. La diode émettrice de lumière de coupleur optique, une diode zener Z et une résistance de chute R6 sont reliées en série dans la diagonale à courant continu

  
du pont. Le phototransistor du coupleur optique a son collecteur connecté à la tension positive U+ tandis que son émetteur est couplé au second sous-circuit de surveillance US2 qui déclenche une indication de panne lorsque le chemin collecteur-émetteur

  
du transistor devient conducteur.

  
L'opération du comparateur à fenêtre est la suivante. 

  
La tension devant être vérifiée ou surveillée est appliquée

  
à la borne d'entrée E. Les résistances RI à R4 sont équilibrées
- à cette fin, elles peuvent être variables - de telle sorte que la tension à l'entrée inverseuse et par conséquent, à la sortie de l'amplificateur opérationnel, est zéro. La dériva- <EMI ID=3.1> 

  
est alors à une tension entre la tension positive U+ et le potentiel zéro UO, et la dérivation du diviseur de tension formé par les résistances R3 et R4 est à une tension entre le potentiel zéro UO et la tension négative U-. Les tensions en ces points de dérivation représentent des tensions limites du comparateur à fenêtre. Aussi longtemps que la tension d'entrée demeure entre les deux valeurs limites, la chaine du diviseur de tension reste équilibrée. Si la tension d'entée s'élève au-dessus ou tombe en-dessous des valeurs limites, soit la diode Dl soit la diode D2 devient conductrice et dans les deux cas un courant additionnel s'écoule à travers des parties des diviseurs de tension qui les déséquilibre.

   Suivant la direction de la déviation de l'amplificateur opérationnel, sa sortie va assumer une déviation de tension par rapport à zéro dans le sens opposé. Si le gain de l'amplificateur opérationnel est établi à une valeur élevée, il atteint déjà son maximum pour une faible déviation de la tension d'entrée; ce maximum est approximativemeng égal

  
 <EMI ID=4.1> 

  
cateur opérationnel.

  
Le circuit de surveillance suivant l'amplificateur opérationnel détecte lorsqu'une telle condition se produit.

  
 <EMI ID=5.1> 

  
du potentiel zéro par un voltage supérieur à la tension de seuil de la diode zener Z, celle-ci devient conductrice et le courant s'écoule à travers la diagonale en courant continu du pont et, ainsi, à travers la diode émettrice de lumière du coupleur optique, indépendamment de la polarité de la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel. Ceci rend le

  
chemin collecteur-émetteur du transistor conducteur et l'augmentation ou la diminution de la tension d'entrée par rapport

  
aux valeurs limites est indiquée.

  
En règle générale, une petite déviation de la condition d'équilibre , par exemple suite à des effets de vieillissement ou de température affectant les composants, ne provoquera pas une tension de sortie pour l'amplificateur opérationnel

  
qui est tellement élevée que la tension de seuil de la diode zener sera dépassée. Pour les applications critiques, les tensions U+ et U-, qui peuvent aussi constituer lestensions d'alimentation pour l'amplificateur opérationnel, peuvent

  
être stabilisées.

  
Toute défaillance d'un composant dans le sous-circuit en amont du circuit de surveillance, de même que toute élévation ou diminution de la tension d'entrée au-dessus ou en-dessous des valeurs limites, entraînent une tension de sortie maximale pour l'amplificateur opérationnel de telle sorte qu'une indication correspondante est fournie.

  
Pour déceler aussi des défaillances de composants dans le circuit de surveillance, ce dernier , ou à tout le moins son premier sous-circuit, peut être dédoublé sans demander un grand nombre de composants additionnels.

  
Quoique les principes de l'invention aient été décrits ci-dessus en se référant à des exemples particuliers, il est bien entendu que cette description est faite seulement à titre d'exemple et ne constitue aucunement une limitation de la portée de l'invention.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1) Comparateur à fenêtre pour vérifier la valeur d'une tension d'entrée par rapport à deux tensions limites, <EMI ID=6.1>

la jonction des deux résistances centrales (R2, R3) étant reliée à l'entrée de l'amplificateur opérationnel (OP) et ces deux résistances se trouvant en parallèle avec deux diodes (Dl, D2) connectées en série opposition et dont le point commun (E)

<EMI ID=7.1>

de l'amplificateur opérationnel étant surveillée par un circuit (US1, US2) déterminant si elle se trouve dans une plage prédéterminée.

2) Comparateur à fenêtre comme sous 1, caractérisé en ce que la section d'entrée (US1) du circuit de surveillance est un pont comprenant des diodes (D3, D6) dont la diagonale en courant continu comporte la diode émettrice de lumière d'un coupleur optique (OK) , et que le reste du circuit de surveillance (US2) contrôle le courant de sortie du coupleur optique de manière à activer un dispositif indicateur lorsque le courant de sortie dépasse une valeur de seuil.

3) Comparateur à fenêtre comme sous 2, caractérisé

en ce qu'une diode zener (Z) et/ou une résistance de chute,de préférence variable (R6),sont connectées en série avec la diode émettrice de lumière du coupleur optique.