Détecteur électrique du niveau d'un signal
La présente invention a pour objet un détecteur électrique du niveau d'un signal alternatif comprenant un circuit d'entrée alimenté par ce signal alternatif, un premier dispositif produisant, d'après ce signal d'entrée, un signal unidirectionnel variant cycliquement, et un second dispositif de commutation bistable, qui est caractérisé en ce que le signal variant cycliquement présente une valeur maximale dépendant de la valeur de crête du signal alternatif d'entrée et une valeur minimale, proportionnelle à ladite valeur maximale, et que le dispositif de commutation bistable est relié au premier dispositif et adapté pour occuper l'un de ses états, lorsque la valeur maximale atteint ou dépasse un premier niveau de seuil et son autre état,
lorsque la valeur minimale atteint ou devient inférieure à un second niveau de seuil, le premier et le second des niveaux de seuil correspondant respectivement aux valeurs maximale et minimale du signal obtenu lorsque la valeur de crête du signal d'entrée atteint un niveau déterminé.
Le signal alternatif d'entrée peut être polyphasé ou monophasé. Dans le dernier de ces cas, le premier dispositif peut comprendre un réseau déphaseur, pour obtenir encore au moins un autre signal déduit du signal d'entrée et de même forme que celui-ci, ainsi qu'un circuit redresseur pour redresser le premier signal et ledit autre signal.
Deux dispositions de circuits selon l'invention pour produire un signal électrique de sortie, lorsque la grandeur du signal électrique d'entrée atteint ou dépasse le niveau déterminé, sont décrites dans ce qui suit, à titre d'exemples et en se référant aux dessins annexés, où:
la fig. 1 est un schéma des connexions d'une disposition de circuits;
la fig. 2 montre des formes d'ondes qui se présentent dans la disposition de circuits de la fig. 1, et
la fig. 3 montre des parties de l'autre disposition de circuits.
La disposition de circuits selon la fig. 1 comprend une paire de bornes d'entrée 4 reliées à l'enroulement primaire 5 d'un transformateur 6, dont l'enroulement secondaire 7 est mis à la terre en son milieu et relié à un premier circuit redresseur comprenant deux diodes 8 et 9 opposées en série. L'enroulement secondaire est en outre relié à un réseau déphaseur comprenant deux circuits RC en parallèle, dont l'un comporte une résistance 10 et un condensateur 11, L'autre une résistance 12 et un condensateur 13. Un second circuit redresseur comprenant deux diodes 14 et 15 opposées en série est relié entre les points médians des circuits RC, tandis que les points médians des deux circuits redresseurs sont reliés entre eux, ainsi qu'à la terre par une résistance 16.
Un circuit de Schmidt 17 comporte des transistors pnp 18 et 19 avec résistances de charge 20 et 21, respectivement, reliées au pôle négatif d'une source de courant, et une résistance d'émetteur 22, commune aux deux transistors, est mise à la terre. L'entrée de ce circuit 17 est appliquée à la base du transistor 18, reliée à l'une des extrémités de la résistance 16. Le collecteur du transistor 18 est mis à la terre par un diviseur de tension comprenant deux résistances 23 et 24, tandis que la base du transistor 19 est reliée au diviseur de tension, à la jonction de ces deux résistances. Un condensateur 25 est relié à la résistance 23. Les deux résistances de charge 20 et 21 sont de valeurs différentes et la sortie du circuit de Schmidt s'opère à une borne 6 reliée au collecteur du transistor 19.
Cette disposition de circuits est prévue pour déterminer l'instant où la grandeur du signal d'entrée appliqué aux bornes 4 atteint ou dépasse une valeur déterminée. La fonction du circuit est la suivante, en se référant à la fig. 2: la forme d'onde du signal alternatif d'en trée est représentée à la fig. 2 (a) comme étant sinusoïdale, ce signal étant appliqué au premier circuit redresseur, comprenant les diodes 8 et 9, par le transformateur 6. Les circuits RC ont pour effet de produire, dans le second circuit redresseur, une tension décalée de 900 par rapport à la tension appliquée au premier circuit redresseur. La forme d'onde de la tension appliquée au premier circuit redresseur est indiquée par 30 à la fig. 2 (b), tandis que celle de la tension appliquée au second circuit redresseur est indiquée par 31 à cette figure.
Après redressement, les tensions sortant des deux circuits redresseurs ont les. formes d'ondes indiquées par 30 et 31 à la fig. 2(c). L'interconnexion entre les sorties des deux circuits redresseurs produit une sortie résultante, qui est appliquée à la résistance 16 et présente la forme d'onde indiquée en trait plein à la fig. 2(d). Cette sortie est unidirectionnelle et sa grandeur maximale est de v volts, sa grandeur minimale de 0,707 v.
La forme d'onde de la fig. 2(d) est appliquée à la base du transistor 18 du circuit de Schmidt et, lorsque la grandeur du signal alternatif d'entrée est faible, la tension apparaissant à la résistance 16 est basse, de sorte que le transistor 18 n'est pas conducteur et que son potentiel de collecteur est fortement négatif, ce qui oblige le transistor 19 à demeurer conducteur; aucune sortie n'est donc produite à la borne 26. Lorsque la grandeur du signal alternatif d'entrée augmente vers la valeur déterminée à détecter, la valeur de v (voir fig. 2(d)) augmente également. Dès que le signal d'entrée a atteint la valeur déterminée, la valeur de v a augmenté d'une valeur correspondante plus élevée, par exemple V, ce qui rend le transistor 18 conducteur. Son potentiel de collecteur devient alors plus positif, de sorte que le transistor 19 est bloqué.
Le potentiel à la borne 26 est ainsi plus négatif, ce qui produit un signal de sortie indiquant que le signal alternatif entrant dans la disposition des circuits a atteint ou dépassé la valeur déterminée à détecter.
La fig. 2(d) montre que la grandeur de la tension appliquée à la résistance 16 n'est pas égale à v, mais varie, baissant à un minimum de 0,707 v deux fois par chaque alternance du signal d'entrée. Toutefois, lorsque le circuit de Schmidt a commuté, comme décrit ci-dessus, par suite de l'augmentation à V de la grandeur de la tension appliquée à la résistance 16, il ne reprend pas son état initial lorsque la grandeur diminue vers 0,707 v.
Comme cela a été indiqué, les valeurs des résistances 20 et 21 sont différentes, de telle sorte que, lorsque la grandeur maximale de la forme d'onde de la fig. 2(d) a atteint la valeur v, suffisante pour rendre le transistor 18 conducteur et bloquer le transistor 19, le circuit de Schmidt ne reprend pas son état opposé, avant que la grandeur minimale de la forme d'onde de la fig. 2(d) soit devenue inférieure à 0,707 v. Une telle baisse ne peut se produire que lorsque v est devenue inférieure à V.
L'asymétrie de fonctionnement du circuit de Schmidt rend donc superflue la présence d'un dispositif de lissage de la tension de sortie des circuits redresseurs. Si l'on utilisait un circuit bistable non asymétrique, mais présentant une seule valeur critique à laquelle il passe d'un état à l'autre et vice versa, il faudrait prévoir un dispositif de lissage pour éviter que la nature variable de la forme d'onde de la fig. 2(d) donne lieu à des commutations répétées du circuit de Schmidt entre ses deux états, car une telle répétition rendrait inopérante la sortie de la borne 6.
Or, dans certains cas, l'emploi d'un lissage par capacité est indésirable, parce que l'effet de mémoire des condensateurs empêcherait que le circuit de Schmidt suive des modifications rapides des signaux d'entrée et c'est la raison pour laquelle le circuit de Schmidt est utilisé, lequel, on le sait, présente toujours deux seuils de déclenchement différents.
Une autre réalisation de Invention est représentée à la fig. 3, où les diodes sont remplacées par des transistors 40 à 43. A cette figure, les parties semblables aux parties correspondantes de la fig. 1 portent les mêmes chiffres de référence et le circuit de Schmidt 17 n'est pas représenté en entier. Le fonctionnement de ce circuit est analogue à celui de la fig. 1, les transistors 40 à 43 assumant la fonction de redressement des diodes 8, 9, 14 et 15, mais la principale particularité de ce circuit est que l'emploi des transistors permet d'obtenir une impédance d'entrée élevée, ce qui est un avantage dans certains cas.
Le signal alternatif d'entrée peut être un signal polyphasé, au lieu d'un signal monophasé, et, à la condition que ce signal ne soit pas un signal diphasé équilibré, on peut alors supprimer le réseau déphaseur comprenant les résistances 10 et 12, ainsi que les condensateurs 1 1 et 13, étant donné qu'un redressement polyphasé normal produit un signal de sortie unidirectionnel variable. Ce signal peut donc être appliqué à l'entrée d'un dispositif détecteur asymétrique, tel que le circuit de Schmidt représenté à la fig. 1, ou tout autre circuit à fonctionnement asymétrique.
Electrical signal level detector
The present invention relates to an electrical detector of the level of an alternating signal comprising an input circuit supplied by this alternating signal, a first device producing, from this input signal, a cyclically varying unidirectional signal, and a second bistable switching device, which is characterized in that the cyclically varying signal has a maximum value depending on the peak value of the input AC signal and a minimum value, proportional to said maximum value, and that the bistable switching device is connected to the first device and adapted to occupy one of its states, when the maximum value reaches or exceeds a first threshold level and its other state,
when the minimum value reaches or becomes lower than a second threshold level, the first and the second of the threshold levels corresponding respectively to the maximum and minimum values of the signal obtained when the peak value of the input signal reaches a determined level.
The input AC signal can be polyphase or single phase. In the latter of these cases, the first device can comprise a phase shifter network, to obtain yet at least one other signal deduced from the input signal and of the same form as the latter, as well as a rectifier circuit for rectifying the first signal. and said other signal.
Two circuit arrangements according to the invention for producing an electrical output signal, when the magnitude of the input electrical signal reaches or exceeds the determined level, are described in the following, by way of example and with reference to the drawings. annexed, where:
fig. 1 is a circuit diagram of a circuit arrangement;
fig. 2 shows waveforms which occur in the circuit arrangement of FIG. 1, and
fig. 3 shows parts of the alternative circuit arrangement.
The arrangement of circuits according to FIG. 1 comprises a pair of input terminals 4 connected to the primary winding 5 of a transformer 6, of which the secondary winding 7 is earthed in its middle and connected to a first rectifier circuit comprising two diodes 8 and 9 opposites in series. The secondary winding is also connected to a phase shifter network comprising two RC circuits in parallel, one of which comprises a resistor 10 and a capacitor 11, the other a resistor 12 and a capacitor 13. A second rectifier circuit comprising two diodes 14 and 15 opposed in series is connected between the midpoints of the RC circuits, while the midpoints of the two rectifier circuits are connected to each other, as well as to earth by a resistor 16.
A Schmidt circuit 17 has pnp transistors 18 and 19 with load resistors 20 and 21, respectively, connected to the negative pole of a current source, and an emitter resistor 22, common to both transistors, is set to ground. Earth. The input of this circuit 17 is applied to the base of transistor 18, connected to one of the ends of resistor 16. The collector of transistor 18 is earthed by a voltage divider comprising two resistors 23 and 24, while the base of transistor 19 is connected to the voltage divider, at the junction of these two resistors. A capacitor 25 is connected to resistor 23. The two load resistors 20 and 21 are of different values and the output of the Schmidt circuit takes place at a terminal 6 connected to the collector of transistor 19.
This circuit arrangement is provided to determine the instant when the magnitude of the input signal applied to terminals 4 reaches or exceeds a determined value. The function of the circuit is as follows, with reference to fig. 2: the waveform of the AC input signal is shown in fig. 2 (a) as being sinusoidal, this signal being applied to the first rectifier circuit, comprising the diodes 8 and 9, by the transformer 6. The RC circuits have the effect of producing, in the second rectifier circuit, a voltage offset by 900 by relative to the voltage applied to the first rectifier circuit. The waveform of the voltage applied to the first rectifier circuit is indicated by 30 in fig. 2 (b), while that of the voltage applied to the second rectifier circuit is indicated by 31 in this figure.
After rectification, the voltages leaving the two rectifier circuits have them. waveforms indicated by 30 and 31 in fig. 2 (c). The interconnection between the outputs of the two rectifier circuits produces a resulting output, which is applied to resistor 16 and has the waveform shown in solid lines in fig. 2 (d). This output is unidirectional and its maximum magnitude is v volts, its minimum magnitude 0.707 v.
The waveform of FIG. 2 (d) is applied to the base of transistor 18 of the Schmidt circuit, and when the magnitude of the input AC signal is small, the voltage appearing at resistor 16 is low, so that transistor 18 is not conductive and that its collector potential is strongly negative, which forces transistor 19 to remain conductive; therefore no output is produced at terminal 26. As the magnitude of the input AC signal increases towards the determined value to be detected, the value of v (see fig. 2 (d)) also increases. As soon as the input signal has reached the determined value, the value of v has increased by a corresponding higher value, for example V, which makes the transistor 18 conductive. Its collector potential then becomes more positive, so that transistor 19 is blocked.
The potential at terminal 26 is thus more negative, which produces an output signal indicating that the AC signal entering the circuit arrangement has reached or exceeded the determined value to be detected.
Fig. 2 (d) shows that the magnitude of the voltage applied to resistor 16 is not equal to v, but varies, dropping to a minimum of 0.707 v twice with each alternation of the input signal. However, when the Schmidt circuit has switched, as described above, as a result of the increase to V in the magnitude of the voltage applied to resistor 16, it does not return to its initial state when the magnitude decreases to 0.707 v .
As has been indicated, the values of resistors 20 and 21 are different, so that when the maximum magnitude of the waveform of FIG. 2 (d) has reached the value v, sufficient to make transistor 18 conductive and block transistor 19, the Schmidt circuit does not resume its opposite state, before the minimum magnitude of the waveform of FIG. 2 (d) has become less than 0.707 v. Such a drop can only occur when v has become less than V.
The operating asymmetry of the Schmidt circuit therefore makes the presence of a device for smoothing the output voltage of the rectifier circuits superfluous. If we used a non-asymmetric bistable circuit, but having a single critical value at which it passes from one state to another and vice versa, it would be necessary to provide a smoothing device to avoid that the variable nature of the shape d wave of fig. 2 (d) gives rise to repeated commutations of the Schmidt circuit between its two states, because such a repetition would render the output of terminal 6 inoperative.
However, in some cases, the use of capacitance smoothing is undesirable, because the memory effect of the capacitors would prevent the Schmidt circuit from following rapid changes in the input signals and this is the reason why the Schmidt circuit is used, which, as we know, always has two different trigger thresholds.
Another embodiment of the invention is shown in FIG. 3, where the diodes are replaced by transistors 40 to 43. In this figure, the parts similar to the corresponding parts of FIG. 1 have the same reference numerals and the Schmidt circuit 17 is not shown in full. The operation of this circuit is analogous to that of FIG. 1, the transistors 40 to 43 assuming the function of rectifying the diodes 8, 9, 14 and 15, but the main particularity of this circuit is that the use of transistors makes it possible to obtain a high input impedance, which is an advantage in some cases.
The input AC signal can be a polyphase signal, instead of a single-phase signal, and, provided that this signal is not a balanced two-phase signal, we can then eliminate the phase-shifting network comprising the resistors 10 and 12, as well as the capacitors 11 and 13, since a normal polyphase rectification produces a variable unidirectional output signal. This signal can therefore be applied to the input of an asymmetric detector device, such as the Schmidt circuit shown in FIG. 1, or any other asymmetrical operating circuit.