FR2470488A1 - Circuit de preamplificateur a boucle de reaction photosensible - Google Patents

Abstract

CE CIRCUIT DE PREAMPLIFICATEUR COMPORTE UNE DIODE PHOTOEMISSIVE 22 MODULEE PAR LE SIGNAL DE SORTIE D'UN AMPLIFICATEUR A TRANSISTOR F.E.T. 12 ET LE SIGNAL LUMINEUX RESULTANT 25 EST RENVOYE A L'ENTREE DE L'AMPLIFICATEUR PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE FIBRE OPTIQUE 26 ET D'UNE PHOTODIODE 16 DETECTANT LA LUMIERE. ON OBTIENT AINSI UNE REACTION DE COURANT COMPORTANT UNE REPONSE EN FREQUENCE TRES PLATE SUR TOUTE LA PLAGE DES FREQUENCES AU MOYEN D'UNE MODULATION D'UNE DIODE PHOTOEMISSIVE PAR LE SIGNAL DE SORTIE DU PREAMPLIFICATEUR, ET D'UNE RECONVERSION DU RAYONNEMENT RESULTANT EN UN SIGNAL ELECTRIQUE QUI EST ALORS RENVOYE A L'ENTREE DU PREAMPLIFICATEUR. APPLICATION NOTAMMENT AUX TUBES DE PRISE DE VUES.

Description

L'invention est relative aux préamplificateurs et

notamment à un circuit de préamplificateur de tube analy-

seur utilisant une boucle de réaction optique.

L'un des problèmes fondamentaux se présentant dans la conception d'un préamplificateur destiné par exemple à être placé sur l'extrémité avant d'une caméra concerne la manière de commander la réponse en fréquence de la caméra

ou, de façon plus précise, la manière d'évaluer cette ré-

ponse en fréquence. De façon idéale, le courant de signal délivré par le tube de prise de vues (c'est-à-dire un

plombicon, un vidicon, etc.) devrait être amplifié ou con-

verti en une tension sans aucune perte de la réponse en fréquence. Par exemple la réponse en fréquence devrait être plate depuis la composante continue jusqu'à une valeur de

l'ordre de cinq ou six mégahertz (MHz). Le problème ne ré-

side pas dans le fait de rendre la réponse plate, mais dans le fait de déterminer quand la réponse est en réalité

plate. C'est-à-dire que pour évaluer la réponse en fréquen-

ce du préamplificateur, il faut effectuer un balayage sur une plage de fréquences de fonctionnement, ce qui est très difficile à réaliser sans perturber les caractéristiques

de fonctionnement du préamplificateur, étant donné l'appli-

cation d'un balayage d'essai à son entrée qui provoque de façon fondamentale des distorsions de la courbe de réponse

en fréquence.

Le problème mentionné ci-dessus des amplificateurs à réaction classiques pour des tubes de prise de vues est introduit en partie,-en vue de réduire le parasitage, par l'utilisation imposée de résistances de charge possédant des valeurs élevées comprises entre un demi-million et deux ou trois millions d'ohms. A leur tour ces résistances de charge possédant des valeurs élevées ont des capacités propres non négligeables ainsi que des capacités réparties par rapport au sol, qui ont pour effet que la réaction varie avec des variations de la fréquence. En outre on ne peut pas évaluer d'avance ces capacités parasites, de

sorte qu'il est nécessaire de prévoir une compensation ré-

glable dans le préamplificateur. Cependant pour réaliser ces réglages, comme cela a été mentionné précédemment, il est nécessaire de faire fonctionner le préamplificateur avec

un balayage de l'ensemble de la plage de fréquences intéres-

sante. Habituellement toute tentative visant à effectuer de

tels réglages altère les caractéristiques du préamplifica-

teur, ce qui invalide les réglages.

Un autre problème, que l'on connait avec les pré-

amplificateurs classiques, se présente lors de l'utilisa-

tion de tubes du type "anti-queue de comète". Lors de la décharge de lumières intenses, ces tubes peuvent produire des courants de signal d'une intensité allant jusqu'à 80 microampères, ce qui développe des impulsions de 80 volts

dans un préamplificateur utilisant une résistance de réac-

tion de un million d'ohms. Il est essentiel que le préam-

plificateur soit apte à traiter ces impulsions sans satura-

tion, sinon on obtient de façon inévitable des temps de

récupération excessifs. Par conséquent des sources d'ali-

mentation en haute tension sont nécessaires et la consom-

mation d'énergie du préamplificateur devient notable.

Un autre inconvénient des préamplificateurs classi-

ques réside dans le fait que leur tension continue de sortie correspondant au courant de signal nul (niveau du noir) n'est pas bien définie et varie en fonction de la température. Ceci rend nécessaire une certaine forme de

verrouillage du niveau du noir pour rétablir de façon pré-

cise ce dernier avant la suppression.

La présente invention résout les inconvénients ci-

dessus mentionnés des préamplificateurs de l'art antérieur en fournissant un circuit de préamplificateur amélioré destiné à être utilisé par exemple dans des systèmes de tubes analyseurs d'images. En général le circuit peut être

utilisé dans des cas o le courant est converti en une ten-

sion sur une largeur de bande étendue à faible bruit de parasitage. Plus particulièrement le préamplificateur utilise un amplificateur formé d'un transistor à effet de champ (F.E.T.), comportant des bornes d'entrée et de sortie et

dans lequel une réaction de courant est obtenue par modula-

tion d'une diode photoémissive ou diode à luminescence (LED) en réponse au signal de sortie de l'amplificateur à transistor F.E.T. passant par un transistor de sortie, et par renvoi du signal lumineux résultant à la borne d'entrée

par l'intermédiaire d'une fibre optique et d'une photo-

diode détectant la lumière. La boucle de réaction optique possède une réponse en fréquence très plate sur l'ensemble de la largeur de bande, ce qui résout les problèmes de la

réponse en fréquence, inhérents aux types de préamplifica-

teurs à bou1cle de réaction à résistance élevée.

Lorsqu'un tel préamplificateur est utilisé avec des

tubes du type "anti-queue de comète", une tension de réfé-

rence est transmise à la borne de sortie par l'intermédiai-

re d'une diode de manière à limiter le signal de sortie sans interrompre le signal de réaction. Les tensions de

signal dans le circuit du préamplificateur n'ont jamais be-

soin de dépasser quelques volts, et par conséquent seules

des alimentations à basse tension sont nécessaires.

Par conséquent un objet de la présente invention est de fournir un préamplificateur à réaction de courant qui possède une réponse en fréquence plate connue avec un faible bruit de parasitage sur l'ensemble de sa largeur de bande. Un autre objet de l'invention est de fournir un préamplificateur possédant une boucle de réaction optique de courant qui possède en propre une réponse en fréquence plate et présente une immunité vis-à-vis de l'ingérence de

bruits extérieurs.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un préamplificateur à réaction de courant pour des

tubes et circuits de prises de vues du type dit "anti-

queue de comète", qui peuvent traiter aisément les impul-

sions "anti-queue de comète" à niveau de courant élevé,

avec une alimentation en énergie à basse tension.

Un autre objet de l'invention consiste à fournir un préamplificateur à réaction de courant produisant une tension de sortie continue pouvant être évaluée à l'avance de façon précise et correspondant au courant de signal nul

(c'est-à-dire le niveau du noir), ce qui supprime la néces-

sité d'un circuit de verrouillage du niveau du noir à la

suite du préamplificateur.

A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illus-

tré schématiquement aux dessins annexés une forme de réali-

sation de l'objet de l'invention.

La figure 1 est un schéma simplifié illustrant le dispositif selon l'invention.

La figure 2 est un schéma d'une réalisation du cir-

cuit de la figure 1.

Bien que la présente invention soit ici décrite dans le cas de l'utilisation d'un système de tube analyseur de prise de vues, on comprendra que ce circuit puisse être utilisé dans d'autres applications dans lesquelles il est souhaitable de transformer un courant en une tension sur

une largeur de bande étendue avec un faible bruit, une ré-

ponse en fréquence parfaitement définie, une faible tension de décalage, et dans-lesquelles il est souhaitable d'avoir un

fonctionnement à basse tension.

A cette fin un amplificateur d'entrée 12 comportant un transistor à effet de champ (F.E.T.) reçoit, au niveau de son entrée négative, le signal d'entrée provenant d'une

cible (non représentée) de tube analyseur par l'intermé-

diaire d'une borne d'entrée 14. L'entrée négative est égale-

ment raccordée à l'anode d'une photodiode 16 de type PIN.

La cathode de la photodiode 16 est raccordée à une source d'alimentation en tension positive (par exemple +12 volts)

comme représentée en 18. L'entrée positive de l'amplifica-

teur 12 à transistor F.E.T. est reliée à la masse.

La sortie de l'amplificateur 12 à transistor F.E.T.

est accouplée à la base d'un transistor de sortie 20, dont

le collecteur est relié à la cathode d'une diode photo-

émissive (LED) 22. L'anode de cette dernière est raccordée

à une source d'alimentation en tension positive (par exem-

ple +12 volts) comme représentée en 24. Un signal lumineux , produit par la diode photoémissive 22 est envoyé à la

photodiode 16 par l'intermédiaire d'une fibre optique 26.

L'émetteur du transistor 20 est raccordé à la masse par l'intermédiaire d'une résistance de charge 28, à une source d'alimentation en tension de référence 30 par

l'intermédiaire d'une diode à limitation 32 et d'une résis-

tance 34, ainsiqu'àune borne 36 de sortie du signal vidéo.

En fonctionnement, la réaction de courant est obte-

nue par une modulation de la diode LED 22 par le signal de sortie délivré par le collecteur du transistor 20, et par

transmission du signal lumineux résultant 25 à la photodio-

de 16 par l'intermédiaire de la fibre optique 26. La photo- diode 16 est reliée à une entrée de l'amplificateur FET 12 ainsi qu'à l'entrée du courant de signal arrivant à cet

amplificateur sur la borne d'entrée 14.

Le signal de sortie est limité par la diode 32 et la tension de référence 30 a un niveau de seuil sélectionné déterminé par ces éléments. La résistance 34 détermine la

douceur de la limitation.

La figure 2 est un schéma plus détaillé du circuit de la figure 1, dans lequel les composants identiques sont repérés par les mêmes chiffres de référence. Ainsi l'entrée 14 du signal vidéo est raccordée à un transistor à effet de

champ (F.E.T.) 38 et, à partir de là, à un transistor d'en-

trée 40 de manière à définir un réseau cascode qui réduit l'effet de Miller. La sortie du transistor d'entrée 40 est raccordée à un amplificateur opérationnel à réaction 42,

dans lequel les composants 38, 40, 42 définissent l'ampli-

ficateur à transistor F.E.T. 12 de la figure 1. Le transis-

tor F.E.T. 38 est choisi pour fonctionner avec un très faible bruit. La sortie de l'amplificateur opérationnel 42 fournit un niveau en composante continue décalé vers le

potentiel de la masse, uniquement en raison de ses caracté-

ristiques de composante continue particulières, par l'in-

termédiaire d'un ensemble diode Zener/résistance 44, et est reliée au transistor de sortie 20. Un condensateur 46 empêche toute perturbation de l'alimentation en énergie

sur la cathode de la photodiode 16 de produire des phénomè-

nes d'interférencesou de diaphonie dans le circuit.

La boucle de réaction optique possède une réponse en fréquence très plate: par exemple la diode LED 22 possède une réponse plate de la composante continue jusqu'à au moins 20 MHz; et la photodiode 16 fournit une réponse parfaitement plate dans la plage des mégahertz. En outre la boucle de réaction optique n'est pas susceptible d'être soumise à une ingérence de bruits parasites, étant donné

qu'il n'y a aucun trajet de liaison à la masse entre la sor-

tie de l'amplificateur 12 et le point d'entrée de la boucle de réaction de cet amplificateur, et ce tant que l'on prend soin de ne pas faire pénétrer une lumière étrangère dans la fibre optique 26.

Des types d'impulsions du genre "anti-queue de comè-

te",de grande amplitude,_sont aisément traités avec une sour-

ce d'alimentation en énergie à basse tension, étant donné

que la résistance de charge 28 de valeur relativement fai-

ble permet l'utilisation d'une tension de sortie faible pen-

dant le fonctionnement normal du tube, par exemple d'une valeur de 10 millivolts. Pendant la présence de l'impulsion du type "anti-queue de comète" du signal par exemple cent

fois plus intense, la tension de sortie produite est seule-

ment de l'ordre de 1 volt, ce qui tombe dans la plage des

valeurs de conception d'un préamplificateur à basse tension.

En outre l'utilisation de la boucle de réaction optique permet de prévoir à l'avance de façon précise le niveau de noir, c'est-à-dire un niveau de tension de sortie nul étant donné qu'un niveau de signal vidéo nul (niveau du noir) à l'entrée 14 fournit toujours un niveau de signal

vidéo nul correspondant à la sortie 36 du préamplificateur.

Plus particulièrement la photodiode 16 fournit un signal nul lorsqu'une entrée de tension nulle est présente en 14, ce qui a pour effet que le courant de collecteur dans le transistor de sortie 20 est nul, qu'aucun signal de parvient de la diode LED 22, qu'aucun signal lumineux n'est présent dans la fibre optique 26 et qu'une tension de sortie nulle

(c'est-à-dire un niveau de noir pouvant être prévu d'avan-

ce) est présent sur la borne de sortie 36.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Circuit de préamplificateur à réaction de cou-

rant recevant un signal d'entrée à son entrée et délivrant un signal de sortie à sa sortie, caractérisé par le fait qu'il comporte une boucle de réaction optique (16, 26, 22) reliant la sortie (36) à l'entrée (14) en vue de produire un signal de réaction de courant en réponse au signal de sortie.

2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la boucle de réaction optique comporte des moyens de production de lumière (22) destinés à produire un signal lumineux (25) en réponse au signal de sortie, et des moyens (26, 16) accouplés de façon opérationnelle aux moyens de production de lumière et destinés à envoyer le

signal de réaction de courant à l'entrée.

3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé par

le fait que les moyens (22) de production de lumière compor-

tent une diode photoémissive accouplée de façon opération-

nelle à la borne d'entrée (14), et que les moyens (26, 16) permettant de transmettre le signal de réaction de courant

comportent une photodiode (16) accouplée à la borne d'en-

trée (14) et une fibre optique (26) branchée entre la diode

photoémissive (22) et la photodiode (16).

4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un transistor à effet de champ (12) qui définit l'entrée du préamplificateur, un transistor de sortie (20) accouplé audit transistor à effet de champ (12) et, à partir de là, à la diode photoémissive

<(24), et une résistance de charge (28) accouplée au transis-

tor de sortie (20).

5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (32) de limitation de la tension accouplés entre le transistor de sortie (20)

et la source de tension de référence (Vref) et que la résis-

tance de charge (28) a une valeur de l'ordre de 1000 ohms.

6. Circuit de préamplificateur destiné à produire

un signal de sortie en réponse à un signal d'entrée, carac-

térisé par le fait qu'il comporte en combinaison un système amplificateur (transistor à effet de champ 38, 40, 42) eh possédant une entrée et une sortie et disposé de manière à recevoir le signal d'entrée à son entrée, et des moyens de réaction photosensible (22, 26, 16) accouplés de façon

fonctionnelle entre la sortie et l'entrée du système ampli-

ficateur (transistor à effet de champ 38, 40, 42), pour produire un signal de réaction de courant proportionnel au

signal'de sortie du système amplificateur (F.E.T.).

7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de réaction

photosensible comportant une diode photoémissive (22) desti-

née à fournir un signal lumineux proportionnel au signal de

sortie de l'amplificateur.

8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé par

le fait que la diode photoémissive (22) est modulée en ré-

ponse au signal de sortie de l'amplificateur et que les moyens de réaction photosensible comportent en outre une photodiode (16) de détection de lumière raccordée à l'entrée (14) et une fibre optique (26) branchée entre la diode photoémissive (22) et la photodiode (16) de détection de la

lumière.

9. Circuit selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'il comporte en outre un transistor de sortie (20) raccordé à la sortie du système amplificateur (38, , 42) et, à partir de là, à la diode photoémissive (22)

en vue de délivrer le signal de sortie du circuit du préam-

plificateur.

10. Circuit selon la revendication 9, caractérisé

par le fait qu'il comporte en outre une résistance de char-

ge (28) d'une valeur de l'ordre de 1000 ohms raccordée en-

tre le transistor de sortie (20) et la masse.

11. Circuit selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un dispositif limiteur raccordé au transistor de sortie (20) en vue d'effectuer la limitation sélective du signal de sortie et incluant une source de tension de référence, une diode (44) recevant le signal de sortie et une résistance montée entre la diode

et la source de tension de référence.

12. Circuit selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le système amplificateur à transistor à effet de champ (12) comporte une entrée négative raccordée

à l'entrée de courant du signal et une entrée positive rac-

cordée à la masse.

13. Circuit selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le transistor de sortie (20) comporte une base raccordée au système amplificateur à transistor à effet de champ (12), un collecteur raccordé à la diode photoémissive (22) et un émetteur raccordé au dispositif limiteur et à la résistance de charge (28) pour fournir, à

partir de là, le signal de sortie du circuit du préampli-

ficateur.