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La présente invention porte surles générateurs de très haute tension,
permettant une commutation rapide de la très haute tension, entre plusieurs
valeurs, à appliquer à un récepteur capacitiI. En particulier, le récepteur capacitif
peut ~tre l'anode d'un tube cathodique d'afficha~e polychrome.
Dans les tubes cathodiques polychromes, du type à pénétration variable
d'électrons, la commande de la couleur d'affichage s'effectue en agissant sur
la tension anodique. L'écran du tube cathodique peut être constitué de deux couches
luminescentes séparées par une substance formant barri~re de potentiel. Par
exemple, la première couche luminescente qui subit directement l'impact du
10 faisceau électronique donne un rayonnement lumineux de couleur rouge pour
~ne tension anodique de 10 kilovolts; la deuxième couche luminescente donne
n rayonnement lumineux de couleur verte pour une tension anodique de 18 kilovolts.
La deuxième couche séparée de la première par la substance formant barrière
de potentiel n'est pratiquement pas excitée par la tension anodique de 10 kilo-
volts, par contre, pour la tension anodique de 18 kilovolts~ la pénétration des
électrons augmente de sor$e qu'ils franchissent cette barrière de potentiel et
excitent fortement la deuxième couche alors que la première se trouve peu excitée.
Une déflexion du faisceau d'électrons et une commutatlon de la tension
d'accélération des électrons (tension anodique) entre ces deux valeurs permettent
20 de faire apparaltre sur l'écran du tube cathodique des tracés rouges ou verts,
ou de couleurs intermédiaires pour des valeurs intermédiaires de la tension ano-
dique.
Les caractéristiques principales d'un générateur haute tension sont
la rapidité de la commutation de manière à rédu;re le moins possible la capacité
d'affichage et le mairltien stable de la haute tension à la valeur souhaitée.
Or l'écran du tube qui reçoit cette tension d'accélération, la cathode
étant à la masse, constitue un recepteur capaciti~: il présente une capacité
parasite de quelques centaines de picofarads, 200 à 400 pF, par rapport au blin-
dage à la masse du tube. Pour l'aEfichage dans une couleur donnée, le courant
30 continu à travers l'écran a une valeur de quelques di~aines de microampères
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à quelques centaines de microampères selon cette couleur. La commutation de
la tension d'accélération d1une valeur à une autre valeur exige la charge ou la
déchar~e de la capacité d'écran, les courants de charge ou de décharge peuvent
alors atteindre une centaine de milliampères, selon l'écart entre ces deux valeurs,
pour une commutation effec~uée en quelques dizaines de microsecondes.
Compte tenu de ces considérations, on connaît des générateurs à haute
tension cornmutable entre plusieurs niveaux comportant une source haute tension
qui alimente le récepteur capacitif à travers une résistance de sorltie et est associée
à un circuit régulateur de tension monté en parallèle sur ledit récepteur. Ce régulateur
10 de tension est commandé par un signal, ima~e de l'écart entre la valeur de la tension
aux bornes du récepteur et la valeur souhaitée, pour définir la valeur du courant
traversant la résistance de sortie de la source et donc la chute de potentiel à
ses bornes,c'est-à-dire le potentiel appliqué à l'écran. A cette source haute tension
ré~ulée est en outre associé un circuit auxiliaire apte à déllvrer une impulsion
brève, positive ou négative1 possedant une énergie suffisante pour charger ou
d~charger à la valeur souhaitée la capacité du récepteur. La charge ou la décharge
de cette capacité étant obtenue par ce circuit auxiliaire, la source régulée alimente
le récepteur.
Le générateur selon la présente invention a pour but d'assurer la fonc-
20 tion de commutation de la haute tension et de régulation par un montage différent.
La présente imention a pour objet un ~énérateur de très haute tensioncontinue commutable entre n niveaux pour l'alimentation d'un récepteur capaciti~
comportant une source très haute tension apte à délivrer au moins deux niveaux
de tension extrême encadrant les n niveaux de tension continue, un circuit de
commutation pour la charge ou la décharge rapide de la capacité du récepteur
et un circuit de régulation de la haute tension au niveau souhaité caractérisé
par le fait qu'il comporte au moins deux ensembles série de transistors de puis-
sance, connectés à la source chacun à travers une résistance de limitation de
courant et au récepteur et définissant respectivement deux sens inverses de
3~ conduction entre la source et le récepteur, et un circuit de commande, ayant
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une voie de commande des transistors pour chaque ensemble série de transistors
et ayant dans chaque voie de cornmande des moyens élaborant un signal image
de la tension d'erreur entre la valeur de tension aux bornes du récepteur et le
niveau souhaité, qui commande, en fonction du sens de conduc~ion desdits ensem-
bles, les transistors de l'un des ensembles série en régime saturé pour le fonc-tionnement de cet ensemble en circuit de commutation, au moins une des voies
de commande comportant, en outre, un modulateur recevant le signal d'un oscil-
lateur et assurant sa modulation par ledit signal irnage pour commander les
transistors de l'ensemble série correspondant en régime saturé puis en ré~ime
non saturé en fonction de la valeur dudit signal image de là tension d'erreur etassurer le fonctionnement de cet ensemble en circuit de commutation et en circuit
de régulation monté en série avec le récepteur.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention appa-
raîtront au cours de la description d'un exemple de réalisation illustré dans lafigure unique du dessin ci-annexé.
Dans cette figure, le récepteur capacitif 1 est illustré par une résis-
tance 10 et un condensateur 11 montés en parallèle et reliés à la masse. Ce récep-
teur capacitif représente par exemple l'anode d'un tube cathodique à affichage
polychrome sur laquelle doit être appliquée la tension d'accélération commutableentre plusieurs valeurs prédéterminées pour un affichage en des couleurs définies.
Dans l'exemple illustré, on a considéré que la tension d'accélération peut prendre
deux valeurs prédéterminées 10 kV et 18kV, c'est-à-dire que l'affichage peut
~tre effectué en deux couleurs différentes correspondantes (verte et rouge).
La tension d'accélération ou haute tension continue est délivrée par
deux sources de tension continue 2 et 3, montées en série, une des bornes de
la source 3 étant à la masse.
Chacune des sources de tension continue 2 ou 3 est formée, à partir
d'une source de tension alternative, 20 ou 30, constituée par le secteur ou une
source basse tension, qui alimente le primaire d'un transformateur élevateur
de tension, 21 ou 31, dont le secondaire est connecté à un condensateur, 2~ ou
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323 à travers une diode, 23 ou 33. Le rapport de transformation de chaque trans-
formateur est choisi de manière convenable, par exemple, la tension continue
obtenue awc bornes du condensateur 32 est de 9 kV et celle aux bornes du conden-
sateur 22 est de 10 kV, définissant deux ni~reaux de la haute tension ~11 = 9 kV
au point A sur la connexion entre les condensa~eurs 22 et 32 et V2 = 19 kV au
point B sur la deuxième borne du condensateur 32, encadrant les deux valeurs
10 kV et 18 kV prédéterminées considérées ci-avant de la tension à appliquer
au récepteur 1.
La sortie des sources 2 et 3 en série, c'est-à-dire le point B, est connec-
10 tée sur le récepteur 1, point C, à travers un circuit commutateur-régulateur
de tension 4. ~e circuit 4 est constitué par une résistance 40 et un montage série
de transistors équilibrés 41, 42 du type NPN. La résistance 40 est reliée entre
le point B et le collecteur du premier transistor 419 I'émetteur du dernier tran-
sistor 42 du montage série est connecté au récepteur 1. Une résistance ~3 et
une résistance 44 en série avec un condensateur 45 sont montés en parallèle
et reliés entre le collecteur et l'émetteur de chacun des transistors 41 ou 42.
La commande de chacun des transistors est efIectuée à partir d'un transformateur
d'isolement 46 ayant un enroulement primaire 47 relié à la masse et ayant autant
d'enroulements secondaires identiques, tels que 48, que de transistors 409 41,
20 chaque enroulement secondaire étant monté entre la ~ase et l'émetteur de l'un
des transistors série du circuit 4.
La sortie de la sour.ce 3, c'est-à-dire le point A est connectée sur
le récepteur 1, également au point C, à travers un second circuit 5, ici uniquement
commutateur. Ce circuit 5 est constitué par un montage en série de transistors
équilibrés NPN 50, 51 dont le collecteur du premier transistor 50 est relié au
récepteur 1 et l'émetteur du dernier transistor 51 est relié à travers une résistance
~2 à la source 3, au point A. Vne résistance 53 d'une part et une résistance 54
et un condensateur série 55 d'autre part sont montés en parallèle entre l'émetteur
et le collecteur de chaque transistor 50 ou 51 du circuit 5. La commande de ces
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transistors 50 et 51 est assurée par un transformateur-d'isolement 56 ayant un
enroulement primaire 57 relié à la masse et ayant autant d'enroulement secondaires
identiques, tels que 58, que de transistors 50, 51 dans le circuit 5, chacun des
enroulements secondaires étant monté entre la base et l'émetteur de chacun
de ces transistors 509 51.
Les circuits commutateur-régulateur 4 et commutateur 5 sont associés
à un circuit de commande 6 à deux voies assurant respectivement la commande
du circuit 4 et la commande du circuit 5. Ce circuit de commande comporte
un potentiomètre 60 monté en parallèle sur le récepteur 1 et dont une prise inter-
médiaire au point D permet de prélever une tension fonction de la valeur de
Ia haute tension appliquée au récepteur 1. La voie de commande du circuit 4
comporte un amplificateur différentiel 61 dont l'une des entrées est connectée
aù point D sur le potentiomètre 60 et dont l'autre entrée reçoit une tension de
référence appllquée sur une borne de commande 62. La sortie de cet amplificateur
constitue le signal modulant appliquë à un modulateur d'amplitude recevant le
signal 63 à moduler d'un osciliateur 64, cet oscillateur fonctionnant à fréquence
. . , . ~
élevée, par exemple à 200 kHz. Le signal modulé délivré par le modulateur 63
est amplifié dans un amplificateur 65 qui l'applique à l'enroulement primaire
du transformateur 46 du circuit 4.
La deuxième voie du circuit de commande 6 comporte un deuxième
amplificateur différentiel 66 dont l'une des entrées es~ connectée au point D
sur le potentiomètre 60 et dont l'autre entrée reçoit une tension de référence
appliquée sur une borne de commande 67. La sortie de l'amplificateur différen~iel
66 est reliée à travers un amplificateur 68 à l'enroulement primaire 57 du trans-
formateur de commande des transistors du circuit 5.
Le fonctionnement de ce générateur de haute tension continue commu-
table est donné ci-après.
Pour la commutation de la haute tension appliquée au récepteur 1,
de la valeur basse à la valeur élevée, soit par exemple de 10 kV à 18 kV, et pour
le maintien stable de la haute tension à cette valeur élevée, soit à 1~ kV, on
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applique une tension de référence Ul sur l'entrée de reférence 62 de l'amplifica-
teur opérationnel 61. La tension de référence Ul est choisie égale à la valeur
élèvée souhaitée de la haute tension, affectée par le rapport entre la tension
aux bornes du potentiomètre 60 et la tension en D injectée sur l'entrée de commande
de l'amplificateur différentiel 61, c'est-à-dire que Ul a la valeur de la tension
v sur la prise du potentiomètre 60 pour une tension en C égale à la valeur élevée
souhaitée, 18 kV. Le signal d'erreur à la sortie de l'amplificateur est tout d'abord
élevé, il vient moduler en amplitude le signal issu de l'oscillateur pour l'alimenta-
tion du transformateur 46. La tension moyenne9 entre deux crêtes positives du
10 signal aux bornes de chaque enroulement secondaire 48 connecté entre base et
émetteur de chacun des transistors 41 et 42, commande ces transistors qui fonc-
$ionnent à l'état saturé. La charge rapide de la capicité 11 du récepteur 1 sera
alors obtenue en une durée déterminée par la constante de temps RC donnée
par la résistance 40 et la capacité 11, la capacité du condensateur 22 étant choisie
nettement supérieure, de l'ordre de vingt fois au moins, à celle du condensateur
11. I~a tension en C est alors voisine de la valeur élevée souhaitée 18 kV. Le
courant de charge traversant les transistors est limité par la résistance 40.
La tension d'erreur délivrée à la sortie de 61 devient faible. Pendant
la durée de maintien de la tension en C à cette valeur élevée, la tension d'erreur
20 à la sortie de l'amplificateur 61 continue à moduler en amplitude la tension de
l'oscillateur pour l'alimentation du transformateur. Cependant, cette tension
d'erreur étant faible, l'amplitude du signal modulé est trop faible pour obtenir
l'état de saturation des transistors 41, 42 qui se comportent comme des résistances
variables en série avec le récepteur 19 les résistances des transistors étant inver-
sement proportionnelles au signal d'erreur délivré par l'amplificateur différentiel
61 et venant moduler la tension d'oscillateur 64. Les transistors 41 et 42 consti-
tuent alors un circuit régulateur de la haute tension au point C, le courant à
travers la résistance 40 et les transistors est alors très faible.
Les circuits tels que 43, 44, 45, disposés entre collecteur et émetteur
30 de chacun des transistors 41 à 42, assurent une répartition équilibrée des tensions
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aux bornes de ces transistors, aussi bien en commutation qu'en régulation.
Pour la commutation suivie du maintien de la valeur élevée de la
haute tension en C, aucune commande n'es~ appliquée sur l'entrée 67 de la voie
de commande des transistors 50, ~1 du circuit S: ces ~ransistors sont bloquésO
Pour la commutation de la haute tension continue appliquée en C
au récepteur 1, de la valeur elevée à la valeur basse, soi~ de 18 à 10 kV et le
maintien de la haute tension à cette valeur basse, on opère en deux temps.
Dans un premier temps, on appli~ue une tension de référence U2
sur l'entrée 67, I'entrée 62 n'étant pas commandée. U2 est l'ima~e de la valeur
10 faible de la haute tension souhaitée en C, de manière analogue à Ul qui est l'image
de la valeur élevée de la tension en C. Le signal d'erreur important délivré par
l'amplificateur 66 met les transistors 50, 51 à l'état de saturation. Ils constituent
des commutateurs en série permettant d'obtenir la décharge du condensateur C
en une durée fonction de la constante de temps E~2C définie par la résistance
52 et le condensateur 11; la capacité du condensateur 32 étant alors choisie
nettement supérieure, de l'ordre de vingt fois au moins, à celle du condensateur ~
11, elle n'intervient pratiquement pas. I e courant de décharge du condensateur 11
traYersant les transistors 50, 51 en série est limité par la résistance 52. La quantité
d'éiectricité correspondant à la décharge du condensateur 11 est récupérée dans
20 le condensateur 32, la tension aux bornes du condensateur 32 n'étant cependant
que faiblement modifiée du fait du rapport important existant entre les capacités
des condensateurs 32 et 11.
I~ans un deuxième temps, la tension de référence U2 est appliquée
sur l'entrée de référence 62 de l'amplificateur différentiel 61, l'entrée 67 de
l'amplificateur 66 n'étant alors plus commandée. Dans ce deuxième temps la
faible tension d'erreur en sortie de l'amplificateur différentiel 61 vient moduler
en amplitude la tension de l'oscillateur 64 pour commander les transistors 41
et 42 fonctionnant en circuit régulateur en série avec le récepteur 1.
Le mon~age décrit permet également d'obtenir des valeurs intermé-
30 diaires de haute tension, comprises entre 10 kV et 18 kV, et correspondant à
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l'affichage en d'autres couleurs, les tensions de référence correspondantes sontappliquées sur les entrées 6~ et 67 en réponse à des commandes programmées
correspondant à un changement de couleur de l'affichage. Dans le cas de saut
d'une valeur de haute tension à une valeur supérieure, la charge rapide de la
capacité du récepteur puis la régulation à la valeur élevée de la tension aux bornes
du récepteur sont assurées par un même circuit 4 fonctionnant en commutateur
et régulateur monté en série avec le récepteur, alors que, dans le cas de saut
de haute tension à une valeur inférieure, la décharge rapide de la capacité du
récepteur est assurée par le circuit 5 fonctionnant en commutateur et la régulation
10 à la valeur plus faible de la haute tension est assurée par le circuit 4 fonctionnant
alors en régulateur en série avec le récepteur.
Dans une variante, non illustrée, la voie de commande du circuit 5 peut
être modifiée et être analogue à la voie de commande du circuit 4 pour que le
circuit 5 fonctionne en commutateur et régulateur comme le circuit 4.
Dans une autre variante non illustrée, d'autres sources de tension seront
associées aux sources 2 et 3 pour définir des prises intermédiaires, des circui~s
analogues aux circuits 4 et 5 peuvent permettre des commutations de la haute
tension aux valeurs souhaitées.
Dans une autre variante, non illustrée, d'autres sources seront associées
20 aux sources 2 et 3, pour définir des prises intermédiaires entre A et B à des valeurs
proches des tensions intermédiaires souhaitées, et la résistance 52 peut être
commutée sur A ou l'une de ces prises intermédiaires; de même la résistance 40
peut être commutée sur B ou l'une de ces prises intermédiaires, les commandes
de ces commutations peuvent être délivrées à partir des commandes programmées
définissant également les tensions de référence appliquées aux amplificateurs
différentiels du circuit de commande.
