Brevet FR2003788A1 — publié le 19691114

î 2003783 La présente invention se rapporte à un- circuit -basculeur comprenant deux dispositifs actifs couplés par réaction afin de produire une transition rapide entre deux états stables dans chacun desquels un des dispositifs actifs est normalement conducteur 5 et l'autre non conducteur. Les dispositifs qui produisent des signaux de sortie en réponse à des signaux d'entrée dont les niveaux dépassent des amplitudes déterminées, sont fréquemment utilisés dans les modulateurs à impulsions codées. Habituellement un certain nombre de 1C tels circuits besculeurs, chacun ayant un seuil de réponse différent, sont connectés à une source de signal, Aux échantillons d'un signal d'entrée sont attribuées des valeurs codées d5après lesquelles les circuits basculeurs produisent les signaux de sortie . 15 Un problème se présente lorsque la vitesse de transmis sion aes signaux augmente, car pour qu'une modulation à impulsions codées soit fructueuse, particulièrement à des fréquences de 10 à 20 i-i-Iz ou au-delà, il faut que le circuit basculeur réponde beaucoup plus rapidement que les circuits basculeurs traditionnels. 2C La présente invention a pour but de résoudre ce problème. L'invention procure un circuit basculeur caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'entrée, connecté à un dispositif normalement conducteur, qui répond à un signal dépassant une valeur de seuil donnée en rendant conducteur et en bloquant le dispositif 25 normalement conducteur, et une connexion entre le dispositif actif normalement non conducteur et le dispositif d'entrée afin de bloquer le dispositif d'entrée en sorte qu'il ne soit conducteur que durant le passage des deux dispositifs actifs entre l'état de conduction et l'autre état stable. 30 En procurant un circuit basculeur à vitesse extrêmement élevée, on obtient divers avantages que l'on examinera ci-après. Le seuil de déclenchement est extrêmement stable et précis, et répond d'une manière précise au signal d'entrée non amplifié. Le circuit selon l'invention peut détecter des signaux qui 55 diffèrent d'un seuil de référence d'une amplitude très faible telle que 10~3 volts en 3 nanosecondes à peine. Le circuit est stable en fonction de la température, car les éléments détecteurs et déclencheurs du circuit sont maintenir sensiblement à la même température, 40 L'impédance du circuit est très éle^/ée et plusieurs BAD ORIGINAL .'5 06919 2 2003783 circuits basculeurg peuvent, par conséquent, être connectés à une nêm source sana charger indûment celle-ci ou sans interaction appréciable entre les circuits basculeurs. Le circuit basculeur ne renvoie pas de signaux transitoi** 5 rss importants à son entrée lorsqu'il déclenche, ce qui évite le déclenchement erroné de3 circuits adjacents. Enfin, une fois que le circuit déclenche, son signal de sortie est insensible aux variations subséquentes du niveau du signal d-entrée. 10 Selon 15inventionj un courant de référence ayant une am plitude sélectionnée circule normalement dsns un dispositif d'équilibrage,, habituellement un transistor» Un élément d*entrée,connecté à une borne du dispositif d'équilibragefournit un signal de sortie uniquement lorsqu'un signal d'entrée a une amplitude qui 15 dépasse une valeur de seuil déterminée avec précision. Etant donné que l'élément d'entrée est sélectionné soigneusement afin de correspondre aux caractéristiques du dispositif d'équilibrage, les x-i'rants de sortie des deux dispositifs sont égaux immédiatement après que l'élément d'entrée est entré en action. Cette égalité 20 des courants est détectée par un détecteur5 qui est habituellement une source à courant constant, et se traduit par un accroissement de tension sur un élément du dispositif" basculeur. Cet accroissement de tension actionne le dispositif basculeur lequel, à son tour, coupe l'élément d'entrée et le dispositif d'équilibrage. Les 25 courants et tensions associés à l'élément d'entrée, au dispositif d'équilibrage et au dispositif basculeur sont tels que le disposi«= tif basculeur continue à être conducteur indépendamment des varia' tions du signal d'entrée dans des limites prévues» Une impulsion de ren.ise à zéro remet le circuit basculeur dans son état initial 30 en préparation d'un autre signal d'entrée. L'action de basculement décrite ci-dessus se produit à une vitesse très rapide, habituellement comprise entre 3 et 10 nanosecondes s et en raison de l'adaptation des caractéristiques de l'élément d'entrée st du dispositif d'équilibrage, elle se produit 35 à un seuil de tension qui peut être répété. Le circuit est également très simples contenant dans une forme de réalisation,trois transistors seulement en plus des sources de tension, des résistances et des diodes associées'. ■ L'invention apparaîtra plus clairement à la lecture de k;": la description démaillée -qui va suivra, faite en regard des dessin BAD ORIG'NAL 69 06919 3 2003788 joints dans lesquels : - la figure 1 est un schéma simplifié du dispositif basculeur selon 1Tinvention ; - les figures 2 et 3 sont des schémas de deux formes de 5 réalisation de ce dispositif ; - les figures 4 à 8 montrent des ondes sélectionnées permettant d'expliquer le fonctionnement du dispositif selon l'invention. La figure 1 montre schématiquement le dispositif selon 10 l'invention. Les éléments représentés sur cette figure seront décrits tout d'abord tels qu'ils se présentent à l'état de repos avant qu'il ne se produise de basculement. On décrira ensuite le comportement transitoire de ces éléments en réponse à un signal d'entrée ayant l'amplitude suffisante pour faire basculer le cir-15 cuit. Enfin, on décrira le-circuit dans son second état stable après qu'il aura basculé. A l'état initial, l'élément d'entrée 2, qui consiste en un transistor 10 et une source de tension positive 14, est bloqué par le potentiel négatif appliqué à la base du transistor 10 par 20 la source de tension de seuil 19. Le dispositif basculeur 4, qui consiste en un transistor 12, est également non conducteur à ce moment. La source de courant 8, qui consiste en une source de tension 22 et d'une résistance 21, fait passer un courant 21 dans le dispositif d'équilibrage 3 consistant en un transistor 11. La 25 moitié de ce courant est appliquée à la source 8 par le détecteur 5, qui consiste en une résistance 23 et une source de tension 24, à travers le collecteur et l'émetteur du transistor 11. L'autre moitié du courant requis par la source 8 traverse la diode 33 puis le collecteur et l'émetteur du transistor 11. La diode 33 peut 30 également être supprimée et le courant,qui passerait normalement par cette diode,traverserait la base et l'émetteur du transistor 11. Si la diode 33 est omise, le transistor 11 se sature car le courant 21 parcourant son émetteur dépasse le courant I disponible à son collecteur. La différence de tension entre son émetteur et 35 son collecteur est alors petite, c'est-à-dire inférieure à 100 mil-livolts. Si la diode 33 est prévue, le transistor 11 ne se sature pas mais la différence de tension entre son émetteur et son colleo-teur reste toujours petite, c'est-à-dire entre 10 et 100 milli-40 volts. Etant donné que l'émetteur du transistor 11 est suffisam 69 06919 4 2003788 ment négatif par rapport à la terre pour rendre l'émetteur conducteur, c'est-à-dire qu'il est porté à un potentiel d'environ 0,5 volt, le collecteur se trouve également légèrement négatif par rapport à la terre, r'est-à-dire qu'il est porté à un potentiel 5 légèrement inférieur à -0,5 volt. Ce potentiel négatif sur le collecteur rend la diode 33 conductrice. Etant donné que le collecteur du transistor 11 est connecté directement à la base du transistor 12 tandis que les émetteurs des transistors 11 et 12 sont également connectés directement ensemble, la tension base-10 émetteur du transistor 12 est également de quelques millivolts seulement. Il en résulte que le transistor 12 est initialement bloqué. Le transistor 10 reste bloqué jusqu'à ce qu'il reçoive un signal fourni par la source 18, et dont l'amplitude dépasse la 15 tension de seuil de la source 19. A mesure que la tension appliquée à la base du transistor 10 se rapproche du potentiel de terre en réponse à un signal provenant de la source 18, le transistor 10 commence à devenir faiblement conducteur lorsque la tension de base dépasse la tension de seuil fournie par la source 19. Le 20 transistor 10 est identique au transistor 11. Par conséquent, lorsque la tension sur la base du transistor 10 est égale au potentiel de terre, les courants d'émetteurs des transistors 10 et 11 sont égaux à l'amplitude I. A ce moment, la diode 33 ne doit plus laisser passer de courant I. Il en résulte que la diode 33 25 devient polarisée en inverse, et le potentiel sur le collecteur du transistor 11 croît tandis que le potentiel sur la base du transistor 12 croît rapidêment depuis un potentiel situé légèrement en dessous du potentiel de terre jusqu'à une valeur positive. Cet accroissement de tension rend le transistor 12 conducteur. Le cou-30 rant qui circule dans l'émetteur du transistor 12 réduit encore le courant qui traverse le transistor 11,de telle sorte que le potentiel sur le collecteur du transistor 11 et le potentiel sur la base du transistor 12 croissent rapidement. Etant donné que la chu-t.o de tension base-émetteur du transistor 12 est petite, environ 35 C,5 volt, les tensiors d'émetteurs des trois transistors suivent la tension de base du transistor 12 à mesure que celle-ci croît vers une valeur positive relativement grande d'environ 5 volts. Le circuit atteint un nouvel état d'équilibre lorsque les transistors 10 et 11 sont tous deux bloqués, car leurs bases sont à un poten-k0 tiel voisin du potentiel de terre et leurs émetteurs sont positifs. 69 06919 5 2003788 Le courant I provenant de la source 5 circule partiellement- ci-ans la base du transistor 12, mai s en plus grande partie dans la sour«= ce 6. La plus grande partie du courant 21 dérivé par la source 6 traverse le transistor 12 en provenant de la source de polarisa-5 tion 15 à travers la charge 7 et le collecteur du transistor 12. L'autre partie du courant 21 provient de la source de courant 5 à travers la base du transistor 12. Le transistor 12 reste conducteur jusqu'à ce qu'une impulsion de remise à zéro provenant de la source 6 porte la base 1C du transistor 12 à un potentiel déterminé situé en dessous du potentiel de terre, bloquant ainsi ce transistor 12 et rendant le transistor 11 conducteur. Etant donné que 1*impulsion de remise à zéro est fournie par une source extérieure, le circuit reste déclenché aussi longtemps qu'on le désire. 15 Afin d'empêcher le transistor 10 d'être rendu conducteur par un signal d'amplitude élevée provenant de la source 18 pendant que le transistor 12 est conducteur, les tensions d'émetteurs des transistors 10 et 11 sont portées à une valeur plus élevée que la tension maximum prévisible de la source 18 moins la tension de la 20 source 19. L'action de basculement du circuit, représentée par l'entrée en conduction du transistor 12, se produit à une vitesse très rapide, d'environ 3 nanosecondes. Etant donné que les transistors 10 et 11 ont des caractéristiques identiques et étant 25 donné que le courant, provenant du détecteur 5, est la moitié du courant requis par la source 8, ce circuit est extrêmement précis et peut détecter des signaux d'amplitude faible, de l'ordre de 1 millivolt au-dessus du seuil 19. De plus, comme les transistors 10 et 11 dissipent une énergie extrêmement faible, les transistors 30 restent à une température sensiblement uniforme, empêchant ainsi la dissipation d'énergie de modifier le seuil de fonctionnement du circuit. Par exemple; lorsque le transistor 11 est conducteur, 11 est à peu près saturé en sorte que la puissance dissipée est très petite. Lorsque ce transistor est bloqué, peu ou pas de cou- 35 rant le traverse de sorte que l'énergie dissipée est voisine de zéro. Comme le transistor 10 n'est conducteur que durant des instants très courts, l'impédance d'entrée du circuit basculeur, vue par la source 18, reste avantageas-ment élevée, indépendants 40 de l'état du circuit-. La charge ds 1-5 source '18 reste donc petite. 69 06919 6 2003788 Poi:r la même raison5 les signaux transitoires provenant de la sortis du circuit ne sont pas ramenés à travers le transistor 10 afin d'actionner d'autres circuits basculeurs connectés à la source 18» La figure 2 illustre une autre forme de réalisation du 5 circuit basculeur aelon l'invention» Outre les éléments contenus dans le circuit selon la figure 1, le présent circuit contient diverses diodes. Les fonctions de ces diodes vont être décrites brièvement» Â l'état initial, le transistor 11 est conducteur et 10 laisse passer un courant 21 requis par la résistance 21 et la source 22» Les transistors 10 et 12 sont bloqués. La moitié du courant traversant le transistor 11 provient- de la source de tension 24 à travers la résistance 23» L'autre moitié du courant traverse la diode 33 en provenance de le t.errï. puis traverse le col-15 lecteur et l'émetteur du transistor 11} la diode 32 et la résistance 21 pour arriver à la source 22; Les transistor 10 et 12 son-bloqués. Comme expliqué plus haut, lorsque le signal provenant de la source 18 dépasse le niveau de seuil :îs la source 19 > il 20 porte la base du transistor 10 au potentiel de terre et rend le transistor 10 conducteur : le transistor 10 laisse passer le courant I provenant de la source 14 puisqu'il possède les mêmes caractéristiques que le transistor 11. A peu près ir.imédiatement, lf courant I traversant la diode 33 est interrompu, et la diode 33 25 passe de son état de faible impédance à son état d'impédance élevée» Il en résulte que la tension sur la base du transistor 12 croît, rendant ce transistor conducteur et, en accroissant la tension su: les émetteurs des transistors 10 et 11, bloque ces deux transistors. Le transistor 12 doit à présent fournir le courant 21 re-30 quis par la résistance 21 et la source 22. Le transistor 12 reste conducteur jusqu'à ce qu'une impulsion de remise à zéro, de polarité négative, provenant de la source 6 excite sa base et la porte à un potentiel situé en dessous du potentiel de terre d'une valeur déterminéeu 35 La diode 34 relie la source 6 à la base du transistor 1Z Cette diode, qui présente une impédance très petite à l'impulsion dé- rende® à séro provenant de la source 6j, limite également la tension positive sur le collecteur du transistor 11 à une valeur sensiblement égale à la tension de la source 14. De plus, étant l.C nr-nné- -aue la résistance 25 relie la diode 34 â la source 14, la BAD ORIGINAL 69 06919 I 7 2003788 diode 34 procure un trajet à faible impédance vers la terre à travers la source 14. Le courant I provenant de la source 24, qui traverse la résistance 23, traverse donc la résistance 25 et la source 14 pour aller vers la terre. Etant donné que la source 22 5 dérive le courant 21 à travers la résistance 21, le courant de collecteur du transistor 12 devient ici 21» La diode 32 protège les émetteurs des transistors 10 et • 11 a l'égard de tensions de retour d'amplitude élevée qui pouraienfc endommager ces transistors.La diode de Zener 30, polarisée par un 10 faible courant à travers la résistance 3l> favorise le blocage du transistor 12 et est nécessaire car la diode 32 rend la tension de collecteur du transistor 11 légèrement plus élevée à l'état initial que la valeur correspondante dans le montage selon la figure 1. La tension de base du transistor 12 pourrait donc dans cer-15 tains cas être suffisamment plus élevée que la tension d'émetteur du transistor 12 que pour rendre ce dernier conducteur. La diode de Zener 30 élève par conséquent la tension d'émetteur du transistor 12, assurant ainsi que ce transistor ne soit pas conducteur avant qu'il ne soit déclenché. 20 Les figures 4 à 8 montrent, en fonction du temcs exprimé en nanosecondes, les signaux représentatifs engendrés en eu. "oints sélectionnés du montage selon la figure 2. La figure 4 monor a le signal d'entrée appliqué à la base du transistor 10. La figure 5 montre que lorsque le signal d'entrée atteint le potentiel de ter-25 re,les tensions d'émetteurs des transistors 10 et 13 croissent très brusquement, bloquant ces deux transistors. Il en résulte que la tension du collecteur du transistor 11, représenté sur la figure 6, croît très rapidement et rend le transistor 12 conducteur. La tension de sortie sur la résistance 7 tombe immédiatement depuis 30 la valeur de la tension de la source 24 jusqu'à une certaine autre valeur, comme le montre la figure 7. Une impulsion de remise à zéro, représentée sur la figure 8, bloque le transistor 12 et place le circuit dans l'état lui permettant de recevoir un nouveau signal d'entrée. 35 La figure 3 montre une autre forme de réalisation du cir cuit selon l'invention, utilisant des transistors n-p-n et p-n-p. A l'état initial, le transistor 100 est bloqué tandis que les transistors 110 et 120 sont conducteurs. Le transistor 110, de type p-n-p, est initialement à peu près saturé. Son émetteur est 40 parcouru par le courant 21» La source de tension 220 dérive le 69 06919 8 2003788 courant I à travers la résistance 170 et le courant I à travers la résistance 210. Le courant 21 dans l'émetteur du transistor 110 est donc requis pour satisfaire à cette demande de courant de la source 220 et des résistances 170 et 210. 5 Etant donné que le transistor 110 est proche de l'état de saturation, sa tension de collecteur n'est que de quelques mil-livolts en dessous de sa tension d'émetteur. Sa tension de base est approximativement 0,5 volt en dessous du potentiel de terre. La tension de base du transistor 110 est la tension d'émetteur du 10 transistor 100, de type n-p-n, et de la tension de collecteur du transistor 120, de type n-p-n. Le courant I à travers la résistance 170 est initialement le courant d'émetteur 120. Les résistances 209 et 210 sont sélectionnées afin d'assurer ces conditions en réglant correctement la tension de base du transistor 120. Les 15 diodes 340 et 350 sont initialement dans leur état d'impédance élevée candis que la diode 330 est dans son état d'impédance faible, conduisant un peu moins sous l'effet du courant de base du transistor 120 que sous l'effet du courant d'émetteur de ce transistor. 20 Lorsqu'une tension d'entrée provenant de la source 18 porte la base du transistor 100 à un potentiel positif par rapport à son émetteur, le transistor 100 devient conducteur. Comme les caractéristiques du fonctionnement du transistor 100 sont complémentaires de celles du transistor 110, l'émetteur du transis-25 tor 100 dérive un courant égal au courant dérivé par l'émetteur du transistor 110. Le courant d'émetteur dérivé par le transistor 110 tombe immédiatement de la valeur 21 à la valeur I. Il en résulte que la diode 330 passe à son état d'impédance élevés et que la tension du collecteur 110 tombe immédiatement d'une valeur ap-30 proximativement égale au potentiel de terre (quelques millivolts en dessous de la tension d'émetteur du transistor 110) à une certaine valeur négative. La tension sur la base du transistor 120 tombe immédiatement en dessous de la tension de coupure, bloquant le transistor 120. La tension de collecteur du transistor 120, 35 qui était précédemment à une valeur voisine du potentiel de terre, croît à présent, bloquant les transistors 100 et 110. Les diodes 340 et 350 passent de leur état d'impédance élevée à leur état d'impédance faible, et chaque diode laisse passer le courant I vers une des résistances 170 et 210 respectivement. La tension de sor-40 tie sur la charge 160 connectée entre la diode 340 et la source 69 06919 9 2003788 24C décroît immédiatement, traduisant la variation d'impédance de la diode 340. Une impulsion de remise à zéro positive provenant de la âource 6 rend les transistors 120 et' 110 de nouveau conducteurs et replace le circuit dans son état initial. 8AD ORIGINAL 6^ 0o! 9 10 2003788 B S y E K D I 0 A ï X 0 M S 1„- Circuit basculeur comprenant deux disposxtaaa av- couplés par réaction afin de produire une transition rapide zn .::e daux états stables dans chacun desquels un des dispositifs 5 acvifs est normalement conducteur et 1®autre non conducteur, ca=* ractérisé en ce qu*il comprend un dispositif d'entrée (10), connecté à un dispositif normalement conducteurs qui répond à un. signal (1) dépassant une valeur de seuil (19) donnée en rendant conducteur et en bloquant le dispositif normalement con ' 10 .une connexion entre le dispositif actif normalement non conducteur et le dispositif d'entrée afin de bloquer le dispositif d'entrée en sorte qu'il ne scit conducteur que durant le passage des deu:: dispositifs actifs entre l'état de conduction st l'autre état steok-2«- Circuit basculeur suivant la revendication 1, cs~ 15 ractérisé en ce que le dispositif d'entrée est un premier transistor ayant un collecteur polarisé positivement, sa base constituant l'entrée du circuit basculeur, en ce que le prenier dispositif actif est un deuxième transistor normalement conducteur, dont l'émetteur est connecté à l'émetteur du prenier transistor, en ca 20 que le second dispositif actif est un troisième transistor dont base est connectée au collecteur du deuxième transistor et, par l'intermédiaire d'une diode (33)s à la base du deuxième transistor l'émetteur de ce troisième transistor étant connecté aux émetteur-des premier et deuxième transistors, tandis que le collecteur d? 25 ce troisième transistor constitue la sortie du circuit basculeur., en ce qu'une première source de courant constant (22) est connectée aux émetteurs des transistors et en ce qu'une seconde source de courant constant(24)esl connectée au collecteur du deuxième transistor. 30 3•- Circuit basculeur, caractérisé en ce qu'il com prend un premier .transistor (10) dont la base constitue l'entrée du circuit basculeur, dont le collecteur est connecté à une première source de polarisation (14) et dont l'émetteur est connecté à travers une première diode (32) à une première source de courra ■■ 35 (22) tirant un premier courant sélectionné, un deuxième translate? (11) dont la base est connectée à la terre, dont le collecl-^* -C connecté à uns seconde source de courant (24) engendrant un seeon; retirant sélectionnéj et à la prewière source de polarisation à travers une deuxième diode (34? st une résistance (25) t et dont 1teur est. connecté à la première source de courant à travers BAD ORIGINAL 69 06919 îi 2003788 la première diode, un troisième transistor (12) dont la base est connectée à la seconde source de courant et, à travers une troisième diode (33)j à la terre, dont l'émetteur est connecté à la première source de courant à travers une diode de Zener (30), et 5 dont le collecteur, qui constitue la sortie du circuit basculeur, est connecté à la seconde source de polarisation à travers une charge (7), et une source d'impulsions de remise à zéro (6) connectée à la base du troisième transistor et au collecteur du deuxième transistor à travers la deuxième diode» 10 4«- Circuit basculeur, caractérisé en ce qu'il com prend un premier (100) et un deuxième transistor (110) ayant des caractéristiques équivalentes, la base du premier transistor constituant l'entrée du circuit, le collecteur du premier transistor étant connecté à une première source de polarisation (14), l'émet-15 teur du deuxième transistor étant connecté à la terre, et les premier et deuxième transistors étant de types opposés, et un troisième transistor (120), de même type que celui du premier transistor, le collecteur de ce troisième transistor étant connecté à l'émetteur du premier transistor et, à travers une diode (330), au col-20 lecteur du deuxième transistor, l'émetteur du troisième t. sistor étant connecté à une source de courant (220) et, à travers diode (340) et une charge (160), à une deuxième source de polarisation (240), la base du troisième transistor étant connectée à ladite source de courant et, à travers une résistance (209), au 25 collecteur du deuxième transistor, puis, à travers une diode (350), à la fois à une source d'impulsions de remise à zéro (6) et, à travers une résistance (211), à une troisième source de polarisation (15). 5.- Circuit basculeur selon la revendication 4, carac-30 térisé , en outre, en ce que les premier et troisième transistors sont de type n-p-n, et en ce que le deuxième transistor est de type p-n-p.