Brevet FR2011430A1 — publié le 19700227

i 2011430 La présente invention concerne les dispositifs convertisseurs de signaux à éléments du type état solide et en particulier un circuit hacheur pour convertir un signal entrant variable en un signal alternatif modulé en amplitude. Les circuits amplificateurs à vibreurs comportant des dispositifs commutateurs du type état solide suivant les techniques antérieures, nécessitent l'addition de certains éléments séparés pour compenser les capacités inégales dans le sens direct des dis= positifs semi-conducteurs. En l'absence d'une telle compensation, une tension décalée est produite dans le signal sortant à partir du circuit hacheur et réduit la sensibilité globale de tout équipement utilisant un circuit hacheur. En plus de l'augmentation du prix du circuit hacheur global, ces éléments séparés provoquent une instabilité thermique et sont d'un équilibrage difficile» La présente invention a pour objet un circuit hacheur en éléments du type état solide convenant particulièrement pour le cas de signaux entrants ayant des valeurs faibles, équilibré de façon inhérente, ayant une stabilité thermique supérieure et comportant un nombre réduit d'éléments séparés permettant la réduction du prix. Suivant une caractéristique de l'invention, un signal entrant est appliqué aux bornes d'un transistor à effet de champ et un signal de commande est appliqué à une autre électrode» Si les signaux sont commandés pour empêcher une conduction de courant effective interne entre le substrat et les électrodes connectées à la source de signaux, et si le substrat estmis à la masse, le circuit hacheur est équilibré de façon inhérente. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel; la figure 1 représente un circuit amplificateur à circuit hacheur construit suivant une technique antérieure, la figure 2 représente un circuit amplificateur à circuit hacheur suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, et la figure 3 représente un circuit amplificateur à circuit hacheur selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. D'après les techniques antérieures, les signaux entrants sont appliqués aux amplificateurs après avoir été modifiés par un circuit hacheur. Suivant l'exemple particulier de la figure 1, •69 20797 2 2011430 une source de signaux variables en courant continu 10 est couplée à un transistor à effet de champ 11 comportant une électrode drain 12, une électrode source 13, une électrode de substrat 14 et une électrode de commande 15. Une borne de sortie de la source de signal 5 variable en courant continu 10 est couplée à l'électrode drain 12 par une résistance 16. L'autre borne de la source de signal variable en courant continu est couplée par la résistance Vf à l'électrode source 16. Conformément à des techniques classiques, l'électrode du substrat 14 est connectée à l'électrode source 13. 10 Un circuit hacheur de commande 20 est connecté entre la masse et l'électrode de commande 15 et habituellement, il excite le transistor à effet de champ 11 par une onde rectangulaire. Le signal hacheur transmis de l'électrode de commande 15 à l'électrode drain 12 et à l'électrode source 13 est; équilibré par l'adjonction d'un 15 circuit diviseur de tension formé par les résistances 21 et 22 connectant l'électrode de commande 15 à la masse. Un condensateur 23 est connecté entre le point commun des résistances 21 et 22 et l'électrode drain 12. Quand ces éléments sont convenablement choisis, des composantes de commande de même amplitude en phase 20 avec le signal du hacheur apparaissent sur les conducteurs de sortie 24 et 25 qui transmettent les signaux à tua amplificateur différentiel 26. Par suite, le signal sortant pour le dispositif d'utilisation 27ne contient pas de traces appréciables du signal du circuit hacheur dans des conditions de fonctionnement prédéterminées. 25 Par contre, les variations de la température peuvent déséquilibrer le système, et de plus ces éléments séparés augmentent le prix de revient de l'ensemble du circuit. Les résistances 21 et 22 ainsi que le condensateur 23 sont supprimés selon la présente invention. Dans le circuit de la figure 2, 30 un transistor à effet de champ à canal P 30 sert comme élément hacheur, tandis que dans le cas de la figure3, l'élément hacheur est un transistor à effet de champ à canal N 31. Dans les deux cas, les électrodes des substrats sont à la masse de la façon représentée en 32 sur la figire 2 et en 33 sur la figure 3. En dehors des dif-35 férences résultant de la modification des polarités relatives des signaux appliqués, le fonctionnement des deux circuits est identique. De plus, la polarité du signal entrant en courant continu pour les amplitudes normalement rencontrées pendant le fonctionnement d'un 69 20797 3 2011430 tel dispositif n'a pas une importance critique. Si le signal en courant continu polarise les transistors à effet de champ, de façon que les jonctions source-à-substrat et drain-à-substrat soient polarisées dans le sens inverse par rapport à la masse, le 5 signal entrant peut avoir n'importe quelle amplitude en-dessous de la tension de claquage dans le sens inverse. Si les jonctions ont tendance à être polarisées dans le sens direct, le signal entrant doit être maintenu pour que les jonctions soient traversées par des courants insignifiants. 10 Quand ces conditions sont atteintes et maintenues dans le circuit hacheur à transistors à effet de champ, et en particulier les transistors à effet de champ à électrode de commande métallique isolée par de l'oxyde de silicium,le passage des signaux de commande est pratiquement éliminé. Les capacités parasites pouvant subsister 15 sont faibles et restent à peu de chose près constantes dans les conditions thermiques rencontrées normalement. Par suite, les signaux de commande du dispositif hacheur qui passent par fuite vers les conducteurs 24 et 25 sont facilement éliminés par l'amplificateur différentiel 26. 20 Un exemple particulier de circuit hacheur construit selon la présente invention, comporte les éléments suivants pouvant être utilisés dans le circuit de la figure 3. ELEMENTS Source de signaux variables en 0,50 mV, courant 25 courant continu 10 continu Résistances 16 et 17 1.000 ohms Circuit de commande 20 10 V, 400 Hz, sinusoïdal du hacheur 30 Transistor à effet de champ 31 2N4351 (Motorola) Amplificateur différentiel 26 Amplificateur A702A en cir cuit intégré couplé au transistor à effet de champ par des condensateurs de 0, 33 micro- 35 farads. Quand ce circuit est construit d'après les caractéristiques générales décrites en particulier par rapport à la figure 3, 69 20797 4 2011430 les essais montrent que le signal de commande du dispositif hacheur est atténué d'environ 120 db. En outre, même en cas d'application d'un signal de commande de 10 V par le dispositif hacheur, le circuit peut produire pour l'amplificateur.différentiel un signal 5 sensible à un signal entrant de 20 microvolts de la source de signaux 10. Le prix du oircuit hacheur est réduit du fait de la suppression des éléments séparés. De plus, tin équilibrage inhérent est obtenu pour le circuit, et la suppression des éléments séparés 10 améliore la stabilité thermique du circuit hacheur en raison des caractéristiques thermiques adaptées difficiles à obtenir dans les dispositifs de types antérieurs. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées au circuit décrit sans que l'on sorte du cadre de l'in-15 vention. Bien que les circuits représentés soient destinés particulièrement à hacher un signal ^âri&iKLës en courant continu, d'autres sources de signaux peuvent aussi être utilisées, parmi lesquelles des sources de signaux en courant alternatif, quand il est désirable qu'un tel signal soit haché. De plus, bien que les circuits 20 décrits comportent des transistors à effet de champ à électrodes métalliques isolées par un oxyde, l'invention peut être utilisée pour d'autres circuits comportant des dispositifs similaires. De même, bien que le signal de commande du dispositif hacheur considéré ci-dessus soit un signal sinusoïdal, la présente invention 25 peut être utilisée pour d'autres circuits hacheurs utilisant des signaux de commande différents tout en obtenant des signaux sortants améliorés. Différents circuits de couplage peuvent être utilisés pour transmettre le signal haché à l'entrée de l'amplificateur différentiel afin d'obtenir une meilleure adaptation des impédances ou 30 d'assurer un isolement, sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Par suite, bien que l'invention soit décrite ci-dessus en considérant les applications particulières, elle peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. 69 20797 5 2011430 REVENDICATIONS — =x_ ac«s« is«. a*, a* S 1. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable en un signal sortant en- courant alternatif d'un niveau variable pour un dispositif d'utilisation, en réponse à des signaux provenant d'une source de signaux de commande de hachage caracté- 5 risé par un transistor à effet de champ avec une électrode de commande, une électrode source, une électrode drain et un substrat, un dispositif pour connecter l'électrode de commande à la source de signaux de hachage, un dispositif pour connecter l'électrode drain et l'électrode source à la source de signaux entrants et au 10 dispositif d'utilisation, et un dispositif pour la mise à-la masse de l'électrode du substrat. 2. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transistor à effet de champ est choisi dans le groupe constitué par les tran- 15 sistors à effet de champ à canal P et à canal N et que l'amplitude relative et la polarité relative par rapport à la masse du signal entrant provoquent la polarisation dans le sens direct des Jonctions substrats-drain et substrat-source, l'amplitude du signal étant limitée pour empêcher une conduction appréciable à travers 20 ces jonctions. 3. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transistor à effet de champ est choisi dans le groupe constitué par les transistors à effet de champ à canal P et canal N et en ce que 25 l'amplitude relative et la polarité relative du signal entrant par rapport à la masse provoquent la polarisation dans le sens inverse des jonctions substrat-drain et substrat-source. 4. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que 30 le substrat est directement à la masse. 5. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable en un signal en courant alternatif modulé en amplitude caractérisé par un dispositif pour connecter la source de signaux pour la transmission d'un signal différentiel à partir de la source, un tran- 35 sistor à effet de champ à électrode de commande métallique isolée par de l'oxyde de silicium comportant une électrode de commande, une électrode drain, une électrode source, une électrode substrat, 69 20797 6 201T430 l'électrode drain et l'électrode source.étant connectées au dispositif de couplage de la source de signaux, et l'électrode substrat étant à la masse, un amplificateur différentiel à impédance d'entrée élevée à deux bornes d'entrée, un dispositif pour connecter 5 les bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel à l'électrode drain et à l'électrode source, un dispositif connecté à l'électrode de commande pour appliquer à celle-ci un signal de commande, le signal entrant ayant une amplitude et une polarité empêchant une conduction appréciable à travers les jonctions substrat-drain 10 et substrat-source, le signal de commande provoquant la conduction intermittente entre l'électrode drain et l'électrode source pour qu'un signal différentiel en courant alternatif soit appliqué à l'amplificateur différentiel, et un dispositif d'utilisation connecté pour être excité par le signal de l'amplificateur différentiel, 15 ce signal ne comportant pratiquement pas le signal du dispositif de commande. 6. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dispositif de couplage de la source de signaux comprend une paire de résis- 20 tances,l'une de ces résistances étant connectée à l'électrode drain et l'autre à l'électrode source afin d'être en série avec ces électrodes et la souroe de signaux. 7. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable selon la revendication 6 caractérisé en ce que le transis- 25 tor à effet de champ est choisi dans le groupe constitué par les transistors à effet de champ fonctionnant sur le mode à renforcement à canal P et à canal N et en ce que l'amplitude et la polarité du signal entrant par rapport à la masse provoquent la polarisation dans le sens direct des jonctions substrat-drain et substrat-source, 30 1® signal entrant étant limité pour empêcher une conduction appréciable à travers ces jonctions. 8. Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable selon la revendication 6 caractérisé en ce que le transistor à effet de champ est choisi dans le groupe constitué par les 55 transistors à effet de champ fonctionnant sur le mode à renforcement à canal P et à canal N et en ce que l'amplitude et la polarité du signal entrant par rapport à la masse provoquent la polarisation dans le sens inverse des jonctions substrat-drain et substrat-source. 69 20797 7 2011430 9.Circuit pour convertir un signal entrant d'amplitude variable selon l'une des revendication 6 à 8 caractérisé en ce que le dispositif produisant le signal de commande applique une tension sinusoïdale à l'électrode de commande„