Brevet FR2009357A1 — publié le 19700206

La présente invention se rapporte à -un régénérateur d'impulsions "bipolaires destiné à assurer la régénération de signaux bipolaires et comprenant une paire de dispositifs semi-conducteurs solides comportant chacun une anode et une cathode, 5 De nombreux montages, utilisent, comme dispositif actif, un semi-conducteur solide quelconque présentant le phénomène de la nueléation et de la propagation de domaines. Le mécanisme de ce phénomène observé semble résulter du fait que les porteurs, dans de telles matières, présentent une mobilité incrémentielle 10 négative dans une gamme de champ électrique appliqué. La source de cette mobilité incrémentielle négative diffère considérablement d'une matière à l'autre. Dans le germanium (Ge) dopé à l'or elle 'peut être attribuée à un effet de captation dû au champ et, dans le sulfure de cadmium (CdS) à une interaction entre les phcnorœet 15 les électrons, tandis que dans des matières telles que G-aAs, InP, ; Cdïe, ZnSe et autres, elle semble résulter d'un mécanisme de dispersion entre creux. La théorie de base de ces dispositifs est décrit de façon détaillée dans une série d'articles parus en janvier 1966 dans IEEE, Transactions on Electron Devices, volume ED-15, 20 numéro 1 et en septembre 1967 dans IEEE, Transactions on, Electron Devices, volume ED-14, n° 9. Comme indiqué dans les articles ci-dessus mentionnés, lorsqu'une tension croissante est appliquée aux extrémités opposées d'un échantillon convenable d'un semi-conducteur, tel que de l'ar-25 séniure de gallium du type n, le courant moyen passant dans l'échantillon croît d'une manière presque linéaire avec la tension jusqu'à ce que soit atteinte une valeur critique où le courant tombe brusquement à une fraction de sa valeur maximale. Au-dessus de cette tension critique, le courant moyen passant dans 1' é-30 chantillon reste sensiblement constant. En outre, dans cette gamme de courant réduit, on peut constater que la forme d'onde instantanée oscille périodiquement à une fréquence fonction dé la longueur de 1'échantillon. La tension critique à laquelle la chute de l'intensité du courant passant dans l'échantillon se pro-35 duit et à laquelle les oscillations sont déclenchées est dite "tension de seuil", généralement désignée parole symbole La théorie actuelle soutient que ces oscillations résultent de nucléations de domaine se produisant au voisinage immédiat de 69 13717 2 2009357 l'électrode négative (cathode) et qui se propagent vers l'électrode positive (anode). On a trouvé qu'après la nucléation d'un domaine, celui-ci atteint une forme stable et continue à se propager vers l'électrode positive même si la tension appliquée est 5 abaissée, tant que cette tension reste supérieure à une valeur minimale dite "tension d'entretien de domaine" généralement dé- l signée par le symbole V^g. Si la tension appliquée dépasse une valeur dite " tensiond'entretien d'oscillation", généralement désignée par le symbole VQg, l'arrivée d'un domaine à l'anode en-10 traîne la nucléation d'un nouveau domaine près de la cathode. La nucléation, la propagation et la dissolution de domaines, en se prolongeant, produisent des oscillations cohérentes "dans la forme dlonde de courant. Par contre, si la tension appliquée est inférieure à Vqq, la dissolution d'un domaine à l'anode ramène le 15 dispositif à son état ohmique initial. La Demanderesse obtient la régénération de signaux dans la mise en oeuvre de la présente invention, dans laquelle une connexion directe est établie entre la cathode d'un premier des dispositifs et l'anode d'un second de ceux-ci ; par ailleurs, un 20 circuit électrique est prévu pour appliquer des signaux d'entrée bipolaires à la cathode du premier dispositif et à l'anode du second ; enfin, une connexion est prévue pour appliquer une tension de polarisation à chacun des dispositifs, cette tension de polarisation étant supérieure à la tension d'entretien de domaine et 25 inférieure à la tension d'entre tien, d1 oscillatic-i de chacun des dispositifs, de sorte que le premier dispositif peut être excité de manière à nucléer un domaine lorsqu'une impulsion négative est appliquée et que le second dispositif peut être excité de manière à nucléer un domaine lorsqu'une impulsion positive est appli-30 quée. Le régénérateur est capable de fonctionner à une très granr-de vitesse et il produit des impulsions régénérées pratiquement exemptes de toute distorsion. D'autres caractéristiques et avantages de la présente in-35 vention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention; Sur ce dessin : X. 69 13717 3 2009357 La figure 1 est un schéma de câblage simplifié d'un régénérateur d'impulsions bipolaires suivant l'invention, et Les figures 2 et 3 représentent des formes d'onde facilitant la compréhension du fonctionnement du générateur d'impulsions 5 de la figure 1. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, deux dispositifs semi-conducteurs à deux creux sont montés en série aux bornes d'une source de tension continue de telle manière que chacun d'eux soit polarisé au-dessus de la tension d'entretien 10 de domaine mais au-dessous de la tension d'entretien d'oscillation. Des impulsions d'entrée sont appliquées à la jonction commune des deux dispositifs, une impulsion négative provoquant une nucléation de domaine dans le premier dispositif, cependant que le. second reste à l'état ohmique. Des impulsions d'entrée positi-15 ves provoquent une nucléation de domaine dans le second dispositif, cependant que le premier reste à 1'état ohmique. Etant donné que la .création d'un dtmaine à champ intense provoque une brusque réduction du courant passant dans un dispositif, la tension régnant à la jonction commune est un signal de sortie puisé, 20 une impulsion positive étant engendrée en réponse à une impulsion de déclenchement d'entrée positive et une impulsion négative étant engendrée en réponse à une impulsion de déclenchement d'entrée négative. La largeur de chaque impulsion est déterminée par. le temps de transit du domaine, 25 La figiire 1 représente, sous la forme d'un schéma de câ blage simplifié, les éléments de base d'un amplificateur bipolaire suivant l'invention. Deux dispositifssemi-conducteurs 10 et 11 sensiblement identiques sont montés en série entre une source 12 de tension positive et une source 13 de tension négative. Chacun 30 des dispositifs semi-conducteurs à deux creux comporte une anode et une cathode, la cathode 15 du dispositif 10 étant directement connectée à l'anode 16 du dispositif 11. La cathode 18 du dispositif 11 est directement connectée à la source de tension négative 13 et, d'une manière analogue, l'anode 19 du dispositif 10 est 35 directement connectée à la source 12 de tension positive. La tension de polarisation V-g fournie par les sources 12 et 13 est calculée de manière à appliquer aux bornes de chaque dispositif une tension de polarisation supérieure à la tension d'entretien de 69 13717 2009357 domaine YDS mais inférieure à la fois, à la tension d'entretien d'oscillation et à là tension de seuil En conséquence, lorsqu'une impulsion de' déclenchement d'entrée courte provoque la nucléation d'un domaine dans l'un ou l'autre des dispositifs 5 semi-conducteurs, ce domaine persiste jusqu'à ce qu'il atteigne le contact positif, ou anode, après quoi le dispositif intéressé revient à l'état oiânique. Une source'l'impulsions bipolaires 20 est connectée à la jonction commune 21 de la cathode 15 et de l'anode 16^au moyen 10 d'un condensateur de couplage 22. l'effet de la tension appliquée à un dispositif semi-conducteur est représenté schématiquement sur les figures 2 et 3, les références de tension indiquées étant celles l'introduction des impulsions positives à partir de la sour-25 ce 20 provoque une nucléation de domaine dans le dispositif 11, ce qui réduit considérablement le courant qui le traverse. Cependant, le dispositif 10 n'est pas affecté et reste polarisé dans la région ohmique de sorte qu'il présente les caractéristiques d'une résistance. Etant donné que le courant passant dans le cir— 30 cuit série entre, la source 12 et la source 13 est réduit par suite de la nucléation de domaine dans le dispositif 11, il ne se produit qu'une chute de tension moins importante dans le dispositif 10. Par suite, la tension de sortie recueillie aux bornes d'une résistance 24 montée entre la borne 21 et la masse s'élève 35 jusqu'à un niveau Y^} comme représenté sur la figure 1, et reste à ce niveau pendant le temps du transit du domaine de la cathode 18 du dispositif 11 à son anode 16. D'une manière analogue, une impulsion d"1 entrée négative provoque la nucléation, dans le dispositif 10, d'un domaine, à la COPY î 69 13717 5 2009357 cathode 15 de ce dispositif, de sorte que le courant passant dans ce dernier est considérablement réduit, cependant que le dispositif 11 est/liaintenu à l'état ohmique. Etant donné que le courant qui passe dans le parcours en série entre la source 12 et la sour-5 ce 13 est réduit en raison de la nucléation d'un domaine dans le dispositif 10, alors que le dispositif 11 est à son état ohmique, la tension apparaissant à la "borne de sortie tombe à un niveau vi' indiqué sur la figure 1, niveau auquel elle est maintenue pendant le temps de traïîsit du domaine de la cathode 15 à ll anode 19. 10 On voit donc que l'invention permet de réaliser un régéné rateur bipolaire utilisant seulement deux dispositifs semi-conducteurs appropriés dans un montage relativement simple capable de fonctionner à des vitesses extrêmement élevées. Les sources 12 et 13 qui assurent la polarisation en cou-15 rant continu du montage peuvent être remplacées par des sources contrôlées de manière à permettre l'exécution d'une opération lo-gique d'intersection sur l'entrée bipolaire. On n'obtient une sortie régénérée que lorsque les tensions de polarisation contrôlées dépassent les tensions d'entretien de domaine des dispositifs. 20 En outre, il est évident pour les spécialistes que, dans le régénérateur d'impulsions suivant l'invention, représenté sur la figure 1, les longueurs respectives des deux dispositifs 10 et 11 peuvent être différents, auquel cas la largeur des impulsions de sortie positives diffère de celle des impulsions de sortie néga-25 tives. 69 13717 2009357 BET/ENDICATIONS 1. Un régénateur d'impulsions bipolaires destiné à assurer la régénération de signaux bipolaires, comprenant une paire de dispositifs semi-conducteurs solides comportant chacun une anode 5 et une cathode, régénérateur caractérisé par le fait qu'une connexion directe est établie entre la cathode d'un premier desdits dispositifs et l'anode du second, un circuit électrique/êtant prévu pour appliquer des signaux d'entrée bipolaires à la cathode du premier dispositif et à l'anode du second, et une connexion 10 étant prévue pour appliquer une tension de polarisation à chacun des dispositifs, cette tension de polarisation étant supérieure *à la tension d'entretien de domaine (Vpg) et inférieure à la tension 4'entretien d'oscillation (VqS) de chacun des dispositifs, de sorte que le premier dispositif peut être excité de manière à nu-15 cléer un domaine lorsqu'une impulsion négative est appliquée et le second dispositif peut être excité de manière à nucléer un domaine lorsqu'une impulsion positive est appliquée» 2. Un régénérateur d'impulsions bipolaires suivant la revendication 1, caractérisé par un moyen de sortie (S) directement 20 connecté entre la cathode du premier dispositif et l'anode du second, pour recueillir les signaux régénérés en vue de leur utilisation.