Brevet FR2004326A1 — publié le 19691121

> 08081 x 2004326 La présente invencion se rapporte à -un générateur de signaux à redresseur dans lequel la charge d'une capacité propre est utilisée pour la production de signaux. De nombreux montages à transistors, tels que, par exemple, des oscillateurs, des 5 multivibrateurs, et d'autres dispositifs analogues, contiennent des éléments eapaeitifs qui doivent être évités, de préférence, dans la fabrication de circuits intégrés. L'utilisation d'une capacité propre est rendue possible par l'invention par le fait que la capacité propre d'un élément 10 semi-conducteur se comporte en élément actif du montage. Le générateur de signaux électriques selon l'invention comporte un dispositif semi-conducteur présentant une capacité propre eptre une première électrode et une seconde électrode, et il est caractérisé par un arrangement pour amener un. signal 15 de commande destiné à faire varier la charge de la capacité propre d*îïne première valeur prédéterminée à une seconde valeur . préiéterminée, et à permettre le passage d'un courant à la sui-, te à**»» variatien d'amplitude du signal de commande pour revenir s» premier état de charge pendant un intervalle de temps 20 qui du gais du dispositif. l'autres caractéristiques et avantages de la présente in-Tftftt&m ressert iront de la description qui va suivre r faite en regggjl ipé.fteasis:; annexé et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif, des formes de réalisations conformes à 25 1* investi*». " SÉP eeo tessio. s - • Le figtire 1 est un schéma d'un générateur de signaux. La figure 2 est un schéma équivalent au transistor de la figure 1. 30 La figure 3 représente graphiquement les signaux apparais sant en différents points des montages selon les figures 1, 2, 4 et 5 ; et Les figures 4 et 5 représentent d'autres formes de réalisation de l'invention. 35 Le montage de la figure 1 comprend un transistor li qui présente une capacité propre entre deux de ses électrodes. Ces deux électrodes sont la base 12 et le collecteur 13, qui est soumis à une tension de polarisation La troisième électrode est l'émetteur 14. 08081 2 2004326 Une diode 15 est branchée entre la borne d'entrée du montage et la base 12. La borne d'entrée reçoit un signal de commande constitué .par une suite d'impulsions qui fait passer la charge de la capacité propre d'une première valeur correspon-5 dant à l'état chargé, à une seconde valeur correspondant à l'état déchargé. Lors d'une charge ultérieure de la capacité propre, à la fin d'une impulsion, un courant de charge circule à travers l'émetteur et charge à nouveau la capacité malgré le blocage par la dj,ode 15. Le temps de charge est déterminé par 10 le facteur d'amplification p- du transistor 11, la valeur de la capacité entre la base et le collecteur, et par l'impédance de charge, qui est constituée par une résistance 16 branchée entre l'émetteur 14 et la masse. Le signal de sortie apparaît sur une borne 17. 15 La figure 2 représente un schéma équivalent au transistor 11. Une résistance de base 18 est-interposée entre la borne de base 12 et la base proprement dite 19» et» entre le collecteur 13 et la base proprement dite 19 est interposée une capacité 20 qui correspond à la capacité propre présente entre ces électre— 20 des» La combinaison en parallèle d'une résistance 21 avec une capacité 22 est interposée entre la base proprement dite 19 et l'émetteur 14 et une source de courant 23 est interposée entre le collecteur 13 et l'émetteur 14* Pour discuter du fonctionnement du montage de la figure 25 1, on remplacera le transistor 11 par son schéma équivalentà savoir la figure 2. On va supposer que la tension initiale dé la base 12 bloque le transistor 11. La première valeur de la charge de la capacité 20 correspond à la tension aux bornes de celle-ci qui est alors essentiellement égale à la tension de po-30 larisation Le signal d'entrée est représenté, sur la figure 3, par la courbe A et est constitué par des impulsions rectangulaires. D'autres formes d'onde de signaux sont également possibles. Si une impulsion est appliquée à la base 12, le transistor 35 11 est débloqué. Un courant traverse l'émetteur 14 et la résistance 16 et engendre, sur la borne de sortie 17 un signal de sortie qui est représenté par la courbe B sur la figure 3. Pendant qu© le transistor est conducteur, la charge de la capacité 20 est réduite à une valeur- plus petite qui est égale à la 69 08081 3 2004326 différence entre la tension de polarisation et l'amplitude, en tension, de l'impulsion d'entrée. On va maintenant supposer que le transistor 11 est dans l'état conducteur, la valeur instantanée de la tension de l'é-5 metteur 14 apparaît sur la "borne 17 et correspond à la partie B1 de la courbe B. Cette tension est essentiellement égale à l'amplitude, en tension, des impulsions appliqiiées à la base 12, déduction étant faite de la faible tension entre la base et l'émetteur. Mais, si le transistor 11 était saturé, la ten-10 sion de la borne 17, cfest-à-dire l'amplitude de Bl} serait à peu près égale à la tension de polarisation Bans ce cas, la diode 15 devrait être protégée par une résistance série. la charge de la capacité 20, et, par suite, la valeur de "la tension de sortie restent constantes' jusqu'à la fin de l'im-15 pulsion de commande, que le transistor 11 soit saturé ou dans un état actif. Après la fin de l'impulsion, la capacité 20 serait chargée normalement à travers le même circuit, mais le passage d*un courant dans celui-ci dans ce sens est empêché par la diode 15. le courant doit donc circuler entre l'émetteur 14 et 20 la base proprement dite 19= Bans ce cas, la source de courant 23 fournit un courant qui est approximativement égal au produit par p du courant de base qui circule vers l'émetteur 14, de sorte que, lorsque la capacité 20 est chargée à nouveau, après la fin d'une impulsion de commande, il circule, de l'émetteur 14 25 vers la masse, par l'intermédiaire de la résistance 16, un courant égal au produit du courant de base par (1 + (3 ). Cette recharge est lente en comparaison avec la décharge, comme la partie de courbe Bg l'indique» Etant donné que la résistance 16 est traversée par un courant qui est approximativement' égal au 30 produit du courant de base par (3 , la constante de. temps de charge dépend de la valeur de la résistance 16, du facteur d'amplification en courant p et de la capacité 20. Si l'on souhaite allonger davantage cet intervalle de temps, on peut parvenir à ce résultat par un moyen connu qui consiste, par exemple, 35 à remplacer le transistor 11 par une ps,ire de transistors connectés suivant le montage Barlington qui présente un facteur d'amplification effectif égal à ^ Si le signal de commande est constitué par des impulsions rectangulaires, il apparaît, sur la borne 17» une tension de 69 08081 4 2004326 sortie alternative. A la fin de chaque impulsion de commande, la capacité 20 se charge jusqu'au moment où la valeur initiale de la tension est atteinte à nouveau et auquel le transistor 11 est bloque. Mais si les intervalles séparant les impulsions 5 sont suffisamment petits pour que l'impulsion suivante parvienne à la base 12 avant que la recharge soit terminée, la capacité 20 est déchargée rapidement lors de l'arrivée de l'impulsion suivante, sans que le transistor 11 atteigne l'état de blocage. Dans ce cas, il apparaît, sur la borne 17, un signal de forme 10 d'onde modifiée. On obtient "également des signaux de formes d'onde différentes si les impulsions de commande ont des amplitudes différentes» Si l'on suppose que les intervalles entre impulsions sont suffisamment grands, la capacité 20 atteint, en se chargeant, 15 la tension initiale. Dans un transistor normal, la valeur de la capacité 20 n'est pas constante mais inversement proportionnelle à la tension. Lorsque la tension croît, la valeur "de la capacité décroit donc, et il en résulte que la partie d© oourbe B2 est plus reetiligne que si la valeur de la capacité était 20 constante. La figure 4 représente un générateur de signaux 25 qui peut fonctionner soit eja étant commandé par des impulsions de déclenchement extérieures, soit en oscillateur local, selon que la borne 26 est reliée à une borne d'entrée 27 ou à une borne 25 28. Pour ces deux modes de fonctionnement possibles, il existe deiix arrangements de connexion différents. Le générateur de signaux 25 comprend, en plus du montage 10, un circuit inverseur 29 servant à former des signaux, et comportant un transistor 30 qui est saturé quand l'amplitude 30 du signal appliqué à la borne 17 varie dans un sens d'une quantité prédéterminée et qui est bloqué quand cette amplitude varie dans l'autre sens d*une quantité prédéterminée. L'émetteur du transistor 30 est relié à une borne d'application d'une tension de polarisation Y^f sa base est reliée à la borne 17 par 35 l'intermédiaire d'une résistance 31, et son collecteur est relié par une résistance 32 à la borne dîapplieation d'une tension de polarisation Y2' Le signal de sortie apparaît sur le collecteur relié à la borne 28. le circuit inverseur 29 peut se présenter également sous une autre forme j par exemple, on peut employer 69 08081 5 2004326 une "bascule de Schmictt. Dans le montage en oscillateur, le circuit inverseur 29 engendre le signal de commande X. Dans ce cas, un circuit de réaction est interposé entre la borne 28 et la "borne 26 par 5 l'intermédiaire du contact mobile du commutateur. le signal selon la courbe B de la figure 3 apparaît sur la borne 17 et parvient,au .circuit inverseur 29 qui engendre, sur le collecteur, du transistor 30, des impulsions de sortie d'une durée adaptée. 10 Pour expliquer le fonctionnement du montage, on va d'a bord supposer que le transistor 30_ est bloqué, le signal de sortie développé sur la borne 17. a alors une valeur instantanée pratiquement nulle. Ainsi qu*il est représenté sur la figure 3, la valeur instantanée du signal engendré sur la borne 17 aug-15 mente très rapidement si une impulsion de commande parvient à la base du transistor 11 et sature le transistor 30. Après la fin de cette impulsion, la tension de la base du transistor 30 décroît jusqu'à une valeur prédéterminée, de sortê que le transistor 30 est bloqué. On peut modifier cette valeur par exemple 20 en modifiant les tensions de polarisation ou les valeurs de résistances pour modifier la durée des impulsions, le circuit inverseur 29 présente un certain retard à cause du temps de changement d'état fini du transistor 30. Quand les bornes- 28 et 26 sont reliées l'une à 1*autre, le montage fonctionne en oscilla-25 teur. le montage 25 peut ainsi fonctionner en générateur d'impulsions, en multivibrateur monostable, en oscillateur, etc... bien .qu*il"n'y ait aucune capacité extérieure. la figure 5 représente un oscillateur 33 qui peut engendrer une tension relativement constante si le signal de comman-30 de correspond à la courbe 0 de la figure 3* l'oscillateur 33 comprend des transistors 34 et 55 présentant les capacités propres entre base et collecteur 20a et 20b, qui sont indiquées en tire-té, ainsi que des diodes 38 et 39, par l'intermédiaire desquelles l'impulsion de commande est appliquée aux bases des transis-35 tors 34 et 35 et fait passer les charges des condensateurs 20a et 20b d'une première valeur à une seconde valeur. Après la fin de.J.'impulsion.-de.. commande, les diodes 38 et 39 sont bloquées et un couran-t".circule entre l'émetteur du transistor 34 et le collecteur du transistor 35, de sorte que les charges des 69 08081 6 2004326 capacités 20a et 20b prennent une troisième valeur. Il n'est pas nécessaire que les valeurs mentionnées soient les mêmes pour les deux capacités. Lorsqu'on choisit des valeurs concordantes pour les para-5 mètres des deux eireui-ts, par exemple si les'transistors 34 et 35 présentent des caractéristiques semblables et q.ue les capacités 20a et 20b sont égales, celles-ci se chargent sensiblement avec la même rapidité jusqu'à ce que les tensions à leurs bornes aient des valeurs égales à ladite troisième valeur de 10 tension pendant un intervalle de temps qui dépend des.coefficients d^àmplification, des capacités 20a et 20b et.des résistances de charge. : Entre l'émetteur du transistor 34 et le collecteur du transistor 35 est branchée une résistance de charge 36 pour engen-15 drer le signal de sortie sur une borne 37 reliée au point milieu de la résistance 36. Le signal de sortie persiste, pendant l'intervalle de temps mentionné, avec une valeur égale à la moitié de l'amplitude de l'impulsion de commande. La protection de la diode 39 est assurée par une rési&tan-20 ce 40 connectée en série avec elle. Une résistance semblable peut aussi être en série avec la diode 38. En ce gui concerne le fonctionnement de l'oscillateur 33, on peut employer le schéma équivalent de la figure 2 pour chacun des transistors 34 .et 35* Une impulsion de commande conforme à 25 la partie de courbe Cl de la figure 3 apparaît simultanément sur les bases des transistors 34 et 35. Avant 1'arrivée de cette impulsion, chacune des capacités 20a et 20b présentait la première valeur de eharge prédéterminée. Si le signal de commande est constitué par une suite d,impulsions, cette première valeur 30 coïncide avec la troisième valeur de charge prédéterminée qui a été produite par l'impulsion- précédente. La première' valeur de charge engendre, aux bornes de la capacité 20a, la tension Y^-C^g, où Cq est l'amplitude de 1*impulsion précédente et Y^, la tension de collecteur du transistor 34. D'une manière analo-35 gue, la première valeur de charge engendre, aux bornes de la capacité 20b, la tension O0/2. Il est à remarquer qu'après la réception de la toute première impulsion de commande, les premières valeurs de charge des capacités 20a, 20b dépendent des propriétés ou paramètres 69 08081 7 2004326 du montage dlune manière équilibrée ou symétrique et peuvent s'écarter des valeurs indiquées. A la réception d'une impulsion de commande C-^ selon la figure 3, les transistors 34 et 35 sont polarisés de telle maniè-5 re que le transistdr 34 est conducteur et que le transistor 35 est saturé. Les charges des capacités 20a et 20b passent rapidement à la seconde valeur. Etant donné que 0^ représente ^amplitude de l'impulsion de commande reçue, les secondes valeurs de tension aux bornes des capacités 20a et 20b sont et/ou 10 0, ainsi qu'il est indiqué par D-^ et/ou E-^ sur la figure 3. En supposant que 0-^ est grande devant les chutes de tension aux bornes des diodes 38 et 39 et entre la base et l'émetteur du transistor 34j la valeur de la tension de sortie engendrée sur la borne 37 est essentiellement la moitié de ltampli-15 tude de l'impulsion de commande appliquée C-^. Cette valeur reste essentiellement constante jusqu'à la fin de l'impulsion. Après la fin de l'impulsion, les diodes 38 et 39 sont bloquées, comme on le remarquera sur la figure 1. Le courant circule à travers les transistors 34 et 35 par l'intermédiaire de 20 la résistance 36 et place les transistors dans la zone active de travail, de sort.© que les tensions entre base et collecteur augmentent lentement, et que les capacités 20a et 20b prennent, en se chargeant lentement, la troisième valeur correspondant à et/ou C^/gj ainsi qu'il est indiqué en X>g et Eg sur la 25 figure 3» Si les impulsions se suivent en étant séparées par des intervalles relativement petits, il peut se produire que les eapacités 20a et 20b n'aient pas atteint, en se chargeant, la valeur donnée lors de l'arrivée de 1-impulsion suixrante. Bans ce cas, les troisièmes valeurs prédéterminées correspondent aux 30 états des eapacités lors de 11arrivéè de l'impulsion suivante. Cette troisième valeur constitue alors, pour l'impulsion suivante, la première valeur prédéterminée. .Etant donné que toutes les impulsions de commande représentées sur la figure 3 ont la même amplitude et sont séparées 35 par des intervalles suffisamment grands, la première valeur prédéterminée, qui dépend de l'amplitude de la première impulsion, coïncide avec la troisième valeur prédéterminée, qui dépend de l'amplitude de l'impulsion suivante. La courbe I) de la figure 3 représente la charge de la capacité 20a, qui atteint 69 08081 8 2004326 périodiquement la même valeur après la fin de chaque impulsion de commande. La courbe E, relative à la capacité 20b, présente une forme analogue». En supposant que les transistors 34 et 35 présentent des 5 caractéristiques semblables et des capacités propres 20a et 20b • égales, les tensions aux bornes de ces capacités augmentent à la même vitesse. Etant donné que les transistors 34 et 35 sont conducteurs pendant la croissance de ces tensions, la tension de l'émetteur du transistor 34, par rapport à la masse, diminue, 10 par contre, à peu près suivant une tension en dents de scie. La tension du collecteur du transistor 35 augmente pareillement et à peu près de la même quantité de sorte que la tension apparaissant au point-milieu de la résistance 36, et, par suite, sur la borne 37, reste à peu près constante», 15 On obtient ainsi un signal de sortie d'une intensité éga le à la moitié de l'amplitude de l'impulsion d'entrée qui reste présente au moins pendant l'intervalle de temps pendant lequel les capacités 20a et 20b sont chargées à uhe vitesse telle que les transistors 34 et 35 restent conducteurs. Cet intervalle de 20 temps est proportionnel à la constante de temps du circuit, et dépend, par suite, de la résistance 36, des facteurs d'amplification des transistors 34 et 35 et des capacités 20a et 20b. On peut augmenter cet intervalle de temps d*une manière connue en remplaçant chacun des transistors 34 et 35 par une 25 paire de transistors connectés suivant le montage de Darlington qui présente un facteiir d*amplifieation équivalent p A la réception d'une autre impulsion de commande, telle que celle qui est indiquée en Gg sur la figure 3, les charges des capacités 20a et 20b diminuent et, sur la borne 37, appa-30 raît une tension à peu près égale à la moitié de G^, et le cycle de fonctionnement décrit du montage 33 se répète. Etant donné que les impulsions de commande ont à peu près la même amplitude , le signal de sortie est une tension continue d'une valeur approximativement égale à la moitié de cette amplitude. 35 II va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatifs et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre» 69 08081 9 2004326 BEVENDICATIONS 1°) - Générateur de signaux à semi-conducteur présentant une capacité propre entre une première électrode et une seconde électrode, ce générateur de signaux étant caractérisé en ce 5 qu'il comprend un arrangement pour appliquer un signal de commande de façon à faire passer la charge de la capacité propre d'une première valeur prédéterminée à une seconde valeur prédéterminée, et pour permettre qu'un passage d'un courant après une variation ultérieure de l'amplitude du signal de commande 10 ramène la charge à sa première valeur- au cours d'un intervalle de temps qui dépend du facteur d'amplification du dispositif. 2°) - Générateur de signaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit arrangement pour appliquer le signal de commande comporte une "borne d'entrée reliée à ladite premiè-15 re électrode par l'intermédiaire d'un redresseur. 3°) - Générateur de signaux selon la revendication 1, caractérisé par une résistance reliée à la troisième électrode pour engendrer un signal de sortie. 4°) - Générateur de signaux selon la revendication 1, ca-20 ractérisé en ce que le retour de la charge à ladite première valeur a lieu au eourg d'un intervalle de temps qui dépend du facteur d'amplification du dispositif semi-conducteur et de la valeur de la capaeité propre. 5°) - Générateur de signaux selon la revendication 1, ca- . 25 ractérisé en cejque le dispositif semi-conducteur comporte un timnaietor dont la base-, le collecteur et l'émetteur constituent respectivement lesdites première, seconde et troisième électrodes. . 6°) - Générateur de signaux selon la revendication 1, ca-30 raetérisé par un convertisseur de signaux pour changer la forme du signal1 de sortie. 7°) — Générateur de signaux selon la revendication 6, caractérisé par un cireuit inverseur qui sert de convertisseur de signaux et qui comporte un transistor qui est alternativement 35 saturé et bloqué. 8°) - Générateur de signaux selon la revendication 6, caractérisé par un*circuit de réaction entre la sortie et l'entrée. 9°) - Générateur de signaux selon la revendication 1, 69 08081 -10 2004326 comportant deux -transistors ayant chacun orne première électrode, une seconde électrode et une troisième électrode, et une capacité propre entre la première électrode et la seconde électrode, une résistance étant connectée entre la troisième électrode d'un 5 des transistors et la seconde électrode de l'autre transistor pour engendrer un signal de sortie constant. 10°) - Générateur de signaux selon la revendication 9» caractérisé en ce que, lors d'une variation d'amplitude prédéterminée du signal de commande produite par un courant circulant 10 entre les transistors, les charges des capacités propres prennent chacune une troisième valeur pendant un intervalle de temps qui dépend des facteurs d'amplification et des capacités propres.