Brevet FR2026737A1 — publié le 19700918

La présente invention se rapporte à un oscillateur push-pull comprenant une paire de dispositifs semiconducteurs à effet de volume. Les dispositifs semiconducteurs à effet de volume pré-5 sentent le phénomène de nucléation et de propagation de domaines. On pense que ce phénomène découle du fait que les porteurs dans ces matériaux présentent une mobilité incrémentale négative sur une gamme de champ électrique appliqué. La source de cette mobilité incrémentale négative diffère fortement d'un matériau à 19autre» 10 Dans le germanium dopé avec dé l'or il peut être attribué à un effet de piège dépendant du champ, dans le sulfure de cadmium il peut être attribué à une interaction entre phonôns et électrons tandis que dans les composés tels que GaÀs, InP, CdTe, ZnSe et dfautres on croit qu'il résulte d'un mécanisme de dispersion entre 15 vallées. La théorie de base de ces dispositifs est décrite en détails dans une série d'articles parus dans le numéro de Janvier 1966 de IEÊE Transactions on Electron Devices. Volume ED-13. No1, et dans le numéro de septembre 1967 de cette même revue ED -14, No 9. 20 Gomme il est dit dans ces articles, lorsqu'une tension croissante est appliquée aux extrémités opposées d'un échantillon convenable d'un semiconducteur à effet de volume tel que l'arsé-niure de gallium de type n, le-courant moyen dans l'échantillon croît à peu près linéairement avec la.tension jusqu'à ce qu'une 25 valeur de seuil critique soit atteinte, auquel point le courant tombe brusquement jusqu'à une fraction de sa valeur maximale. L'onde de courant instantané oscille alors périodiquement entre cette valeur réduite et la valeur maximale, la fréquence de ces oscillations étant liée à la longueur de l'échantillon. La tension criti-30 que pour laquelle se produit la chute du courant dans l'échantillon et pour laquelle sont amorcées les oscillations est appelée tension de seuil Vrj,. Selon la théorie actuelle, ces oscillations résultent 35 de la nucléation de domaines dans une région voisine de l'électrode négative (cathode) et de la propagation de ces domaines vers l'électrode positive (anode). Après la nucléation, un domaine croit jusqu'à une forme stable pour des dispositifs de dopage et de section transversale uniformes, et il continue à se déplacer vers l'électrode positive. La propagation du domaine se poursuit même si la tension appliquée est abaissée, aussi longtemps que 69 44263 2 2026737 cette tension reste au-dessus d'une valeur minimum appelée tension d'entretien de domaine Si la tension appliquée dépasse une valeur dite tension d'entretien d'oscillation VOS> l'arrivée d'un domaine à l'anode provoque la nucléation d'un nouveau domaine près 5 de l'a cathode. La nucléation, la propagation et la dissolution continues de domaines produisent des oscillations cohérentes dans l'onde de courant» Si la tension appliquée est inférieure à VQg • mais supérieure â VDS> la dissolution d'un domaine à l'anode replace lé dispositif dans son état ohmique originel. 10 La présente invention procure un oscillateur push-pull pour engendrer des ondes, comprenant une paire de dispositifs à semiconducteurs-à effet de volume, chacun d'eux&yant line anode et une cathode, un circuit comprenant une résistance, une capacité et une inductance en parallèle, une connexion entre la cathode 15 d'un premier de ces dispositifs et l'anode-d'un second d'entre eux, et une borne du circuit connectée au point de jonction entre la cathode du premier dispositif et l'anode du second, l'autre borne du circuit étant connectée à une tension de référence, et des moyens pour appliquer une tension de polarisation aux bornes 20 de chacun des dispositifs en sorte que des domaines soient formés alternativement dans les dispositifs. Le signal de sortie est prélevé au point de jonction entre les deux dispositifs et il a été constaté que lorsque la ten- . _ . . , . VT + VDS > 25 sion de polarisation de chaque dispositif est égale a 2 une onde à peu près sinusoïdale est engendrée avec une période approximativement égale au double du temps de transit du domaine d'un seul dispositif. Le circuit fonctionne donc comme un oscillateur push-pull haute fréquence. 30 L'invention sera décrite plus en détails ci-après en se référant aux dessins joints dans lesquels: -la figure 1 est'un schéma d'un oscillateur push-pull selon l'invention; - la figure 2 illustre l'onde de sortie sinusoïdale 35 de l'oscillateur représenté sur la figure 1. Là figure 1 montre les éléments fondamentaux d'un oscil-lateur push-pull selon l'invention. Deux dispositifs à semiconducteur à effet de volume 10 et 11, sensiblement identiques, sont connectés en série entre une source 12 de potentiel positif et une source 13 de potentiel négatif. Chacun des dispositifs à semi 69 44263 3 2026737 conducteur comporte une anode et une cathode et la cathode 15 du dispositif 10 est directement connectée à l'anode 16 du dispositif 11. La cathode 18 du dispositif 11 est directement connectée à la source 13 et l'anode 19 du dispositif 10 est directement 5 connectée à la source 12. La tension de polarisation Vg fournie par chacune des sources 12 et 13 est, dans une forme de réalisa- VT + V s tion préférée de l'invention, égàle à où \ est la ten- 2 1 sion de seuil de chaque dispositif et V^g la tension d'entretien de 10 domaine. Le point de jonction entre la cathode 15 et l'anode 16 est connectée à un circuit bouchon comprenant, connectées en parallèle, line inductance 20, une capacité 21 et une résistance 22. La tension de sortie est prise directement sur le circuit bouchon. 15 II a été constaté que lorsque les sources 12 et 13 sont branchées, le circuit, est excité en sorte qu'un signal pratiquement sinusoïdal apparaxsse à la borne de sortie 25. Il a été constaté en outre que la fréquence des oscillations est à peu près égale à deux fois le temps de transit d'un domaine dans le dispositif à semiconduc-20 teur à effet de volume. L'onde de sortie apparaissant à la borne 25 est illustrée sur la figure 2. On consic rera les ondes à partir d'un point A sur la figure 2. Au point A,la tension de sortie a augmenté jusqu'à une valeur telle que la tension aux bornes du dispositif 11, 25 qui est ég&le à la tension Vg de la source 13 plus la tension de sortie VqUT, est égale en amplitude à V^,. C'est à ce point qu'est engendré un domaine dans le dispositif 11 et celui-ci continue à rester dans l'état pour lequel il fournit un faible courant jusqu'à ce que la tension à ses bornes tombe en-dessous de la tension d'entretien 30 de domaine VDS* Cet état est atteint au point B sur la figure 2: la tension de sortie a baissé jusqu'à une valeur telle que là tension aux bornes du dispositif 11 est exactement égale à A ce point, cependant, la tension aux bornes du dispositif 10, qui est égale a. la différence entre la tension de la source 12 et la 35 tension de sortie, est égale à Vij,, la tension de seuil du dispositif 10. Il en résulte qu'un domaine se trouve engendré dans le dispositif 10 et celui-ci reste dans son état pour lequel il fournit un faible courant jusqu'à ce que la tension de sortie ait augmenté jusqu'au point C à partir duquel le processus qui vient d'être décrit est répété. 69 44263 4 2026737 Comme on peut le voir ci-dessus dans le cas où la ten-. VT + VDS sion Vg est égale à g , un domaine se trouve propagé dans le dispositif 10 durant les excursions négatives de la tension de 5 sortie et un domaine se trouve propagé dans le dispositif 11 durant les excursions positives de la tension de sortie. Dans un tel cas, la période d'oscillation du signal de sortie est approximativement égale au double du temps de transit. d'un domaine dans le dispositif. 10 Contrairement à la forme de réalisation décrite ci-des sus, si la tension de polarisation Vp, des sources 12 et 13 est ren- VT + V s * due inférieure à ■- -—— , un domaine ne se trouve pas engendré 2 dans les dispositifs 10 et 11 avant que la tension de sortie ait 15 atteint, dans chaque sinusoïde, un niveau plus élevé que celui correspondant aux points A et B. Par conséquent, la partie de 1?alternance durant laquelle un domaine se trouve engendré, est inférieure à celle illustrée sur la figure 2, ce qui a pour résultat qu'une certaine distorsion apparaît dans le signal de sortie. 20 D'une manière similaire, si la tension de polarisation est rendue vT + vDS supérieure à -—^ , des domaines se trouvent engendrés pour des valeurs inférieures du signal de sortie et se poursuivent pendant des périodes de temps plus longues dans 1*excursion opposée 25 du signal de sortie. Il en résulte que la propagation des domaines dans les deux dispositifs se chevauchent et une distorsion peut de nouveau être introduite dans le signal de sortie. Selon l'invention, un circuit d'oscillateur push-pull très simple est donc procuré, qui utilise deux dispositifs à semi-30 conducteurs à effet de volume et un circuit bouchon. Le circuit résultant est susceptible d9être utilisé dans un grand nombre ' d'applications à vitesse élevée. 69 44263 5 2026737 REVENDICATIONS.. Oscillateur push-pull pour engendrer des ondes, comprenant une paire de dispositifs à semiconducteurs à effet de volume ayant chacun une anode et une cathode, caractérisé en ce 5 qu'il comprend un circuit résonant-constitué de la combinaison parallèle d'une résistance (22), d'une capacité (21) et d'une inductance (20), une connexion entre la cathode (15) d'un premier (10) de ces dispositifs et l'anode (.16) d'un second (11) d'entre eux, une borne du circuit étant connectée au point de jonction entre la cathode (15) du premier dispositif (10) et l'anode (16) du second dispositif (11), l'autre borne du circuit étant connectée à une tension de référence, et des moyens (12, 13) pour appliquer une tension de polarisation aux bornes de chacun des dispositifs en sorte que des domaines soient formés alternativement dans les dispositifs. 2.- Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de polarisation comprennent une première source de tension de polarisation (12) connectée entre l'anode (19) du premier dispositif (10) et la borne de tension de réfé-rêncej et une seconde source de tension de polarisation (13) connectée entre la cathode (18) du second dispositif (11) et la borne de tension de référence, les première et seconde tensions de ■ vT + v s polarisation étant égales à ^—— où Vj, est le niveau de ^5 seuil du dispositif à semiconducteur à effet de volume et V^g est la tension d'entretien de domaine de chaque dispositif, de telle sorte que des domaines soient formés alternativement dans chaque dispositif et que la tension aux bornes du circuit soit à peu près une onde sinusoïdale ayant une période approximativement égale à deux fois le temps de transit d'un domaine dans un dispositif à effet de volu&e.