Brevet FR2042412A1 — publié le 19710212

La présente invention concerne des amplificateurs. les amplificateurs à gain élevé utilisant des transistors * ■ "v et des circuits intégrés sont susceptibles d'une application très étendue. Ils sont particulièrement utiles dans des amplificateurs 5 opérationnels dans lesquels une importante contre-réaction est appliquée pour obtenir des caractéristiques bien définies. Deux applications importantes concernent des circuits 'd'échantillonnage et de maintien" de grande précision et les amplificateurs opérationnels destinés à être utilisés dans des convertisseurs de données 10 analogiques en données numériques. Une condition importante de tous les amplificateurs à contre-réaction est que lë gain aux fréquences élevées diminue de manière réglée pour que le système présente une réponse monotonique et soit exempt de dépassements, de parasites et d'oscillations lors 15 de l'application de la réaction. Il est d'autant plus difficile de satisfaire à cette condition que le gain interne est plus élevé. Un moyen pour obtenir la diminution nécessaire du gain aux fréquences élevées consiste à utiliser un-.retard fondamental en incorporant un condensateur de compensation à un endroit conve-20 nable de l'amplificateur. Cette configuration permet habituellement d'appliquer divers degrés de réaction lorsqu'un condensateur de grandeur convenable est utilisé. Le principal inconvénient de ce processus réside dans le fait que dans des conditions correspondant à des signaux importants,la vitesse de changement du signal de sor-25 tie (taux de dérive) est limitée par le courant disponible pour charger et décharger le condensateur de compensation. L'invention est fondée sur le fait qu'en incorporant un amplificateur de courant dans le circuit qui fournit le courant de charge au condensateur de compensation, le taux de dérive peut être 30 accru sans altérer la stabilité du gain de boucle fournie par le condensateur. La présente invention concerne un amplificateur de signaux électriques comportant un condensateur de compensation relié pour tirer un courant de charge d'un signal électrique à un stade de 35 son passage dans l'amplificateur, le condensateur de compensation étant adapté et agencé ppur maintenir la stabilité du gain de boucle de l'amplificateur dans les conditions voulues de fonctionne- . 70 16261 2042412 ment, le courant de charge destiné au condensateur de compensation , étant fourni par l'amplificateur de courant agencé pour produire une amplification de courant en fonction de la différence entre la tension du signal électrique à l'entrée de l'amplificateur de 5 courant et la tension apparaissant aux bornes du condensateur. De préférence, l'amplificateur de courant est un montage équilibré pour produire une amplification à la fois du courant de charge et du courant de décharge du condensateur, de compensation, l'amplification du courant dépendant dans les deux cas de la dif-10 férence entre la tension du signal électrique à l'entrée de l'amplificateur de courant et de la tension apparaissant aux bornes du condensateur. L'invention concerne en outre un étage amplificateur de signaux électriques dont la sortie est reliée aux- bases respectives 15 d'un transistor du type npn et d'un transistor du type pnp, les émetteurs des transistors étant reliés à une électrode du condensateur dont l'autre électrode est mise à la masse,les collecteurs des transistors des types npn et pnp étant reliés respectivement à un conducteur d'alimentation en tension positive et à un condue-20 teur d'alimentation en tension négative, et ladite électrode du condensateur constituant la sortie de l'étage amplificateur. En particulier, cette sortie est reliée à l'étage suivant de l'amplificateur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressor-25 tiront de la description qui va suivre faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif,mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est un schéma d'un amplificateur classique ; 30 la figure 2 est un schéma d'un amplificateur selon l'inven tion ; et la figure 3 est un schéma de montage d'une partie d'un circuit nd'échantillonnage et de maintien" selon l'invention. En se référant à la figure 1, l'amplificateur présente une 35 borne d'entrée 1, une borne de sortie 3 et est formé de deux parties désignées par à et B, un condensateur de retard ou de compensation C étant monté entre la masse et une borne 2. Naturelle- 70 16261 2042412 ment, 1^amplificateur global est formé des parties A et B ensemble . La figure 2 représente un montage selon l'invention dans lequel, en comparaison du montage de la figure 1, un élément ampli 5 ficateur de courant 11 est monté entre la sortie 2 de la première partie A de l'amplificateur et le condensateur C, la sortie de l'élément amplificateur de courant 11 étant également reliée à l'entrée 3 de la partie B de l'amplificateur. L'élément amplificateur de courant 11 de cet exemple comprend deux transistors I) 10 et- E reliés en un montage émetteur commun, ces transistors étant respectivement du type npn et du type pnp. Les collecteurs de D et de E sont reliés respectivement à des lignes d'alimentation de +1 volt et de -2 volts. En fonctionnement, si la borne 2 devient positive de façon 15 à polariser le transistor D dans le sens direct, le courant est appliqué au condensateur C jusqu'à ce que le transistor D se blo-. que, le condensateur C étant alors chargé sensiblement jusqu'à la même tension que celle régnant à la bande 2. Toutefois, la vitesse de charge de C, c'est-à-dire la vitesse de dérive, est accrue par 20 le gain en courant du transistor D. Le fonctionnement du transistor E est équivalent pour des variations de sens négatif de la tension de sortie à la borne 2. On se rend compte qu'avec ce montage la variation admissible , de la tension à la sortie 2 de la partie A est suffisante pour 25 polariser le montage émetteur commun dans le sens direct. Un circuit d'échantillonnage et de maintien utilisant un amplificateur à gain élevé est représenté sur la figure 3. Dans le premier cas, si l'on ne tient pas compte de la caractéristique d'échantillonnage et de maintien, l'amplificateur comprend des 30 transistors jy et J2, à longue persistance, un transistor à base commune,les transistors et reliés en un montage émetteur commun fournissant le meilleur taux de dérive, comme décrit ci-dessus, pour le condensateur de retard ou de compensation C et un montage source commune Jg. La contre-réaction est appliquée 35 de la sortie à la base de Les courants sensiblement constants 1^', et peuvent être produits par des résistances ou bien, lorsqu'un rendement élevé est nécessaire, par d'autres transistors 70 16261 ~4" 2042412 A de faibles fréquences, le gain dans le sens direct est élevé si le courant constant I_ est obtenu avec un transistor. 3 En utilisant des courants de 1mA dans chacun des transistors J.j, J"2 et une valeur particulière pour le aondensateur de re-5 tard ou de compensation est d'environ 1000 pF, ce qui donne une vitesse de dérive d'environ 1 volt/microseconde sans les transistors et J,- et sensiblement meilleure que 50 volts/microseconde avec ces transistors en circuit comme.représenté. lorsque le circuit de la figure 3 doit être utilisé comme en-10 semble d'échantillonnage et de maintien, les courants 1^, 1^ et sont appliqués par des circuits externes pour être échantillonnés, ce qui forme un amplificateur à gain de boucle élevé avec un gain externe égàl à l'unité poux- charger le condensateur C qui constitue également le condensateur d'emmagasinage. Lorsque les 15 courants sont coupés, le circuit passe dans le mode de maintien et conserve la tensioijfte sortie avec une chute déterminée par les courants de fuite dans les transistors. Afin d'éviter un accroissement de la chute dû à l'amplification des courants de fuite par et J^, une résistance B. de grande valeur,par exemple 10 kilohms, 20 est connectée entre les bases et les émetteurs de ces transistors. On se rend compte que le circuit de la figure 3> lorsque des courants constants I2 et 1^ sont, appliqués, est en fait un amplificateur opérationnel avec un gain externe égal à l'unité. Lorsqu'on désire utiliser la capacité minimale dans le cir-25 cuit qui soit compatible avec le maintien de la stabilité du gain de boucle, le changement des caractéristiques des transistors et J2» lorsqu'ils s'approchent de leur fréquence de coupure, présente une difficulté à un faible gain externe. Cette difficulté peut être surmontée en remplaçant le condensateur G par un ensem-30 ble résistance—capacité en série. La résistance a une faible valeur,de façon que l'ensemble résistance-capacité soit résonnant à la fréquence de coupure ou.à peu près à la fréquence de coupure des transistors et J2> Dans un amplificateur plus complexe comportant plusieurs transistors, le choix d'un ensemble résistance-35 capacité est un compromis permettant de satisfaire aux fréquences de coupure variables des divers transistors utilisés. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. 70 16261 .2042412 - REVENDICATIONS . - 1. Amplificateur de signaux électriques, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur de compensation relié pour tirer un courant de charge d'un signal électrique à un stade de son pas-5 sage dans l'amplificateur, le condensateur de compensation étant adapté et agencé pour maintenir la stabilité du gain de boucle de l'amplificateur dans les conditions voulues de fonctionnement, le courant de charge destiné au condensateur de compensation étant fourni par un élément amplificateur de courant agencé pour produire 10 une amplification de courant qui dépend de la différence entre la tension du signal électrique à l'entrée de lrélément amplificateur de courant et la tension apparaissant aux bornes du condensateur. 2. Amplificateur de signaux électriques selon là revendication 1, caractérisé en ce que l'élément amplificateur de courant 15 est un montage équilibré pour produire une amplification tant du courant de charge que du courant de décharge du transistor de compensation, l'amplification du courant dépendant dans les deux cas de la différence entre la tension du signal électrique à l'entrée de l'élément amplificateur de courant et la tension apparaissant 20 aux bornes du condensateur. 3. Etage amplificateur de signaux électriques, caractérisé en ce que sa sortie est reliée aux .bases respectives d'un transistor du type npn et d'un transistor pnp, les émetteurs des transistors . étant reliés à une électrode drun condensateur dont l'autre élec- 25 trode est mise à la masse, les collecteurs des transistors des types npn et pnp étant reliés respectivement à une ligne d'alimentation en tension positive et une ligne d'alimentation en ten-.sion négative, et l'électrode mentionnée en premier lieu du condensateur constituant la sortie de l'étage amplificateur.