Brevet FR2073498A1 — publié le 19711001

-1- 2073498 L'invention concerne une source de microcourant pour un circuit intégré, un courant continu affaibli étant déduit d'un courant continu de commande dont l'intensité est de l'ordre de quelques microampères ou moins, alors que ledit courant continu 5 cfe commande traverse une première brandie comportant une jonction redresseuse, tandis que le courant continu affaibli traverse le trajet émetteur-collecteur d'un transistor dont le trajet base émetteur shunte ladite première branche dans une deuxième branche ayant le même sens de passage de courant, et que du col-10 lecteur de ce transistor est déduit un courant continu pratiquement exempt de signai et destiné à au moins un transistor du circuit intégré, alors qu'une résistance est branchée dans la boucle fermée que constituent les deux branches parallèles. Une source de microcourant connue de ce genre com— 15 porte un transistor branché comme diode, ce transistor shuntant le montage en série comportant la diode base-emetteur d'un transistor et une résistance. Le courant d'entrée à affaiblir est fourni à là. diode, tandis que le courant de sortie affaibli est prélevé sur le collecteur du transistor. A l'aide de ladite 20 résistance, on ajuste le facteur d'affaiblissement ^ , égal au rapport entre le courant de sortie et le courant d'entrée. Pour la résistance, on peut écrire: „ kT ln -tv. — / \ - q i (1) 25 30 35 40 Les symboles R, T, q et i dans cette formule indiquent respectivement: R = la valeur électrique de ladite résistance-»-T = la température, en degrés Kelvin, de la source de roicrocourant. q = la charge unitaire d'un électron. i = l'intensité du courant de sortie. La formule 1 permet clairement de se rendre compte que la valeur de la résistance R doit être élevée lorsque l'on désire obtenir un courant de sortie i de très faible intensité. Ladite formule permet de calculer par exemple qu'il faut disposer d'une résistance de 1,2 Megohm lorsque, en partant par exemple d'un courant d'entrée ayant une intensité de 10 microampères, l'on désire obtenir un courant de sortie d'une intensité de 0,1 microampère. Une résistance d'une valeur aussi élevée ne peut pas être réalisée sous forme intégrée. 70 46390 ~2~ 2073498 Une autre source de microcourant connue du genre précité comporte un transistor branché comme diode qui shunte la diode base-émetteur d'un transistor. Le courant d'entrée à affaiblir est fourni à la diode, tandis que le courant de sortie 5 affaibli est prélevé sur le collecteur du transistor. Pour cette source connue, le facteur d'affaiblissement caractérisant les courants de sortie et d'entrée est ajusté à l'aide du rapport entre la surface émissive active du transistor branché comme diode et la surface émissive active de la diode base-émetteur du 10 transistor. Ceci a l'inconvénient que pour une valeur désirée grande, il faut pour le circuit intégré disposer d'une surface émissive relativement grande pour la 4i°de. Or, le but de l'invention est de fournir une solution aux problèmes précités. L'invention est remarquable en ce 15 que par l'intermédiaire d'une source de courant, l'émetteur du transistor est raccordé à un point de potentiel constant, cette source de courant fournissant à la résistance un courant dont l'intensité est telle qu'aux extrémités de la jonction redresseuse, la chute de tension dépasse d'au moins 20 mV et d'au 20 maximum 5^0 mV la chute de tension aux extrémités de la diode base—émetteur du transistor. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 25 La fig. 1 est le schéma illustrant un mode de réali sation de la source de microcourant conforme à l'invention. La fig. 2 illustre un.exemple d'emploi de la source de microcourant conforme à l'invention. La fig. 3 illustre un autre exemple d'emploi de cette 30 source. La source de microcourant suivant la fig. 1 comporte le transistor , le transistor branché comme diode, les sources de courant et S2, ainsi que la résistance R. La base du transistor est raccordée d'une part à la borne négative 35 de la source de tension E par l'intermédiaire du transistor , et d'autre part à la borne positive de ladite source E par l'intermédiaire de la source de courant d'entrée S ■ L'émetteur dudit transistor est raccordé d'une part à ladite borne négative par l'intermédiaire de la résistance R, et d'autre part 40 à ladite borne.positive par l'intermédiaire de la source de BAD ORlGlNAL COPY t 70 46393 -3- 2073498 courant S-,. Le courant de sortie est prélevé sur le collecteur du transistor . La source de microcourant conforme à l'invention fonctionne comme suit •. En premier lieu, on admet que l'on désire obtenir un courant de sortie iQ dont l'intensité est fois plus petite que celle du courant d'entrée i^, c'est-à-dire 1^=5^. i . Pour i^ = 10 y-uA et iQ = 0,1 yuA par exemple, on obtient pour o( la valeur 100. En second lieu, on admet que l'on désire R 5000/V. La tension aux extrémités de la diode est égale à: VD1 = ~ • in ï1 ' (2)> q 10 expression dans laquelle i^ est l'intensité du courant de sortie et celle du courant de fuite intrinsèque de la diode . La tension aux extrémités de la diode base-émetteur du transistor est égale à: VDt = — • !n -r-2- (3) Dt q x oo expression dans laquelle i est l'intensité du courant de sortie et i celle du courant de fuite intrinsèque traversant le oo transistor • Si la surface émissive active du transistor est égale à la surface émissive active du transistor branché comme diode, la tension aux extrémités de la résistance R est égale à = £T • In il = . in* (4) R q i q o Pour l'exemple choisi, un simple calcul montre que la tension V_ doit être égale à 120 mV. Ceci signifie que 1'in- Xv tensité du courant devant être fourni par la source de courant doit être égale ou supérieure à 2k ^uA, pour T = 300° Kelvin. La fig. 2 illustre l'emploi de la source de microcourant dans un amplificateur de différence. Celui-ci est formé par les transistors à T^. Le signal à amplifier est fourni aux bases des transistors T., et T • Les collecteurs des tran- 6 11 sistors T , T , T et T sont raccordés directement à la borne 6.7 10 11 positive de la source de tension d'alimentation E. Le collecteur du transistor Tc est raccordé aussi à cette borne positive par l'intermédiaire du transistor T , alors que le collecteur du transistor'T^ est raccordé à la même borne par l'intermédiaire du transistor T • Les trajets base-émetteur des transistors COPY 70 46398 -k- 2073498 T , T e"t T , ainsi que ceux des transistors T sont branchés en série, les émetteurs des transistors T0 et T 9 étant interconnectés- Les transistors T à T appartiennent à 1 5 une source fournissant plusieurs microcourants, qui comporte également la source de courant S , la diode et les résistances R et Rg• Cette source comporte un amplificateur de différence V dont la sortie est connectée à la base du transistor T sur 1 4 l'émetteur duquel est prélevé le courant i qui est fourni à la résistance R de la source de microcourants. Le collecteur dudit transistor est raccordé d'une part à la borne positive de la source E. par l'intermédiaire de la résistance R^, et d'autre part à la base du transistor T monté avec charge dans le circuit émetteur. L'émetteur de ce transistor T est raccordé 1 5 d'une part à une entrée de l'amplificateur de différence Y et d'autre part à la borne négative de la source E à travers le montage des résistances R^ et R^. L'autre entrée dudit amplificateur V est raccordée d'une part à la borne positive de la source E à travers la diode et d'autre part à la borne néga tive de ladite source E à travers le montage en série des résistances R, et R_. Les bases des transistors T à T sont 6 / 15 raccordées d'une part à la borne positive de la source E à travers la résistance Rg et d'autre part à la borne négative de ladite source E à travers la diode D • Par l'intermédiaire du 1 montage en série comportant les résistances R , R et R , 1 2 , 3 l'émetteur du transistor T est raccordé à la borne négative 1 de la source E. Les émetteurs des transistors T et T. sont 2 4 connectés au point de liaison des. résistances R^ et R^, alors que l'émetteur du transistor est raccordé au point de liaison des résistances RP et R . Le circuit illustré sur la fig. 2 ^ 3 fonctionne comme suit. On admet d'abord que la source de microcourants doit fournir les courants de sortie ayant les intensités -9 i - = i =0,3 .10 ampère o t (jtj -9 i „ = i ,=6.10 ampère o2 o4 ^ i „ = 240.10~9 ampère. O ) Lorsqu'on part d'un courant d'entrée d'intensité i^ = 0,3.10 3 ampère et d'une tension d'alimentation de 3 volts, la résistance Rg devra être égale à 8000 ohms, une résistance d'une telle valeur pouvant être facilement intégrée. Un simple calcul démontre qu'aux extrémités de la résistance R, la ten- BAD ORIG'NAL. cop^ 70 46398 "5" 2073498 sion requise pour les courants de sortie de faibles intensités iQ^ à iQ- doit être égale à 3^0 millivolts. La tension aux extrémités de l'ensemble des deux résistances R,, et doit être égale à 282 millivolts, et celle aux extrémités de la résistance doit Stre égale à 204 millivolts. Les tensions précitées sont requises à la température ambiante, c'est-à-dire T - 300° Kelvin. Par substitution résultant en ce que la somme des résistances R-j » ^3 s°it environ égale à 4600 ohms, on peut constater que cela signifie que la source de courant S^ doit fournir un courant dont l'intensité i2 = 70 ^/uA; dans ce cas, R^ = = 1000 ohms, et R^ = 2600 ohms. Dans le cas où le courant additionnel i ne traverserait pas la résistance R, la résistance R doit être égale à environ 780 Megohms si l'on veut réaliser les courants'de sorties précités ayant les intensités i „ à i . Une résistance d'une ol 05 telle valeur ne peut pas être réalisée sous forme intégrée, de sorte que ladite résistance devrait être raccordée extérieurement au circuit intégré, ce qui nécessite un point de connexion extérieur supplémentaire pour ce circuit. En outre, la valeur élevée de la résistance R rend ledit point de connexion excessivement sensible aux perturbations provenant de l'extérieur. De plus, la réalisation de résistance aussi élevées est difficile. Etant donné que les techniques d'intégration connues actuellement permettent de réaliser des paires de transistors qui sont pratiquement identiques - la différence étant inférieure à 2^0 par exemple - la tenion d'entrée introduite dans l'amplificateur de différence par les transistors et T par exemple n'atteint que 0,5 mV. de cette façon, on a pu réaliser par exemple un amplificateur de différence nécessitant un cou- ^ w «s. ~ 11 rant d'entrée dont l'intensité était inférieure à 10 ampère pour une tension d'entrée de 5 mY au maximum. La source de courant S„ fournit un courant i dont l'intensité est égale à . _ J_ kT R2 . , x2 ~ Rj * ""77 * ln —2 £ JX4 q R 6 expression dans laquelle R , R et R sont les valeurs élec- 4 5 *3 triques des résistances R. , R et R équipant le circuit suivant 4 5° la fig. 2. La formule 5 permet de se rendre compte que ce courant d'intensité i^ est fonction de la température T. Suivant la formule 4, le facteur d'affaiblissement est fonction de V et de R la température T. Dans le cas où la tension V doit être mainte— H COPY- 70 46390 -6- 20734SA nue à un niveau constant, une variation de température fait également varier le facteur Ok ce qui découle de la formule 4. Celle-ci permet également de se rendre compte que dans le cas où la tension V_ aux extrémités de la résistance R est proportion- JK. 5 nelle à kT/q, le facteur d'affaiblissement ne subit pas de variation ën fonction de la température. Ceci est réalisé lorsqu'à travers la résistance R, on envoit le courant présentant l'intensité i donnée par la formule 5> alors que l'on suppose que les résistances R .et R^ ont le même coefficient de 10 température. Le même effet peut être réalisé lorsqu'un courant d'intensité constante i^ est envoyé à travers la résistance R qui doit donc avoir un coefficient de température tel que la tension qui est engendrée à ces bornes, soit proportionnelle à kT/q. 15 La fig. 3 illustre un deuxième exemple d'emploi de la source de microcourant conforme à l'invention. Dans cet exemple, la source appartient à la boucle de réaction de l'amplificateur A dont la sortie est raccordée aux bases des transistor T„ et T.,-* L'émetteur du transistor T est raccordé direc— 21 2 20 tement à un point de potentiel constant, alors que .l'émetteur du transistor est raccordé au même point à travers la résistance R. L'émetteur du transistor est raccordé également à la source de courant S fournissant le courant d'intensité i , 2 * ^ alors que le collecteur dudit transistor Test raccordé à 25 l'entrée I de l'amplificateur A. Le signal-de sortie amplifié est prélevé sur le collecteur du transistor . Le fait de brancher la source de microcourant dans la boucle de réaction de l'amplificateur A, établit une amplification de courant constante de l'entrée vers la sortie. Dans 30 le cas où l'intensité du courant d'entrée de l'amplificateur peut être négligée par rapport à celle du courant de collecteur du transistor , le courant de sortie i^ sera devenu pratiquement insensible aux variations des paramètres des transistors équipant l'amplificateur A. En outre, le courant de sortie i^ 35 n'est pratiquement plus influencé par des variations éventuelles de la tension d'alimentation de l'amplificateur. 70 46398 -7- 2073498 REVENDICATIONS : 1. Source de microcourant pour un circuit intégré, un courant continu affaibli étant déduit d'un courant continu de commande dont l'intensité ëst de l'ordre de quelques micro- 5 ampères ou moins, alors que ledit courant continu de commande traverse une première branche comportant une jonction redresseuse, tandis que le courant continu affaibli traverse le trajet émetteur-collecteur d'un transistor dont le trajet base-émetteur shunte ladite première branche dans une deuxième branche ayant 10 le même sens de passage de courant, et que du collecteur de ce transistor est déduit un courant continu pratiquement exempt de signal et destiné à au moins un transistor du circuit intégré, alors qu'une résistance est branchée dans la boucle fermée que constituent les deux branches parallèles, caractérisée en ce que 15 par l'intermédiaire d'une source de courant, l'émetteur du transistor est raccordé à un point de potentiel constant, cette source de courant fournissant à la résistance un courant dont 1' intensité est telle qu'aux extrémités de la jonction redresseuse, la chute de tension dépasse d'au moins 20 mV et d'au maximum 20 540 mV la chute de tension aux extrémités de la diode base-émetteur du transistor. 2. Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que cette source débite un courant dont l'intensité est proportionnelle à kT/q, expression dans laquelle k est la constante 25 de Boltzman, T la température absolue en degrés Kelvin, et q la charge unitaire d'un électron. 3. Source sâon la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance branchée dans la boucle fermée a un coefficient de température positif, l'intensité du courant fourni par la 30 source de courant étant constante. 4. Source selon la revendication 2, caractérisée en ce que la source comporte un amplificateur de différence dont une première entrée est d'une part raccordée à un premier point de potentiel constant à travers une jonction redresseuse et d'autre 35 part à tin deuxième point de potentiel constant à travers le montage en série comportant une première et une deuxième résistance, l'autre entrée dudit amplificateur étant raccordée d'une part audit premier point de potentiel constant à travers le trajet émetteur-collecteur d'un premier transistor, et d'autre 40 part audit deuxième point de potentiel constant à travers le 70 46398 -8- 2073498 montage en série comportant une troisième résistance ainsi que la deuxième résistance, tandis que la base du premier transistor est raccordée au collecteur du deuxième transistor et que la sortie de l'amplificateur de différence est raccordée à la base du deuxième transistor sur l'émetteur duquel on peut prélever le courant de sortie affaibli.