Brevet FR2059738A1 — publié le 19710604

L'invention concerne un amplificateur opérationnel intégré, du type d'un amplificateur pour tension continue ayant une entrée amplificateur différentiel et une sortie asymétrique. Un tel amplificateur est commandé par la différence 5 de deux tensions. Lorsque cette différence a la valeur nulle, la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel doit également avoir la valeur nulle (point zéro de l'amplificateur opérationnel). La valeur absolue de la tension d'entrée par rapport à un potentiel de référence fixe, par exemple par rapport à la 10 masse, doit rester sans effet (suppression de synchronisme) dans une large gamme (gamme de synchronisme), afin que plusieurs amplificateurs opérationnels puissent être directement montés à la suite les uns des autres sans dispositions particulières. Pour une précision aussi grande que possible d'une opération de calcul 15 exécutée ayec un amplificateur opérationnel, il y a lieu de mentionner, à titre de conditions préalables de base, unë amplification aussi élevée que possible, une forte résistance d'entrée, une faible résistance de sortie et une large plage d'admission. En outre, des exigences sévères de précision doivent être fixées 20 quant à la constance des valeurs qui déterminent l'opération de calcul, notamment en ce qui concerne la température. L'influence de la température peut être largement réduite si l'on dispose les composants selon le principe de 1'appariement, permettant d'obtenir, à relativement peu de frais, que différentes dépendances de 25 la température se compensent. Par exemple, un amplificateur opérationnel disponible sur le marché, avec lequel les exigences précitées seront remplies, est constitué par un amplificateur différentiel à l'entrée de l'amplificateur opérationnel, par un"étage anti-symétrie qui rend 30 asymétrique le signal symétrique provenant de l'amplificateur différentiel, c'est-à-dire qui produit un décalage de potentiel, et par un étage d'amplification monophasée en montage de Darling-ton à la sortie de l'amplificateur opérationnel.- En ce qui concerne l'amplificateur différentiel, un transistor commandé par une 35 tension de référence forme, avec une résistance d'émetteur, une résistance de contre-réaction dynamique et délivre un courant marqué aux deux éléments de l'amplificateur différentiel. La tension de référence est obtenue au moyen d'une diode avec résistance ohmique en série. L'étage final de Darlington nécessite également 40 une source de tension à courant marqué, réalisée par un transistor- 70 31043 2 2059738 Certes, à l'aide de cet amplificateur opérationnel, les conditions préalables mentionnées peuvent être largement remplies. Mais les frais qui s'y rattachent sont encore relativement élevés. Eu égard à l'importance d'offrir un amplificateur opéra-5 tionnel extrêmement économique pour son utilisation en électronique industrielle, le but recherché en concevant la présente invention est de fournir un amplificateur opérationnel qui, partant de l'amplificateur opérationnel ci-dessus décrit, non seulement remplisse mieux les exigences, mais réduise également les frais s'y 10 rapportant. La présente invention concerne donc un amplificateur opérationnel intégré comportant un amplificateur différentiel situé à l'entrée, un étage anti symétriè qui lui fait suite et un étage final en montage de Darlington, l'amplificateur différentiel 15 étant composé de deux transistors de type npn aux bases desquels sont connectées les entrées pour un signal inversé et pour un signal non inversé, dont les collecteurs sont à la tension d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance ohmique de collecteur pour chacun d'eux et dont les émetteurs sont munis d'une ré-20 sistance d'émetteur commune qui est constituée par le montage en série d'une résistance ohmique et du trajet collecteur-émetteur d'un transistor de marquage de courant de type npn, entre la base duquel et le potentiel de référence, c'est-à-dire sur le circuit série du trajet base-émetteur et de la résistance ohmique est ap-25 pliquée une tension de référence ; l'étage anti-symétrie étant composé de deux transistors de type de conductivité différent et l'émetteur du transistor pnp étant connecté au collecteur de l'un des transistors de l'amplificateur différentiel et sa base étant connectée d'une part à l'émetteur du transistor npn, dont la base 30 est connectée au collecteur de l'autre transistor de l'amplificateur différentiel et dont le collecteur est à la tension d'alimentation et, d'autre part, à la base du transistor de marquage de courant, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique ; l'étage final étant composé de deux transistors de type npn et la base de 35 l'un des transistors de l'étage final étant connectée directement au collecteur du transistor pnp et, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique, à la base de l'autre transistor de l'étage final qui, de son côté, est connectée directement à l'émetteur du premier transistor de l'étage final et, par l'intermédiaire d'une 40 résistance ohmique, à l'émetteur de l'autre transistor de l'étage 70 31043 3 2059738 final, les deux collecteurs étant reliés entre eux. Pour atteindre le but mentionné, il est proposé conformément à l'invention, avec un tel amplificateur opérationnel intégré, de connecter, à la base du transistor de marquage de cou-5 rant, la base et le collecteur d'un transistor de tension de référence de type npn, dont l'émetteur est connecté au potentiel de » référence, de former la sortie de l'amplificateur opérationnel avec la connexion commune des collecteurs des transistors de l'étage final et de mettre l'émetteur de l'autre transistor de 10 l'étage final directement au potentiel de référence. A l'aide d'un tel amplificateur opérationnel intégré selon l'invention, il est possible de remplir à un degré élevé et avec un minimum de frais les exigences précitées. On n'utilise à cette fin que six résistances ohmiques et huit transistors, 15 dont sept.du type npn et un du type pnp auquel il n'est demandé qu'une faible amplification de courant. Des explications complémentaires vont être données à propos d'un amplificateur opérationnel selon l'invention représenté à titre d'exemple au dessin annexé. 20 Un amplificateur différentiel, situé à l'entrée de l'amplificateur opérationnel, comporte les transistors 1 et 2 de type npn. Leurs bases constituent une entrée, respectivement pour un signal inversé et non inversé. Les collecteurs sont l'un et l'autre à la tension d'alimentation par l'intermédiaire d'une 25 résistance ohmique de collecteur 9 ou 10. Une résistance d'émetteur dynamique, commune aux deux émetteurs, est constituée par le montage série d'une résistance ohmique 11 et du trajet émetteur-collecteur d'un transistor de marquage de courant 3 de type npn, le collecteur du transistor 3 étant connecté aux émetteurs des 30 transistors 1 et 2 et la résistance ohmique 11 aboutissant au potentiel de référence. Deux transistors 4 et 5 ayant des types de conductivité différents, constituent un étage anti-symétrie, le transistor 5 étant du type pnp. Son émetteur est connecté au collecteur du transistor 2 ; de son côté, sa base est connectée 35 d'une part à l'émetteur du transistor 4 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique 12, à la base du transistor de marquage de courant 3 (transistor à courant injecté ou imprimé). La base du transistor 4 est reliée au collecteur du transistor 1, le collecteur du transistor 4 à la source d'alimenta-40 tion. 70 31043 4 2059738 A la base du transistor de contre-réaction 3 sont en outre connectés la base et le collecteur d'un transistor de tension de référence 8 dont l'émetteur aboutit au potentiel de référence. 5 L'étage final de Darlington est constitué par les transistors 6 et 7 de type npn. La base du transistor 6 est connectée d'une part au collecteur du transistor 5 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique 13, à la base du transistor 7 et à l'émetteur du transistor 6. La base du transistor 7 10 est en outre connectée au potentiel de référence par l'intermédiaire d'une résistance ohmique 14, tandis que l'émetteur du transistor 7 est directement au potentiel de référence. Les collecteurs des transistors 6 et 7 sont inter-connectés et aboutissent a la sortie de l'amplificateur opérationnel. 15 Le signal d'entrée à amplifier est appliqué aux bases des transistors 1 et 2, d'une part à l'état inversé et d'autre part à l'état non inversé. On dispose ainsi, pour l'amplificateur différentiel, d'une partie isophasée et d'une partie push-pull. La partie isophasée est supprimée dans l'amplificateur différen-20 tiel. La partie push-pull est prélevée à l'état amplifié, entre les collecteurs des deux transistors 1 et 2, à titre de signal pour la commande de l'étage anti-symétrie suivant. Ce signal est un signal push-pull symétrique pur. Pour l'amplification dans l'étage final qui fonctionne en monophasé, le signal push-pull 25 symétrique doit être de nouveau rendu asymétrique. Cela s'effectue dans l'étage anti-symétrie par un décalage de potentiel. Le transistor 4 applique la tension de signal, qui est prélevée au niveau de la résistance de collecteur 9* avec une faible résistance et sans charge dynamique - étant donné qu'il est monté à émetteur 30 séquentiel - à la base du transistor 5. Du fait que l'émetteur du transistor 5 est connecté au collecteur du transistor 2, le transistor 5 est commandé par la différence de tension de signal présente au niveau des résistances de collecteur 9 et 10. La résistance ohmique 12 ferme, par l'intermédiaire du transistor de tension 35 de référence 8, le trajet de courant continu pour le transistor 4. Ce transistor de tension de référence 8 est monté à titre de diode par la connexion du collecteur et de la base et il sert au réglage d'une teftsion de référence qui varie, pour des courants et des températures différents, de la même manière que 40 la tension directe base-émetteur d'un transistor. 70 31043 5 2059738 A l'aide de cette tension de référence, le transistor de marquage de courant 3 constitue, avec la résistance ohmique 11 une source de courant à courant marqué (courant injecté ou imprimé). On obtient ainsi une forte suppression de synchronisme. La 5 gamme de synchronisme de l'amplificateur opérationnel est très élevée. » . Par la connexion du transistor de" tension de référence 8, jouant le rôle de diode, au transistor de contre-réaction 3 on réalise en même temps' une boucle de réglage de courant continu 10 à contre-réaction, qui stabilise bien le point de travail. Au collecteur du transistor 5 est prélevé le signal désormais asymétrique qui est dirigé vers l'étage final de Dar-lington. Les résistances ohmiques 13 et 14 servent au réglage des courants de collecteur des transistors 6 et 7. L'étage final 15 de Darlington se comporte, avec ses deux transistors 6 et 7, comme un amplificateur à transistors monophasés unique en montage émetteur. Contrairement à l'état actuel de la technique, il ne nécessite aucune source de courant à courant marqué et offre de ce fait l'avantage d'une simplification notable. La possibili-20 té de réglage est très élevée et n'est guère sujette à des dispersions d'un modèle à l'autre. La possibilité d'utilisation maximale dans le sens positif est donnée par la tension à laquelle est la résistance de charge qui est connectée extérieurement à la sortie. Ainsi, cette possibilité d'utilisation peut être fixée 25 de l'extérieur, au besoin avec un diviseur de tension. La possibilité d'utilisation dans le sens négatif est presque indépendante de la charge. La résistance de sortie d'un amplificateur opérationnel selon l'invention est suffisamment faible. Par la résistance 30 de charge connectée extérieurement, la possibilité de mise en oeuvre de l'amplificateur opérationnel est multiple. Avec une résistance de charge très élevée, on peut, étant donné que par le circuit de charge de l'étage' final, un courant notable ne passe plus que par les transistors 4 et 8 et par la résistance 35 ohmique 12, régler un très faible courant absorbé qui est nettement inférieur en comparaison des amplificateurs opérationnels connus. D'autre part, les courants admissibles sont suffisamment élevés pour que des petits servo-moteurs et relais ayant des résistances faibles en conséquence puissent être directement 40 commandés. 70 31043 6 2059738 L'entrée et la sortie de l'étage final sont en opposition de phase l'une par rapport à l'autre. On peut donc avec un simple condensateur monté extérieurement entre le collecteur et la base du transistor 6, obtenir une baisse d'amplification 5 constante de 6 dB/octave sur une large gamme de fréquences. De la sorte, la sûreté de phase de l'amplificateur opérationnel est suffisamment grande pour garantir la stabilité avec toutes les contre-réactions qui se présentent. Les caractéristiques de l'amplificateur dépendent dans 10 une faible mesure de la tension de service, étant donné que les points de travail sont très stables par rapport aux oscillations de tension. Par suite de la stabilité du point de travail et des mêmes coefficients de température des résistances et transistors intégrés, la dépendance des paramètres à l'égard de la tempéra-15 ture est largement supprimée. 70 31043 7 2059738 REVENDICATION Amplificateur opérationnel intégré comportant un amplificateur différentiel situé à l'entrée, un étage anti-symétrie qui lui fait suite et un étage final en montage de Darlington, 5 l'amplificateur différentiel étant composé de deux transistors (1 et 2) de type nPn, aux bases desquels sont connectées les entrées pour un signal inversé et pour un signal non inversé, dont les collecteurs sont à la tension d'alimentation par l'intermédiaire d'une résistance ohmique de collecteur (9, 10) pour 10 chacun d'eux et dont les émetteurs sont munis d'une résistance d'émetteur commune qui est constituée par le montage en série d'une résistance ohmique (11) et du trajet collecteur-émetteur d'un transistor de marquage de courant (3) de type npn, entre la base duquel et le potentiel de référence, c'est-à-dire sur le 15 circuit série du trajet base-émetteur et de la résistance ohmique (11) est appliquée une tension de référence ; l'étage anti-symétrie étant composé de deux transistors (4 et 5) de types de conduc-tivité différents et l'émetteur du transistor pnp (5) étant connecté au collecteur de l'un des transistors (2) de l'amplifica-20 teur différentiel et sa base étant connectée d'une part à l'émetteur du transistor npn (4) dont la base est connectée au collecteur de l'autre transistor (1) de l'amplificateur différentiel et dont le collecteur est à la tension d'alimentation et, d'autre part, à la base du transistor de marquage de courant (3) par 25 l'intermédiaire d'une résistance ohmique (12) ; l'étage final étant composé de deux transistors (6 et 7) de type npn et la base de l'un des transistors (6) de l'étage final étant connectée directement au collecteur du transistor pnp (5) et, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique, à la base de l'autre transistor 30 (7) de l'étage final qui, de son côté, est connectée directement à l'émetteur du premier transistor (6) de l'étage final et, par l'intermédiaire d'une résistance ohmique, à l'émetteur de l'autre transistor (7) de l'étage final," les deux collecteurs étant, interconnectés, caractérisé par le fait qu'à la base du transistor de 35 marquage de courant (3), sont connectés la base et le collecteur d'un transistor de tension de référence (8) de type npn, dont l'émetteur est connecté au potentiel de référence, et que la connexion commune des collecteurs des transistors (6 et 7) de l'étage final constitue la sortie de l'amplificateur opérationnel, l'émet- 40 teur de l'autre transistor (7) dë l'étage final étant directement mis au potentiel de référence^