Brevet FR2132285A1 — publié le 19721117

i 2132285 La présente invention, due à YAMASHITA Akio, FUJITA Takashi, SHIGEMATSU Koichi, concerne un dispositif de commande semiconducteur constituant un commutateur sans contacts utilisant la variation de la capacité à la terre de l'électrode de commande 5 d'un redresseur contrôlé à effet de champ. Les commutateurs sans contacts habituels utilisent en général les variations du potentiel de la base des transistors et les variations du facteur Q pendant les oscillations à haute fréquence pour provoquer la commutation. Cependant, aucun de ces com-10 imitateurs sans contacts classiques ne permet la commande avec succès, d'une façon simple, pour une puissance importante. Un détecteur utilisé dans un dispositif de commande semiconducteur produit un signal sortant électrique faible, et par suite il est habituel d'utiliser un dispositif pour amplifier le 15 signal sortant faible du détecteur en plusieurs étages. De ce fait, le circuit a une structure complexe et le dispositif de commande est coûteux et volumineux. La présente invention a pour objet un dispositif de commande semi-conducteur peu coûteux et de petites dimensions ayant un 20 circuit d'une structure simplifiée comportant un redresseur contrôlé à effet de champ et utilisant les variations de la capacité à la terre de l'électrode de commande de ce redresseur pour commander directement le passage d'un courant important. L'invention a aussi pour objet un dispositif de commande 25 semi-conducteur dans lequel un redresseur contrôlé à effet de champ est combiné avec un détecteur qui convertit une quantité telle qu'une température, une pression, un magnétisme, une lumière ou une humidité en un signal électrique,de façon à commander . un courant important à partir du signal sortant faible du détecteur. 30 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus parti culièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente schématiquement, en coupe, un redresseur contrôlé à effet de champ pour un dispositif de commande 35 semi-conducteur, selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la figure 2 représente la caractéristique tension-courant du redresseur de la figure 1, la figure 3 est le schéma du circuit d'un dispositif selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, utilisé en commutateur 40 sans contacts , 72 11350 2 2132285 la figure 4 est le schéma général d'un dispositif selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, et la figure 5 est la caractéristique tension-courant du dispositif de la figure 4, 5 La figure 1 représente un redresseur contrôlé à effet de champ utilisé de préférence dans un dispositif selon l'invention. Ce redresseur contrôlé à effet de champ a une structure PNPN et sa caractéristique courant-tension peut être commandée par un champ électrique appliqué à travers une couche isolante. Le re-10 dresseur contrôlé a effet de champ de la figure 1 comporte un corps semi-conducteur 1 du type N, des régions 2 et 3, type P, formées dans le corps semi-conducteur 1 type N en des emplacements espacés, une région 4 type N formée dans la région 3 type P, une couche d'isolant électrique 5, une anode 6 en contact avec 15 la région 2 type P, une cathode 7 en contact avec la région 4 type N, une seconde électrode de commande 8 en contact avec la région 1 type N et une première électrode de commande 9 disposée sur la couche isolante 5 au-dessus de la région 1 type N pour couvrir une partie de chacune des régions 2 et 3 type P. 20 La figure 2 est la caractéristique courant-tension entre les électrodes 6 et 7. Le sens est le sens direct ou passant quand l'anode 6 est positive par rapport à la cathode 7, et le redresseur a une caractéristique de résistance négative. Sur la figure 2, la tension de commutation et la tension de claquage 25 dans le sens inverse sont représentées respectivement par et VB . La figure 3 représente un dispositif selon un mode de mise en oeuvre de l'invention dans lequel le redresseur contrôlé à effet de champ ayant cette caractéristique est utilisé en commuta-30 teur sans contacts. Sur la figure 3, le redresseur contrôlé èi effet de champ est désigné par la référence 10. Quand une tension positive est appliquée à l'anode 6 à travers une résistance de charge et quand l'électrode de commande 9 est maintenue ouverte, il 35 n'y a pas de conduction entre l'anode 6 et la cathode 7 du redresseur contrôlé à effet de champ 10. Une variation de la capacité à la terre de l'électrode de commande 9 a lieu quand un corps humain approche de l'électrode de commande 9 quand le redresseur contrôlé 10 est dans un tel état, ce qui provoque la 40 conduction du redresseur contrôlé 10. La commutation a lieu de 72 11350 3 2132285 façon similaire quand l'électrode de commande 9 est touchée par la main. Une résistance peut être interposée entre l'électrode de commande 9 et l'une ou l'autre des électrodes suivantes : anode 6, électrode de commande 8 et cathode 7, afin que le 5 fonctionnement ne puisse pratiquement pas être affecté par un bruit indésirable. Bien qu'une électrode de commande isolée comportant une couche d'isolant électrique soit décrite ci-dessus à titre d'exemple, il doit être noté qu'il est possible d'utiliser à la 10 place une électrode de commande à effet de champ sous la forme d'une jonction PN ou d'une jonction métal/semi-conducteur. De plus, d'autres structures parmi lesquelles une structure NPNP, une structure PNPNP ou une structure NPNPN peut être utilisée à la place de la structure PNPN pour obtenir le même effet. Le 15 semi-conducteur peut être en une quelconque des matières telles que Si, Ge, GaAs, CdS, GaP, GaAsP et des matières analogues, et une émission de lumière peut avoir lieu simultanément en particulier quand le semi-conducteur est en GaAs, GaP, GaAsP ou une matière analogue. 20 Suivant un autre mode de mise en oeuvre, représenté sur la figure 4, le redresseur contrôlé à effet de champ ayant la structure de la figure 1 est combiné avec un détecteur pour commander directement un courant important à partir du signal sortant faible du détecteur. Le dispositif suivant ce mode de 25 mise en oeuvre est avantageux du fait que la structure du circuit est simple et que le dispositif de commande est peu coûteux et de petites dimensions. Dans le circuit de la figure 4, une charge 12 est connectée en série avec une source de courant alternatif 11 à travers le 30 redresseur contrôlé 10 à électrode de commande isolée, et un détecteur 13 est connecté en série avec une résistance 14. Le point conmun entre le détecteur 13 et la résistance 14 est connecté à l'électrode de commande 9 du redresseur contrôlé 10 à électrode de commande isolée. 35 Quand la résistance du détecteur 13 est élevée, une tension positive est appliquée a l'électrode de commande 9 dans le sens direct et la tension de commutation est élevée de la façon représentée par sur la figure 5. Quand la tension appliquée a une valeur voisine de la tension de commutation » le 40 circuit de charge est ouvert. Ensuite, quand la résistance du 72 11350 4 2132285 détecteur 13 est réduite pour réduire la tension appliquée à l'électrode de commande, la tension de commutation est inférieure à et le circuit de charge est fermé. Même avec une tension faible à la sortie du détectèur 13, le redresseur contrôlé à 5 électrode de commande isolée 10 peut être déclenché avec sûreté quand la couche isolante 5, située en dessous de l'électrode de commande 9, est suffisamment mince. Une puissance importante peut être commandée par le signal sortant du détecteur 13 parce que le redresseur contrôlé 10 peut fonctionner de façon satisfai-10 santé avec un courant important. Il sera noté que la valeur à détecter par le détecteur 13 peut être réglée à un point variable si la résistance 14 est une résistance variable. De plus, le détecteur 13 et la résistance 14 de la figure 4 peuvent être connectés dans l'ordre inverse. Dans ce cas, le mode de comman-15 de est inverse de celui décrit ci-dessus. Le détecteur 13 peut être un thermistor pour détecter des températures, une jauge métallique ou un semi-conducteur pour détecter des pressions, un élément de Hall ou un élément magnétorésistant pour détecter un magnétisme, un élément photoconducteur ou une pile solaire 20 pour détecter la lumière ou un hygromètre à couche d'oxyde pour détecter une humidité. Bien entendu, une source de courant continu peut être utilisée à la place de la source de courant alternatif pour l'alimentation. Bien qu'une électrode de commande isolée par une couche d'i-25 solant électrique soit décrite ci-dessus à titre d'exemple, il est évident qu'une jonction PN ou une jonction métal/serai-conducteur peut être utilisée à la place. De plus, d'autres structures parmi lesquelles une structure NPNP, une structure PNPNP ou une structure NPNPN peuvent être utilisées à la place de la structu-30 re PNPN pour obtenir le même effet. Le semi-conducteur peut être en n'importe quelle matière telle que Si, Ge£dS,GaAs,GaP,GaAsP, ou une matière analogue, et une émission de lumière peut avoir lieu simultanément, en particulier quand le semi-conducteur est en GaAs, GaP, GaAsP ou une matière analogue. 35 II ressort de ce qui précède que la présente invention con cerne un commutateur sans contacts utilisant les variations de la capacité à la terre de l'électrode de commande d'un redresseur contrôlé à effet de champ pour la commutation simple d'un courant important quand l'électrode de commande est touchée avec une main 40 ou quand un corps humain approche de l'électrode de commande. 72 11350 5 2132285 Suivant un autre mode de réalisation d'un dispositif de commande semi-conducteur selon l'invention, un détecteur est connecté au circuit de l'électrode de commande du commutateur sans contacts pour commander le passage d'un courant important à partir du signal 5 sortant faible du détecteur. Ce dispositif peut être ainsi utilisé comme régulateur ou détecteur de température, comme commutateur répondant à la lumière, comme commutateur répondant à un magnétisme, comme commutateur répondant à une humidité ou comme commutateur répondant à une pression. 10 Bien entendu, la description qui précède n'est pas limita tive et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 72 11350 6 2132285 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande semi-conducteur, caractérisé par un redresseur contrôlé à effet de champ dont l'électrode de commande est normalement maintenue ouverte. 2. Dispositif de commande semi-conducteur, caractérisé par un redresseur contrôlé à effet de champ et par un circuit comportant un détecteur et une résistance en série, le point commun entre le détecteur et la résistance étant connecté au circuit de commande du redresseur contrôlé.