Brevet FR2120043A1 — publié le 19720811

*+6852 i 21200^3 La présente invention se rapporte d'une façon générale à un dispositif de commande comportant un élément semi-conducteur et elle concerne, plus particulièrement, un dispositif de commande comportant un élément du type à résistance négative à commande par la ten-5 sion servant à exécuter un réglage de phase. L'invention a pour but principal de réaliser un dispositif de commande comportant un élément semi-conducteur, qui comprend un élément à résistance négative à commande par la tension et une connexion-série d'une résistance variable et d'une résistance, le point 10 commun entre ces résistances étant couplé à un circuit de commande pour ledit élément à résistance négative. Selon 1'invention, un dispositif de commande qui utilise un élément semi-conducteur comprend un élément à résistance négative et à effet de champ et une connexion-série entre une capacité et 15 une résistance variable, ladite connexion étant connectée à un circuit de commande pour ledit élément à résistance négative. D'autres buts et avantages de 1' invention ressortiront de la description qui va en être faite ci-après en se référant aux dessins annexés sur lesquels : 20 La figure 1 est une coupe transversale d'un élément semi-con ducteur utilisable dans un dispositif de commande selon l'invention. La figure 2, est un graphique montrant les caractéristiques tension-courant de l'élément représenté sur la figure 1. La figure 3 est un montage de circuit d'un mode de réalisa-25 tion du dispositif de commande selon 1' invention. La figure 4 représente des formes d'ondes de la tension et du courant en divers points du dispositif de la figure 3. Les figures 5 et 6, enfin, représentent des montages de circuits selon d'autres modes de réalisation du dispositif de commande 30 selon 1'invention. Sur la figure 1, on a représenté un élément à résistance négative .commandé par la tension ; cet élément présente une structure p_ff_p_N et un dispositif de commande (porte) permettant une commande par la tension à travers une couche isolante. Plus précisé-35 ment, 1' élément comprend un corps semi-conducteur 1 du type N, des régions 2 et 3 du type P sur le corps 1, ces régions étant séparées l'une de l'autre, une région 4 du type N sur la région 3 du type P, une couche isolante 5 sur la surface du corps et des électrodes 6, 7 et 8 formées sur les régions des types P et H, 2 et 4, respecti-40 vement et sur la couche isolante 5. Ces électrodes 6, 7, 8 consti- COPY 71 ^6852 2 2120043 tuent l'anode, la cathode et voie électrode de commande ou porte. Les caractéristiques courant-tension aux électrodes 6 et 7 sont telles que représentées sur la figure 2 ; à mesure que la tension augmente, le circuit est d'abord à l'état de coupure et ensuite le 5 circuit est commuté ou passe à un état de conduction lorsque la tension atteint la valeur VSO. Dans ce cas, la tension àïélectrode de commande est réglée à zéro et la polarité est telle que l'électrode 6 est positive si bien que l'élément est polarisé dans le sens direct. Ensuite, lorsqu'on abaisse la tension, le circuit revient de 10 l'état de conduction à l'état de coupure. D'autre part, lorsque la tension est appliquée en sens inverse de sorte que 1'électrode 7 devient positive, la tension claque à une valeur VB. Pour les caractéristiques de conduction en sens direct, lorsqu'une tension négative est appliquée à l'électrode de commande, la tension de commutation 15 VS descend progressivement à VSO, VS1, VS2, et lorsqu'on applique une tension positive à l'électrode de commande, ladite tension de commutation augmente. Si l'on se réfère maintenant à la figure 3> cette dernière représente schématiquement un dispositif de commande selon l'invention, 20 comportant un élément à résistance négative et à commande par la tension (du type représenté sur la figure 1) pour effectuer le réglage de phase d'un courant alternatif ; ce dispositif comprend un élément 9 à résistance négative et à commande par la tension présentant les caractéristiques indiquées, une source de courant 13 et une 25 charge 10, ces xrcis composants étant connectés en série. Une résistance variable ou rhéostat 11 et une résistance 12 sont connectés en série et ce circuit-série est connecté en parallèle à l'élément à résistance négative 9 et à la charge 10. Une électrode de commande 8 faisant partie de 1' élément 9 est connectée au point 30 commun entre la résistance variable 11 et la résistance 12, de sorte que 1'électrode de commande 8 reçoit la tension présente aux bornes de la résistance 12. Dans la structure décrite et représentée sur la figure 3, une tension alternative en concordance de phase avec celle du circuit de 35 charge est appliquée à l'électrode de commande 8 de l'élément à résistance négative 9. Ainsi, si Ibn utilise un élément de structure P-N-P-N (figure 1), la tension de commande appliquée tend à augmenter la tension de commutation et, si l'on utilise un élément du type N-P-N-P (c'est-à-dire un élément dans lequel les composants N et 4-0 P ont été interchangés) , la tension de commande tend à diminuer la 71 46852 3 2120043 tension de commutation. Par exemple, avec un élément du type N-P-N-P, on obtient des formes d'ondes de tension et- de courant telles que représentées sur la figure 4 ; sur cette figure, la courbe 14 représente la forme d'onde de la tension alternative de la source 5. de courant 13 j la courbe 15 représente la forme d'onde de la tension alternative appliquée à 1'électrode de commande 8 ; et enfin la courbe 16 représente la forme d'onde du courant alternatif qui peut passer à travers le circuit de charge 10. Ces courbes montrent que 1'élément à résistance négative 9 effectue la commutation à 1' 10 état conducteur quand la tension de commande atteint une valeur donnée de déclenchement et à l'état de coupure lorsque la tension de commande descend au-dessous de la valeur de déclenchement. On peut régler la phase d'une telle tension de commande en manipulant la résistance variable 11. 15 Un autre mode de réalisation du dispositif de réglage selon l'invention est représenté sur la figure 5- Dans ce mode de construction, une charge 10 est connectée en série avec une source de courant 13 par l'entremise d'un élément à effet de champ et à résistance négative 9. Une capacité 17 est connectée en série, à une ré-20 sistance variable 11 et cette connexion-série est connectée à la source de courant 13. Le point commun entre la résistance, variable 11 et la capacité 17 est connecté à 1'électrode de commande 8 de 1'élément à effet de champ 9. Dans une construction de cette nature, la capacité ou conden-25 sateur 17 est chargé pendant chaque demi-cycle de la source de courant 13, par l'entremise de la résistance variable 11 et la tension de charge est appliquée à l'électrode de commande 8, de l'élément à effet de champ 9 pendant chaque autre demi-cycle pour permettre à l'élément semi-conducteur 9 de devenir conducteur et d'appliquer 30 une tension à la charge 10. De plus, une charge peut être connectée en série à la source de courant sur le mode indiqué à la figure 6. Dans cette forme de construction, la charge 10 est connectée en série à la source de courant 13 par l'intermédiaire de l'élément à résistance négative 9. 35 Une résistance variable 11 et une capacité 17 sont connectées en série et ce circuit-série est connecté en parallèle à l'élément à résistance négative 9» le point commun entre la résistance variable 11 et la capacité 17 étant connecté à 1'électrode de commande 8 de 1'élément 9. 40 Dans cette structure, le condensateur 17 est également chargé 71 k6&52 4 2120043 pendant chaque demi-cycle de la source de courant 13 et la tension de charge est appliquée à lf électrode de commande 8 de 1'élément 9 pendant chaque autre demi-cycle, pour rendre conducteur l'élément semi-conducteur et fournir de la tension à la charge 10. On remar-5 quers que dans cette forme de réalisation, lorsque le semi-conducteur 9 devient conducteur, le condensateur 17 est également déchargé et il en résulte que le retard de temps est réduit par rapport à celui du mode de réalisation de la figure 5. Selon les principes de fonctionnement des dispositifs décrits, 10 le réglage de phase du courant de charge ne peut se faire que par la tension de charge du condensateur et l'angle de phase réglable couvre entièrement toute la plage de 0 à l80° . Ces caractéristiques ne sont guère possibles dans des thyristors usuels et peuvent être considérées comme idéales dans un dispositif de réglage. 15 Dans la description qui vient d'être faite, il a été question des éléments du type P-N-P-N, mais il ne s'agit que d'un simple exemple et on pourrait aussi bien utiliser des éléments du type N-P-H-P, ainsi que des éléments comportant une électrode supplémentaire couplée au corps du semi-conducteur, des éléments bi-directionnels 20 à résistance négative de structure P-N-P-N-P ou de structure N-P-N-P-H, etc., sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Comme on l'a expliqué, dans les dispositifs de commande selon 1'invention, on utilise un élément à résistance négative réglé par la tension et on utilise la résistance dans le circuit de commande de 25 l'élément pour exécuter le réglage de phase. Contrairement aux thyristors usuels, l'élément selon l'invention ne comporte pas de moyen commutateur dans le circuit de commande, est d'un faible prix, possède une grande stabilité et peut effectuer des réglages sur des phases couvrant une plage étendue. Dans ces conditions, l'invention 30 constitue un progrès évident dans les applications industrielles envisagées. 71 46852 5 2120043 REVEMICAIIOHS 1. Dispositif de commande comportant un élément semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend un élément à résistance négative commandé par la tension, et une connexion-série entre une résistance 5 variable et une résistance, le point commun de ces deux composants étant connecté à un circuit de commande dudit- élément à résistance négative. 2. Dispositif de commande comportant un élément semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend un élément à résistance négative et 10 à effet de champ, et une connexion-série d'un condensateur et d'une résistance variable, le point commun du condensateur et de la résistance variable étant connecté à un circuit de commande dudit élément à résistance négative. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractéri-15 sé en ce qu'une charge est connectée en série à l'élément à résistance négative pour établir un circuit de charge et en ce que ledit circuit de charge est connecté en parallèle avec ladite connexion-série de la résistance. 4-, Dispositif de commande selon la revendication 2, caractéri-20 sé en ce que l'élément à résistance négative est connecté en parallèle avec la connexion série de la résistance,efc en ce qu'une charge est connectée entre ladite connexion en parallèle et une source de courant.