Brevet FR2117914A1 — publié le 19720728

L'invention concerne une source de courant comportant un premier circuit de distribution de courant muni de transistors de premier type de conduction pour fournir deux intensités de courant à rapport invariable à des première et deuxième bornes 5 d'un deuxième circuit de distribution de courant muni de transistors de l'autre type de conduction et comportant une première branche constituant la liaison entre la première borne et une borne de somme, ainsi qu'une deuxième branche constituant la liaison entre la deuxième borne et ladite borne de somme, ladite 10 première branche comportant le trajet collecteur-émetteur d'un premier transistor dont le trajet base-émetteur est shunté par le montage en série comportant une impédance et une jonction semiconductrice dans la deuxième branche. Une telle source de courant est connue par exemple 15 de la publication "Electronics", page 1 40, parue le 28 avril 1969• Dans cette source de courant, à l'aide du premier circuit de distribution de courant, on réalise deux courants dont les intensités sont dans le rapport environ 1 : 4. Ces deux courants sont fournis aux deux bornes de courant du deuxième circuit de distri-20 bution de courant. Par suite de l'impédance dans ce deuxième circuit, la situation stable n'est possible que pour une intensité déterminée du courant se produisant à la borne de somme, ladite intensité de courant étant déterminée par la valeur de l'impédance et étant pratiquement indépendante de la tension d'alimentation. 25 La précision caractérisant la réalisation du rapport d'intensités de courant 1 : 4 par le premier circuit de distribution de courant, ainsi que la précision avec laquelle ce rapport existe entre d'une part l'intensité du courant traversant l'impédance et d'autre part l'intensité du cuurant d'émetteur du transis 30 tor qui dans ledit deuxième circuit shunte cette impédance sont essentielles pour obtenir le fonctionnement convenable de la source de courant. Pour la source de courant connue, cette précision est limitée par suite des courants de base des transistors. Ce sont surtout les courants de base des transistors pnp qui jouent 35 alors un rôle, et on sait que ces transistors ont un coefficient d'amplification de courant relativement petit, de sorte que leurs intensités de courant de base ne peuvent pas être négligées par rapport à celles des courants d'émetteur et de collecteur. Dans la source connue, les courants désirés peuvent présenter des écarts ko d'intensité qui correspondent aux courants de base des transistors 71 43811 2 2117914 pnp, et ce qui précède permet de constater que ces écarts peuvent être très considérables. Ceci a comme conséquence que la stabilité du fonctionnement de la source de courant laisse à désirer, tandis qu'également la sensibilité à des variations de la tension 5 d'alimentation est limitée et que la relation entre l'intensité du courant et la valeur de la résistance de réglage n'est pas univoque. Le but de l'invention est de fournir une source de courant qui, d'une part, conserve une conception simple et qui, 10 d'autre part, permet une grande précision de fonctionnement. L'invention est remarquable en ce que le premier circuit de distribution de courant est conçu pour fournir deux courants de même intensité, et que la jonction semiconductrice branchée en série avec l'impédance dans le deuxième circuit de 15 distribution de courant a une surface totale plus grande que la surface d'émetteur du premier 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. 20 La figure 1 représente la source de courant connue. Les figures 2 et 3 illustrent deux exemples de réalisation de la source de courant conforme à l'invention. Sur la figure 1, la source de courant connue comporte un premier circuit de distribution de courant formé par des 25 transistors pnp identiques et comportant trois bornes, à savoir une borne de somme C et deux bornes A et A1. La borne C est raccordée d'une part à la borne A par l'intermédiaire d'une résistance de stabilisation k Ro et du trajet émetteur-collecteur du transistor , et d'autre part à la borne A' à travers le montage 30 en série d'une résistance de stabilisation Ro, les trajets émet-teur-collecteur des quatre transistors T2' T3' t4 et T5 branchés en parallèle, et le trajet émetteur-collecteur du transistor Tg . La base du transistor est raccordée aux bases des quatre transistors Tp à , utilisés tous comme diodes. Par ailleurs, la 35 base du transistor TV est raccordée à la borne A. o Les bornes A et A' de ce circuit de distribution de courant sont raccordées à deux bornes B et B» d'un deuxième circuit de distribution de courant, formé par des transistors npn identiques et comportant aussi une borne de somme C!. Celle-ci 40 est raccordée d'une part à la borne B1 à travers le trajet émet 71 43811 3 2117914 teur-collecteur du transistor Tg, et d'autre part à la borne B par l'intermédiaire du montage en série d'une résistance R, d'un transistor T„ utilisé comme diode, et du trajet émetteur-collecteur du transistor T^. Par ailleurs, la base du transistor Tg est 5 raccordée à celle du transistor , la base du transistor étant raccordée à la borne B'. En admettant qu'aux bornes A et A' le premier circuit de distribution de courant réalise des courants dont les intensités sont entre elles dans le rapport 1 : 4, et que ce rapport d'inten-10 sités de courant existe également pour le courant traversant la résistance R et le courant d'émetteur du transistor Tg, on peut démontrer de manière simple que l'intensité du courant aux bornes de somme C et C' est indépendante de la tension d'alimentation et est déterminée de manière univoque par la résistance R. En indi-15 quant par 4l l'intensité du courant d'émetteur du transistor Tg, on trouve comme tension base-émetteur de ce transistor la valeur: kT ln 4l beg " q is , expression dans la quelle igest le courant de blocage du transis- 20 tor. Cette tension V, doit être égale à la somme de la tension beg base-émetteur du transistor T et la tension aux extrémités de la résistance R. Etant donné que cette résistance R et le transistor T„ sont parcourus par un courant I, on trouve pour la tension somme la valeur: : IR + 25 „ Tt) kT . I V = IR + ln — alors que l'on suppose que les transistors ont un même courant de blocage, ce qui est vrai avec une grande précision lorsqu'il s'agit de transistors dont les surfaces d'émetteur sont pratiquement égales. En tenant compte de l'égalité des deux expressions 30 précédentes, on obtient pour I la valeur: kT i I = —=: ln 4, qR ' expression dont il découle que l'intensité du courant X, et donc également celle du courant total 51 à la borne C' sont déterminées entièrement par la résistance R et sont indépendantes de la tension 35 d'alimentation. Pour le calcul prédédent, on a admis que le premier circuit de distribution de courant fournit deux courants dont les 71 43811 k 2117914 intensités sont dans le rapport 1 : 4. En considérant les choses de plus près, on constate toutefois que ceci n'est pas tout à fait courant par suite des courants de base des transistors pnp. En raison de ce que l'égalité des tensions base-émetteur des 5 transistors , T^, et trouve aussi en partie sa cause dans l'effet des résistances de stabilisation Ro et k Ro, on peut admettre que les intensités des courants d'émetteur de ces transistors sont égales, par exempleàl. En admettant que les transistors pnp ont un facteur d'amplification de courant oL' , on a 10 l'intensité du courant de collecteur du transistor T1 égale à I 1 I — —,, et l'intensité du courant d'émetteur du transistor Tg égale à k X + • En négligeant le terme de deuxième ordre, on obtient que l'intensité du courant de base du transistor est égale à 4 —,, de sorte que les intensités des courants se produi- 15 sant aux bornes A et A'sont égales à I + 3^j, » et 4 I - 3 Par rapport aux intensités de courant désirées, il se produit donc des écarts qui correspondent à une valeur de 3 • Lorsqu'on utilise des transistors pnp latéraux, ledit écart peut être très grand par suite du faible coefficient d'amplification de courant 20 de ces transistors. Lorsque les courants précités se produisant aux bornes A et A' sont fournis aux bornes B et B' du deuxième circuit de distribution de courant, les courants de base des transistors de ce deuxième circuit introduiront d'autres écarts. Du fait toute §5 fois qu'il s'agit de transistors npn qui généralement ont un grand coefficient d'amplification de courant, les écarts d'intensité causés par ces transistors sont généralement négligeables par rapport aux écarts déjà cités. Lorsque, pour simplifier les choses, on néglige les écarts desdits transistors npn, 1'intensi- 30 sité du courant traversant la résistance R est égale à I + 3 — , T et celle du courant d'émetteur du transistor T0 égale à h I - 3 —, o Comme intensité du courant I, un calcul permet alors d'obtenir 1'expression : x _ kT ' , /• 4#' - 3 N qR 3t ' + 3 oC ' + 3 J' 35 Cette expression permet de constater que la relation entre le courant I et la résistance R n'est plus univoque, mais dépend du coefficient (X ' , c'est-à-dire le coefficient d'amplification de courant des transistors pnp, qui est fonction de l'intensité de courant et de l'amplitude de tension. Par ailleurs, 4-0 des mesures ont permis de constater que la stabilité et l'insensi 71 43811 5 2117914 bilité à des variations de la tension d'alimentation du circuit laissent à désirer. La figure 2 illustre un premier exemple de réalisation d'une source de courant conforme à l'invention. Cette source 5 comporte un premier circuit de distribution de courant, formé par deux transistors pnp identiques et à. trajets base-émet teur branchés en parallèle, le transistor étant utilisé comme diode. Ce transistor peut évidemment être remplacé par une diode. Par suite de cette conception, les bornes A et A'sont le 10 siège de courants dont les intensités sont pratiquement égales mais qui entre elles présentent toutefois un certain écart par suite du courant de base du transistor ^. Ces courants sont fournis aux bornes B et B' d'un deuxième circuit de distribution de courant. Celui-ci comporte également le trajet base-émetteur 15 appartenant à un transistor et shuntant le montage en série d'une résistance R et du trajet base-émetteur d'un transistor utilisé comme diode. Toutefois, ce transistor est ma;i-n'f::enani:: formé par le montage en parallèle d'un certain nombre de transistors, ou comporte une surface d'émetteur qui est plus grande que 20 celle du transistor En admettant par exemple que le transis tor est formé par N transistors branchés en parallèle et ayant tous la même surface d'émetteur que le transistor T on peut se rendre compte de manière simple qu'en admettant que les bornes B et B' reçoivent des courants identiques X, l'intensité du courant kT ^ > 25 I est donnée par I = ln N. Comme déjà préconisé, les courants se produisant aux bornes B et B'ont toutefois un écart d'intensité l/x 1 par rapport à la valeur désirée par suite du courant de base du transistor T^ . En tenant compte de cet écart, et en négligeant le courant de base du transistor Ton trouve comme 30 intensité de courant I = (— r-) ln (j——-—r)N, de sorte qu' Qxv vt 1 4- 1 (A ' avec cette source de courant également, l'expression du courant I contient le facteur ni '. Toutefois, comparé à l'expression de I pour la source illustrée sur la figure 1, l'influence est maintenant plus réduite, tandis que la source de courant illustrée sur 35 la figure 2, nécessite une tension d'alimentation plus faible. La précision de fonctionnement de cette source peut encore être améliorée de manière particulièrement simple, notamment par l'adjonction d'un transistor pnp et d'un transistor 71 43811 6 2117914 10 npn, ce qui est illustré sur la figure 3« Sur celle-ci, les transistors correspondant à ceux de la figure 2 portent les mêmes repères. A la source de courant illustrée sur la figure 2, on a ajouté deux transistors,à savoir le transistor pnp T._ et 1 5 le transistor npn T^. Ceux-ci doivent compenser des écarts d'intensité des courants désirés, causés par les courants de base des transistors pnp et npn# En admettant de nouveau que les intensités des courants d'émetteur des transistors et T^2 sont égales à I, on obtient pour le courant de collecteur du transistor une intensité I - i/' et pour celle du courant d'émetteur du transistor une intensité X + l/oc! . Les écarts d'intensité par rapport à la valeur voulue sont compensés par le courant de base 15 du transistor T^. En négligeant les termes de deuxième ordre, l'intensité du courant de base de ce transistor T.,_ est en effet l 5 égale à i/^t', de sorte que l'intensité des courants se produisant aux bornes A et A' est de nouveau égale à I. De la même façon, le transistor T g compense les écarts des intensités de courant 20 causés par le courant de base du transistor T^. Les écarts sont considérablement plus petits, étant donné que le facteur d'amplification de courant^ de ces transistors npn est beaucoup plus grand que le facteur d ' amplification de courant ec' des transistors pnp. Par l'emploi des transistors 25 de compensation T,_ et T,c, l'intensité du courant traversant la 15 1° résistance R, et l'intensité du courant d'émetteur du transistor T1jl sont, avec une grande précision, égales l'une à l'autre, de kT sorte que comme intensité de ce courant on trouve I = —ln N, qR alors que de nouveau, on a supposé que le transistor est 30 formé par N transistors branchés en parallèle dont chacun est identique au transistor Il existe donc une relation univoque entre l'intensité du courant I et la résistance R. Par ailleurs, des mesures ont permis de constater que la stabilité et l'insensibilité à des variations de la tension d'alimentation de cette 35 source de courant sont bien meilleures que celles de la source connue. La stabilité peut encore être améliorée en branchant un certain nombre de résistances identiques de faible valeur électrique entre la borne de somme et les émetteurs des transistors à trajets base-émetteur branchés en parallèle dans le premier 40 circuit de distribution de courant. 71 43811 7 2117914 Pour éviter d'éventuelles difficultés de démarrage -le circuit possède en effet un état stable caractérisé par 1 = 0-on peut adjoindre à la source une source de courant de fuite additionnelle qui fait en sorte que lors de l'enclenchement, un 5 courant de fuite d'intensité suffisante et une amplification en boucle sont présents pour placer le circuit dans l'état stable caractérisé par I £ 0. A cet effet, le transistor T g par exemple peut être remplacé par une paire de Darlington. On dispose de plusieurs possibilités pour mettre à 10 profit le courant engendré. On peut par exemple utiliser des circuits de distribution de courant qui, en fonction de l'intensité d'un courant d'entrée, fournissent un certain nombre de courants de sortie dont les intensités présentent entre elles un rapport fixe par rapport à l'intensité du courant d'entrée. Lorsque le 15 courant se produisant à l'une des bornes de somme C ou C' du circuit de distribution de courant est utilisé comme courant d'entrée d'un réseau de distribution de courant similaire, on obtient ainsi un certain nombre de courants dont les intensités sont déterminées par la résistance R, ce qui pour la figure 3 a 20 été représenté schématiquement par le bloc D. Une deuxième possibilité est de brancher en série deux transistors, ce qui sur la figure 3 est représenté tant pour deux transistors npn 1ue pour deux transistors pnp Tig'TÎ81 ' Sur la figure 3» le trajet base-émetteur de chaque transistor T^, 25 T.0 shunte le trajet base-émetteur du transistor correspondant 1 o T14' ^11' alors clue base de chaque autre transistor est raccordée à la borne respective B', A. Cette conception ne change en rien l'égalité des intensités des courants se produisant aux bornes A et A' et B et B'. Bien que les intensités des 30 courants de collecteur des transistors et T^g présentent un certain écart en ce qui concerne le courant X par suite des courants de base de ces transistors, ceci ne constitue aucun inconvénient pour un grand nombre d'applications. Généralement, la stabilité de fonctionnement est plus importante que l'égalité 35 absolue exacte des intensités de courant. Une possibilité d'emploi intéressante cfe la source de courant est son emploi comme enregistreur de températures. L'expression donnant l'intensité du courant I permet de se rendre compte clairement que cette intensité est directement proportion-40 nelle à la température. L'enregistreur de température est alors 71 43811 8 2117914 une source de courant, contrairement à ce qui est le cas des enregistreurs de températures connus, par exemple un thermocouple, qui font office de source de- tension. Un enregistreur qui est une source de courant peut être utilisé avantageusement dans un certain nombre d'applications. Par ailleurs, il est évidemment possible de transformer la source de courant en source de tensinn du fait d'envoyer le courant engendré à travers une impédance. Lorsque cette impédance est formée par le montage en série comportant une jonction semiconductrice et une résistance, le choix judicieux du courant permet de créer même une source fournissant une tension qui est indépendante des variations de température. On conçoit aisément qu'il est possible d'échanger les types de conduction des transistors des deux circuits de distribution de courant, et à ce sujet, il faut remarquer qu'il est préférable d'utiliser des transistors pnp dans le premier circuit, en raison de la plus grande précision susceptible d'être réalisée. 71 43811 9 2117914 Revendications 1 . Source de courant comportant un premier circuit de distribution de courant muni de transistors de premier type de conduction pour fournir deux intensités de courant à rapport invariable à des première et deuxième bornes d'un deuxième circuit 5 de distribution de courant muni de transistors de l'autre type de conduction et comportant une première branche constituant la liaison entre la première borne et une borne de somme, ainsi qu' une deuxième branche constituant la liaison entre la deuxième borne et ladite borne de somme, ladite première branche comportant 10 le trajet collecteur-émetteur d'un premier transistor dont le trajet base-émetteur est shunté par le montage en série comportant une impédance et une jonction semiconductrice dans la deuxième branche, caractérisée en ce que le premier circuit de distribution de courant est conçu pour fournir deux courants de même 15 intensité, et que la jonction semiconductrice branchée en série avec l'impédance dans le deuxième circuit de distribution de courant a une surface totale plus grande que la surface d'émetteur du premier transistor. 2. Source de courant selon la revendication 1, caracté-20 risée en ce que la jonction semiconductrice est formée par un transistor utilisé comme diode, ou par plusieurs transistors de ce genre branchés en parallèle. 3. Source selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que pour compenser les écarts d'intensité des courants 25 désirés,causés par les courants de base des transistors du deuxième circuit de distribution de courant, la deuxième branche de ce circuit comporte, entre la jonction semi-conductrice et la deuxième borne, le trajet émetteur-collecteur d'un transistor de compensation dont la base est raccordée à la première borne. 30 b. Source de courant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le premier circuit de distribution de courant comporte une borne de somme ainsi que des première et deuxième bornes de sortie, ladite borne de somme étant raccordée à une jonction semiconductrice qui est shuntée par le trajet émet-35 teur-base d'un deuxième transistor dont le collecteur est raccordé à la première borne de sortie ainsi qu'à la base d'un troisième transistor dont le trajet émetteur collecteur constitue la liaison entre ladite jonction et la deuxième borne de sortie. 71 43811 10 2117914 5- Source de courant selon l'une des revendications 1 à k, caractérisée en ce que par l'intermédiaire du montage en série des trajets émetteur-collecteur de deux transistors, au moins une des bornes de somme est raccordée à une borne addition-5 nelle à laquelle un courant est disponible, chacune des bases de ces transistors étant raccordée à une des branches du circuit de distribution de courant. 6. Source de courant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'au moins une des bornes de somme est 10 raccordée à une borne d'entrée d'nn circuit de distribution de courant dont un certain nombre de bornes de sortie sont le siège de courants dont les intensités ont des rapports invariables par rapport à l'intensité du courant à la borne d'entrée. 7• Source de courant selon l'une des revendications 1 15 à 6, caractérisée en ce que la source comporte des moyens permettant son démarrage lors de l'application de la tension alimentant la source.