Brevet FR2245085A1 — publié le 19750418

L'invention cWnv-ent en partioulicr comme équivalent d'une diode qui présente une grande surface et, nar SUi- te, une résistance ohmique particulièrement faible dans la zone passante. S île a été mise au point en particulier pour l'injection de courant dans une vie de laision d'un système de communications téléphoniques. Cn cognat depuis longtemps des diodes qui se composent d'une couche p et d'une couche n. Ces diodes peuvent être exploitées de différentes manières, à savoir en tant qu'élément redresseur ou par exemple en tant que diodes Zener. On considèr#era ci-après la diode utilisée comme élément redresseur, c'est à dire en tant que diode qui est imperméable à des courants continus d'une première polarité mais qui est perméable à des courants continus d'une seconde polarité opposée à la première, avec une faible chute de tension. On connaît également depuis longtemps le procédé consistant à donner une surface particulièrement grande à de tels éléments redresseurs afin qu'ils aient une résistance ohmique particulièrement faible dans la zone passante, d'où il résulte en particulier que les pertes d'un tel élément redresseur dans la zone passante sont réduites en conséquence. hais ces éléments redresseurs à grande surface ont d'une part pour inconvénient la grande surface qu'ils nécessitent pour leur cooche d'arrêt, ce qui rend presqu'impossible leur utilisation dans un composant monolithique. En outre, la capacité à l'état de blocage des éléments redresseurs à grande surface est facheusement élevée, si bien que l'impédance de ces éléments redresseurs dans leur zone de blocage est faible au point d'être souvent gênante. Avec la surface croît également de manière fa- cheuse la conductance ohmique dans la zone de blocage, c'est à dire que la résistance dans la zone de blocage est d'autant plus faible que la résistance dans la zone passante est plus petite. L'invention évite cet inconvénient et elle part d'un montage possèdant la caractéristique d'un élément redresseur à résistance ohmique particulièrement faible dans le zone passante qui est imperméable à des courants#ccntinus d'une première polarité mais est perméable sans pertes à des courants ccntinus d'une seconde polarité 03posée à la première. Dans le montage selon l'invention, le grand encombrement de surface, la conductance ohmique élevée du blocage et la forte capacité de blocage sont évi tés par le fait qu'une diode court-circuite le trajet entre une électrode principale d'un thyristor et la base de ce thyristor qui est voisine de l'autre électrode principale du thyristor, et par le fait que le type de conductivité de la couche de la diode qui est connectée à l'électrode principale du thyristor est le meme que le type de conductivité de cette électrode principale. Selon un développement de ce montage, qui met à profit dans la zone de blocage la résistance élevée entre l'anode p du thyristor et la base n voisine du thyristor, il est prévu de connecter la couche p de la diode à petite surface à la base n du thyristor et de raccorder la couche n de la diode à la cathode n de ce thyristor qui est commandé par sa base n. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous plusieurs formes de réalisation de l'invention. Les figures 1 et 4 illustrent des principes de l'invention. les figures 2 et 5 représentent des exemples de réalisation du montage selon l'invention en technique intégrée. la figure 3 illustre un développement du montage selon l'invention qui est Inclus dans le trajet de liaison d'un système de communications téléphoniques La diode à grande surface De en soi connue, représentée sur la figure 1 a une résistance propre particulièrement faible dans sa zone passante. Elle correspond au montage à thyristor et diode selon l'invention, représenté sur la figurel. Eh conséquence, les bornes de connexion Ai, gl de la diode à gran- de surface connue correspondent aux bornes de connexion A2, E2 du montage selon l'Invention. Dans ce dernier, conformément à l'invention, la couche p de la diode D a petite surface est connectée par le conducteur L2 à la base du thyristor T. En outre, la couche n de la diode D est connectée par le conducteur Il à la cathode n du thyristor T. lorsque le montage selon l'invention est amené de son état bloqué à son état passant, un potentiel positif par rapport à la borne de connexion E2 est appliqué à la borne de connexion A2. De ce fait, un courant de la seconde polarité passe à travers l'anode p du thyristor T et la base n voisine de ce thyristor, à travers le conducteur D2, à travers la diode D et à travers le conducteur Li vers la borne de connexion K2. Ce courant fait passer l'état passant, aussi bien la diode 1 que la jonction p-n entre l'anode p et la base voisine n du thyristor T. Ce courant qui passe à travers la diode D, amène alors le thyristor T à l'état passant, si bien que le trajet à faible résistance entre la cathode et la base n de ce thyristor T court-circuite la diode D. Etant donné que la résistance propre du thyristor T dans la zone passante de celui-ci est beaucoup plus petite que la résistance propre de la diode D amenée dans la zone passante meme si la diode D présente approximativement une surface de jonc- tion p-n de même grandeur que les surfaces de jonction p-n correspondantes du thyristor T -, la résistance propre du montage selon l'invention est nettement inférlaire, en cas de charge avec des courants de la seconde polarité, à la résistance propre de la diode De au cas où la surface de jonction p-n de celle-ci serait approximativement égale à la surface nécessaire pour l'ensemble du montage à thyristor et à diode selon l'invention. Ainsi, au cas où le montage selon 11 invention a, dans son état à faible ré sistance ohmique, la meme résistance que la diode usuelle De, cette diode De doit présenter une surface pn beaucoup plus grande que le montage selon l'invention. Par conséquent, le montage selon l'invention a une résistance ohmique particulièrement faible dans la zone passante, en comparaison d'une diode De usuelle de même grandeur, lorsqu1ils sont chargés avec des courants continus de la seconde polarité. En cas de charge du montage selon l'inven- tion avec des courants de la première polarité, le thyristor T comme la diode D sont amenés dans leur état bloqué et, pour cette raison, le montage selon l'invention présente la caractéristique d'un élément redresseur qui a une résistance ohmique particulièrement faible dans la zone passante pour des courants continus de la seconde polarité, mais est imperméable à des courants continus de la première polarité. Xe plus, la surface utilisée par le montage selon l'invention est bencoup plus petite que la surface qu'exigerait la diode De si elle avait une faible valeur ohmique du même ordre dans la zone passante et, par suite, Si elle avait une surface augmentée en conséquence. Par ailleurs, en raison de la petite surface qu'il nécessite - et notamment de la surface exéigée pour ses jonctions p-n - le montage selon l'invention présente aussi de manière avantageuse à l'état de blocage une résistance ohmique très élevée ainsi qu'une très faible capacité en comparaison de la diode De à grande surface qui présente la même résistance dans son état passant et, pour cette raison, le montage selon l'invention présente comparativement, en dépit de sa faible résistance dans la zone passante, une résistance propre élevée en courant alternatif et une résistance ohmique de blocage élevée à l'état non passant. zanis un exemple de réalisation, on a constaté que la résistance propre du thyristor 'l' dans la zone passante s'élevait à i ohm environ, tandis que la résistance propre de la diode D dans la zone passante était de 100 ohms environ, au cas où tous deux présentent approximativement la même surface de leurs jonction p-n, si bien que la résistance propre du montage selon l'invention dans la zone passante d'élève à 1 ohm environ. La diode connue De devrait donc présenter dans cet exemple une surface cent fois plus grande environ que la surface de la diode D dans le montage thyristor-diode selon l'invention. La résistance au blocage est ici déterminée en particulier par la jonction p-n entre l'anode p et la base n. En principe toutefois, la couche p d'une diode à petite surface peut également être connectée à l'anode p du thyristor et la couche n de la diode à la base p du thyristor. la diode D dans son état passant est alors courtcircuitée par le trajet à faible résistance entre l'anode p et la base p du thyristor. Suivant ure application de l'invention, une source de courant Q de meme polarité (cf. fig. 3) est montée à chacune des bornes de connexion A2, K2. Cette forme de réalisation se prête particulièrement à l'utilisation dans une voie de liaison d'un système de communications téléphoniques, si l'on intercale cette forme de réalisation dans la direction longitudinale dans la voie de liaison. xes deux sources de courant Q servent alors, de façon connue en soi, à l'injection du courant continu dans la voie de Liaison (cf. roc, IEE 107 (Nov. 1960), part B, suppl. 20, p. 297, fig. 12 "Supervisory Links et les diodes DS, D4 dans la demande de brevet allemand publiée avant examen sous le n9 2 064 117). En raison de la résistance propre particulièrement faible du circuit de diode T/D dans la zonepassante de celui ci, cette forme de réalisation selon l'invention donne lis à des pertes particulièrement faibles du courant continu injecté et d'un courant alternatif de conversation qui passe éventuellement par ce circuit.Cette faible résistance propre longitudinale de la forme de réalisation prend toute sa valeur lorsqu'en même temps l'impédance des deux sources de courant Q est aussi grande que possible, afin que les pertes en énergie de counnt alternatif, produites par cette forme de réalisation, soient également faibles dns la direction transversale. A cet effet, on peut réaliser les deux sources de courant Q par exemple sous la forme de transistors conducteurs, amenés dans leur zone de saturation (cf. la fig. mentionnée de la demande de brevet allemande publiée avant examen sous le n0 2 064 117 et sa description). Sur la figure 2 est représentée une forme de réalisation de l'invention fabriquée suivant la technique des circuitsintégré qui est logée sur un composant monolithique B dont la plaquette de support, mise à la terre ou mise sous la tension continue E, est dopée p. La diode D Elethyristor T sont interconnectés de la manière indiquée sur la figure 1 au moyen des conducteurs 11, 12. J > ememe que les connexions K2, A2, les conducteurs 11, 12 n'ont été indiqués que schématiquement afin de rendre plus claire la figure 2. Par la fabrication du montage selon l'invention suivant la technique du circuit intégré, on met à profit de manière particulièrement avantageuse le faible encombrement du montage selon l'invention. Une forme de réalisation du montage selon I1invention passe déja dans son état de résistance ohmique particulièrement basse pour des courants particulièrexent faibles de la seconde polarité s'il est prévu de connecter la couche p de la diode à petite surface à l'anode p du thyristor et la couche n de la diode à la base p de ce thyristor. Cette forme de réalisation sera expliquée à propos des exemples représentés sur les figures 4 et 5, la figure 4 illustrant le principe et la figure 5 représentant un exemple de réalisation en technique intégrée. La diode à grande surface connue De, représentée sur la figure 4, a une résistance propre particulièrement faible dans sa zone passante. Elle correspond au montage thyristor-diode selon l'invention représenté sur la figure 4. les bornes de connexion Ai, Ki de la diode connue à grande surface De correspondent donc aux bornes de connexion A2, X2 du montage se Ion l'invention. Dans ce dernier, conformément à l'invention, la couche p de la diode D à petite surface est connectée à l'anode p du thyristor T par le conducteur 12. D'autre part, la couche n de la diode D est connectée à la base p du thyristor T par le conducteur 11. Lorsque le montage selon l'invention est amené de son état non passant à son état passant, un potentiel positif par rapport à la borne de connexion K2 est appliqué à la borne de connexion A2. De ce fait, un courant de la seconde polarité passe à travers le conducteur L2, à travers la diode D, à travers le conducteur L1, à travers la base p du thyristor T et à travers la cathode n du thyristor vers la borne de connexion K2. Ce courant amène à l'état passant, aussi bien la diode D que la jonction p-n entre la base p et la cathode n voisine du thyristor T.Par ce courant qui passe à travers la diode D, même si ce courant est encore assez faible, le thyristor T est amené dans son état passant, Si bien que le trajet entre l'anode et la base p de ce thyristor T court-circuite alors avec une faible résistance la diode D. En effet, le thyristor T peut être déja commandé par des courants particulièrement faibles de la seconde polarité, au niveau de la jonction p-n entre cette base p et la cathode n. Etant donné que la résistance propre du thyristor T dans la zone passante de ce thyristor est beaucoup plus petite que la résistance propre de la diode D amenée dans la zone passante, même Si la diode D présente une surface de jono tion p-n aussi grande que les surfaces de jonction p-n correspondantes du thyristor T, la résistance propre du montage selon l'invention en cas de charge avoedes courants de la seconde polarité est encore plus petite que la résistance propre d'une diode De dont la surface de jonction p-n serait approximativement aussi grande que la surface nécessaire pow ltensemble niaIt#Ùi#rristor diode selon l'invention.Dans le cas donc où le montage selon l'invention aurait, dans son état de faible résistance ohmique, la même résistance qu'une diode te usuelle, il faudrait que cette diode De présente une surface de la jonction p-n beaucoup plus grande que le montage selon l'invention. Le monts selon l'invention a donc une résistance ohmique particulièrment faible dans la zone passante, et cela même s'il est seulement chargé par des courants continus assez faibles de la seconde polarité qui commutent le thyristor T dans son état de faible résistance. Lors de la charge du montage selon l'invention avec des courants de la première polarité, le thyristor T comme la diode D sont amenés dans leur état non passant et, pour cette raison, le montage selon l'invention a certes une résistance ohmique particulièrement faible pour des courants conti nus de la seconde polarité, mais est imperméable à des courants continus de la première polarité. En outre, en raison de son faible encombrement en surface - et en particulier pour ses jonctions p-n le montage selon l'invention présente de manière avantageuse à ltétat de blocage une ratstance ohmique élevée, ainsi qu'une#i- ble capacité en comparaison de diodes De connues à grande surface - c'est à dire présentant la même résistance à faible valeur ohmique dans leur état passant - et, pour cette raison, le montage selon l'invention présente comparativement , en dépit de sa faible résistance ohmique dans la zone passante, une impédance propre élevée en courant alternatif et une hate résistance ohmique au blocage dans son état de blocage.Dans ce montage, le rapport entre résistance à l'état de blocage et la résistance à l'état passant est plus élevé et, par suite, plus favorable que dans le cas d'une diode usuelle De. Dans un exempte de réalisation, il s'est avéré que la résistance propre du thyristor T dans la zone passante s'élevait à I ohm environ, tandis que la résistance propre de la diode D dans la zone passante était de 100 ohms environ, au cas où tous deux présentent approximativement la même surface de leurs jonctions p-n, de sorte que la résistance propre du montage selon l'invention dans la zone passante s'élève à i ohm environ. la diode connue De devrait donc présurer dans cet exemple une surface environ 100 fois plus grande que la surface te la diode D dans le montage thyristor-diode selon l'invention. la résistance à l'état de blocage est ici déterminée essentiellement par les résistances ùontées en parallèles de la diode 3 et de la jonction p-n entre la base n et l'anode p du thyristor T. Dans une application de l'invention dont le principe est illustré par la figure 4, une source de courant Q de même polarité est appliquée à chacune des bornes de connexions A2, E2 comme dans l'application déja décrite de l'invention représentée sur la figure 1 (cf. fig. 3).En raison de la résistance propre particulièrement faible du circuit DID dans sa zone passante, cette forme de réalisation selon l'invention donne lieu elle aussi à des pertes particulièrement faibles du courant continu injecté et du courant alternatif de conversation traversant ce circuit, et cela même si le counit total qui passe à travers le circuit IJD est assez faible, puisque le circuit T/I est déja amené dans son état de résistance ohmique particulièrement faible avec de faibles courants de la seconde polarité. Sur la figure 5 on a représenté une forme de réalisation fabriquée suivant la technique des circuits intégrés, et qui est disposée sur un composant monolithique B dont la plaquette de support, mise à la terre ou sous tension continue E, est dopée p. La diode D et le thyristor T sont interconnectés de la manière indiquée sur la figure 4 par les conducteurs L1, L2. le même que les connexions K2,- A2, les conducteurs L1, L2 n'ont été indiqués que schématiquement afin de rendre plus claire la figure 5. le faible encombrement du dispositif de l'invention a des conséquences particulièrement avantageuses dans la fabrication du montage selon l'invention suivant la technique #s circuits intégrés Il est souvent avantageux que le montage selon l'invention puisse être commuté rapidement de l'un de ses états dans l'autre.Gela peut être obtenu facilement, en particulier lorsqu'il s'agit d'un montage selon l'invention qui est fabriqué suivant la technique des circuits intégrés : en effet, on peut diffuser à cette fin#une substance de dopage appropriée, par exemple des atomes d'or, dans toutes les couches p et n du thyristor g et de la diode D, d'où il résulte que la vitesse de commutation de ces composants et, par suite, la vitesse de commutation du montage selon l'invention sont augmentées. Me la sorte, on parvient en parti#culier à ce que l'état de résistance ohmique particulièrement faible du montage s'établit très vite après le début de la charge avec un courant continu de la seconde polarité et à ce que l'état de résistance ohmique élevée de ce montage s'état blit très rapidement après le début de la charge avec un courant de la première polarité. REVENDICATIONS 1/ -Montage possèdant la caractéristique d'un élément redresseur à valeur ohmique particulièrement faible dans la zone passante, qui est imperméable à des courants continus d'une première polarité mais est perméable sans pertes à des courants continus d'une seconde polarité opposée à la-première, en particulier utilisable à la place d'une diode à grande surface dans un composant monolithique d'un système de communications téléphoniques, caractérisé en ce qu'une diode (D) court-circuite le traJet entre une électrode principale (cathode n) d'un thyristor ( 2) et la base (base n) de ce thyristor qui est voisine de l'autre électrode principale (anode p) du thyristor, et en ce que le type de conduotivité (n) de la couche (cathode) de la diode (D) qui est connectée à l'électrode principale (cathode n) du thyristor (T) est le meme que le type de conductivité (n) de cette électrode principale (cathode n). 21 - Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche p d'une diode (n) à petite surface est connectée à la base n d'un thyristor (T) et en ce que la couche n de la diode (D) est connectée à la cathode n de ce thyristor (2) commandé par sa base n. 3/ - Montage selon la revendication t, caractérisé en ce que la couche p de la diode à petite surface (D) est connectée à l'anode p du thyristor (T) et en ce que la couche n de la diode (D) est connectée à la base de ce thyristor (T). 4/ - Montage selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que sa première borne de connexion (E2) et sa seconde borne de connexion (A2) sont connectées chacune à une source de cousit de même polarité- (Q) 5/ - Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux sources de courant (Q) présentent chacune une impédance élevée. 6/ - Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est fabriqué eui- vant la technique des circuits intégrés. 7/ - Montage aeion l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que la diode (D) et/ou le thyristor (g) sont dopés avec une substance dopante (or) qui augmente la vitesse de commutation