Brevet FR2283484A1 — publié le 19760326

La présente invention a pour objet une source de courant indépendante de la température et de la tension d'alimentation, et comprenant au moins un transistor dont le collecteur est relié par l'intermdiaire d'un rdeepteur de courant constant au pôle cté collecteur de la source de tension dlalimentation et dont 1'd- metteur est connecte par l'intermédiaire d'une résistante d'émetteur au pôle côté émetteur de cette meme source. On se heurte, dans l'intégration des circuits combinatoires numériques de grande étendue, d des difficultés liées b l'évacuation des pertes thermiques qui y prennent naissance. D'où l'intérat, pour la constitution de tels circuits combinatoires, d'é léments logiques ne présentant qu'une faible dissipation. Un tel élément logique est connu, par exemple par la publication : "Philips Technische Rundschau" 1968, No. 11/12, pages 355 b 359. Cet élément logique est représenté, afin de faciliter la compréhension de l'invention, 8 la figure 1 des dessins ci-annexés. L'organe principal d'un tel élément logique est constitué par un amplificateur différentiel comprenant des transistors à couplage d 'émetteur, et présentant de ce fait une certaine analogie avec les éléments logiques usuels-du type ECL. La résis- tance Rs a pour fonction de maintenirseùsiblement constant le courant circulant à travers l'amplificateur différentiel, indépendam- ment de la position instantanée de ce dernier. A l'opposé des éléments logiques de type ECL dans lesquels la base d'un transistor de l'amplificateur différentiel est soumise à un potentiel de référence fixe, l'élément logique selon la figure 1 ne présente qu'une faible dissipation d'environ 4 mW par fonction logique. Un tel élément logique selon la afi- gure 1 présente toutefois l'inconvénient d'une sensibilité élevée vis-b-vis des fluctuations de la température et de la tension d'a- limentation. Une variation d'environ 107. de la tension d'aliments- tion entrain en effet une modification du niveau de. sortie d'environ 17%. Les fluctuations de la tension d'alimentation peuvent ainsi réduire de façon appréciable la fiabilité d'emploi. Un tel inconvénient peut toutefois Entre Eli- miné grace à un montage de source de courant dans lequel, d'une manière en elle-*a connue dans la technique ECL, la résistance Rs est remplacée par un transistor commandé de façon approprié. La présente invention se donne précisément pour but de concevoir une source de courant comportant un tel transistor et agencée de façon telle que le courant circulant à travers l'amplificateur différentiel ne soit pas seulement indépendant de la position instantanée de ce dernier, mais également des fluctuations de la tension d'alimentation ainsi que de la température.La source de courant doit en l'occurrence ne présenter elle-meme qu'une faiblè dissipation, et elle doit pouvoir se prêter à l'alimentation d'un nombre relativement élevé d'éléments logiques sans accroissement appréciable de la puissance dissipée globale. Son mode de fonctionnement doit en outre reposer pour l'essentiel sur des rapports de résistances, tandis que les valeurs absolues de ces résistances, toujours très difficiles à reproduire de façon précise dans la technique de réalisation des circuits intégrés, ne devront jouer dans tous les cas qu'un rôle secondaire. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, et dans un montage de source de courant du type précité, gracie au fait que la base dudit transistor ou les bases de transistors correspondants est ou sont reliée(s) à l'émetteur d'un transistor branché en émetteur suiveur, que la base de ce transistor branché en émetteur suiveur est raccordée au collecteur d'un autre transistor pourvu d'une résistance de collecteur et d'une résistance d'émetteur et ayant sa base connectée au point de jonction de deux résistances qui constituent un montage diviseur de tension inséré entre les deux piles de la source de tension d'alimentation, que le rapport entre la valeur de la résistance du diviseur de tension rac- cordée au pôle côté émetteur et la valeur totale dudit diviseur est au moins approximativement égal au rapport entre la résistance de collecteur et la résistance d'émetteur de l'autre transistor, et que la densité de courant d'émetteur du transistor branché en émetteur suiveur est choisie sensiblement inférieure à celle des autres transistors. L'invention sera à présent décrite plus en détail à propos d'une forme de réalisation, donnée à simple titre d'exemple illustratif, et avec référence aux dessins ci-annexés, en lesquels La figure 1 reproduit le schéma d'un élément logique connu, déjà mentionné ci-dessus. La figure 2 reproduit le schéma d'une source de courant compensée selon la présente invention et destinée à l'alimentation de plusieurs éléments logiques tels que celui de la figure 1. La figure 3 est un diagramme illustrant les facteurs intervenant dans la compensation de température. La figure 2 représente, sus lieu et place de plusieurs éléments logiques identiques ou analogues, deux élé- ments logiques non particulièrement repérés mais conformes à celui de la figure 1, avec toutefois cette différence que les résistances Rs servant selon la figure 1 à l'injection du courant sont rempla- cées par les transistors T11...Tln pourvus de résistances d'émetteur correspondantes R11...Rln. La valeur de ces résistances n'atteint qu'une fraction de la valeur de la résistance Rs. Les bases des transistors T11...Tln sont raccordées à l'émetteur dlun transistor T2 qui fonctionne en émetteur suiveur. Ceci signifie, de façon connue, que la tension apparaissant aux bornes de sa résistance d'émetteur R2 constitue la tension de sortie de l'étage concerné. La tension de commande pour I ' émetteur suiveur est prélevée sur le collecteur du transistor T3 qui est pourvu en conséquence d'une résistance d'émetteur R4. La base du transistor T3 est raccordée au point de jonction de deux résistances R5 et R6, lesquelles divisent dans le rapport de leurs valeurs la tension fournie par la source de tension d 'alimentation entre ses pôles Uo et Uv (par exemple, environ 2 V). La résistance R5 est plus précisèment reliée par l'une de ses extrémités au pôle Uv (-2V) côté collecteur. Il est possible d'obtenir, grace à un choix approprié des valeurs des résistances R3 à R6, que la tension Ul-Uv (figure 2) qui assure la commande de 1 'émetteur suiveur constitué par le transistor T2 soit indépendante de la tension d'alimentativ De ce fait sont rendus également indépendants de la tension d'alimentation, d'une part la tension U2-Uv assurant la commande des transistors Tîl . .Tln, d'autre part la tension U3-Uv apparaissant aux bornes des résistances d'émetteur R11...R1n de ces derniers transistors, et d'autre part enfin le courant I circulant dans les circuits de collecteur de ces mêmes transistors. Ceci se produit lorsque les valeurs des diverses résistances R3 à R6 satisfont à la relation suivante R6 I R3 R5 + R6 R4 Dans cette relation est négligée la résistance dynamique, très faible en comparaison de la résistance R4, du trajet base-émetteur du transistor T2. Le cas échéant, cette valeur de résistance devra être retranchée de la résistance R4. Les tensions Ul-Uv, U2-Uv, et U3-Uv sont proportionnelles à le tension bese-émetteur UBE des transistors, et dépendent par conséquent d'une façon générale de le température. Une compensation de température de la tension U3-Uv constituent en dernière analyse la veriable significative est toutefois possible lorsque sont employés des transistors présentant des coefficieRts de température différents Ceci peut etre obtenu de façon avantageuse en faisant fonctionner les transistors avec des densités de courant d'émetteur différentes.Dans le tableau ci-dessous sont reproduits des exemples chiffrés concrets, des conditions de fonctionnement identique ayant été choisies pour les transistors T11...Tln et pour le transistor T3 TI T3 T2 Unités Surface d'émetteur FE 34 780 E Courant d'émetteur 1E 1 m & BR de courant IE 0,0292 0,00128 mA/ Densité 2 d'émetteur jEI FE -SE2 oefficient de rempéra- q ln SE1 ture ICy~de la tension émettehr-base UBE BE 800 718 mV Dans les relations figurant dans le tableau ci-dessus, k désigne la constante de Bolzmann, soit 1,38 . 10-23 Ws/K , et q désigne la charge élémentaire, soit 1,6 . 10 18 As. La figure 3 des dessins fournit une représentation des conditions de fonctionnement présentes dans l'exempla de réalisation selon le tableau ci-dessus, hypothèse étant faite que soit déjà obtenoel'indépendance vis-à-vis de la tension d'alimentation. Ce diagramme montre comment varient les coefficients de température en fonction de diverses tensions par rapport au potentiel du pôle négatif Uv de la source de tension d'alimentation. I1 est admis en l'occurrence que le pôle Uv présente un potentiel de -2000 mV par rapport au potentiel Uo relié à la terre de la source de tension d'alimentation. Les gtmboles apparaissant sur ce diagramme ont la signification suivante Kr désigne le coefficient de température en général C1 désigne le coefficient de température de la tension base émetteur ZiaE1 des transistors T11...Tln ; KTT2 désigne le coefficient de température de la tension base émetteur '3'E2 du transistor T2 % désigne le coefficient de température de la grandeur R4 UBEl . R5 qui est proportionnelle à la tension base- émetteur du transistor T3. Pour le dimensionnement des divers éléments de la source de courant, et ainsi qu'il ressort de l'examen du diagramme de la figure 3, il convient de partir du fait que ne sont en règle générale fixés initialement que la tension d'alimentation Uv, le courant de sortie I ou les courants de sortie I identiques entre eux et, en raison de la compensation des influences de la tension d'alimentation sur le ou sur les courants de sortie, les relations ci-dessus précisées entre les résistances R3 à R6. Par contre, les valeurs absolues de toutes les résistances, les courants d'émetteur des transistors T2 et T3, ainsi que les surfaces d'émetteur et par conséquent les densités de courant d'émetteur de tous les transistors en deçà de certaines limites, peuvent encore être librement choisis.Mais de la densité de courant d'émetteur dépend, non seulement la tension base-émetteur % mais également le coefficient de température X de cette tension. Il pourra de la sorte arriver que l'oe n'atteigne au but désiré qu'après plusieurs modifications des valeurs caractéristiques. Les valeurs du tableau reproduit ci-dessus ott servi de base à l'établissement du diagramme de la figure 3. On admettra en outre que les tensions U3-Uv compensées en température qui apparaissent aux bornes des résistances R11...Rln atteignent 200 mV. Cette chute de tension a été portée sur l'axe des abscisses U-Uv et à partir de l'origine des coordonnées de manière à constituer une première branche de courbe. A l'extrémité de cette branche se raccorde une seconde branche associée aux transistors T11...T1n, et dont l'inclinaison et la longueur sont conditionnées par leur tension base-émetteur UBE1 et par le coefficient de température ET1 de ces deux tensions. A la suite de cette seconde branche de courbe est portée une troisième branche associée au transistor T2, laquelle présente une plus forte inclinaison du fait de la moindre densité de courant d'émetteur. Si l'extrémité de la troisième branche de courbe cor2) offre un point d'intersection avec une droite parallèle à la seconde branche de courbe (T11,..Tln)etpassant par l'origine des coordonnées, cela signifie que les densités de courant d'émetteur ont été correctement choisies. La quatrième branche de courbe ainsi constituée, laquelle est représentative du transistor T3 et constitue une ligne de fermeture du diagramme,est V fois plus longue que la seconde branche de courbe. Ce facteur V correspond au rapport R4/R3 de la résistance d'émetteur R4 à la résistance de collecteur R3 du transistor T3. Pour le point d'intersection entre la troisième et la quatrième branches de courbe, on a les relations: Dans la majorité des cas, le choix initial des valeurs ne fournira pas le succès espéré. Il faudra par consE- quent partir d'autres valeurs de densité de courant d'émetteur, tout en considérant également, l'opposé de ce qui a été admis dans l'exemple de réalisation ci-dessus, que les densités de courant d'émetteur des transistors T11...Tln et T3 peuvent dtre choisies différentes l'une de autre. REVENDICATIONS 1. Source de courant indépendante de la température et de la tension d 1alimentation, et comprenant au moins un transistor dont le collecteur est relié par l'intermédiaire d'ton récepteur de courant constant au pôle côté collecteur de la source de tension d'alimentation et dont l'émetteur est connecté par lrin- termédiaire d'une résistance d'émetteur au pôle côté émetteur de cette même source, caractérisée par le fait que la base dudit trt,- sistor (T11) ou les bases de transistors correspondants (T11...T1n) est ou sont reliée(s) à metteur d'un transistor cor2) branché en émetteur suiveur, que la base de ce transistor branché en émetteur suiveur est raccordée au collecteur d'un autre transistor (T3) pourvu d'une résistance de collecteur (R3) et d'une résistance d'émetteur (R4) et ayant sa base connectée au point de jonction de deux résistances CR5, R6) qui constituent un montage diviseur de tension inséré entre les deux pâles (Uo, Uv) de la source de tension d'alimentation, que le rapport entre la valeur de la résistance (R6) du diviseur de tension raccordée au pôle côté émetteur et la valeur totale (R5 + R6) dudit diviseur est au moins approximativement égal au rapport entre la résistance de collecteur (R3) et la résistance d'émetteur (R4) de l'autre transistor (T3), et que la densité de courant d'émetteur du transistor cor2) branché en émetteur suiveur est choisie sensiblement inférieure à celle des autres transistors Cfll...Tln ; T3). 2. Source de courant selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les différences de densité de courant d'émetteur sont obtenues grace à un dimensionnement différent des surfaces d'émetteur.