Brevet FR2308978A1 — publié le 19761119

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation en courant régulé comportant: un premier et un deuxième parcours de courant aménagés entre deux bornes communes, un premier circuit de distribution de courant, comportant un transistor d'un premier type de conduction et une jonction semiconductrice, et déterminant un rapport invariable entre les intensités de courant à ses bornes, et un deuxième circuit de distribution de courant, comportant un transistor du second type de conduction et une jonction semiconductrice, et déterminant un rapport invariable entre les intensités de courant à ses bornes, chaque parcours comportant au moins le trajet collecteur-émetteur d'un transistor de l'un des circuits de distribution et une jonction semiconductrice de l'autre circuit de distribution. On connaît des circuits logiques intégrés du genre de ceux qui sont décrits dans la demande de brevet français ne 73 32 916 déposée le 13 Septembre 1973, au nom de la Demanderesse, sous le titre 11Circuits logiques intégrés à injecteurs de courant", dont la structure comporte au moins un injecteur de courant et qui sont disposés en série au point de vue alimentation. Ces circuits à injection nécessitent des sources d'alimentation à courant constant, mais sont susceptibles dtetre alimentés à partir de sources à tension variable. Pour alimenter par exemple des circuits du type dit I2L (de l'anglais injected integrated logic), une source à régulation en courant est nécessaire.Mais les sources de courant constant, intégrables, ont une consommation relativement trop forte, leurs moyens de stabilisation du courant entraînent une chute de tension importante, en regard des courants et des tensions mises en jeu dans les circuits à injection. On connaît également les sources de courant constant décrites dans le brevet français nO 2 117 914, comportant: deux parcours de courant aménagés entre deux bornes communes, deux circuits de distribution de courant déterminant chacun un rapport invariable entre les intensités de courant à ses bornes. Un des deux parcours comporte une impédance dont la valeur détermine une intensité de courant de sortie, indépendante de la tension d'entrée.Par l'expression "circuit de distribution de courant" il y a lieu d'entendre ici un circuit dans lequel le branchement en parallèle de jonctions semiconductrices de diodes et/ou de transistors entraîne un rapport défini entre les intensités des courants d'entrée et de sortie. Les circuits de distribution de courant envisagés sont constitués par exemple par deux transistors de meme structure, dont l'un est utilisé en diode au moyen d'une liaison entre sa base et son collecteur. Les émetteurs des deux transistors sont reliés à une borne commune, les bases des deux transistors sont reliées entre elles.Si l'on désigne par I1 le courant de collecteur du premier transistor, par I2 le courant délivré par le transistor utilisé en diode et par 10 le courant fourni par la borne commune, on obtient IO+I1+I2=O et I2=KI1, K étant un coefficient fonction du rapport des surfaces actives d'émetteur des deux transistors et du gain du premier transistor. La présente invention a principalement pour but de remédier aux inconvénients des dispositifs connus et de fournir un dispositif d'alimentation àcourant constant, indépendamment de la tension de la source, présentant une chute de tension minimale et susceptible d'alimenter en série un ou plusieurs étages de circuits de type I2L à partir d'une source dont la tension présente de fortes variations. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif d'alimentation à courant constant indépendant de la tension de la source, destiné à alimenter un circuit qui, par sa caractéristique non linéaire et avec une chute de tension totale supérieure à la chute de tension d'une jonction P/N semiconductrice polarisée en direct, est susceptible de servir de référence de tension. L'invention utilise la possibilité des circuits de type I2L de servir de référence de tension, les chutes de tension que représentent les diodes et/ou les transistors d'injection étant sensiblement constantes et constamment en circuit. Selon l'invention, le dispositif d'alimentation en courant régulé, conforme au préambule, est remarquable principalement en ce qu'une résistance est insérée sur un des parcours de courant entre les deux circuits de distribution, et en ce qu'une référence de tension, constituée par le circuit alimenté et présentant une chute de tension sensiblement supérieure à la chute de tension d'une diode en direct, est en parallèle avec l'ensemble constitué par ladite résistance et la jonction semiconductrice d'un des circuits de distribution connectée à ladite résistance. Les deux circuits de distribution et la résistance mise en série forment une boucle de réaction. Le courant dans cette boucle tend à augmenter si le gain total de la boucle est supérieur à l'unité. L'équilibre s'établit lorsque la tension aux bornes de l'ensemble constitué par la résistance et la jonction semiconduc trice atteint la valeur de la chute de tension dans la référence de tension, les courants dans la boucle et dans la référence de tension ont alors des intensités déterminées, fonction de la valeur de la résistance. Le courant dans la référence de tension, diminuant le gain de boucle, le réduit à une valeur inférieure à l'unité qui empêche l'augmentation du courant de boucle et stabilise le dispositif. Le gain de boucle étant en service inférieur à l'unité, il y a amortissement des perturbations et élimination de toute oscillation.La référence de tension étant constituée par le circuit à alimenter, sa consommation n'est pas une perte d'énergie, la chute de tension dans la référence de tension est une chute de tension active, et le courant dans la référence de tension est un courant utile. Les circuits de distribution déterminant des courants dont les intensités sont dans un rapport fixe sont de préférence constitués chacun par deux transistors de même type de conduction, de structure identique, de même forme et mêmes matériaux, un des deux transistors ayant son collecteur relié à sa base. Les émetteurs des deux transistors sont couplés et les bases des deux transistors sont également couplées. Le rapport des courants de collecteur est fonction du rapport des surfaces actives d'émetteur, toutes choses égales par ailleurs entre les deux transistors. Bien que le dispositif présente un état stable et des courants constants, déterminés par la valeur de la résistance et celle de la référence de tension, il peut également présenter un autre état stable, où toutes les intensités de courant sont nulles, les transistors des circuits de distribution de courant étant à l'état non conducteur. Il peut être nécessaire dans ce cas d'amorcer le dispositif en introduisant dans la boucle de réaction un léger courant d'amorçage, par un moyen dont la consommation doit être très faible, et qui ne soit pas susceptible de perturber le gain de la boucle de réaction. Un moyen d'amorçage avantageux est constitué par un transistor dont l'émetteur est relié à une borne commune, dont la base est en l'air et dont le courant de collecteur est introduit dans la bou cle de réaction. Un autre moyen d'amorçage est constitué par une capacité branchée sur ladite borne commune et dont la mise sous tension de la source provoque la charge. Le courant de décharge est introduit dans la boucle de réaction, de préférence après amplification par un transistor, de façon à utiliser une capacité intégrable de valeur minimale. Il est à noter que dans tous les cas d'introduction d'un courant d'amorçage, le moyen d'amorçage ne doit pas, en fonctionnement normal après amorçage, perturber le courant de régulation et le gain de la boucle de réaction. Le circuit qui est alimenté en courant régulé doit provoquer un décalage de tension supérieur à la chute de tension d'une jonction semiconductrice polarisée en direct; en effet la tension aux bornes de la résistance est égale à la différence entre le décala- ge de tension aux bornes dudit circuit et la chute de tension dans la jonction émetteur-base du transistor utilisé en diode du parcours de courant où est insérée la résistance. Le dispositif selon l'invention est particulièrement apte à réguler le courant pour un circuit comprenant deux étages de diodes, la tension aux bornes de la résistance étant dans ce cas égale à une chute de tension dans une diode. Les deux étages de diodes correspondent par exemple à deux niveaux logiques de circuits I2L. Dans le cas où le circuit alimenté ne comprend qu'un seul étage correspondant à une chute de tension d'une diode, ou tout au moins un décalage de tension insuffisant, une diode supplémentaire au moins est ajoutée, en série avec ledit circuit, de façon à atteindre un décalage de tension total suffisant. De préférence les transistors du premier circuit de distribution de courant sont de type PNP et les transistors du second circuit de distribution de courant sont de type NPN. Le dispositif d'alimentation est entièrement intégrable, y compris le circuit alimenté servant de référence de tension. Avantageusement, dans le cas d'alimentation de circuits I2L, les transistors du premier circuit de distribution de courant, de type PNP, sont des transistors de structure latérale, les transistors de type NPN du second circuit de distribution de courant étant de structure verticale. Selon une variante de réalisation, les transistors d'un circuit de distribution de courant ont une base et un émetteur communs et se réduisent à un transistor à deux collecteurs. Les surfaces actives des émetteurs déterminant le rapport des courants de collecteurs, se réduisent dans ce cas aux surfaces de l'émetteur situées en regard de chacun des collecteurs. L'invention est applicable à l'alimentation à courant constant de circuits logiques à chute de tension déterminée à partir de sources à tensions variables, particulièrement dans le cas où ces circuits ont une très faible consommation. L'invention est notamment adaptée à l'alimentation de circuits de type I 2L et en particulier de circuits I 2L comportant deux niveaux de tension d'alimentation en série. La description qui va suivre en regard des dessins annexés fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un schéma d'un dispositif d'alimentation en courant régulé conforme à l'invention. La figure 2 est un schéma d'une variante de réalisation du dispositif précédent. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte un premier circuit de distribution de courant, formé par deux transistors T1 et T2, dont les jonctions base-émetteur sont branchées en parallèle. Le transistor T2 est utilisé comme diode, son collecteur étant relié à sa base. Les émetteurs de T1 et de T2 sont branchés à une borne commune représentée par un conducteur L1 au potentiel positif +V. Les deux transistors T1 et T2, de type PNP, déterminent dans les deux parcours de courant du dispositif B1 et B2, des courants dont les intensités sont sensiblement dans le rapport des surfaces d'émetteurs des transistors T1 et T2, au gain du transistor T1 près. Un deuxième circuit de distribution de courant est formé par deux transistors T3 et T4 dont les jonctions base-émetteur sont branchées en parallèle. Le transistor T3 est utilisé comme diode, son collecteur étant relié à sa base. Les émetteurs de T3 et de sont branchés à une borne commune représentée par un conducteur L2 au potentiel négatif -V. Les deux transistors T3 et T4, de type NPN, transmettent à la borne commune L2 des courants dont les intensités sont sensiblement dans le rapport des surfaces d'émetteurs des transistors T3 et T4, au gain du transistor T4 près. En série avec les transistors T1 et T3, dans la branche B1, est introduite une résistance R1. Le circuit à alimenter est symbolisé sur la figure 1 par les deux diodes D1 et D2, mises en série dans le sens direct, dont la chute de tension totale maximale est supérieure à celle de la diode formée par le transistor T L'ensemble des deux diodes D1 et D2 est branché entre la borne A de la résistance R1 la plus proche du premier circuit de distribution et la deuxième borne commune représentée par le conducteur L2. Un transistor T5 dont la base est commandée par un condensateur C5 est branché entre la borne commune L1 et le point commun des bases des transistors T et T4. Ce condensateur et le transis 3 tor T5 qui amplifie les courants de charge et de décharge constituent un moyen d'amorçage éventuel. Si l'on considère le dispositif à partir d'une tension nulle augmentant rapidement, le courant de charge de C5 amplifié par T5 est injecté dans la boucle de réaction en F et commande la base du transistor T4. La conduction de ce dernier qui en résulte, permet d'alimenter la base du transistor T1 et de rendre ce dernier également conducteur. Le courant dans la boucle constitué par les transistors T1, T2, T3, T4 et la résistance R peut augmenter, le gain de cette boucle étant supérieur à l'unité et la tension aux bornes des diodes D1 et D2 étant insuffisantes pour que le circuit qu'elles représentent laisse passer un courant notable. Lorsque la tension au point A devient suffisante pour que les diodes D1 et D2 conduisent, une partie du courant débité par le transistor T1 traverse les diodes D1 et D2 et le gain de la boucle de réaction est réduit à une valeur inférieure à 1.Le courant dans la boucle ne peut plus augmenter et est stabilisé à la valeur atteinte. Cette valeur est déterminée par la résistance R1. En effet le courant dans cette résistance est égal à expression dans laquelle VD1et VD2sont les tensions aux bornes des diodes de l'ensemble D1-D2 respectivement, et VBET3 est la tension baseémetteur du transistor T3. Le courant dans la branche B2 est ainsi déterminé, son intensité est I2 = KI1 avec K = rapport dépendant des surfaces d'émetteurs des transistors T3 et T4. Le courant dans la branche B1 est aussi déterminé, son intensité est 13 = K'12 avec K' = rapport dépendant des surfaces d'émetteurs des transistors T1 et T2. Les courants I3, I2 et I1 étant déterminés, quelle que soit la tension V entre les bornes L1 et L2, le courant I dans les diodes D1 et D2 est également fixé; la condition de tension minimale entre L1 et L2 est V > VD1 + VD2 + VICE1, VICE1 étant la tension entre émetteur et collecteur du transistor T1 dans les conditions de saturation ou très proches de la saturation. On retrouve sur le schéma de la figure 2 les principaux éléments du dispositif de la figure 1. Un premier circuit de distribution de courant est constitué par un transistor T7 à deux collecteurs, un des deux collecteurs étant relié à la base. De même un second circuit de distribution de courant est constitué par un transistor T6 à deux collecteurs, un des deux collecteurs étant relié à la base. En série dans le parcours de courant comprenant le trajet collecteur-émetteur de T7 et la diode émetteur-base de T8 est introduite une résistance R2. Le circuit à alimenter est symbolisé par les deux diodes D3 et D4, branchées entre la borne G de la résistance R2 et le conducteur L4. Un transistor d'amorçage T8 dont la base est en l'air est branché entre le conducteur L3 et la borne G. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 2 est identique à celui du dispositif décrit en regard de la figure 1. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'alimentation en courant régulé comportant un premier et un deuxième parcours de courant aménagés entre deux bornes communes, un premier circuit de distribution de courant, comportant un transistor d'un premier type de conduction et une jonction semiconductrice, et déterminant un rapport invariable entre les intensités de courant à ses bornes, et un deuxième circuit de distribution de courant, comportant un transistor du second type de conduction et une jonction semiconductrice, et déterminant un rapport invariable entre les intensités de courant à ses bornes, chaque parcours comportant au moins le trajet collecteur-émetteur d'un transistor de l'un des circuits de distribution et une jonction semiconductrice de l'autre circuit de distribution, caractérisé en ce qu'unie résistance est insérée sur un des parcours de courant entre les deux circuits de distribution, et en ce qu'unie référence de tension constituée par le circuit alimenté et présentant une chute de tension sensiblement supérieure à la chute de tension d'une diode en direct, est en parallèle avec l'ensemble constitué par ladite résistance et la jonction semiconductrice d'un des circuits de distribution connectée à ladite résistance. 2.- Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits circuits de distribution est constitué par deux transistors de même type de conduction, de structure identique, de même forme et mêmes matériaux, un des deux transistors ayant une liaison directe entre son collecteur et sa base, les émetteurs des deux transistors étant couplés et les bases des deux transistors étant également couplées. 3.- Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour introduire un courant d'amorçage dans la boucle de réaction constituée par les deux circuits de distribution et la résistance. 4.- Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit alimenté servant de réfé- rence de tension comprend deux étages de diodes. 5.- Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, le circuit alimenté comportant un seul étage de diodes, une diode en sens direct est mise en série avec le circuit alimenté pour constituer la référence de tension. 6.- Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les transistors du premier circuit de distribution sont de type PNP et les transistors du second circuit de distribution de type NPN, l'ensemble en parallèle avec le circuit alimenté étant constitué par la résistance et la jonction semiconductrice du second circuit de distribution. 7.- Dispositif d'alimentation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les transistors du premier circuit de distribution ont une structure latérale et ceux du second circuit de distribution une structure verticale. 8.- Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les transistors d'un circuit de distribution ont une base commune et un émetteur commun et se réduisent à un transistor à deux collecteurs. 9.- Dispositif d'alimentation selon la revendication 3, carac térisé-en ce que le moyen d'amorçage est constitué par un transistor dont l'émetteur est relié à une borne commune, dont la base est en l'air et dont le courant de collecteur est introduit dans la boucle de réaction. 10.- Dispositif d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'amorçage est constitué par une capacité branchée entre une borne commune et un point de la boucle de réaction par l'intermédiaire d'un transistor d'amplification du courant de décharge.