Brevet FR2295643A1 — publié le 19760716

La présente invention concerne un système perfectionné et rapide pour commander un dispositif de comautation électronique tel une diode de coi,autation semi-conductrice. Lorsqu'on désire réaliser une commutation tres rapide et à cadence élevée, on se heurte à des problèmes qui sont principalement de deux ordres. le premier est lié à la nature du dispositif de col-utation utilisé : c'est le problème posé par l'existence de capacités parasites. En effet, les dispositifs semi-conducteurs employés en commutation font intervenir un effet capacitif da principalement aux jonctions.Le deuxième problème à résoudre est celui du circuit de commande dudit dispositif de c tation, Si ledit dispositif est utiL- sé pour prélever et maintenir en mSaire la valeur instantanée d'un signal analogique appliqué à son entrée, on conçoit que pour un signal d'entrée à fr4- quence élevée, le temps d'ouverture dudit dispositif doit entre très petit de manière que la variation du signal pendant ce temps puisse astre considérde corne négligeable; d'autre part la commutation dudit dispositif doit entre très franche be pour que la valeur enregistrée reprsente aeec précision le signal appliqué à l'entrée. Une porte analogique présentant de faibles capacités parasitas et capable d'atteindre une fréquence de fonctionnewent élevée a déjà été décrite dans le brevet français N 1 527 845 déposé le 27 février 1967 par la demande- resse et intitulé "Circuit d'échantillonnage pour codeur rapide en multiples dans le temps". Dans ce brevet est représentée en particulier une porte analogique constituée par un pont de diodes rendu passant sous l'action de deux générateurs de courant et bloqué par application d'une tension de blocage aux bornes dudit pont.L'inconvénient majeur d'un tel circuit de commande réside dans le fait que les générateurs de courent opérent dans le mode "tout ou rient ce qui implique des temps de commutation longs et par suite une limitation de la cadence admissible et une limitation dans la précision. Aussi un objet de la présente invention est donc de fournir un circuit de commande amélioré ne présentant pas les inconvénients précités pour un dlspn- sitif de commutation électronique. Selon une caractéristique de l'invention le circuit de commande d'us dispositif de commutation électronique comprend deux générateurs de courant de polarité inverse pour L'alimentation dudit dispositif, le courant fourni par chaque générateur étant réparti entre deux branches par l'intermédiaire de transistors montés en amplificateur différentiel et chaque branche étant comec- tée à une borne dudit dispositif de commutation, deux circuits d'entrée reliés entre eux et par l'intermédiaire desquels une impulsion de commande unique peut être transmise sur la base d'un transistor de chacun desdits amplificateurs différentiels à la fois modifiant ainsi la répartition des courants dans lesdites deux branches. D'autrés objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description suivante d'un exemple d'application préféré, ladite description étant faite à titre d'exemple et en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 montre le circuit de commande d'un dispositif de commutation électronique en accord avec les principes de l'invention; - la figure 2 montre un exemple de générateur de courant pouvant être utilisé pour le circuit de commande de la figure 1; - la figure 3 montre un autre exemple de dispositif de commutation auquel s'applique le circuit de la figure 1. Le schéma de la figure 1 permet de comprendre le fonctionnement du circuit de commande selon l'invention. Sur cette figure on a représenté un dispositif de commutation 3 constitué par une diode de commutation 31 et une résistance 32 connectée en parallèle sur la diode. Bien d'autres dispositifs peuvent etre également commandés à I'aide du circuit selon l'invention comme on le verra plus loin; ce dispositif est choisi à titre d'exemple en raison de sa simplicité. Deux générateurs de courant de polarité inverse G1 et G2 permettent l'alimentation du dispositif de commutation 3 en fournissant un courant constant I. Chaque générateur de courant est relié aux bornes A et B du dispositif de commutation 3 par l'intermédiaire de deux transistors montés en amplificateur différentiel. Les collecteurs des transistors sont reliés chacun à une borne A ou-B dudit dispositif tandis que les émetteurs des transistors de chaque amplificateur différentiel sont couplés par l'intermédiaire de deux résistances. Les transistors 11 et 12 avec leur résistance 13 et 14 respectivement sont associés au générateur de courant G1 auquel ils sont reliés au point commun des deux résitances 13 et 14.Le transistor 11 est relié à la borne A et le transistor 12 est relié à la borne B dudit dispositif de commutation 3. Les transistors 21 et 22 avec leur résistance 23 et 24 respectivement sont associés au générateur de courant G2 auquel ils sont reliés au point commun des deux résistances 23 et 24. Le transistor 21 est relié à la borne A et le transit tor 22 est relié à la borne B dudit dispositif de commutation 3. Les transistors d'un même amplificateur différentiel sont d'un me type mais les deux amplificateurs différentiels sont constitués par des transistors de type complémentaire. La base d'un des transistors de chaque amplificateur différentiel (les transistors 12 et 22 par exemple) est à un potentiel fixe déterminé par un pont diviseur de tension : le pont des résistances 17 et 19 connectées entre la masse et la source de tension +V est associé au transistor 12; le pont des résistances 27 et 29, connectées entre la masse et la source de tension - V, est associé au transistor 22. Deux capacités de découplage 18 et 28 sont connectées aux bornes des résistances 17 et 27 respectivement.Les bases des seconds transistors de chaque amplificateur différentiel sont reliées à l'entrée de commande C par l'intermédiaire d'une capacité de liaison (C1 pour le transistor 11 et C2 pour le transistor 21). Un pont de polarisation fixe le potentiel de la base de chaque transistor : il est constitué des résistances 15 et 16 connectées entre la masse et la source de tension + V pour le transistor il et des résistances 25 et 26 connectées entre la masse et la source de tension - V pour le transistor 21. Les générateurs de courant CI et G2 fournissent chacun un courant constant de même valeur I mais de sens opposé. Le courant I fourni par le gene- rateur Cl est réparai entre les émetteurs des transistors 11 et 12. Ces transistors étant polarisés de façon à notre dans un état conducteur, des courants Il et I2 apparaissent sur les collecteurs des transistors 11 et 12 respectivement. De la meme manière le courant - I fourni par le générateur G2 est réparti entre les circuits émetteurs des transistors 21 et 22 de sorte qu'il existe des courants I3 et I4 sur les collecteurs de ces transistors.21 et 22 respectivement. La polarisation des transistors de chaque amplificateur différentiel est telle qu'en l'absence de tout signal sur l'entrée de commande C les différents courants satisfont aux relations suivantes I1 = I4 = K/lO (1) I2 = I3 = K (2) où K est une constante de proportionnalité. Si on pose Ip, la valeur du courant circulant dans le dispositif de commutation 3 dans le sens de A vers B, on peut écrire, en appliquant la loi de Kirchhoff respectivement à la borne A et à la borne B, les égalités suivantes Ip = I1 - I3 (loi de Kirchhoff au point A) (3) Ip = I4 - I2 (loi de Kirchhoff au point B) (4) 9K. soit en tenant compte des relations (1) et (2) : Ip = -. Le courant Ip traverse donc en fait le dispositif de commutation 3 dans le sens inverse du sens conventionnel choisi, c'est-à-dire dans le sens de B vers A. Le courant Ip fait alors apparaitre aux bornes de la résistance 32 une tension positive VB - VA = 9K si R est la valeur de la résistance 32. 10 Cette tension positive VB - VA a pour effet de maintenir la diode 31 dans un état bloqué. Si par contre une impulsion de tension négative apparaît sur de commande C, celle-ci est transmise sur la base des transistors li et 21 par l'intermédiaire des capacités de liaison C1 et C2 respectivement. En réponse à cette impulsion de commande, le potentiel des bases des transistors il et 21 diminue augmentant ainsi le courant traversant le transistor 11, soit Il, et diminuant celui traversant le transistor 21, soit 13. Le courant fourni par le générateur G1 ou G2 est constant, ce qui implique que la somme des courants fournis par les transistors d'un même amplificateur différentiel reste constante.Ainsi une augentation du coulant Il s'accompagne d'une diminution du courant I2 telle que les variations des courants I1 et I2 sont égales et de sens contraire. I1 en est de meme des variations des courants I3 et I4. La diminution de la valeur du courant I3 s'accompagne d'une augmentation du courant I4. Cette propriété de chaque amplificateur différentiel est mise à profit selon l'invention pour modifier les conditions de fonctionnement du dispositif de commutation 3. On a établi précédemment que lorsque les rela 9K tions (1) et (2) étaient satisfaites, un courant Ip = - 190 traversait ledit dispositif dans le sens de B vers A.Si les variations des courants I1, I2, I3 et T4, dues à une impulsion négative appliquée sur l'entrée de commande C, sont telles que ceux-ci satisfont aux relations suivantes Il = I4 = K (5) I2 = I3 = K/10 (6) où K est la constante de proportionnalité précédente, le courant traversant 9K le dispositif 3 est alors : Ip = 10 c'est-à-dire dans le sens de A vers B. Ce nouveau courant Ip a donc pour effet de rendre la diode 31 passante et par suite de diminuer fortement l'impédance entre les points A et B. Le temps de commutation du dispositif 3 peut être amélioré en choisissant de manière convenable la valeur de K. Le processus inverse a lieu à la fin de l'impulsion de commande. Les variations des courants I1 et I2 d'une part, I3 et I4 d'autre part sont à nouveau inversées et on retrouve les conditions précédemment définies (1) et (2). L'exemple qui a été décrit ci-dessus permet de comprendre le fonctionnement du circuit de commande d'un dispositif de commutation tel que le dispositif 3 de la figure 1. On a montré en particulier comment un tel dispositif peut être rendu passant ou bloqué selon-qu'une impulsion négative est présente ou non sur l'entrée de commande C. Mais un autre avantage du circuit de commande selon l'invention est la possibilité d'agir non seulement sur le sens du courant traversant ledit dispositif mais également sur la valeur de ce courant. En effet, la variation du courant de sortie des transistors de chaque amplificateur différentiel est fonction de l'amplitude de l'impulsion de commande appliquée sur la base des transistors li et 21.En d'autre termes, la valeur du courant traversant la diode lorsque celle-ci est passante est fonction de l'amplitude de ladite impulsion. Aussi, si le circuit selon l'invention est commandé à l'aide d'échelons calibrés de tension, le courant dans la diode a une valeur bien définie correspondant à chaque échelon appliqué. Il faut pour cela réaliser une liaison continue entre l'entrée de commande C et la base des transistors commandés, soient : les transistorsll et 21. Cette liaison continue est aisément obtenue à l'aide d'une diode Zener connectée en parallèle sur chaque capacité de liaison C1 et C2. Cet avantage peut entre ais à profit pour réaliser un atténuateur variable dans le domaine hyperfréquence.Un tel atténuateur est, par sens ple, constitué par un guide d'onde dans lequel une diode de coisutation hyperfréquence de type PIN a été placée. le r8le de la diode est alors de permettre une atténuation qui est fonction du courant qui la traverse et il importe dans ce cas que la commutation de la diode soit effectuée tres rapidement et que le courant désiré soit atteint au bout d'un délai très court. Le circuit de corman- de selon l'invention et représenté à la figure l peut avantageusement être utilisé pour cette application particuliàre. A la figure 2 on a représenté unexe-ple de réalisation d'un générateur de courant qui peut entre utilisé dans le circuit selon l'invention Le générateur de courant choisi est le générateur Cl mais il est bien évident que le meme schéma, aux polarités près, convient pour le générateur de courant G2. Le générateur Gl comprend un amplificateur opérationnel 41 associé à un transistor de type NP 42. L'émetteur du transistor 42 est relié d'une part à la souroe d'alimentation + V par l'intermédiaire d'une résistance 43 et d'autre part à une entrée de l'amplificateur opérationnel 41. La deuxième entrée dudit amplifi- cateur 41 est à un potentiel fixe déterminé par le pont de résistances 44 et 45 connectées respectivement entre la source de tension + V et la masse. L'amplifi- cateur opérationnel 41 alimente en courant la base du transistor 42, dont le collecteur est parcouru par un courant constant I. Une capacité de découplage 46 est connectée en parallèle sur la résistance 45. Un circuit identique est utilisé pour le générateur de courant G2.La source de tension +V est remplacée par une source de tension négative - V et le transistor de type PNP 42 est remplacé par un transistor de type NPS. Afin d'équilibrer les valeurs des courants fournis par les générateurs G1 et G2, on peut prévoir de remplacer la résistance fixe d'émetteur d'un des circuits Gl ou G2 (par exemple la résistance 43) par une résistance ajustable. Sur la figure 3, on a représenté un deuxième type de dispositif de commutation pouvant être commandé par le circuit selon l'invention de la figure 1. Ce dispositif de commutation 33 est constitué par un pont classique de quatre diodes331, 332, 333 et 334 et une résistance 335. Ce dispositif constitue une porte analogique à faibles capacités parasites et peut être connecté entre les bornes A et B du circuit de la figure I. L'un des points commans à deux diodes série (331 et 333) reçoit le signal d'entrée Ve transmis par le circuit séparateur 34 et le signal apparatt sur l'autre point commun à deux diodes série (332 et 334) lorsque le dispositif'de commutation 33 est rendu passant. Une capacité de maintien CM enregistre la valeur de ce signal qui est ensuite transmise sur la sortte du circuit séparateur 35. les circuits séparateurs 34 et 35 sont des amplificateurs bouclés avec un gain égal à 1 réalisant l'adaptation d'impédance entre l'entrée et la sortie desdits amplificateurs. Le fonctionnement du dispositif de commutation de la figure 3 n'est pas différent de celui montré à la figure 1. Le pont est bloqué lorsque le courant traverse le dispositif dans le sens de B vers A faisant ainsi apparattre aux bornes de la résistance 335 une tension VB - VA positive. L'impédance du pont est alors très élevée et la porte 33 est fermée. Par contre le pont est passant lorsque le courant traverse ledit dispositif dans le sens de A vers B; l'impédance du pont est alors très faible et la capacité CM est chargée à la valeur du signal d'entrée Ve Un autre avantage d'un dispositif de commutation tel que celui de la figure 3 et commandé par le circuit selon l'invention est que le point commun aux diodes série 332 et 334 est à potentiel flottant. En conséquence la charge de la capacité de maintien CM est maintenue quelle que soit la tension d'éntrée Ve, si Ive - VCM reste inférieur à la tension développée aux bornes de la résistance 335 lorsque la porte à diodes 33 est bloquée. Le temps de maintien de la charge peut être très long par rapport au temps d'ouverture de ladite porte. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'une application particulière, il est clair que ladite description est donnée à titre d'exemple et qu'elle est susceptible d'autres modificstions ou variantes sans sortir de son domaine. REYE\nICSTIONS 1. Circuit de commande pour un dispositif de commutation électronique qui comporte au moins une diode en parallèle sur une résistance caractérisé en ce qu'il comprend deux générateurs de courant constant fournissant chacun un courant de mêne valeur nais de sens opposé, deux amplificateurs différentiels, chacun étant associé à un desdits générateurs de courant et constitué de deux transistors de même type dont les circuits dr.etteur-collcsteur fornent deux branches connectées respectivement aux deux bornes dudit dispositif de commutation; en ce que le courant fourni par chaque générateur de courant est inégale- ment réparti entre les deux branches dudit amplificateur différentiel associé de telle manière que le courant issu d'un amplificateur différentiel sur une branche connectée à une borne dudit dispositif soit égal au courant issu de l'autre amplificateur différentiel sur la branche connectée à l'autre borne dudit dispositif et en ce que les bases e deux transistors reliés à une meme borne dudit dispositif recoivent simultanément d'une entrée de commande une m me impul- sion de tension de telle sorte que la répartition des courants issus de chaque amplificateur différentiel soit modifiée. 2. Circuit de commande selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour chaque transistor desdits amplificateurs différentiels, l'émetteur est relié au générateur de courant qui lui est associé par l'internêdiaire d'une résistance et la base est à une tension fixe de polarisation et en ce que lesdites bases reçevant une même impulsion de commande sont reliées à l'entrée de commande par l'intermédiaire d'une capacité de liaison. 3. Circuit de commande selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdites bases recevant une même inpulsion de commande sont reliées à l'entrée de commande chacune par l'intermédiaire d'une diode Zener connectée en parallèle sur une capacité de liaison.