Brevet FR2317701A1 — publié le 19770204

a présente invention concerne un circuit destiné à maintenir constants, indépendamment de la température, un courant et/ou une tension pour des montages électriques, en particulier dans le domaine de la technique des circuits intégrés servant par èxemple de source de tension d'étalonnage ou de diode à courant constant. Pour maintenir un courant constant indépendamment de la température on peut utiliser différents circuits générateurs de courant connus. En cas d'exigences rigoureuses, de tels générateurs de courant ne peuvent Autre utilisés que dans une plage limitée de tension d'alimentation et nécessitent de fortes dépenses en matière de composants. Il faut en outre une tension de référence externe qui en cas dtintégra- tion augmente encore le coût. Afin de maintenir constante une tension pour montages électriques on peut utiliser toute une série de circuits dans lesquels la constance de tension est obtenue au moyen d'un organe de référence réglé en courant et présentant la caractéristique de diode Zener. Ces circuits supposent cependant une tension d'entrée préréglée et, dans la mesure où des diodes Zener sont utilisées, ils ne sont pas applicables pour de faibles tensions. En outre, ils ne permettent pas de régler des valeurs de tension de référence choisies à volonté. Les circuits avec lesquels on produit de faibles tensions de référence présentant les mimes propriétés entrat- nent des dépenses sensiblement accrues en matière de composants, notamment lorsqu'il s'agit de satisfaire des conditions sévères. De plus, les variations de tension d'alimentation admissibles ainsi que la plage de réglage de Is tension de référence sont très limitées. La sortie du circuit présente une haute valeur ohmique et la compensation de température du circuit est influencée par une charge imposée à la sortie. La présente invention crée un circuit qui, destiné à maintenir constants, indépendamment de la température, un courant et/ou une tension, présente par rapport aux circuits classiques oes propriétés améliorées moyennant une faible dépense en mati are de composants et est applicable universellement et de manière reproductible en tant que circuit à composants distincts et en tant que circuit intégré monoli thique, tout en présentant un moindre encombrement et étant plus avantageux du point de vue des dépenses en matière constitutive. La présente invention propose de réaliser un circuit qui permet de maintenir constants simultanément des courants et des tensions indépendamment de la température et sans risque de court-circuit ainsi que de régler des valeurs de tension de référence quelconques indépendamment de sources de tension d'alimentation et de référence préstabilisées, la compensation de température se réalisant indépendamment de la charge imposée au circuit. En outre, en cas d'intégration, il s'agit pour les propriétés du circuit d'être indépendantes des valeurs obtenues dans une large plage par les processus de diffusion. La solution apportée à ce problème suivant la présente invention consiste en ce que dans un circuit équipé de transistors, diodes, résistances et dlun ou plusieurs organes de référence un pôle de la tension d'alimentation est relié, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs résistances et d'un transistor monté comme diode dans le sens passant, à l'un des collecteurs d'un transistor à collecteurs multiples ainsi que, par l'intermédiaire d'au moins deux diodes polarisées dans le sens passant, à un autre collecteur du transistor à collecteurs multiples. La base du transistor à collecteurs multiples est reliée au collecteur d'un transistor complémentaire du transistor à collecteurs multiples. L'émetteur de ce transistor est relié à une prise placée entre une résistance et le transistor monté en tant que diode.La base de ce transistor est reliée à une autre prise située entre les diodes polarisées dans le sens passant et le collecteur correspondant du transistor à collecteurs multiples. L'émetteur du transistor à collecteurs multiples est relié à l'autre pôle de la tension d'alimentation pour produire le courant indépendant de la température. La tension constante, indépendante de la température, peut être prélevée entre les lignes d'amenée à l'autre prise, située entre les diodes polarisées dans le sens passant et le collecteur correspondant du transistor à collecteurs multiples, et les lignes d'amenée reliées au de la tension d'alimentation situé du côté de la résistance. Ce circuit permet de maintenir constants simultanément des courants et des tensions sans risque de courtcircuit. En outre, des- valeurs de tension de référence quelconques peuvent etre réglées indépendamment de sources de tension d'alimentation et de référence stabilisées au préalable en tension. La compensation de température est indépendante de la charte imposée au circuit et, lorsqu'il s'agit de la teckr.Sque des circuits intégrés, les propriétés du circuit sont en outre indépendantes des valeurs obtenues dans une large plage par les processus de diffusion. Des tensions de référence plus élevées peuvent être produites lorsque, au lieu des diodes montées en série et polarises en sens passant, une ou plusieurs diodes Zener polarisées en sens inverse sont montées en série entre les lignes d'amenée à l'autre prise et les lignes d'amenée reliées au pôle de la tension d'alimentation situé du ctté de la résistance. Be même résultat est obtenu lorsque, entre les lignes d'amenée conduisant respectivement aux diodes polarisées en sens passant et le collecteur correspondant du transistor à collecteurs multiples, une ou plusieurs diodes Zener polarisées en sens inverse sont montées en série avec les diodes montées en série et polarisées dans le sens passant. Afin d'obtenir en cas d'utilisation de la technique des circuits intégrés, un plus grand écart de sécurité des propriétés du circuit par rapport aux valeurs d'amplification de courant, en particulier des transistors pnp, on fait en sorte que si le p8le positif de la source de tension est branché sur l'émetteur du transistor à collecteurs multiples le collecteur du transistor complémentaire se trouve relié à la base d'un transistor additionnel à émetteurs multiples. Le collecteur du transistor à émetteurs multiples est relié à la base du transistor à collecteurs multiples et les émetteurs sont reliés respectivement aux collecteurs du transistor à collecteurs multiples. Le meme résultat est obtenu lorsque, en cas de branché ment du pôle négatif de la source de tension sur ltémetteur du transistor a collecteurs multiples, la base du transistor complomentaire, au lieu d'entre reliée directement à l'un des collecteurs du transistor à collecteurs multiples, est reliée au collecteur d'un transistor additionnel. La base du transistor additionnel est reliée à la prise, située entre les diodes polarisées en sens passant et le collecteur correspondant du transistor à collecteurs multiples, et son émetteur est relié à la base du transistor à collecteurs multiples qui reste reliée au collecteur du transistor complémentaire. Si, au lieu des diodes génératrices de tension de référence situées entre l'autre priseet le pôle de la tension d'alimentation situe du côté de la résistance, un circuit bipolaire connu compensé en température et présentant la caractéristique de diodes Zener est monté de manière correspondante, le coût du circuit se trouve réduit en cas d'utilisation de la technique à composants distincts et en tout cas on obtient une amélioration en ce qui concerne la variation en fonction de la température. Afin d'accroître encore la sûreté de démarrage du dispositif régulateur, l'émetteur du transistor à collecteurs multiples est relié, par l'intermédiaIre d'une résistance de démarrage adaptée aux conditions de fonctionnement, à la base du transistor complémentaire. Pour des domaines d'application particuliers il peut être avantageux qu'au lieu des résistances soient prévus des résistances réglables ou des dispositifs électroniques de régulation de résistance. Dans ia mesure où le circuit est couplé thermiquement à un circuit thermostatique électrique connu en soi, la stabilité du courant et/ou de la tension vis-à-vis de la température se trouve encore influencée favorablement. En cas d'utilisation de la technique des circuits intégrés le circuit thermostatique électrique est logé avec le circuit suivant l'invention sur un corps semi-conducteur commun. Les deux circuits sont séparés électriquement l'un de l'autre mais peuvent être branchés sur une tension d'alimentation commune. Grâce à cette mesure les propriétés des circuits suivant l'invention sont indépendantes de la température ambiante à l'intérieur de la plage de réglage du circuit thermostatique. L'invention est expliauée plus en détail ci-dessous à l e de six exemples de réalisation illustrés aux dessins annexes. La fig. 1 représente le circuit de base. La f ig. 2 représente le circuit de base complémentaire. La fig. 3 représente un circuit pour tensions de référence plus élevées. La fig. 4 représente un circuit permettant d'obtenir un meilleur effet de transistor à collecteurs multiples. La fig. 5 représente un circuit présentant des propriétés améliores du transistor complémentaire. La fig. 6 représente un circuit présentant une sûreté ae démarrage accrue. Suivant la fig. 1 le pôle positif 1 de la connexion de batterie est relié, par l'intermédiaire de la résistance 2 et du transistor polarisé dans le sens passant en tant que diode, au collecteur 4 du transistor à collecteurs multiples 5 En outre, le pôle positif 1 de la connexion de batterie est relié par l'intermédiaire de deux diodes 6, 7 polarisées dans le sens passant au second collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5. La base 9 du transistor à collecteurs multiples 5 est reliée au collecteur 10 du transistor complémentaire Il dont l'émetteur 12 est relié à l'émetteur 13 du transistor 3, polarisé dans le sens passant en tant que diode, et à la résistance 2 et dont la base 14 est reliée au collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5.L'émetteur 15 du transistor à collecteur multiples 5 est relié au obole négatif 16 de la connexion de batterie. Au-delà d'une tension de batterie d'environ 2 volts, appliquée entre le pale positif 1 et le pôle négatif 16, un circuit bipolaire ainsi connecté est parcouru par un courant constant indépendant de la tension. La valeur de ce courant est réglée par la résistance 2. Si cette source de courant constant bipolaire est incorporée dans la ligne d'émetteur d'un amrlificateur différentiel quelconque en tant que source de courant commune, on obtient sans potentiel de référence additionnel, pour l'amplificateur différentiel, une source de courant variable en fonction de la température et du réglage.Si le restant du circuit auquel se trouve connectée la source de courant constant bipolaire requiert un potentiel de référence, alors une tension constante correspon dante est disponible simultanément entre le pôle positif 1 de la connexion de batterie et le collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5. Le réglage de ce potentiel de référence est également réalisé, pour une plage déterminée, au moyen de la résistance 2. S'il s'agit de produire, outre la source de courant constant bipolaire suivant l'invention, en même temps un potentiel de référence par rapport au pôle négatif 16 de la connexion de batterie, alors on peut adopter un montage comme celui représenté à la fig.2 et dans lequel sont utilisés, par rapport à la fig. 1, exclusivement des composants complémentaires actifs. Le pôle positif 1 de la connexion de batterie est relié à l'émetteur 15 du transistor à collecteurs multiples 5 et le pôle négatif 16 de la connexion de batterie est relié à la résistance 2 et à la diode 6 polarisée dans le sens passant. Dans ès mêmes conditions de stabilité la tension de préférence constante est dans ce cas prélevée entre le pôle négatif 16 et le collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5.S'il s'agit de produire dans des conditions de stabilité rigoureuses une tension de référence correspondant exactement à 6,90 volts, on prévoit, comme représenté à la fig. 3, au lieu de la diode 6 polarisée dans le sens passant, une diode Zener 17 montée en sens inverse et dont la cathode 18 est reliée au pôle positif 1 de la connexion de batterie et à la résistance 2 tandis que son anode 19 est reliée à l'anode 20 de la diode 7 polarisée dans le sens passant. Le réglage précis sur la tension de référence exigée de 6,90 volts est obtenu, compte tenu de la charge, de manière approximative par le choix de la tension Zener et de manière affinée par réglage de la résistance 2. Si l'on envisage une intégration du circuit, alors les valeurs d'amplification de courant, notamment des transistors pnp, peuvent etre dispersées dans une large plage. Dès qu'on passe cependant au-dessous d'une valeur minimales les caractéristiques de stabilité du circuit se détériorent. Afin d'obtenir un écart de sécurité suffisant par rapport à cette limite, le circuit de base de la fig. 2 est élargi suivant la figo 4. Lorsque le pôle positif 1 de la connexion de batterie est branché sur l'émetteur 15, le collecteur 10 du transis tor complémentaire 11 est relié à la base 21 d'un transistor additionnel à émetteurs multiples 22 dont le collecteur 23 est relié à la base 9 du transistor à collecteurs multiples 5 et dont les émetteurs 24 et 25 sont reliés respectivement au collecteur 4 et au collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5.Cet élargissement du circuit permet d'améliorer les caractéristiques d'amplification de courant du transistor à collecteurs multiples pnp 5. Si le ptle négatif 16 de la connexion de batterie est branché sur 1' émetteur 15 du transistor à collecteurs multiples 5, les caractéristiques de stabilité de 11 ensemble du circuit dépendent principalement de la caractéristique d'amplification de courant du transistor pnp complémentaire Il Pour assurer un écart de sécurité suffisant par rapport à la valeur d'amplification de courant obtenue, le circuit de base de la fig. 1 est élargi suivant la fig. 5.Au lieu d'être reliée directement au collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5, la base 14 du transistor pnp complémentaire Il est relié au collecteur 26 d'un transistor additionnel 27 dont la base 28 est reliée au collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5 et dont l'émetteur 29 est relié à la base 9 du transistor à collecteurs multiples 5 et au collecteur 10 du transistor complémentaire 11. Ce montage permet d'améliorer l'action d'amplification de courant du transistor complémentaire 11. La fonction régulatrice du circuit peut dans certaines conditions faire défaut à l'instant de mise en circuit. Afin d'écarter ce risque à coup sûr, on procède comme représenté à la fig. 6. Au circuit de base de la fig. 2 est associée une résistance de démarrage à haute valeur ohmique 30 qui relie la base 14 du transistor complémentaire Il à l'émetteur 15 du transistor à collecteurs multiples 5. Celui-ci est ainsi parcouru par un courant régulateur qui en cas de calibrage approprié n'exerce aucune influence sur les caractéristiques de stabilité. REVEICICAUIOXE 1 - Circuit permettant de maintenir un courant et/ou une tension constante indépendamment de la température et comprenant un ou plusieurs transistors, diodes et résistances ainsi qu'un ou plusieurs organes de référence, caractérisé en ce qu'un pôle 1; 16 de la tension d'alimentation est relié, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs résistances 2 et d'un transistor 3 monté dans le sens passant en tant que diode, à l'un 4 des collecteurs d'un transistor à collecteurs multiples 5 ainsi que, par l'intermédiaire d'au moins deux diodes 6, 7, polarisées dans le sens passant, à l'autre collecteur8 du transistor à collecteurs multiples 5, la base 9 duquel est reliée au collecteur 10 d'un transistor 11, complémentaire du transistor à collecteurs multiples 5, dont l'émetteur 12 est relié à une prise, située entre la résistance 2 et le transistor 3 monté en tant que diode et dont la base 14 est reliée à une autre prise située entre les diodes 6, 7 polarisées dans le sens passant et le collecteur correspondant 8 du transistor à collecteurs multiples 5, tandis que l'émetteur 15 du transistor à collecteurs multiples 5 est relié à l'autre pôle 1; 16 de la tension d'alimentation pour produire un courant indépendant de la température et en ce que la tension constante, indépendante de la température, peut être prélevée entre les lignes d'amenée à l'autre prise, située entre les diodes 6, 7 polarisées dans Ie sens passant et le collecteur correspoù- dant 8 du transistor à collecteurs multiples 5, et les lignes d'amenée reliées au pôle 1;16 de la tension d'alimentation situé du côté de la résistance. 2 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, en remplacement des diodes 6, 7 montées en série et polarisées dans le sens passant, une ou plusieurs diodes Zener 17 polarisées en sens inverse sont montées en série entre les lignes d'amenée à l'autre prise et les lignes d'amenée reliées au pôle 1;16 de la tension d'alimentation situé du côté de la résistance. 3 - Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, entre les lignes d'-amenée conduisant respectivement aux diodes 6, 7, polarisées dans le sens passant et le collecteur correspondant 8 du transistor à collecteurs multiples 5, une ou plusieurs diodes Zener 17 polarisées en sens inverse sont montées en série avec les diodes 6, 7 montées elles aussi en série et polarisées dans le sens passant. 4 - Circuit suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce aune, le pôle positif 1 de la source de tension étant branché sur l'émetteur 15 du transistor à collecteurs multiples 5, le collecteur 10 du transistor complémentaire 11 est relié à la base 21 d'un transistor additionnel à émetteurs multiples 22 dont le collecteur 23 est relié à la base 9 du transistor à collecteurs multiples 5 et dont les émetteurs 24, 25 sont reliés respectivement aux collecteurs 4, 8 du transistor à collecteurs multiples 5. 5 - Circuit suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, le pôle négatif 16 de la source de tension étant branché sur l'émetteur 15 du transistor à collecteurs multiples 5, la base 14 du transistor complémentaire 11, au lieu d'être reliée directement au collecteur 8 du transistor à collecteurs multiples 5, est reliée au collecteur 26 d'un transistor additionnel 27 dont la base 28 est connectée à l'autre prise et dont l'émetteur 29 est relié à la base 9 du transistor à collecteurs multiples 5, laquelle reste connectée au collecteur 10 du transistor complémentaire 11. 6 - Circuit suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, en remplacement des diodes 6, 7 situées entre l'autre prise et le pôle de la tension d'alimentation 1;16 c8té résistance et produisant la tension de référence, un circuit bipolaire compensé en température connu présentant la caractér-stique de diodes Zener est monté de manière corres pondant 7 - Circuit suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'émetteur 15 du transistor à collecteurs multiples 5 est relié par l'intermédiaire d'une résistance de démarrage 30 à la base 14 du transistor complémentaire 11. 8 - Circuit suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des résistances réglables sont prévues pour la résistance 2. 9 - Circuit suivant l'une des revéndications 1 à 8, caractérisé en ce que, en remplacement de la résistance 2, sont utilisés des organes de régulation de résistance électroniques. 10 - Circuit suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ee que le circuit est couplé thermiquement avec un circuit thermostatique électrique connu en soi.