Brevet FR2345761A1 — publié le 19771021

L'invention eoncerne un dispositif pour fournir un courant On connaît des circuits logiques intégrés du genre de ceux, qui sont décrits dans la demande de brevet français nO 73 32 916 déposée le 13 Septembre 193, au nom de la Demanderesse, sous le titre "Circuits logiques intégrés à injecteurs de courant, circuits logiques, 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 11 emploi de sources d'alimentation à courant constant, mais sont susceptibles d'etre alimentés à partir de sources à tension variable. Pour alimenter par exemple des circuits du type dit I2L (de 11 anglais ?Tinjected integrated logis), une source à régulation en courant est nécessaire.Toutefois, les sources intégrables qui fournissent un courant constant, ont une consommation relativement forte, tandis que leurs moyens de stabilisation du courant entralnent une chute de tension importante, en regard des courants et des tensions mises en jeu dans les circuits à injection. On connait également les sources de courant constant qui sont décrites dans le brevet français nO 2 117 914 et qui comportent: deux parcours de courant aménagés entre deux bornes communes, un premier circuit de distribution de courant, qui détermine un rapport invariable entre les intensités de courant à ses bornes, et un circuit de couplage pour réaliser, entre les deux parcours de courant, un couplage, qui est fonction du courant, le circuit de couplage comportant une impédance, dont la valeur électrique définit une tension de courant de sortie, qui est fonction de la tension d'entrée dans un des deux rarcours de courant.Par 11 expression circuit de distribution de courant11, 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 d'un tel circuit. Le circuit de distribution de courant mentionné dans la présente demande est constitué par exemple par deux transistors de même structure, dont l'un est utilisé en diode au moyen d'une liaison entre sa base et son collecteur. Les émetteurs des deux transistors précités sont reliés à une borne commune, les bases des deux transistors étant reliées entre elles.Si lton désigne par I1 le courant de collecteur du premier transistor, par I2 le courant délivré par le transistor utilisé en diode, et par 1o le courant fourni par la borne commune, on obtient: 10 + li + I2 = et I2 = KI1, K indiquant un coefficient, qui est fonction du rapport des surfaces actives des émetteurs des deux transistors et du gain du premier transistor. Dans le brevet français précisé ci-dessus, ledit circuit de couplage est formé par une jonction semiconductrice branchée en série avec l'impédance dans un des parcours de courant, qui est en parallèle avec la jonction base-émetteur du transistor de l'autre parcours. Le couplage en fonction du courant fournit alors la condition que la tension aux extrémités de l'impédance doit être égale à la différence entre, d'une part, la tension sur ladite jonction base-émetteur et, d'autre part, la tension sur ladite j onction semiconductrice. Le but principal de l'invention est de remédier aux inconvénients des dispositifs connus et de fournir un dispositif d'alimentation en courant à intensité constante indépendante de la tension de source, présentant une chute de tension minimale et susceptible d'alimenter en série au moins un étage de circuit du type dit I2L à partir d'une source, dont la tension varie fortement, la dissipation totale étant également minimale. Conformément à l'invention, le dispositif d'alimentation en courant régulé est remarquable en ce que, vu éntre ses bornes d'alimentation, le circuit à alimenter est incorporé dans le dispositif sous forme d'au moins une jonction semiconductrice oui contribue à définir le point de stabilisation. L'invention est basée sur l'idée que, vu entre ses bornes d'alimentation, un circuit I2L peut être ccnsidéré comme au moins une jonction semiconductrice à surface relativement grande et qu'une dissipation minimale s'obtient par remplacement de l'une des jonctions semiconductrices du dispositif, de préférence celle ayant la plus grande surface, par le circuit à alimenter. Du fait que, dans le cas où le circuit I2L devrait être alimenté en série avec un stabilisateur de courant connu, ce dernier comporterait au moins une jonction semiconductrice ayant une dissipation pratiquement égale à celle du circuit à alimenter, on réalise, conformément -à l'invention, le gain d'au moins une dissipation identique.De plus, on réalise le gain de la surface pour une diode ayant une telle dissipation, et la chute de tension minimale est diminuée d'au moins une tension de diode. Un mode de réalisation préféré d'un dispositif conforme à l'invention est remarquable en ce que le circuit de couplage comporte un deuxième circuit de distribution de courant, qui coupe les deux parcours de courant, les deux circuits de distribution de courant en question comportant une borne d'entrée et une borne de sortie, que la borne d'entrée du deuxième circuit de distribution est raccordée à la borne de sortie du premier circuit de distribution de courant à travers une impédance, alors que la borne d'en- trée du premier circuit de distribution est raccordé à la borne de sortie du deuxième circuit de distribution de courant, les deux circuits de distribution de courant établissant, entre les deux parcours de courant, un couplage tel que l'amplification en boucle de la borne d'entrée du premier circuit de distribution de courant vers la borne de sortie du deuxième circuit de distribution de courant est supérieure à l'unité, et le circuit à alimenter shunte ladite impédance et la branche d'entrée du deuxième circuit de distribution de courant et présente, en cas d'excitation, une chute de tension, qui est supérieure à celle que présente la branche d'entrée du deuxième circuit de distribution de courant pendant 1' excitation. Les deux circuits de distribution de courant et l'impédance branchée en série forment ensemble une boucle de réaction. L'intensité du courant dans cette boucle tend à augmenter si le coefficient d'amplification totale de la boucle est supérieur à l'unité. L'équilibre s'ai blit automatiquement lorsque la tension aux bornes de l'ensemble formé par l'impédance et par la jonction semiconductrice atteint entièrement la valeur de la chute de tension aux extrémités du circuit à alimenter à l'état excité, alors que les courants circulant dans la boucle et dans le circuit à alimenter présentent alors des intensités déterminées, qui sont fonction de la valeur ohmique de l'impédance. Le courant, qui circule dans le circuit à alimenter et qui diminue le coefficient d'amplification de la boucle, réduit ce coefficient d'amplification à une valeur qui est inférieure à l'unité, ce qui empêche l'accroissement de l'intensité du courant de boucle et stabilise le fonctionnement du dispositif.Etant donné qu'au cours du fonctionnement le coefficient d'amplification de la boucle devient inférieur à 1, les signaux parasites éventuels sont atténués et toute oscillation est éliminée. L-'élément stabilisateur étant formé par le circuit à alimenter, sa consommation n'est pas une perte d'énergie, la chute de tension aux extrémités de l'élément stabilisateur est une chute de tension active, et le courant qui circule dans l'élément stabilisateur est un courant utile. De préférence, chacun des deux circuits de distribution de courant, qui définissent des courants dont les intensités sont dans un rapport fixe, est constitué par deux transistors présentant le même type de conduction, la même structure, la même forme et qui sont réalisés avec le même matériau, l'un des deux transistors ayant son collecteur relié à sa base. Les extrémités des deux transistors sont int-erconnectés, de même que les bases des deux transistors. Le rapport des courants de collecteur est fonction du rapport des surfaces actives d'émetteur, toute chose égale par ailleurs entre les deux transistors. Bien que le dispositif présente un état stable et qu'il fournisse des courants constants, déterminés par la valeur ohmique de la résistance et la valeur ohmique du circuit à alimenter, ledit dispositif peut également présenter un autre état stable dans lequel toutes les intensités de courant sont nulles, les transistors des circuits de distribution de courant étant à l'état non conducteur. Dans ce cas, il peut être nécessaire d'amorcer le dispositif en introduisant; dans la boucle de réaction, un léger courant d'amorçage, par un moyen dont la consommation doit être faible et qui ne risque pas de perturber le gain de la boucle de réaction. Un moyen d'amorçage adéquat est constitué par un transistor, dont l'émetteur est relié à une borne commune, dont la base est en l'air et dont le collecteur est introduit dans la boucle de réaction. Un autre moyen d'amorçage adéquat est constitué par une capacité connectée à ladite borne commune et chargée sous l'influence de la tension de source. 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 ncter que dans tous les cas d'introduction d'un courant d'amorçage, et en fonction normale après amorçage, le moyen d'amorçage ne doit pas perturber le courant de régulation, ni 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, d'une part, la tension, qui correspond au déealage de tension aux bornes dudit circuit et, d'autre part, la chute de tension dans la jone- tion émetteur-base du transistor utilisé en diode du parcours de courant où est insérée la résistance. Le mode de réalisation préféré d'un dispositif conforme à l'invention est particulièrement apte à permettre la régulation du courant destiné à un circuit comprenant deux étages de diode, la tension aux bornes de la résistance étant dans ce cas égale à une chute de tension dans une diode. Les deux étages de diode 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 au moins un décalage de tension insuffi sant, au moins une diode supplémentaire 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 d'élément stabilisateur Avantageusement, dans le cas dtalimentation des circuits I2L, les transistors du premier circuit de distribution de courant, de type PNP, sont des transistors de structure latérale, les transistors de type IPN du second circuit de distribution de courant étant de structure verticale. Selon une variante de la réSlisation conforme à l'invention, les transistors d'un circuit de distribution de courant ont une base et un émetteur commun et se réduisent à un transistor à deux collecteurs. Les surfaces actives des émetteurs déterminant le rapport des courants de collecteur se réduisent dans ce cas aux surfaces de l'émetteur situées en regard de chaque collecteur. L'invention est applicable à l'alimentation en courant constant de circuits logiques à chute de tension déterminée à partir de sources à tension variable, notamment dans le cas où ces circuits ont une très faible consommation. L'invention est notablement adaptée à l'alimentation de circuits de type I 2L et, en particulier, de circuits I2L comportant deux niveaux de tension d'alimentation en série. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est le schéma d'un dispositif d'alimentation en courant régulé conforme à l'invention. La figure 2 est le schéma d'un dispositif préféré d'alimentation en courant continu conforme à l'invention. La figure 3 est le schéma d'une variante du dispositif conforme à l'invention selon la figure 2. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte un premier circuit de distribution de courant, qui est formé par une diode D1 polarisée en sens direct et incorporée à un premier parcours de courant B1, cette diode D1 shuntant la jonction base-émetteur d'un transistor NPN T2. L'émetteur du transistor T2 est raccordé à la ligne d'alimentation négative L2 et le trajet collecteur-émetteur dudit transistor T2 est incorporé à un deuxième parcours de courant B2. Ledit collecteur du transistor T2 est raccordé à la ligne d'alimentation positive L1 par l'intermédiaire du trajet collecteurémetteur d'un transistor PNP T4, une résistance R1 étant insérée dans ce trajet collecteur-emetteur. Etant donné l'interconnexion de son collecteur et de sa base, le transistor T4 est utilisé comme diode. La base du transistor T4 est connectée à celle d'un transistor PNP T3, dont l'émetteur est raccordé à la ligne d'alimentation positive L1 et dont le collecteur est connecté à la base du transistor T2. Un circuit à alimenter et de type I2L peut être représenté par une diode. Sur la figure 1, la diode D1 constitue ce circuit à alimenter. Si, à titre illustratif, on suppose que les transistors T3 et T4 sont identiques, que la diode D1 présente une surface effective, qui est n fois plus grande que la surface effective baseémetteur du transistor T2, que l'intensité du courant dans le parcours B1 est égale à l'intensité du courant Ii, et que l'intensité du courant dans le parcours B2 est égale à I2, il s'applique que I1 = nI2, étant donné le circuit de distribution de courant B1, B2.Le circuit de couplage T3, T R1 réalise la condition 4, R1 dans laquelle k représente la constante de Bolzmann, T la température absolue, q la charge élémentaire, et ln le logarithme naturel. Pour les courants I1 et I2 , on obtient: Le courant I1 est le courant, qui passe par un circuit à alimenter D1. La dissipation de la diode D1 constitue ici une dissipation utile. La chute de tension minimale dans le dispositif existe lorsque le transistor T3 est pratiquement porté à saturation (Vce ~ OV) et est alors environ égale à une seule tension de diode (~ 0,7 V). Si un tel dispositif devait être branché en série avec le circuit à alimenter, il faudrait disposer d'une diode supplémentaire, dont la surface effective dépasse n fois la surface effective base-émetteur du transistor T2. Cette diode donnerait lieu à une dissipation pratiquement égale à celle du circuit à alimenter et doublerait la chute de tension minimale. Le dispositif représenté sur la figure 2 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 des transistors T1 et T2 sont branchés à une borne commune représentée par un conducteur L1 au potentiel positif +V. Dans les deux parcours de courant B1 et B2 du dispositif, les deux transistors T1 et T2, de type PNP, déterminent des courants, dont les intensités sont sensiblement dans le rapport des surfaces d'émetteur 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 des transistors T et T4 sont branchés à une borne représentée par un conducteur L2 3 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'émetteur des transistors T3 et T4, au gain du transistor T4 près. Dans la branche B1, une résistance R1 est introduite, en série atec les transistors T1 et T3. Sur la figure 2, le circuit à alimenter est symbolisé par 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 T3. L'ensemble des deux diodes D1 et D2 est branché entre, d'une part la borne A de la résistance R1 - la borne plus proche du premier circuit de distribution - et, d'autre part, 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 T3 et T4. Ce condensateur et le transistor T5, qui amplifient les courants de charge et de décharge, constituent ensemble un moyen d'amorçage éventuel. Si l'on considère le dispositif à partir d'une tension nulle augmentant rapidement, le courant de charge du condensateur C5- courant, qui est amplifié par le transistor T - est injecté dans la boucle de réaction en F et commande la base du transistor T4. La conduction, qui en résulte pour ce transistor T4, permet d'alimenter la base du transistor T1 et de rendre ce dernier également conducteur. Le courant dans la boucle constituée 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 insuffisante pour que le circuit quelle représente laisse passer un courant notable.Lorsque la tension point A suffit pour assurer la conduction des diodes D1 et D2, une tartie du courant débité par le transistor ml traverse les diodes 31 et D2, et le -ain de la boucle de réduction est réduit 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 ia résistance R1 En effet, le courant dans cette résistance est égal à expression dans laquelle Vp1 et VD2 sont les tensions aux bornes des diodes de l'ensemble D1 - D2 respectivement, et VBET3 est la tension base-émetteur du transistor T3. Le courant dans la branche B2 est ainsi déterminé, son intensité est I2 = KI1, K représentant le rapport dépendant des surfaces d'émetteur des transistors T3 et T4. Le courant circulant dans la branche B1 est aussi déterminé, et l'intensité est i = K'I2 K' représentant le rapport dépendant des 3 12 surfaces d'émetteur 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 circulant dans les diodes D1 et D2 est également fixé; la condition de tension minimale entre L1 et L2 est V = VDî + V est V = 5çTD1 + > 2 + VICE1, expression dans laquelle VICE1 représente la tension se produisant entre l'émetteur et le collecteur du transistor T1 dans les conditions de saturation ou très proches de cet état. Le schéma de la figure 3 représente également les principaux éléments du dispositif de la figure 2. 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 ce transistor. De même, un second circuit de distribution de courant est constitué par un transistor T6 à deux collecteurs, un de ces deux collecteurs étant relié à la base de ce transistor. Une résistance R2 est insérée en série dans le parcours du courant comprenant le trajet collecteur-émetteur du transistor T7 et la diode émetteur-base du transistor T6. Le circuit à alimenter est symbolisé par les deux diodes D3 et D4, bran chées entre la borne G de la résistance R2 et le conducteur L4. Un transistor d'amorçage 9, 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 3 est identique à celui du dispositif décrit en regard de la figure 2. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour fournir un courant d'alimentation régulé à un circuit intégré comportant des injecteurs de courant et au moins deux bornes d'alimentation pour recevoir le courant d'ali- mentation, le dispositif comportant deux parcours de courant, qui sont aménagés entre deux bornes communes, un premier circuit de distribution de courant, qui définit un rapport pratiquement invariable entre les intensités des courants dans les deux parcours de courant, ainsi qu'un circuit de couplage établissant, entre les deux parcours de courant, un couplage, qui est fonction du courant, ce couplage devant stabiliser à une valeur déterminée l'intensité des courants circulant dans les deux parcours, caractérisé en ce que, vu entre ses bornes d'alimentation, le circuit à alimenter est incorporé dans le dispositif sous forme d'au moins une jonction semiconductrice qui contribue à définir le point de stabilisation. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de couplage comporte un deuxième circuit de distribution de courant, qui coupe les deux parcours de courants, les deux circuits de distribution de courant en question comportant une borne d'entrée et une borne de sortie, que la borne d'entrée du deuxième circuit de distribution est raccordée à la borne de sortie du premier circuit de distribution de courant à travers une impédance, alors que la borne d'entrée du premier circuit de distribution est raccordée à la borne de sortie du deuxième circuit de distribution de courant, les deux circuits de distribution de courant etablissant, entre les deux parcours de courant, un couplage tel que l'amplification en boucle de la borne d'entrée du premier circuit de distribution de courant vers la borne de sortie du deuxième circuit de distribution de courant est supérieure à l'unité, et le circuit à alimenter shunte ladite impédance et la branche d'entrée du deuxième circuit de distribution de courant et présente, en cas d'excitation, une chute de tension, qui est supérieure à celle que présente la branche d'entrée du deuxième circuit de distribution de courant pendant l'excitation. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des deux circuits de distribution de courant est formé par deux transistors présentant le même type de conduction, la même structure, la même forme,étant réalisés avec le même matériau, l'un des deux transistors ayant son collecteur relié à sa base, alors que les émetteurs des deux transistors sont interconnectés, de même que les bases des deux transistors. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le dispositif comporte un organe pour faire circuler un courant d'amorçage dans la boucle de réaction formée par les deux circuits de distribution de courant et l'impédance. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le circuit à alimenter comprend deux étages de diodes. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le circuit alimenté comporte un seul étage de diodes, une diode en sens direct étant mise en série avec le circuit alimenté. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que les transistors du premier circuit de distribution de courant sont de type PNP et lestransistorsdu second circuit de distribution sont de type NPN, l'ensemble disposé en parallèle avec le circuit alimenté étant constitué par la résistance et la jonction semiconductrice du second circuit de distribution de courant. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les transistors du premier circuit de distribution de courant présentent une structure latérale et ceux du second circuit de distribution une structure verticale. 9.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les transistors d'un circuit de distribution de courant ont une base commune et un émetteur commun et se réduisent ainsi à un transistor à deux collecteurs. 10.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen d'amorçage est constitué par un transistor, dont l'émet- teur 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. 11.- Dispositif selon la revendication 4, 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 devant amplifier le courant de décharge.