Brevet FR2345759A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne un circuit générateur de tension constante et, plus particulièrement, un circuit servant à produire une tension de sortie constante avec des caractéristiques de température voulues. Un circuit classique pour produire une tension constante relativement faible est représenté sur la figure 1 et est décrit dans le brevet US n" 3 430 155. Ce circuit générateur de tension constante comprend, comme représenté, une source d'énergie Vcc, des bornes de mise à la masse, une résistance Rlo en série avec un transistor NPN Q21' et un transistor NPN Q22 en série avec une résistance R11 entre la source Vcc et les bornes de mise à la masse. Le point de jonction de chacun de ces circuits série est relié à la base du transistor compris dans l'autre circuit série.Dans ce circuit, la tension base-émetteur VBE1 du transistor Q21 est obtenue à la sortie Vont2 tandis que la tension en Vout2 plus la tension base-émetteur VBE2 du transistor Q22 (VBE I + VBE2) est obtenue à la borne de sortie Voutl Par conséquent, si VBE1 est égale à VBE2, la tension produite à la borne de V est 2VBE1. Si VBEl est 0,7 volt, par exemple, une tension constante de 1,4 volt apparaît à la sortie.La raison pour laquelle on obtient cette tension de sortie constante est que, théoriquement, le circuit comprend une boucle de contre-réaction comprenant L'metteur du transistor Q22 la base et le collecteur du transistor Q21, et la base du transistor Q22 > et que, d'une façon généra'le, la tension base-émetteur est sensiblement constante vis-à-vis du courant de collecteur du transistor Q21 Le circuit générateur de tension constante de ce type a toutefois pour inconvénient qu'il dépend beaucoup de la température et de la tension de la source et qu'il est par suite incapable de donner une tension constante en raison du fait que la tension base-émetteur VBE de chaque transistor constitue directement une tension de sortie. Incidemment, la tension VBE présente des coefficients de température négatifs d'environ -2 mV/OC. C'est pourquoi la présente invention a pour objet un circuit générateur de tension constante capable de fournir une tension de sortie stable sans être affecté par les variations de la température ambiante. La présente invention a encore pour objet un circuit générateur de tension constante capable de fournir une tension de sortie présentant des caractéristiques de température voulues. La présente invention est le résultat de la prise en considération du fait que, bien que la tension base-émetteur VBE de chaque transistor présente un coefficient de température négatif, il est relativement aisé de doter le circuit à courant constant d'un coefficient de température positif. Pour cela, le circuit selon la présente invention comprend un circuit à courant constant destiné à donner un coefficient de température positif, un circuit de contre-réaction pour produire une tension de sortie constante et une source de courant constante pour commander le circuit de contre-réaction à courant constant. On va maintenant décrire les modes de réalisation préférés de la présente invention en se référant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est un schéma de circuit montrant un exemple d'un circuit classique générateur de tension constante les figures 2 à 6 sont des schémas de circuit montrant des exemples de la présente invention. En se référant à la figure 2 montrant un mode de réalisation du circuit générateur de tension constante selon la présente invention, on voit que ce mode de réalisation comprend un circuit à courant constant donnant un coefficient de température positif, un circuit de contre-réaction produisant une tension de sortie constante, et une source de courant constant commandant le circuit de contre-réaction à courant constant. Le circuit à courant constant 1 comprend un transistor NPN Q1 dont la base et le collecteur sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une résistance R2, et un transistor NPN Q2 dont la base est reliée au collecteur du transistor Q1. La base du transistor Q1 est reliée à la borne de sortie Vout par l'intermédiaire de la résistance R1 tandis que le collecteur du transistor Q2 est relié au circuit de contre-réaction 2 réalisé comme mentionné ci-dessus. Ce circuit à courant constant est décrit dans la demande de brevet japonaise nO 16463/71. Le circuit de contre-réaction 2 comprend un transistor NPN Q4 dont le collecteur est relié à la borne de source d'énergie V c et dont l'émetteur cc est relié à la borne de sortie Vont, et un transistor NPN Q3 dont la base est reliée par l'intermédiaire de la résistance R3 à l'émetteur du transistor Q4 et dont le collecteur est relié à la base du transistor Q4. La base des transistors Q4 et Q3 est alimentée avec le courant constant I en provenance o de la source 3 de courant constant. On comprendra que les objets de la présente invention peuvent être atteints grâce à l'agencement mentionné ci-dessus pour les raisons mentionnées ci-dessous. En premier lieu, on va expliquer la raison pour laquelle une tension de sortie constante est produite à la borne de sortie Vout On va supposer, par exemple, que la tension d'émetteur du transistor Q4 à la borne de sortie Vout augmente. En réponse à cette augmentation, la tension de base du transistor Q3 augmente également avec, pour conséquence, que le courant de collecteur Q3 du transistor Q3 s'accroit, ce qui réduit la tension de collecteur de ce transistor. La tension de base du transistor Q4 augmente aussi ce qui diminue la tension d'émetteur jusqu'à une valeur déterminée. En d'autres termes, il se forme, dans ce processus, une boucle de contre-réaction qui est commandée par le courant constant I , ce qui donne une tension de sortie constante Vout extrêmement stable. On va ensuite expliquer ci-dessous en se référant à des équations numériques, la raison pour laquelle le circuit générateur de tension constante selon la présente invention présente les caractéristiques de température voulues. On va supposer que le facteur-d'amplification de courant bFE de chacun des transistors Q1 à Q4 est suffisamment élevé et que le courant de base de ces transistors est négligeable par rapport au courant de collecteur. Le courant I1 s'écoulant dans le transistor Q1 est donné par Vout - VBE1 I1 = ----- (1) R1 (1) où VBE1 est la tension base-émetteur du transistor Q1. Par ailleurs, la tension base-émetteur du transistor Q2 est exprimée par VBE2 = VBE1 - R2 . I (2) par substitution de l'équation (1) dans l'équation (2), on obtient Vout - VBE1 VBE2 = VBE1 - R2 . ~~~~~~~~~~ (3) R1 à partir de l'équation (3), Vout est donnée par : R1 Vout = VBEî + (V - V ) (4) out BE2 R2 VBE1 et VBE2 de l'équation (4) sont mises en relation l'une avec autre comme suit où q est la quantité de chargesélectriques,K la constante de Boltzmann, T la température absolue et Isl, 1s2 les courants de saturation des transistors Q1 et Q2. On va supposer que Q1 et Q2 sont du même type et de la même version, qu'ils ont lesmêms superficies de région d'émetteur et des autres régions, et qu'ils fournissent la même densité de courant de sorte que Isl = 152 Cette équation (5) peut être modifiée comme suit en remplaçant (VBE1 - VBE2) dans l'équation (4) par la valeur donnée par l'équation ci-dessus > on obtient Le courant 12 du transistor Q2 est obtenu à partir de l'équation (6) comme ci-dessous Vout - VBE3 12 = R3 (7) R3 où VBE3 est la tension base-émetteur du transistor Q3. En remplaçant dans l'équation (6) I1 par sa valeur donnée par l'équation (1) et 12 par sa valeur donnée par l'équation (7), on obtient l'équation (8) ci-dessous Si la polarisation est déterminée de manière telle que VBE1 est égal à VBE3, l'équation (8) devient l'équation (9) ci-dessous. A la lumière des équations (8) et (9), les faits mentionnés ci-dessous deviennent clairs. Comme on l'a déjà mentionné, VBEl présente un coefficient de température négatif d'environ -2 mV/ C. D'autre part, le second terme présente un coefficient de température positif, car il est directement proportionnel à la température T. Si les rapports de résistance R1/R2 et R3/R1 sont déterminés de manière à modifier les coefficients de température des deux termes à la fois, il est par conséquent possible d'obtenir une tension de sortie constante Vout indépendante des modifications de température ambiante. On va expliquer ci-après le procédé permettant de déterminer la valeur de résistance nécessaire pour réduire le coefficient de température jusqu'à une valeur nulle. En premier lieu, on indiquera par X le second terme On va décrire ci-dessous la relation entre R1 et R3. Comme la tension VBEI présente un coefficient de température négatif, il est évident, d'après l'équation (6) > que le second terme de cette équation doit satisfaire la relation (16) ci-dessous : Pour cela, il faut que la relation c'est-à-dire existe. En d'autres termes, pour satisfaire une telle condition il faut que I1 > I2 (17) Pour que cette condition soit satisfaite, il est évident, d'après la figure 2 > que du fait que le courant traversant R3 est faible par rapport à celui traversant R1, les résistances R1 et R3 doivent présenter la relation KT R1 R3 de l'équation (9).L'équation (9) est alors exprimée comme suit: - - ln q R2 R1 Vout = VBEl +X -(10) Le coefficient de température de VBE1 est donné par : aVBE1 = - 2 mV/ C (11) aT La condition nécessaire pour réduire le coefficient de température de la tension de sortie jusqu'à une valeur nulle est : #Vout = #VBE + #X = 0 (12) #T #T #T Le second terme de l'équation (12) ci-dessus est exprimé comme ci-dessous et sera indiqué par i. aX K R1 R3 (13) In * aT q R2 R1 En rempilant dans l'équation (12)# VBE1 et #Vout par leur valeur donnée par T T les équations (11) et (13) > on obtient le résultat suivant = et = +2 mV/ C (14) A partir de cette équation, on peut modifier l'équation (13) comme suit : exprimée par l'équation (18) ci-dessous : R3 > R1 (18) En particulier comme on peut le voir d'après les équations (6) et (9),R3 1 R1 I2 tandis que les résistances R1 et R3 doivent avoir la relation indiquée par l'équation (18) pour satisfaire l'équation (17).Si R1 et R3 ont par exemple une valeur de 6 et 12 krespectivement > la valeur de la résistance R2 est donnée par l'équation (19) ci-dessous à partir de l'équation (14) : Quand on applique ce circuit à divers autres circuits, on détermine le caractère positif ou bien négatif du coefficient de température obtenu par rapport auxdits autres circuits en suivant la façon de procéder décrite cidessus dans laquelle on utilise la relation entre les rapports de résistance et VBE1, en atteignant ainsi le coefficient de température voulu. ta présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation mentionnés ci-dessus mais peut être appliquée à diverses variantes de ceux-ci. Le circuit générateur de tension constante suivant le mode de réalisation précité implique une tension relativement faible. D'autre part, si on désire une tension constante plus élevée, le circuit amplificateur de sortie 5 peut être constitué par un transistor NPN Q5 et des résistances Ra et Rh, comme représenté sur la figure 3. En d'autres termes, le transistor NPN Q5 est monté en série entre la borne V de source d'énergie et le circuit cc à courant constant, tandis que les résistances Ra et Rb sont reliées entre la borne de sortie et une borne de mise à la masse. Le point de jonction des résistances Ra et Rb est relié à la base du transistor Q5. Une tension de sortie Vout déterminée par le rapport entre les résistances Ra et Rb est produite. Comme cette tension de sortie est disponible dans une large plage, le circuit générateur de tension constante considérée trouve un large éventail d'applications. Comme possibilité, on peut introduire un étage amplificateur avec un amplificateur différentiel A dans le circuit de sortie, comme représenté sur la figure 4. Dans ce cas, une des bornes de l'amplificateur différentiel A reçoit-la tension de sortie du circuit précité générateur de tension constante tandis que l'autre borne de cet amplificateur reçoit la tension de sortie divisée par les résistances Ra et Rb. Grâce à ce circuit on peut obtenir la valeur voulue de la tension de sortie Vout en réglant de façon appropriée le gain de l'amplificateur différentiel A. Comme autre possibilité, on peut remplacer le transistor Q4 de la figure 4 par un couple de transistors Q6 et Q7, comme représenté sur la figure 5. Dans cet agencement, la base du transistor NPN Q6 est reliée à la source de courant constante IoX tandis que le collecteur de ce transistor est relié par l'intermédiaire de la résistance R4 à la borne de source d'énergie V cc En outre, l'émetteur de ce transistor Q6 est mise à la masse par l'intermédiaire de la résistance R5. t'émetteur du transistor NPN Q7 est relié à la borne V de source d'énergie tandis que le collecteur de ce transistor est cc relié à la borne de sortie et sa base est reliée au collecteur du transistor Q6. Dans ce cas, le transistor NPN atteint un état saturé initialement de sorte que le circuit fonctionne à une tension de source inférieure, ce qui stabilise sa sortie. Le couple de transistor est utilisé pour obtenir la colncidence de phase destinée à la boucle de contre-réaction. Un exemple des circuits auxquels la présente invention est applqiée est représenté sur la figure 6. Cette figure montre un circuit servant à stabiliser la source d'énergie utilisée avec des circuits intégrés pour une caméra photographique. Sur cette figure, les transistors NPN Qlet Q2, une résistance R1 de 6,0 Kn. et une résistance R2 de 200sol constituent une circuit 1 à courant constant. Un transistor NPN Q3, un transistor NPN Q6 > un transistor PNP Q7 et des résistances R3, R4 et R5 de 12 KZL, 50 Ket 12 KA respectivement constituent un circuit de contre-réaction 2. Les transistors NPN Q8 > Q9, Q10 et Q11 > une résistance R6 de lI0et une résistance R7 de 21 KA constituent un circuit 3 à courant constant. Une résistance R8 de 100 KAet une diode D constituent un circuit de démarrage 7.Les transistors PNP Q14 et Q15 > les transistors NPN Q12 et Q13 et une résistance Rg de 1,2 Ka forment une amplif i- cateur différentiel qui, conjointement avec les transistors PNP Q16 et Q17 une résistance Ra de 13,5 KAet une résistance Rb de 12 Kwlconstituent un circuit amplificateur de sortie 6. Pour empêcher l'oscillation, un condensateur C1 de O,OlpF et une condensateur C2 de O,l.yF sont reliés au collecteur du transistor Q3 et à la base du transistor Q16 respectivement. On va décrire ci-après brièvement le fonctionnement de ce circuit d'alimentation stabilisé. Dans le mode opératoire, on ne décrira pas le fonctionnement des circuits 1 et 3 à courant constant car ceux-ci sont décrits, comme mentionné précédemment, dans la demande de brevet japonais n" 16 463/7 I. La source d'énergie étant tout d'abord branchée, le circuit de démarrage 7 comprenant la résistance R8 et la diode D se trouvent sous tension. Le transistor Q10 est rendu conducteur, ce qui entraîne la circulation du courant dans le transistor Q8 du circuit 3 à courant constant, le résultat étant le passage à l'état conducteur du transistor Qg. Le transistor de commande Q6 du circuit de contre-réaction 4 est rendu conducteur, ce qui provoque la dirculation du courant. Le transistor Q7 est mis sous tension avec, pour résultat, que la mise sous tension du circuit 1 à courant constant entraîne l'apparition d'une tension constante à sa borne de sortie. En réponse à cette tension de sortie constante, le transistor Qll du circuit à courant constant devient conducteur.Dans ces conditions, la tension de base du transistor Q10 est supérieure à celle du transistor Qll' de sorte que le transistor Q10 se trouve polarisé inversement et est par conséquent bloqué. I1 s'ensuit que le circuit de démarrage 7 est coupé des autres circuits. Le circuit 3 à courant constant, du fait que le transistor Qll est commandé sous une tension constante, donne,un courant de sortie constant. Comme le circuit de contre-réaction est commandé par ce courant de sortie constant, on obtient une tension de sortie constante au collecteur du transistor Q7. L'amplificateur différentiel de l'étage amplificateur de sortie 6 est mis en fonction en réponse à la tension de sortie constante précitée en donnant ainsi une tension de sortie constante amplifiée à sa borne de sortie. Voutl et Vont2 sont respectivement les tensions de sortie au c8té haute tension et au côté de tension de référence. Dans le mode de réalisation ci-dessus de l'invention, les résistances du circuit 1 générateur de tension constante omprennent R1 de 6 KA > R2 de 200 et R3 de 12 Kb qui ont toutes sensiblement les mêmes valeurs ohmiques que celles obtenues par les calculs à l'aide des équations (10) à (19), grâce à quoi le coefficient de température est réduit jusqu a une valeur nulle. Pour cette raison, le circuit d'alimentation stabilisée considéré est capable de fournir une tension de sortie constante sans être affecté pratiquement par les variations de température. La présente invention trouve, en tant que circuit générateur de tension constante, une grande diversité d'applications. - De plus, les transistors du circuit fondamental de l'invention représentés sur la figure 2 peuvent être reliés suivant un montage par paire Darlington. En outre une résistance peut être reliée aux électrodes de chaque transistor. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes et des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention dont l'étendue est définie par les revendications ci-annexées. REVENDICATIONS 1. Circuit à tension constante compensée en température caractérisé par le fait qu'il comprend : a) un circuit générateur de tension constante comprenant un premier transistor dont l'émetteur est relié à un potentiel de référence et un collecteur relié à une borne de source d'énergie électrique par l'intermédiaire d'une impédance de charge dans un montage amplificateur à liaison en émetteur commun une borne de sortie pour prélever une tension constante, un premier moyen amplificateur dont l'électrode de commande est couplée au collecteur dudit premier transistor, une première électrode de sortie couplée à ladite borne de source d'énergie électrique et une seconde électrode de sortie couplée à ladite borne de sortie, et une première résistance dont la première extrémité est reliée.à ladite borne de sortie et dont la second extrémité est reliée à la base dudit premier transistor, cette première résistance formant un circuit de contre-réaction entre la base et le collecteur dudit premier transistor conjointement avec ledit premier moyen d'amplification b) un circuit à courant constant qui est destiné à détourner le courant circulant à travers ladite première résistance jusqu'audit potentiel de référence et qui est branché entre ladite borne de sortie et ledit potentiel de référence. 2. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit à courant constant est constitué par un second transistor dont la base et le collecteur sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un second transistor et dont l'émetteur est relié audit potentiel de référence ; un troisième transistor branché entre la base dudit second transistor et ladite première extrémité de ladite première résistance un troisième transistor dont le collecteur est relié à la base dudit premier transistor, et dont la base est reliée au collecteur dudit second transistor et l'émetteur relié audit potentiel de référence, grâce à quoi on obtient une caractéristique de température voulue en réglant lesdites premièreS seconde et troisième résistances à des valeurs prédéterminées. 3. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit moyen d'amplification est constitué par un quatrième transistor dont la base est reliée au collecteur dudit premier transistor, et dont le collecteur est relié à ladite borne de source d'énergie électrique et l'émetteur est relié à ladite borne de sortie. 4. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite impédance de charge est constituée par une source de courant constant. 5. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite première extrémité de ladite première résistance est couplée à ladite borne de sortie par l'intermédiaire d'un second moyen d'amplification, et ledit second moyen d'amplification est constitué par des quatrième et cinquième résistances reliées en série et un cinquième transistor dont le collecteur est relié à ladite borne de source d'énergie électrique, et dont l'émetteur est relié à ladite première résistance et la base est relié au point de jonction desdites quatrième et cinquième résistances reliées en série, ladite quatrième résistance étant reliée à ladite borne de sortie, ladite cinquième résistance étant reliée audit potentiel de référence. 6. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, des sixième et septième résistances reliées en série, et un amplificateur différentiel dont la première électrode d'entrée est reliée à l'émetteur dudit quatrième transistor et dont la second électrode d'entrée est reliée au point de jonction des sixième et septième résistances reliées en série et une électrode de sortie pour détourner le courant de sortie dudit amplificateur différentiel, ladite sixième résistance étant reliée à ladite borne de sortie, ladite septième résistance étant reliée audit potentiel de référence. 7. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit moyen d'amplification est constitué par un sixième transistor du type NPN dont la base est reliée au collecteur dudit premier transistor, et dont le collecteur est relié à ladite borne de source d'énergie électrique par l'intermédiaire d'une huitième résistance et l'émetteur est relié audit potentiel de référence par l'intermédiaire d'une neuvième résistance, et un septième transistor du type NPN dont l'émetteur est relié à ladite borne de source d'énergie électrique et dont le collecteur est relié à ladite première électrode d'entrée dudit amplificateur différentiel et la base est reliée au collecteur dudit sixième transistor. 8. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la tension base-émetteur dudit second transistor est rendue égale à la tension base-émetteur dudit troisième transistor. 9. Circuit générateur de tension constante suivant la revendication 8, caractérisé parle fait que les valeurs ohmiques desdites première1 seconde et troisième résistances sont réglées de manière telle que la chute de tension aux bornes de ladite première résistance reste inchangée même lorsque la tension base-émetteur dudit premier transistor est soumise à une variation de température.