Brevet FR2331198A1 — publié le 19770603

La présente invention concerne une résistance à commande électro- nique destinée à ttre utilisée en tant qu'élément de commande final dans des systèmes de commande automatiques. Parsi les dispositifs appropriés pour fournir des résistances à commande électronique, on peut citer les plaques de champ, les thermistances, les photorésistances et, plus particulièrement, les transistors à effet de champ qui > par rapport aux dispositifs utilisés dans d'autres solutions, présentent l'avantage d'une longue durée de vie. La résistance du canal peut etre commandée par l'intermédiaire de la tension grille-source. Da fait de leur structure physique, les transistors à effet de champ présentent, cependant, l'inconvénient que l'on ne peut obtenir qu'une linéarité limitée de la résistance. Les problèmes de linéarisation ne peuvent ttre résolus qu'en partie en employant une réaction, car le rapport de réaction dépend de paramètres variant entre certaines limites. Les caractéristiques de commande d'un tel transistor à effet de champ montrent que, lors d'une diminution de la tension de grille (c'est-à-dire lors d'un accroissement de la résistance du canal), les composantes non linéaires (dépendant du courant drain-source) de la résistance du canal augmentent beaucoup plus que la composante linéaire X de ce fait, la résistance de canal maximale que l'on peut atteindre est déterminée par la non linéarité admissible, ce qui peut limiter l'application de ce circuit. Le but de la présente invention est d'améliorer les caractéristiques de linéarité d'une telle résistance à commande électronique. La présente invention est caractérisée en ce que la résistance à commande électronique se compose d'au moins deux transistors à effet de champ qui peuvent être sélectivement amenés à l'état conducteur et ont leurs canaux connectés en parallèle, en ce que la commande est réalisée par l'intermédiaire des tensions grille-source des transistors à effet de champ, en ce que le rapport largeur/longueur est différent pour chaque transistor à effet de champ, en ce que les plages de commande des transistors à effet de champ se chevauchent, les criteres externes étant satisfaits, et en ce que l'on a préu des dispositifs pour la commutation d'un transistor à effet de champ à l'autre. Les différents objets et caractéristiques de la présente invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures annexées qui représentent, respectivement : Figure 1, le schéma d'un circuit équivalent d'un circuit à transistor à effet de champ utilisant la réaction ; Figure 2, un diagramme illustrant la dépendance fonctionnelle de la résistance de canal d'un transistor à effet de champ du circuit de la figure I ; et Figure 3, un schéma du circuit de la résistance à commande électronique selon la présente invention. Les figures 1 et 2 ont pour principal objet de servir à ltexpli- cation du problème fondamental que traite la présente invention. La figure 1 représente un transistor à effet de champ avec un drain D, une source S et une grille 6. Une source de tension 1 fournit la tension de grille UG ; une source de tension de polarisation 2, fournissant la tension de polarisation UV, est montée entre la source S et la masse. L'effet de la réaction avec le rapport de réaction a est représenté par une source de tension 3 équivalente, qui par suite applique la tension (UDS + UV).a au circuit grille-source (UDS = tension drain-source). La tension de grille effective UGS' est par suite UGS' n UG + a . (UDS + UV) Le "chemin de résistance" entre le drain et la source est traversé par le courant drain-source IDS. La résistance R du canal des transistors à effet de champ (résistance entre le drain et la source, UDS/IDS) dépend de la tension grillesource UDS, ce qui permet une commande effective de la résistance du canal. Dans le circuit de la figure 1, la résistance approximative R du canal est donnée par ou A # UGS, et C, D, E et r sont des constantes. il est impossible d'éliminer la dépendance de la résistance R du canal vis-a-vis du courant 1DB et vis-b-vis de son carré (ID5)2. L'élimination de la seule dépendance vis-à-vis de 1DB requiert une valeur particulière du rapport de réaction a que l'on ne peut obtenir que de façon peu précise du fait des tolérances inhérentes au transistor à effet de champ et à l'alimentation en tension ; par suite, une certaine dépendance vis-å-vis de IDS continue à exister.Le premier terme 1/A de l'équation ci-dessus indique la caractéristique de commande fondamentale : la composante alinéaire de la résistance du canal est inversement proportionnelle à la tension grille-source t cela ressort aussi des hyperboles de la figure 2. Une comparaison du premier terme avec les deuxième et troisième termes de l'équation montre, cependant, que lors de la diminution de la tension grille-source (augmentation de la résistance du canal), les composantes dépendant du courant (non linéaires) de la résistance du canal augmentent plus fortement que la coaposante linéaire, car elles sont inversement proportionnelles aux quatrième et troisième paissances de la tension grille (décroissante). On peut démontrer ceci en différenciant la résistance R du canal par rapport à la variable As qui est proportionnelle à la tension grillesource t + 3.c 1DB - 1DS2 D. r A2 A A2 + 3 C -A4 3 s ID6 -48. 4 A5 n4 LL3 composante composante non composante non linéaire linéaire linéaire dépend dépendant de (1du)2 dant de ID6 @ @ (@ @) = - + , où R = composante non linéaire A2 dA Ceci montre même plus clairement qu'une diminution de la variable A pour une tension grille-source décroissante résulte en un fort accroissement de la composante non linéaire #R de la résistance R du canal, du fait de la présence de puissances élevées de A au dénominateur. De ce qui précède, il ressort que, dans un transistor & effet de champ utilisé dans le circuit précédent, la valeur maximale que l'on peut atteindre pour la résistance R du canal dépend de l'importance des non linéarités acarissibles, c'est-à-dire que des exigences sévères quant à la linéarité réduisent la plage de commande. Méanmoins, la résistance B du canal d'un transistor à effet de champ dépend aussi de la géométrie du transistor, c'est-à-dire du rapport w/l, où w est la largeur du canal, et 1 est la longueur du canal. Les paramètres extérieurs étant constants, la résistance B du canal est déterminée par le rapport w/l. Le diagramme de la figure 2 représente la dépendance de la résistance B du canal vis-à-vis de la tension grille-source UGS, avec différentes valeurs de w/l pris comme paramètre. Il résulte de la famille de courbes qu'une valeur pré-sélectionnée de la composante non linéaire #R de la résistance B du canal détermine la valeur maximale que l'on peut atteindre pour la résistance R du canal et, par suite, une limite inférieure UGSmin pour la tension grille-source. Sur la figure 2, ceci est illustré pour #R = 10 ohms, et #R= = 20 obis avec un courant drain-source IDss = 4 mA. Il ressort de la figure 2 qu'avec une composante non linéaire #R de 10 ohms et pour un rapport w/l de 15, par exemple, la plage de commande de la résistance R du canal s'étend de 600 ohms à 225 ohms t pour un rapport w/l de 150, cependant, elle s'étend de 250 oins à 25 ohms lorsque la tension UGS varie entre UGSmin et 25 volts. La présente invention reside dans l'utilisation de plusieurs transistors à effet de champ présentant des rapports w/l différents et dont les plages de commande se chevauchent, et dans le fait que, dans un cas de commande concret, le transistor à effet de champ qui est rendu conducteur est celui dont la plage de commande renferme la résistance de canal couramment requise avec la composante non linéaire la plus faible #R. Par suite, pour une résistance dc canal de 400 ohms, le transistor à effet de champ avec un rapport w/-l de 30 donne juste la composante non linéaire admissible # R n 10 ohms, tandis que le transistor à effet de champ avec un rapport w/l de 15 reste au-dessous de cette limite de 10 ohms, c'est-à-dire présente une distorsion plus faible. La figure 3 represente le schéma du circuit d'une réalisation d'une résistance à commande électronique, conforme à la présente invention, qui permet de couvrir la plage de commande de 25 ohms à 250 ohms de la figure 2, par exemple, sans que soit dépassée une composante non linéaire # R = 10 ohms pour toute valeur de la résistance R du canal. Le circuit de la figure 3 comporte les composants suivants t un registre à décalage S de n bits ayant un décalage vers la droite, un décalage vers la gauche, et une entrée d'horloge, des circuits comparateurs C0 à Cn, des transistors de cotutation SI à Sn, des transistors à effet de champ FET1 à FETn, et des bascules FFO et FF. Le circuit fonctionne comme suit Le registre à décalage S contient un bit de valeur 1 t la position occupée par ce bit spécifie aussi le transistor à effet de champ qui se trouve à l'état conducteur, car le bit I commute le transistor de commutation associé à l'état conducteur ; sur la figure 3, le transistor de commutation F2 et, par suite, le transistor à effet de champ FET2 conduisent. Les caractéristiques de commande de la résistance globale aux bornes X et Y sont ainsi déterminées uniquement par le transistor FET2 et par la tension grille-source appliquée. Ceci définit une plage de commande spécifique qui est couverte par ce transistor à effet de champ. Le transistor à effet de champ FET2 est associé au circuit comparateur 02. Ce circuit comparateur compare la tension instantanée grillesource avec la tension UGSmin2, au-dessous de laquelle ne doit pas tomber la tension grille-source de ce transistor afin que ne soit pas dépassée une valeur prédéterminée de la composante non linéaire #R de la résistance R du canal. Quand la tension instantanée grille-source atteint la valeur UGin2, ceci est détecté par le circuit comparateur C2. Lors de l'apparition de l'impulsion d'horloge suivante, le bit 1 dans le registre à décalage S est décalé vers la droite d'une position, de la position 2 à la position 3, par l'intermédiaire de la bascule FF.Ceci rend conducteur le transistor de commutation S3 et, par suite, le transistor à effet de champ FET3 (d'impédance plus élevée) ; ce dernier détermine alors le comportement de la résistance globale. Quand la résistance devient trop élevée, le dispositif de commande augmente la tension grille-source, ce qui réduit la résistance du canal du transistor à effet de champ FET3 ; quand la tension grillc-source atteint son maximum (sur la figure 2, UGSmax = 24 volts), c'est-à-dire quand elle n'est plus capable de réduire la résistance, ceci est détecté par le circuit comparateur C0 qui compare la tension instantanée grille-source avec la tension maximale grille-source UGSmaX que l'on peut atteindre. Par l'intermédiaire de la bascule FFO, le bit I est décalé vers la gauche, de la position 3 à la position 2 (peut-etre à la position 1), et le transistor FET2 (ou FET1) (de plus faible impédance) est rendu conducteur. L'ensemble du circuit de la figure 3 peut entre réalisé en utilisant des techniques de circuits intégrés. Il peut aussi etre intéressant d'introduire dans les circuits comparateurs C1 à Cn des valeurs légèrement supérieures aux valeurs UGsmin1 à UGsmin n de la figure 2 ; grâce à un choix optimal de ces "valeurs de commutation" dans un cas concret, on peut obtenir une résistance globale qui présente une plage étendue de commande et qui satisfait aux exigences rigoureuses de linéarité dans cette plage de commande. REVENDICATIONS 1. Résistance à commande électronique* plus particulièrement destinée à etre utilisée en tant qu'élément de commande final dans des systèmes de commande à réaction, caractérisée en ce qu'elle se compose d'au moins deux transistors à effet de champ qui sont sélectivement amenés à l'état conducteur et ont leurs canaux connectés en parallèle, en ce que la commande est réalisée par l'intermédiaire des tensions grille-source des transistors à effet de champ, en ce que le rapport largeur/longueur du canal est différent dans chaque transistor à effet de champ, en ce que les plages de commande des transistors à effet de champ se chevauchent, les critères extérieurs étant satisfaits, et en ce que l'on a prévu des dispositifs pour la commutation d'un transistor à effet de champ à un autre. 2. Résistance à commande électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un critere extérieur est la composante non linéaire maximale admissible de la résistance du canal d'un transistor à effet de champ. 3. Résistance à commande électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour rendre sélectivement conducteurs les transistors à effet de champ, un transistor de commutation est connecté en série avec chaque transistor à effet de champ, en ce que chaque combinaison série d'un transistor à effet de champ et d'un transistor de commutation est associée à une position dans un registre à décalage à n bits, et en ce que un bit 1 en une position du registre à décalage rend conducteur le transistor de commutation associé. 4. Résistance à commande électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les sorties des différentes positions du registre à décalage sont connectées aux bases des transistors de commutation associés. 5. Résistance à commande électronique selon une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que, pour la commutation d'un transistor à effet de champ à l'autre, on a prévu des circuits comparateurs qui comparent la tension instantanée grille-source du transistor à effet de champ à l'état conducteur avec une valeur limite de ladite tension, laquelle valeur limite est déterminée par des critères extérieurs, chaque transistor à effet de champ étant associé avec un circuit comparateur qui sert à réaliser la comparaison avec la valeur limite inférieure respective, et avec un circuit comparateur général servant à réaliser la comparaison avec la valeur limite supérieure commune, et en ce que les circuits comparateurs commandent le registre à décalage par l'intermédiaire de bascules et décalent le bit 1 dans le registre à décalage vers la droite ou la gauche, suivant qu'est atteinte la valeur limite inférieure ou la valeur limite supérieure. 6. Résistance a commande électronique selon une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'ensemble da circuit est réalisé en utilisant la technologie des circuits intégrés.