Brevet FR2423910A1 — publié le 19791116

La présente invention concerne un procédé et des dispositifs pour l'obtention de grandeurs électriques insensibles aux rayonnements nucléaires. On sait que les générateurs de tension ou de courant de référence mettent généralement en oeuvre des diodes a effet de Zener. Toutefois, on sait également que lorsqu'une diode a effet de Zener est soumise à une irradiation nucléaire, sa tension caractéristique subit une diminution Par suite, de tels générateurs fournissent, sous irradiation, des grandeurs électriques différentes de celles qu'ils fournissaient avant irradiation. Enfin, il est connu qu'une diode a effet de Zener ayant déjà subi au moins une irradiation antérieure, est moins sensible par la suite à une irradiation ulterieure, la diminution de sa tension caractéristique étant alors d'autant plus faible que le niveau de l'irradiation antérieure a été plus élevé. Toutefois, cette diminution ne devient jamais négligeable. La présente invention met à profit cette propriété et a pour objet un procédé et des dispositifs permettant l'obtention, avec des diodes à effet de Zener, de grandeurs électriques insensibles aux rayonnements nucléaires. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour l'obtention d'une grandeur électrique insensible aux rayonnements nucléaires au moyen de diodes à effet de Zener, est remarquable en ce que l'on préirradie, à des niveaux d'irradiation différents, au moins deux desdites diodes,après quoi on réalise un montage dans lequel une diode qui a été plus préirradiée est utilisée pour définir ladite grandeur et une diode qui a été moins irradiée est utilisée pour corriger l'abaissement de la tension caractéristique de la premiere, en cas d'irradiation commune ultérieure desdites diodes. Ainsi, la diode qui a été plus irradiée subit une diminution moindre de sa tension caractéristiaue et peut être utilisée comme diode principale pour définir la tension ou le courant constant à obtenir, tandis que l'autre diode joue le rôle d'élément de compensation pour la première, en apportant à celle-ci le courant ou la tension permettant de corriger la diminution de sa tension caractéristique. L'optimisation de la correction est réalisée par un choix judicieux des niveaux de préirradiation des diodes à effet de Zener, ainsi que par le choix des valeurs des composants du montage réalisé. Le procédé selon l'invention n'est pas limité à une application avec uniquement deux diodes à effet de Zener Au contraire, il peut s'appliquer à des circuits mettant en oeuvre une pluralité de diodes à effet de Zener, dont tout ou partie a été préalablement irradie De préférence, les diodes de Zener utilisées dans ledit montage présentent des tensions caractéristiques identiques Avantageusement, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant une source de tension continue et des diodes à effet de Zener, est remarquable en ce qu'il comporte au moins deux diodes à effet de Zener préirradiées initialement à des niveaux différents, un diviseur de tension, et une chaîne d'asservissement pour asservir la tension aux bornes dudit diviseur de tension. Un mode de réalisation destiné à former un générateur de tension constante peut comporter un pont dont les branches opposées comportent respectivement lesdites diodes à effet de Zener et des résistances, un premier diviseur de tension étant monté en parallèle sur l'une des diagonales du pont qui est reliée aux bornes de ladite source de tension continue, tandis que l'autre diagonale du pont est formée par un second diviseur de tension, la chaîne d'asservissement asservissant le potentiel du point commun du premier diviseur de tension au potentiel du point commun du second diviseur de tension. Dans ce dispositif, en choisissant judicieusement le rapport du second diviseur, on peut faire en sorte que le point commun de ce dernier ait un potentiel pratiquement constant. Pour former un générateur de courant constant selon l'invention,on peut former un montage à trois branches en parallele, la première et la seconde desdites branches comprenant respectivement une desdites diodes en série avec une résistance, tandis que la troisième branche est formée par un diviseur de tension, la chaîne d'asservissement asservissant le potentiel du point commun dudit diviseur de tension au potentiel du point commun à la diode la plus préirradiée et à la résistance de la branche correspondante, tandis que ledit montage des trois branches en parallèle est monté aux bornes de la source de tension continue par l'interme- diaire d'une résistance de charge.Là encore, par un choix judicieux du rapport dudit diviseur de tension, on peut faire en sorte que le courant circulant dans la résistance de charge soit pratiquement insensible aux irradiation ultérieures. Avantageusement, aussi bien pour l'application à un générateur de tension constante que pour l'application à un générateur de courant constant, la chaîne d'asservissement peut comprendre un comparateur à deux entrées, par exemple un amplificateur opéra- tionnel, et un transistor à effet de champ dont le trajet plaquesource est monté dans le circuit de la source de tension continue, tandis que la grille dudit transistor à effet de champ est reliée à la sortie dudit comparateur. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre schématiquement le principe de base d'un gene- rateur de tension selon l'invention, insensible aux irradiations. La figure 2 est un diagramme résultant d'essais sur le comportement du générateur de la figure 1 aux irradiations. La figure 3 illustre schématiquement le principe de base d'un générateur de courant selon l'invention, insensible aux irradiations. La figure 4 est un diagramme résultant d'essais sur le comportement du générateur de la figure 3 aux irradiations. Le générateur de tension de référence selon l'invention, montré par la figure 1, comporte deux diodes de Zener D1 et D2 préirra- diées par neutrons à des niveaux différents. La préirradiation de la diode D1 a été supérieure à celle de la diode D2. La diode D1 est montée en série avec une résistance R1 entre des points 1 et 2, le point 1 étant relié à un point de potentiel +Vcc à travers le trajet plaque-source d'un transistor T de type JFET, tandis que le point 2 est relié à la masse. La résistance R1 se trouve du coté du point 1, tandis que la diode D1 se trouve du côté du point 2, avec son anode vers celui-ci. La diode D2 est également montée en série avec une résistance R2 entre les points 1 et 2, en parallèle sur la branche D1 - R1 La diode D2 se trouve du côté du point i, avec sa cathode vers celuici, tandis que la résistance R2 se trouve du coté du point 2. La valeur de la résistance R2 est égale au moins approximativement à celle de la résistance R1. Le point 3, commun à la diode D1 et la résistance R1, est relié au point 4, commun à la diode D2 et à la résistance R2 r par un diviseur de tension composé de résistances R3 et R4. Le point 5, commun aux résistances R3 et Rq, est relié à l'une des entrees d'un amplificateur opérationnel A, dont l'autre entrée est réunie au point commun 6 d'un diviseur de tension R5, R6 r monté entre les points 1 et 2, en parallèle sur les branches D1 - R1 et D2 - R2 . La sortie de l'amplificateur opérationnel A est reliée à la grille du transistor T. Les valeurs des résistances R3, R4, et R5,R6 sont telles que R3 R5 &alpha; = et ss = R3+R4 R5+R6 Si V1 et V2 sont respectivement les tensions de Zener des diodes D1 et D2, la tension V entre les points 1 et 2 est égale à En effet, la différence de. potentiel entre les points 3 et 4 est égale à V-V2-V11 ce qui entraîne que le potentiel du point 5 est égal à V1+ a(V-V2-V1). Par ailleurs , le potentiel du point 6 est égal à V. Par suite , l'amplificateur opérationnel A et le tran sistor T asservissant la tension V au potentiel du point 5ceci entraîneV1+a(V-V2-V1) = B V, d'ou l'on peut tirer la relation précédente. Lorsque maintenant le dispositif de la figure 1 subit une irradiation, les tensions de Zener V1 et V2 subissent des dérives respectives et différentes A V1 et AV21 et la tension V la dérive AV = -1 hv, + a AV2 &alpha;-ss &alpha;-ss Si l'on choisit le rapport a de façon que (l-a)E V1 = ah V2, on obtient AV = O . Il est donc possible, grâce à l'invention, par choix de la valeur de a, ,d'obtenir une tension constante V entre les points 1 et 2. De façon qualitative, la réponse du dispositif de la figure 1 à une irradiation se fait de la façon suivante : avec les dégradations A V1 et A V2 des tensions des diodes D1 et D21 le potentiel du point 3 diminue, tandis que celui du point 4 augmente. Il en résulte donc une dimunution Alo du courant Io circulant dans le diviseur R3, R4 Comme le potentiel du point 5 est égal à V1+R3Io, ce potentiel varie de AV1+ R3 VIo, AV1 et Alo variant en sens inverse, ce qui permet par choix de a de maintenir constant le potentiel du point 5, qui sert de référence. L'amplificateur opérationnel A et le transistor T asservissent alors la tension V au potentiel du point 5, avec le rapport ss. La stabilité du potentiel du point 5 lors d'une irradiation entraîne donc la stabilité de la tension de référence. La figure 2, qui représente(en ordonnées logarithmiques) les variations A V en fonction du flux d'irradiation(en abscisses),est V relative à un dispositif selon l'invention, dans lequel les diodes D1 et D2 présentaient des tensions V1 et V2 de 9,2 volts et avaient été préirradiées respectivement à 1013n/cm (D1) et 1012n/cm (D2) Les diodes D1 et D2 étaient polarisées par un courant de 7,5 mA et les résistances R1 et R2 étaient égales à 300 Q, tandis que la somme R3 + R4 était égale à 6,65 KQ . La figure 2 montre les resul tats pour trois valeurs de a égales respectivement à 0,250 - 0,253 et 0,256.On remarquera qu'en choisissant =0,253 une stabilité de 2.10 5 est conservée jusque une irradiation de 2.1012 n/cm2 Le générateur de courant de référence selon l'invention, montré par la figure 3, comporte également deux diodes de Zener D1 et D2 pré irradiées par neutrons à des niveaux différents ,la préirradiation de la diode D1 étant supérieure à celle de la diode D2. La diode D1 est montée en série avec une résistance R1 entre des points 1 et 2, le point 1 étant relié à un point de potentiel +Vcc à travers le trajet plaque-source d'un transistor T de type JFET, tandis que le point 2 est relié à la masse par une résistance R7. La résistance R1 se trouve du côté du point 1, tandis que la diode D1 se trouve du côté du point 2, avec son anode vers celui-ci. La diode D2 est également montée en série avec une résistance R2 entre les points 1 et 2, en parallèle sur la branche Dl-Rl. La résistance R2 se trouve du côté du point 1, tandis que la diode D2 se trouve du côté du point 2, avec son anode tournée vers celui-ci. La valeur de la résistance R2 est au moins approximativement la même que celle de R1. Le point 3 commun à R1 et D1 est relié à l'une des entrées d'un amplificateur opérationnel A, dont l'autre entrée est réunie au point commun 6 d'un diviseur de tension R5, R6, monté entre les points 1 et 2, en parallèle sur les branches Dl-Rl et D2-R2. La sortie de l'amplificateur opérationnel A est reliée à la grille du transistor T. L'amplificateur opérationnel A et le transistor T asservissent la tension V entre les points I et 2 à la tension V1 de la diode D1, de sorte que V = T Le courant I de référence, circulant dans la résistance de charge R7, est la somme des courants circulant dans les trois branches en parallèle entre les points 1 et 2. Le courant I1 circulant dans la branche Rl-Dl a pour intensité De façon semblable, le courant I2 circulant dans la branche R2- D2 a pour intensité en tenant compte du fait que R2 = R1. Enfin, le courant I3 circulant dans la branche R5, R6 a pour intensité en désignant R5+ R6 par R. Le courant I a donc pour valeur que l'on peut écrire Si le dispositif subit une irradiation, les tensions de Zener subissent des dérives respectives et différentes # V1 et t V2 et le courant I la dérive Par suite, en optimisant les niveaux de préirradiation et les valeurs 3 et R, il est possible de choisir de sorte qu'alors AI = O. Le courant I circulant dans la résistance de charge R7 est donc alors insensible aux irradiations. De façon qualitative, la réponse du dispositif de la figure 3 à une irradiation se fait de la façon suivante : la tension V1 de la diode D1 chute de AV1 ; il en résulte, par l'intermédiaire de l'asservissement effectué par l'amplificateur opérationnel A et le transistor T, une réduction AV du potentiel V. Les courants I1 et I3 diminuent donc.Par ailleurs, la tension V2 de la diode D2 subit une chute AV2 supérieure à AV1. Pour maintenir la tension aux bornes de la branche D2- R2, il est donc indispensable d'augmenter le courant 12. Un choix judicieux de sset R permet ainsi de com- penser les diminutions de I3 et I1, par l'augmentation de 12, afin de maintenir I constant. La figure 4 montre les résultats obtenus avec le dispositif de la figure 3, dans lequel les diodes D1 et D2 avaient des tensions D1=D2= 9,2 volts, avec un courant de diode de 7,5 m A, et R1 et R2 avaient la valeur de 300 Q . La diode D1 avait été préirradiée avec un flux de 1013 n/cm2, et la diode D2 avec un flux de 5.10/cm. Sur la figure 4, on a représenté AI (en ordonnées logarithmiques) en fonction du niveau dtirrasiation, pour deux valeurs de R, respectivement égales à 5000 et 8000Q. L'optimum est obtenu pour R = 5000 g . La dérive AI est inférieure à 2.10## 5 jusqu'à 2.1012n/cm2. I REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'obtention d'une grandeur électrique insensible aux rayonnements nucléaires au moyen de diodes à effet de Zener, caractérisé en ce que l'on préirradie, à des niveaux d'irradiation différents, au moins deux desdites diodes, après quoi on réalise un montage dans lequel une diode qui a été plus préirradiée est utilisée pour définir ladite grandeur et une diode qui a été moins irradiée est utilisée pour corriger l'abaissement de la tension caractéristique de la première, en cas d'irradiation commune ultérieure desdites diodes. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diodes de Zener utilisées dans ledit montage présentent des tensions caractéristiques identiques. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant une source de tension continue et des diodes à effet de Zener, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux diodes à effet de Zener préirradiées initialement à des niveaux différents, un diviseur de tension, et une chaîne d'asservissement pour asservir la tension aux bornes dudit diviseur de tension. 4 - Dispositif selon la revendication 3, formant générateur de tension constante, caractérisé en ce qu'il comporte un pont dont les branches opposées comportent respectivement lesdites diodes a effet de Zener et des résistances, un premier diviseur de tension étant monté en parallèle sur l'une des diagonales du pont qui est reliée aux bornes de ladite source de tension continue, tandis que l'autre diagonale du point est formée par un second diviseur de tension, la chaîne d'asservissement asservissant le potentiel du point commun du premier diviseur de tension au potentiel du point commun du second diviseur de tension. 5 - Dispositif selon la revendication 3 formant générateur de courant constant, caractérisé en ce qu'il comporte un montage à trois branches en parallèle, la première et la seconde desdites branches comprenant respectivement une desdites diodes en série avec une résistance, tandis que la troisième branche est formée par un diviseur de tension, la chaîne d'asservissement asservissant le potentiel du point commun dudit diviseur de tension au potentiel du point commun à la diode la plus préirradiée et à la résistance de la branche correspondante, tandis que ledit montage des trois branches en parallèle est monté aux bornes de la source de tension continue par l'intermédiaire d'une résistance de charge. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la chaîne d'asservissement comporte un comparateur à deux entrées et un transistor à effet de champ dont le trajet plaque-source est monté dans le circuit de la source de tension continue, tandis que la grille dudit transistor à effet de champ est reliée à la sortie dudit comparateur. 7 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les résistances dudit pont sont égales. 8 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les résistances desdites première et seconde branches sont égales