Brevet FR2468997A1 — publié le 19810508

La présente invention concerne un élément de circuit in tégré fournissant un courant proportionnel à une tension de commande et ayant une dépendance en température prédéterminée. Dans un circuit intégré monolithique, il peut arriver dans de nombreux cas que l'on ait besoin d'un courant proportionnel à une tension de commande externe au circuit et indépendante de la température, la relation entre ce courant et cette tension de commande étant également indépendante de la température. Le moyen le plus simple pour obtenir un courant à partir d'une tension est d'utiliser une résistance et dflappliquer la loi d'ohm (V = RI). Néanmoins, dans un circuit intégré, les résistances les plus économiques à former sont constituées d'une certaine longueur de semiconducteur d'un type de conductivité donné insérée dans une zone semiconductrice de type opposé.De telles résistances présentent un coefficient de température positif relativement élevé (pour du silicium ce coefficient est de l'ordre de 0,16 Ó c'est-à-dire que, si une résistance a une valeur Rg à une température donnée Tg, par exemple à température ambiante, sa résistance à une température T deviendra R = Rg (1 + 0,0016 T) où T représente la différence entre les températures T et T0). Un autre moyen bien connu pour obtenir un courant dans un circuit intégré proportionnel à une tension de commande externe consiste à utiliser un circuit de potentiomètre électronique. Dans sa version la plus simple, un potentiomètre électronique est constitué de deux transistors bipolaires connectés en amplificateur différentiel, c'est-à-dire dont les émetteurs sont reliés à une source de courant constant i et entre les bases desquels est appliquée la tension de commande. Si l'on appelle il le courant de collecteur du premier transistor bipolaire et i2 celui du second transistor bipolaire, on a alors i1 + i2 = i q/k est une constante universelle, T désigne la température ab- plue. On recueille donc dmis I un des colleaWeurs une fraction du courant I qui peut varier depuis presque O (par exemple 1/100.000e) jusqu'à presque 1.Mais, à nouveau, on notera que cette fraction dépend de la température et qu'elle ne reste constante que si la tension de commande est proportionnelle à la température absolue T. Ceci n'est bien entendu pas le cas pour une source de tension de commande externe que l'on pourra considérer comme stable en température et en tous cas pas soumise aux mêmes variations de température que le circuit intégré. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un élément de circuit intégré simple permettant de fournir un courant fonction d'une tension de commande et indépendant des variations de température du circuit intégré. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un élément de circuit intégré comprenant quatre transistors de même type, la base du premier étant connectée à l'émetteur du second, la base du second à celle du troisième, et l'émetteur du troisième à la base du quatrième, une tension de commmande externe étant appliquée entre collecteur et émetteur du premier transistor par l'intermédiaire d'une résistance en série avec le collecteur et une résistance de sortie étant connectée en série avec le collecteur du quatrième transistor, dans lequel les second et troisième transistors sont connectés pour être tranversés par des courants qui ne dépendent que de la température, les coefficients de température de ces deux courants étant de signes opposés. Ainsi le coefficient de température du signal de sortie de cet élément de circuit, qui est proportionnel au rapport des deux coefficients de température énoncés précédemment, peut être fixé à une valeur choisie prédéterminée. Notamment, on pourra obtenir un courant de sortie proportionnel à une tension de commande et indépendant de la température ainsi qu'une tension de sortie directement proportionnelle à une tension de commande et à la température, ce qui permet d'utiliser le circuit selon la présente invention comme interface entre une tension de commande externe et un potentiomètre électronique pour commander celui-ci indépendamment de la température du circuit intégré monolithique qui le contient. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention vont être exposés plus en détails ci-apres en relation avec la figure jointe qui illustre un mode de réalisation de la présente invention. Comme le montre la figure, quatre transistors principaux T1 T2, T3 T4 de même type (ici NPN) sont connectés de la façon suivante : base du transistor T1 à l'émetteur du transistor T2, bases des transistors T2 et T3 interconnectée; et émetteur du transistor T3 à la base du transistor T4. La tension de commande Vc est appliquée entre le collecteur et l'émetteur du transistor T1, une résistance R1 étant disposée en série avec le collecteur. Lesbasesdes transistors T2 et T3 sontpolariséespar connexion avec le collecteur du transistor T1. Les émetteurs des transistors T1 et T4 sont interconnectés et les émetteurs des transistors T2 et T3 sont reliés à ce point d'interconnexion avec interposition éventuelle de circuits intermédiaires.Comme cela est connu, dans un tel circuit on a la relation Iî x 12 = I3 x I4 ou 14 = I1 x I2/I3 (1) Iî est sensiblement égal à Vc/Rî Ainsi, la présente invention vise à sélectionner de façon appropriée les coefficients de température des courants I2 et I3 traversant les transistors T2 et T3 pour que la dépendance en température du courant 14 par rapport à la tension de commande Vc soit prédéterminée ou de signe positif. En effet, on rappelle que, dans le cas de la simple application de la loi d'ohm I = V/R , étant donné que R a un coefficient de tempé- rature positif I est proportionnel à V avec un coefficient de température négatif. Dans le mode de réalisation particulier représenté dans la figure, 12 est proportionnel à la température absolue et inverse ment proportionnel à la valeur d une résistance et I3 est inverse ment proportionnel à une résistance. Le circuit de détermination du courant I2 comprend des transistors T5, T6 T7 et T8 et une résistance R Le collecteur du transistor T5 est connecté à 3Ervetteur du transistor T2, les émetteurs des transistors T5 et T6 scnt interconnectés et la base du transistor T5 est connectée au collecteur du transistor T6 lui-meme connecté à la base de ce transistor T6 par l'intermédiaire d'une résistance R6.Les transistors T7 et T8 sont montés en miroir de courant, c'est-à-dire que leurs émetteurs sont interconnectés et reliés à une borne d'alimentation 2, et leurs bases sont interconnectées et reliées au collecteur du transistor T7 lui-même connecté au collecteur du transistor T2. Le collecteur du transistor T8 est relié à la base du transistor T6. Ces transistors T7 et T8 sont identiques. Ainsi, en raison de leur montage, leurs courants de collecteur sont égaux. Ceci détermine que les courants de collecteurs des transistors T2, T5 et T6 sont également égaux. On choisit les transistors T5 et T6 de sorte que le transistor T5 ait une surface d'émetteur m fois plus grande que celle du transistor T6. On obtient alors 12 5 6 x kT x ,top m = IN 6 R6 q Le circuit imposant le courant dans le transistor T3 comprend des transistors Tg et Tlo montés en miroir de courant et connectés par leur base comme à une source de tension V. par l'in termédiaired'une résistance R10. La source de tension V. peut être une source externe de valeur indépendante de la température du circuit intégré ou bien être une source interne indépendante de la température ou présentant un coefficient de température choisi et de signe déterminé. En insérant les valeurs I1, I2 et I3 dans la formule (1), on obtient donc, à un facteur de proportionnalité près indépendant de la- température : en ne tenant compte que de Vc et des éléments la formule ci-dessus qui dépendent de la température, on a et, en négligeant les facteurs qui ne dépendent pas de la température, la tension V4 aux bornes de la résistance R4, est égale à Si l'on a choisi Vi indépendant de la température et que, comme cela est le cas dans un circuit intégré, R10, R47 R1 et R6 présentent le même coefficient de température, on obtient, à un facteur de proportionnalité indépendant de la température près V4=Vc T Cette tension V4 permet donc de commander un circuit de potentiomètre électronique de sorte que les courants il et i2 dépen dent uniquement de V et pas de la température. En ce cas, le c circuit selon la présente invention sera utilisé comme interface entre une tension de commande externe au circuit intégré et un potentiomètre électronique contenu dans ce circuit intégré. Dans le cas où l'on s'intéresse directement au courant 14 et à son coefficient de température, on peut noter que la formule (2) peut s'écrire en ne-tenant toujours compte que des éléments qui présentent une dépendance en température et en affectant de l'indice 0 les valeurs à température ambiante. 1/Tg est sensiblement égal à 0,0033 (1/3000K) etc est sensiblement égal à 0,0016. Le coefficient de température de 14 est donc de + 0,0017 si Vi est indépendant de la température et peut être modifié en jouant sur la dépendance en température de Vi. I1 faut souligner que le coefficient de température de 14 est de l'ordre de 0,17 % par degré alors que celui que l'on obtient normalement pour un courant résultant de la loi d'Ohm est de l'ordre de - 0,16 % par degré.Il est dès lors possible, même sans influer sur Vi, d'obtenir des courants ayant tout coefficient de température souhaité entre ces deux limites en ajoutant un courant tel que 14 à un courant tel que l'on sait obtenir classiquement. En reprenant par exemple le circuit de la figure unique, ceci peut être obtenu en plaçant un transistor -supplémentaire de sorte que sa jonction base/émetteur soit en parallèle avec celle du transistor T1 et que son collecteur soit relié à celui du transistor Td Si le transistor T1 et le tran sistor supplémentaire sont identiques, le courant total est égal à I1 + 14 et son coefficient de température est presque nul (0,01% par degré). En choisissant la taille -du transistor supplémentaire par rapport à celle du transistor T1, on peut choisir à volonté le coefficient de température du courant total, ce courant res tant proportionnel à la tension de commande V . On dispose ainsi c d'un circuit de compensation de coefficient de température qui peut être combiné avec tout circuit connu. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits ci-dessus ; elle en inclut les diverses variantes et généralisations comprises dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Elément de circuit intégré comprenant quatre transistors de même type, la base du premier étant connectée à l'émetteur du second, la base du second à celle du troisième et l'émetteur du troisième à la base du quatrième, une tension de commande externe étant appliquée entre collecteur et émetteur du premier transistor par l'intermédiaire d'une résistance en série avec son collecteur, et une résistance de sortie étant connectée en série avec le collecteur du quatrième transistor, caractérisé en ce que les second et troisième transistors sont connectés pour être traversés par des courants ne dépendant que de la température, le coefficient de température du courant traversant le second transistor étant positif et de valeur supérieure au coefficient de température d'une résistance formée dans le circuit intégré. 2. Elément de circuit intégré selon la revendication 1 caractérisé en ce que le courant traversant le troisième transistor est obtenu à l'aide d'un montage en miroir de courant pour être du type V/R, V étant une tension générée à l'intérieur ducircuit intégré et R une résistance. 3. Elément de circuit intégré selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite tension V est indépendante de la température. 4. Elément de circuit intégré selon la revendication 2 caractérisé en ce que la dite tension présente un coefficient de température prédéterminé 5. Elément de circuit intégré selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le courant traversant le second transistor est proportionnel à T/R, T étant la valeur absolue de la température et R une résistance. 6. Elément de circuit intégré selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend des cinquième à huitième transistors et une résistance disposée entre base et collecteur du sixieme transistor, le cinquième transistor étant relié par son collecteur à l'émetteur du deuxième transistor et par sa base au collecteur du sixième transistor, la base du sixième transistor étant connectée au collecteur du huitième transistor, les septième et huitieme transistors étant connectés en miroir de courant, et le collecteur du septième transistor étant relié à celui du second transistor 7. Elément de circuit intégré selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est inséré comme circuit d'interface entre une tension de commande externe au -cir- cuit intégré et un potentiomètre électronique interne à ce circuit, d'où il résulte que les courants fournis par le potentiomètre électronique dépendent uniquement de la tension de commande et pas de la température.