Brevet FR2482330A1 — publié le 19811113

"SourcDe eOcant &stm àstaistid trion et de température" ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des souioes de courant constant, et se rapport notamment à une surcede courant constant à stabilisation de tension et de température. Des sources de courant constant typiques de l'art antérieur sont décrites dans les brevets des Etats- Unis N s 3.714.534, 3.886.435 et 3 962.592. Ces brevets concernent des sources de courant constant dans lesquelles on a réalisé en outre une certaine forme de compensation de tem- pérature afin de stabiliser le courant de sortie en fonction de la température. Toutefois, ces circuits connus ne pré- sentent pas un haut degré de stabilisation par rapport aux variations de la tension d'alimentation, et par conséquent, ils ne conviennent pas trbs bien pour le fonctionnement dans des appareils alimentés par batteries, ni pour l'utilisation dans d'autres applications, dans lesquelles il peut Se séduire facilement des variations sensibles de la température _biate aussi bien que de la tension de fonctionnement. RESUME DE L'INVENTION L'invention a pour but de fournir une source de courant constant dont le courant de sortie e$ sta- bilisé par rapport aux variations de la tension daUmentation aussi bien qu'aux variations de la températureo De plus, l'invention a pour but defournir une source de courant constant à stabilisation de tension et de température, source dont la structure est simple et le fonctionnement est efficace. Les buts conformes à l'invention sont at- teints dans une nouvelle source de courant constant utilisant 3 un seul amplificateur différentiel conjointement avec des circuits de stabilisation de tension et de température. La partie du circuit qui est constituée par l'amplificateur dif- férentiel est mliLe drneepremieetdmeseconde bornes d'entrée, la première borne d'entrée étant connectée à un circuit de tension de référence servant à appliquer une tension de ré- férence sensiblement constante à l'amplificateur, et la aecnde borne d'entrée étant connectée à la sortie d'un circuit de stabilisation de tension, qui compense les variations de la tension d'alimentation appliquée à l'ensemble du cicuit for- mant la source. De plus, la première borne de sortie de l'amplificateur est connectée o5 à l'entrée d'un circuit de stabili- sation de température, qui sert à compenser les varJations dS caractéristiques des composants du circuit, variations qui oe produisent à la suite de variations de température, aIbs que la seconde borne de sortie de l'amplificateur dBEéimntiel est connectée à l'entrée du circuit de stabilisation de tension. Les circuits de stabilisation de tension et de température fonctionnent l'un et l'autre suivant un principe de réaction, c'est-à-dire qu'ils reçoivent chacun un signal d'entrée de l'une des deux bornes de sortie de l'amplificateur différen- tiel et qu'ils fournissent à leur tour un signal de réaction à l'amplificateur différentiel, de sorte que l'on obtient la stabilisation voulue. Le -signal de sortie de la source, 't0- à-dire un signal de courant constant, est engendré dans un circuit de-sortie qui est couplé à la première sortie del'an- plificateur différentiel. L'utilisation d'une configuration d'me- fibateurodifférentiel, avec ses bornes d'entrée et de sortie doubles, permet d'intégrer la stabilisation de tension et la stabilisation de température dans le même circuit. En fait, une moitié de l'amplificateur différentiel est couplée au circuit de stabilisation de courant, alors que l'autre mnxtié est couplée au circuit de stabilisation de température. ljnsL, l'on obtient une source de courant constant à la fois simple et efficace, ayant encore une haute qualité de fonctionnement et assurant tant la stabilisation de tension que la stabili- sation de température. Un tel circuit est utile dans de nom- breuses applications, notamment dans de l'équipement alimnté par des batteries, équipement dans lequel il peut se proluire facilement des variations de température et de tension sen- sibles. DESCRIPTION SUCCINCTE DU DESSIN La figure unique est un diagramme schéma- tique d'une source de courant constant à stabilisation de tension et de température conforme à un mode de réalisation préférentiel de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Une source de courant constant à stab]iMr en tension et en température conforme à l'invention, est re- présentée sur la figure unique du dessin. Une borne d'alimen- tation en tension 1 est prévue pour la réception d'une'tsion d'alimentation Vcc, alors qulune borne de mise à la masse 3 sert de retour de tension d'alimentation et de borne commune du circuit. La source de courant constant est munie d'un amplificateur différentiel comportant les transistors bipolaires Q5 et Q6 appartenant au même type et dont Sa zones d'émetteur sont interconnectées de façon qu'elles forment une borne d'alimentation en courant de leamplificateur. Les zones de base des transistors Q6 et Q5 forment la première e]ae- conde bornes d'entrée de l'amplificateur différentiel, alors que les zones de collecteur des transistors Q6 et Q5 forment la première la Mconde bornes de sortie de l'amplificateur différentiel. La borne d'alimentation en courant formée par le point commun aux zones d'émetteur des transistors Q5 et Q6 est raccordée à la borne dîalimentation en tension à travoeS les résistances R6 et R7 montées en série. Un circuit de tension de référence servant à appliquer une tension de référence à la zone de base du transistor Q6 comporte une paire de diodes D1 et D2 montées en série et connectées, pour la même polarité, entre la btme d'alimentation en tension 1 et la zone de base du transistor Q6. Afin d'assurer l'alignement adéquat des jonctions des diodes D1 et D2 par rapport aux jonctions de transistor res- tantes du circuit, ces diodes sont formées par des trMSiStors connectés en diode, technique connue de l'homme de l'art. Le circuit de stabilisation de tension, qui sert à compenser des variations de la tension d'alimen- tation, comporte un amplificateur à réaction constitué parles transistors bipolaires Q2 et Q4 appartenant au même type. La 2482330- zone d'émetteur du transistor Q2 est raccordée à la borne de mise à la masse 3, alors que la zone de collecteur de ce trn- sistor est raccordée à la zone de base du transistor Q4. Une résistance R3 est intercalée entre la zone de base du trMiS- tor Q2 et la zone d'émetteur du transistor Q4, et une résis- tance R4 est intercalée entre la zone d'émetteur du transis- - tor Q4 et la borne de mise à la masse 3. Le signal d'entéede l'amplificateur à réaction est prélevé à la seconde borne de sortie de l'amplificateur différentiel, borne formée par la zone de collecteur du transistor Q5, et est appliqué à la aze de base du transistor Q2, alors que le signal de sortie de l'amplificateur à réaction est fourni à partir de la zone de collecteur du transistor Q4 à la seconde borne d'entrée de l'amplificateur différentiel, borne formée par la MnS de see du transistor Q5. Un noeud de sommation de courant întermé- diaire formant le point commun à la zone de collecteur du transistor Q2 et à la zone de base du transistor Q4 Iacit du courant d'une première source de courant partielle qui com- porte une résistance R2 intercalée entre la borne d'alimenta- tion 1 et la zone d'émetteur d'un transistor Q1, la zone de collecteur du transistor Q1 étant connectée au noeud de som- mation de courant de l'amplificateur à réaction. De ls, une résistance Ri est intercalée entre la borne d'alimentation en tension 1 et le noeud de sommation de courant pour permettre de fournir un courant de démarrage, comme expliqué en détail dans la suite de cet exposé. Une deuxième source de courant partielle, constituée par une résistance R5 intercalée entre la borne d'alimentation 1 et la zone d'émetteur d'un transis- tor bipolaire Q3, la zone de collecteur du transistor Q3 ant raccordée à la seconde borne d'entrée de l'amplificateur dif- férentiel, sert à fournir le courant collecteur au transistor Q4. Le courant fourni par les première et deuxième sources de courant partielles est maintenu sensiblement constant du fait que les zones de base des deux transistors de source de cou- rant (Q1 et Q3) sont raccordées à la première borne d'entrée de l'amplificateur différentiel, alors que cette borne est maintenue à une tension de référence sensiblement constte à travers les diodes D1 et D2o Les diodes D1 et D2 sont alimen- tées par une troisième source de courant partielle constituée par un transistor Q8, dont la zone de collecteur est rcoxdée à la diode D2 à l'endroit de la première borne d'entrée de l'amplificateur différentiel, et dont la zone d'émetteur est raccordée à la borne de mise à la masse 3 à travers unx zésiîs tance R9o Un signal de commande est appliqué à l'entrée de la troisième source de courant partielle du fait que le noeud de N0 sommation de courant intermédiaire de l'amplificateurà lactC. est; connecté à la borne d'entrée de la source de Courxet, borne formée par la zone de base du transistor Q8. Les variations des caractéristiques des composants du, circuit, variations dues à des fluctuations de température, sont compensées par un circuit de stabilisation de température constitué par un transistor bipolaire Q7, de type opposé à celui des transistors Q5 et Q6 de 1iampocatb différentielo Le transistor Q7 repoit un signal d'eEr- de la première sortie de l'amplificateur différentiel, à travers une liaison entre la zone de collecteur du transistor Q6 et-l zone de base du transistor Q70 Une résistance R8 est inter- calée entre la zone de base du transistor Q7 et la borne de mise à la miasse 3, alors que la zone deémetteur du tr2-torQ? est raccordée directement à la borne de misée à la masse. La réaction nécessaire à la stabilisation de température se réa- lise du fait que la zone de collecteur du transistor Q7 est raccordée au point commun aux résistances R6 et R7 montées en série et appartenant à l'amplificateur différentiel. Le circuit de sortie de la source de cou- 0 rant constant est constitué par un transistor bipolaire Q9 appartenant au même type que le transistor Q7, et dont la zone de base est connectée à la zone de base du bmn-isbrQ7, sa zone d'émetteur étant connectée à la borne de mise à la masse 3 et sa zone de collecteur étant connectée à une borne de sortie de courant 2 de la source de courant constant. La source de courant conforme à lt'nvticn est activée par ltapplication d'une tension Vcc à la borne Cc d'alimentation en tension 1 par rapport à la borne de mise à la masse 3. Dès l'application de cette tension, un coDrt de - démarrage circule entre la borne d'alimentation en tmsicniet la masse, à travers la résistance Rl et les jonctions de base-émetteur des transistors Q4 et Q8 et les résistances R4 et R9 insérées dans les circuits d'émetteur respectifs cîes transistors.. Le courant traversant Rh établit un potentiel assurant la commande de la base du transistor Q2 à traers la résistance R3. A la suite de l'activation du transistor Q8, les diodes Dl et D2 montées en série sont traversées par un courant, qui établit dans ces conditions une tension de réfé- rence sur les zones de base des transistors Qi, Q3 et Q6. Après l'application de cette tension de référence, chacun de ces transistors produit un courant de-sortie sensiblement constant. En régime permanent, la tension appliquée à la pre- mière borne d'entrée de l'amplificateur différentiel, borne formée par la zone de base du transistor Q5, est Famiblement égale à la tension de référence appliquée à la zone de base du transistor Q6, et-un courant constant est généré à lapre- mière borne de sortie de l'amplificateur différentiel, cou- rant servant à commander le transistor de sortie Q9. Ci-après on va décrire la manière dODt le circuit conforme à l'invention fonctionne pour des VaLaions de la tension d'alimentation et de la température ambiante. Lteffet des variations de la tension d'alimentation sur le fonctionnement du circuit, variations qui sont causées par exemple par une diminution progressive de la tension dtali- mentation dans le cas d'une alimentation par batteries, est atténué tant dans l'amplificateur différentiel Q5 - Q6 que dans l'amplificateur à réaction Q2 - Q4. Bien que pour des variations de la tension d'alimentation, le courant de srtie des zones de collecteur des transistors Qi et Q3 reste sensi- blement constant du fait de la tension de référence relative- ment stable qui est appliquée aux zones de base de ces tran- sistors ainsi que du fait de la contre-réaction se pmduiSant à travers les résistances R2 et R5, une variation de la ten- sion d'alimentation tendrait à aboutir à une variation du 2482O30 courant traversant la résistance de démarrage R. En suppsant qo la- tenn d'alimentation diminue, le courant traversant la résistance R1 tend à diminuer, ce qui provoque la diminution du courant de commande de base fourni par cette source aux D5 transistors Q4 et Q8. Toutefois, toute diminution du courant de collecteur du transistor Q4 donne lieu à une augmentation de la tension disponible sur la zone de collecteur du tran- sistor Q4, de sorte qu'il y a une augmentation de la tension disponible sur la zone de base du transistor Q5, c'est-à-dire sur la seconde borne d'entrée de l'amplificateur diffdreniel. Ceci provoque une diminution du courant de collecteur du transistor Q5, et l'effet combiné de la diminution i courEat traversant les transistors Q4 et Q5 donne lieu à une dininutie du courant qui est fourni à la zone de base du transistor Q2. Par conséquent, le courant de collecteur du transistor Q2 diminue, et un plus grand pourcentage du courant total fourni au noeud de sommation de courant de l'amplificateur i rstbOn_ au lieu de suivre ce trajet, circule vers les zones de base des transistors Q4 et Q8, de sorte que le circuit est remis dans sa condition de régime permanent. De façon similaire, d'autres variations qui résultent de variations provenant de fLuctuations de la tension d'alimentation sont oapensées de même dans la boucle d'amplification à contre-réaction compor- tant les transistors Q2, Q4 et Q5. La stabilisation de température est aug- mentée par le fait que le circuit conforme à l'inVelior a été prévu pour comprendre le maximum possible de coefficients de température réciproques, coefficients qui se cîpÉE=t donc mutuellement. Par exemple, dans le cas d'une augmentation de la température, la valeur ohmique des résistances du circuit augmente, tandis que les tensions de diode (de jonction base- émetteur) des transistors diminuent. Toutefois, le circuit a été conçu de façon qu'un grand nombre de ces coefficients de température sont réciproques et se caoensent donc mutuelle- ment. Par exemple, dans le cas d'une augmentation de i tmpé- rature, la valeur ohmique de la résistance R5 augmente, tECiS qu'en même temps, la tension de jonction base-émetteur du transistor Q3 diminue. Toutefois, toute variation du courant de sortie fourni à la seconde borne d'entrée de llamPlfica- teur différentiel à partir de la zone de collecteur du tran- sistor Q3, variation qui résulte desdites variations, est can- pensée par une variation semblable du courant prélevé à cebt borne à la suite de variations similaires se produisant,à la suite de changements de température, dans la valeur obmLq,.ede la résistance R4 et pouratadon de jonction.baseeémetteur du transistor Q4, de sorte que le courant fourni altm2dsitor Q5 reste sensiblement constant. De façon similaire, il y a com- piention mutuelle des variations que subissent les tensions de jonction base-émetteur des transistors Q1 et Q2 sous l'ef- fet de changements de température. A la première bone d'entrée de l'amplificateur différentiel, les coefficients de tempéra- ture de la diode D2 et de la jonction base-émetteur du tran- sistor Q6 se coEensent également, mais la tension croissante aux bornes de la diode D1, conjointement à la valeur ohmique emissante des résistances R6 et R7, tendrait à diminuer le courant de sortie sur le collecteur du transistor Q6,SL cette tension n'était pas compensée. Toutefois, lors d'une augmen- tation de la température, la valeur de R8 augmente aussi, tandis que la tension aux bornes des jonctions base-émetteur des transistors Q7 et Q9 diminue. Ces variations suppriment sensiblement les variations des coefficients de température de la diofe D1 et des résistances R6 et R7, de sorte que le courant mesuré à l'endroit des zones de collecteur des tran- sistors Q7 et Q9 est sensiblement constant. Pour le cas o, par exemple par suite des divers coefficients de tem- pérature des composants, la stabilisation detertiaiure n'est 3O pas parfaite, il est prévu une autre boucle de Contre-IrCdion entre la zone de collecteur du transistor Q7 et le point commun aux résistances R6 et R7 intercalées dans le circuit d'émetteur de l'amplificateur différentiel. Ainsi, undéséqui- libre du circuit tendant à augmenter le courant de sortie de l'amplificateur différentiel, sur le collecteur du tr&qisîDr Q6, ferait augmenter aussi le courant de commande de base du transistor Q7, de sorte qu'il y aurait augmentation du cairt de collecteur dans le transistor Q70 Comme la zone de collec- teur Q7 reçoit du courant de la résistance d'émetteur R6 de l'amplificateur différentiels, une augmentation du courant co- lecteur à travers Q7 shunte une partie du courant qui arum serait fourni à l'amplificateur différentiel pour 8treMMa la masse, de façon que cette augmentation tend à supprimer luaug mentation originale du courant de sortie Le degré de laticon nécessaire pour une compensation de température optimale dar cette boucle de réaction, peut être obtenu par le choix ap- 0 proprié du rapport des résistances R6 et R79 alors que la va- leur de R6 plus R7 est maintenue constanteo AinsiD par 12utilisation de boucles de contre-réaction dans les deux sections de lvamplificateur adif férentiel, ainsi que par leutilisation dvune technique d com= pensatioll mutuelle des coefficients de température, linven- tion fournit une source de courant constant assurant tant la stabilisation de la tension que la stabilisation da ' io Bien que l2invention ait été expliquée en référence à un mode de réalisation préférentiel il est clair que l'homme de l'art est à même d9imaginer plusieurs ttes sans sortir du cadre de l'invention0 REVENDICATIONS 1. Source de courant constant à stabilisation de tension et de température munie de bornes d'alimenta- tion en tension (1) et de mise à la masse (3) et compor- tant un amplificateur différentiel Q5, Q6) muni d'une première et d'une seconde bornes d'entrée, d'une premiè- re et d'une seconde bornes de sortie et d'une borne d'a- limentation en courant, un circuit de tension de réfé- rence(D, D2) servant à appliquer une tension de réfé- rence à la première borne d'entrée dudit amplificateur différentiel(Q5, Q6), circuit de stabilisation de ten- sion servant à compenser des variations de la tension appliquée à ladite borne d'alimentation en tension (1) et muni d'une borne d'entrée qui est couplée à ladite seconde borne de sortie de l'amplificateur différentiel (Q5, Q6), ainsi que d'une borne de sortie qui est cou- plée à ladite seconde borne d'entrée de l'amplificateur différentiel (Q5, Q6), un circuit de stabilisation de température (Q7) servant à compenser les variations se produisant dans les caractéristiques des composants cir- cuit sous l'effet de variations de température, circuit -1(Q7) muni d'une borne d'entrée qui est couplée à la pre- mière borne de sortie dudit amplificateur différentiel (Q5 Q6) et d'une borne de sortie qui est couplée à la- dite borne d'alimentation en courant de l'amplificateur différentiel (Q5, Q6), et un circuit de sortie (Q9) muni d'une borne d'entrée qui est couplée à ladite première borne de sortie de l'amplificateur différentiel (Q5, Q6) et d'une borne de sortie (2) servant à fournir un signal de courant constant stabilisé. 2. Source de courant constant selon la reven- dication 1, dans laquelle ledit amplificateur différen- tiel (Q 5) est muni d'une part d'un premier (Q6) et d'un deuxième (Q5) transistors bipolaires appartenant au même type et comportant chacun des zones de base, d'émetteur et de collecteur, les zones d'émetteur des- dits transistors étant interconnectées de façon qu'elles forment la borne d'alimentation en courant dudit ampli- ficateur différentiel, les zones de base desdits premier (Q6) et deuxième (Q5) transistors formant respectivement les première et seconde bornes!'entrée dudit ampMifica- teur différentiel (Q 5 Q6) et les zones de collecteur des- dits premier et deuxième transistors (Q6' Q5) formant respectivement la première et la seconde bornes de sortie dldudit amplificateur différentiel (Q5' Q6)' et d'autre part d'une première et d'une seconde résistances (R62 R7 qui sont mortnes en série entre ladite borne d'alimenta- tion en courant de l'amplificateur différentiel (Q59 Q6) et la borne d'alimentation en tension (1) de la source de courant. 3. Source de courant constant selon la revendi- cation 2,9 dans laquelle ledit circuit de tension de réfé- rence comporte une paire de diodes (D1, D2) montées en série et connectées, avec la même polarité, entre ladite première borne d'entrée de l'amplificateur différentiel (Q5' Q6) et la borne d'alimentation en tension (1) de la source de courant, 4. Source de courant constant selon la reven- dication 3, dans laquelle ledit circuit de stabilisation de tension comporte un amplificateur à réaction muni d'une borne d'entrée qui est connectée à la seconde borne de sortie de l'amplificateur différentiel (Q5, Q6) d'une bor- ne de sortie qui est connectée à la seconde borne d'en- trée de l'amplificateur différentiel (Q5s Q6) et d'un noeud de sommation de courant intermédiaire, une premiè- re source de courant partielle (Q1, R2) qui est connectée entre la borne d'alimentation en tension (1) de la source de courant et ledit noeud de sommation de courant inter- médiaire et dont une borne d'entrée est connectée a la première borne d'entrée de l'amplificateur différentiel (Q5s' Q6)' une deuxième source de courant partielle (Q3, R5) qui est connectée entre la borne d'alimentation en tension (1) de la source de courant et la seconde borne d'entrée de l'amplificateur différentiel (Q5' Q6) et dont une borne d'entrée est connectée à la première borne d'entrée de l'amplificateur différentiel (Q5, Q6)' et une troisième source de courant partielle (Q8, R9) qui est connectée entre la première borne d'entrée dudit am- plificateur différentiel (Q5, Q6) et la borne de mise à la masse (3) de la source de courant et dont une borne d'entrée est connectée audit noeud de sommation de cou- rant intermédiaire - 5. Source de courant constant selon la reven- dication 4, dans laquelle ledit circuit de stabilisation de température (Q7) comporte un troisième transistor bi- polaire (Q7) appartenant au type opposé à celui desdits premier et deuxième transistors (Q6, Q5) et muni de zo- nes de base, d'émetteur et de collecteur, la zone de ba- se dudit troisième transistor (Q) étant raccordée à la première borne de sortie dudit amplificateur différentiel (Q5, Q6), la zone d'émetteur dudit troisième transistor (Q7) étant connectée à la borne de mise à la masse (3) de la source de courant, et la zone de collecteur dudit troisième transistor (Q7) étant raccordée au point com- mun auxdites première et seconde résistances (R6, R7) montées en série. 6. Source de courant constant selon la reven- dication 5, dans laquelle ledit circuit de sortie compor- te un quatrième transistor (Q9) bipolaire appartenant au même type que ledit troisième transistor (Q7) et muni de zones de base, d'émetteur et de collecteur, la zone de base dudit quatrième transistor (Q9) étant raccordée à la première borne de sortie dudit amplificateur diffé- rentiel (Q5, Q6) la zone d'émetteur dudit quatrième transistor (Q9) étant raccordée à la borne de mise à la masse (3) de la source de courant, et la zone de collec- teur dudit quatrième transistor (Q9) formant la borne de sortie (2) de la source de courant constant. 7, Source de courant constant selon la reven- dication 6, dans laquelle ledit amplificateur à réaction comporte des cinquième et sixième transistors (Q2 Q4) bipolaires appartenant l'un et l'autre au même type, op- posé à celui desdits premier et deuxième transistors (Q6' Q5) et qui sont munis chacun de zones de base, d'é- metteur et de collecteur, la zone de collecteur dudit cinquième transistor (Q2? étant raccordée à la zone de base dudit sixième transistor (Q4) de façon à former ledit noeud de sommation de courant intermédiaire, la zo- ne dîémetteur dudit cinquième transistor (Q2) étant rac- cordée à ladite borne de mise à la masse (3), la zone de base dudit cinquième transistor (Q2) formant la borne d'entrée dudit ampl.ificateur à réaction, et la zone de collecteur dudit sixième transistor (Q4) formant la bor- ne de sortie dudit amplificateur à réaction, alors que ledit amplificateur à réaction comporte en outre une troi- In sième résistance (R3) qui est connectée entre la zone de base dudit cinquieme transistor (Q2) et la zone d'émet- teur dudit sixième transistor (Q) une quatrième résis- tance (R4) qui est connectée entre la zone d9émetteur dudit sixième transistor (Q4) et ladite borne de mise à la masse (3) ainsi qu'une cniquieme resistance (RE) qui est co7.nectée entre la zone de collecteur dudit cinquiè- me tansistor (Q2) et la borne d'talimentation en tension (1)o 8.O Source de courant constant selon la revren- rdication 7, dans laquel-le lesdites première (QIg R2) deuaiàme (Q3Y R5) et troisième (Qg, R9) sources de cou- rant partielles comportent chac une un autre transistor bipolaire (QL, Q3 Q8) combiné à une resistance d9emet- teur (R2, R59 R9) montée en série, la borne d'entrée de chacune desdites sources de courant partielles étant formée sur la zone de base dlu transistor (QL, Q3 Q8) correspondant