Brevet FR2476938A1 — publié le 19810828

"Etage d'amplification à coefficient d'amplification régla- ble et réalisé à l'aide de transistors à effet de champ" L'invention concerne un étage d'amplification qui est réalisé à l'aide de transistors à effet de champ et dont le coefficient d'amplification est réglable, cet étage comportant d'une part des premier et deuxième tran- sistors à effet de champ d'un premier type de conduction dont les électrodes de commande constituent l'entrée de l'étage d'amplification et dont les sources sont raccordées en commun à une source de courant variable pour obtenir de la sorte un réglage de pente de flanc des premier et deuxième transistors à effet de champ, et d'autre part des troisième et quatrième transistors à effet de champ qui, en guide de charge, sont incorporés aux trajets de drain desdits premier et deuxième transistors, un signal de sortie pouvant être prélevé entre les drains de ces premier et deuxième transistors à effet de champ, le coef- ficient d'amplification de cet étage d'amplification étant réglable de façon connue du fait de commander adéquatement l'intensité de courant d'évanouissement d'une paire de transistors différentielle pour commander de la sorte la pente de flanc des premier et deuxième.transistors. Dans le cas o un tel étage est réalisé à l'aide de transistors à effet de champ et que les troisième et quatrième transis- tors sont incorporés, comme source de courant de charge, aux trajets de drain des premier et deuxième transistors comme c'est le cas d'amplificateurs à coefficient d'ampli- fication invariable et formés par des transistors à effet de champ (voir entre autres les brevets a'lc" e O3 96t279 et 3.947.778), l'on obtient un étage d'amplification réglable à l'égard duquel la variation du coefficient d'am- plification est déterminée par la variation de la pente de flanc des premier et deuxième transistors, ce qui four- nit une amplification en fonction de l'intensité du courant d'évanouissement dont l'allure est déterminée par les carac- téristiques des premier et deuxième transistors, ladite fonction ayant une allure qui dans la pratique n'est pas toujours utilisable. Dans plusieurs amplifications, il est souhaité de réaliser un coefficient d'amplification qui de façon exponentielle est fonction de l'intensité du courant d'évanouissement, ce qui veut dire qu'il existe une relation linéaire entre la valeur logarithmique du coefficient d'amplification et l'intensité du courant d'éva- nouissement. L'invention a pour but de procurer un tel circuit et est à cet effet remarquable en ce que les troi- sième et quatrième transistors fonctionnent comme triode. L'invention repose sur l'idée que, du fait d'im- poser aux troisième et quatrième transistors leur fonction- nement comme triode, la valeur différentielle que représen- tent les troisième et quatrième transistors est fonction du courant d'évanouissement et varie avec celui-ci. Par ailleurs, les expériences ont permis de constater que le coefficient d'amplification, déterminé par la variation de la pente de flanc des premier et deuxième transistors et par la variation de la résistance différentielle des troisième et quatrième transistors, a pratiquement l'al- lure désirée en fonction du courant d'évanouissement dans une plage relativement étendue d'intensités de courant d'évanouissement. On remarque ici qu'il est connu d'imposer à un transistor à effet de champ son fonctionnement comme triode pour remplacer de la sorte une résistance faisant partie d'étages d'amplification à coefficient d'amplifi- cation invariable. Ainsi, le fonctionnement imposé audit transistor reste le même. Or, l'invention repose sur l'i- dée que, lors de l'emploi d'un tel transistor à effet de champ réglé comme résistance dans un amplificateur dont on a réglé l'intensité du courant d'amortissement, le fonc- tionnement change avec le courant d'évanouissement, ce qui conduit au résultat souhaité. Un premier mode de réalisation préférentiel d'un étage d'amplification conforme à l'invention peut encore avoir la particularité que le type de conduction des troisième et quatrième transistors est opposé audit premier type de conduction, alors que les drains desdits transistors sont raccordés aux drains des premier et deuxième transistors tandis que les électrodes de commande des troi- sième et quatrième transistors sont raccordées en commun à un point de tension de référence pour imposer de la sorte aux troisième et quatrième transistors leur fonctionnement comme triode. Pour le mode de réalisation précisé ci-dessus, on utilise des transistors dont les types de conduction sont différents. Un mode de réalisation préférentiel d'un étage d'amplification conforme à l'invention et muni de transistors ayant le même type de conduction, peut avoir la particularité que les troisième et quatrième transistors sont du premier type de conduction et que leurs sources sont raccordées aux drains des premier et deuxième tran- sistors, l'étage d'amplification comportant également des première et deuxième sources de courant ainsi que des cin- quième et sixième transistors à effet de champ dont les sources sont raccordées aux sources des troisième et qua- trième transistors et dont les électrodes de commande sont raccordées aux drains correspondants ainsi qu'aux électrodes de commande des troisième et quatrième transistors, la première source de courant étant incorporée au trajet de drain du cinquième transistor tandis que la deuxième source de courant est incorporée au trajet de drain du sixième transistor, lesdites sources de courant étant réglées sur une intensité telle que les troisième et quatrième tran- sistors fonctionnent comme triode. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien compren- dre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre lés caractéristiques d'un transistor à effet de champ, dans le but de contribuer ainsi à l'explication du fonctionnement du circuit selon la figure 2. La figure 2 illustre un premier mode de réali- sation d'un étage d'amplification conforme à l'invention. La figure 3 est un diagramme qui montre la re- lation entre le coefficient d'amplification d'un étage d'amplification conforme à l'invention et le courant de réglage. La figure 4 illustre un deuxième mode de réali- sation d'un étage d'amplification conforme à l'invention. La figure 5 montre une caractéristique selon la figure 1 pour expliquer de la sorte le fonctionnement de l'étage d'amplification répondant à la figure 4. La figure 1 montre les caractéristiques d'un transistor à effet de champ à canal de type de conduction n, le courant de drain dudit transistor étant indiqué par Id' la tension entre le drain et la source par Vds, la tension entre l'électrode de commande et la source par Vg5, et la tension de seuil du transistor par VT. La li- gne en traits interrompus sur la figure 1 réunit tous les points qui respectent l'expression V - VT = V celle- gs Vds; ci constitue la caractéristique d'un transistor à effet de champ dont l'électrode de commande et le drain sont interconnectés. La plage pour laquelle (V gs VT) est supérieur à Vds, c'est-à-dire sur la figure 1 la partie à droite de la courbe en traits interrompus, s'appelle la région de saturation o l'intensité du courant de drain Id est pratiquement indépendante de la tension entre le drain et la source et dans laquelle le transistor à effet de champ fait office de source de courant, tandis que la partie à gauche de la courbe en traits interrompus (Vgs - VT Vds entre la source et le drain dépend grandement de l'in- tensité du courant de drain Id. A l'égard de transistors à effet de champ à canal de type de conduction p, les carac- téristiques similaires à polarité inverse sont valables. La figure 2 représente un étage d'amplifica- tion réglable conforme à l'invention. Cet étage comporte des premier et deuxième transistors à effet de champ à canal de type de conduction n, indiqués par (1) et (2), les électrodes de commande des premier et deuxième transis- tors étant raccordées à une entrée différentielle 3-4. Ensemble, les sources sont raccordées au drain d'un tran- sistor 5 à canal de type de conduction n, qui en coopéra- tion avec un transistor 6 à canal de type de conduction n forme un miroir de courant. Le drain du transistor 6 est raccordé à une entrée de courant de commande à laquelle il est possible de fournir un courant de commande I. Lorsque le niveau de tension continue de l'en- trée différentielle 3-4 est suffisamment élevé de sorte que le transistor 5 fonctionne en saturation, l'intensité du courant d'évanouissement de la paire de transistors 1 et 2 a la valeur I ou une valeur proportionnelle à cel- le-ci lorsque le coefficient d'amplification de miroir de courant formé par les transistors 5, 6 est environ égal à 1. Une tension de signal Vs sur l'entrée répartit le courant à intensité Ic sur les trajets de drain des deux transistors 1 et 2 en présence d'une transconductance déter- minée par la pente de flanc et, partant, par l'intensité du courant Is. En guise de charge, le trajet de drain du tran- sistor 1 contient un transistor 7, à canal de type de con- duction p, tandis que le trajet de drain du transistor 2 contient de la même façon un transistor 8, à canal de type de conduction p. Les drains de ces transistors 3, 4 sont raccordés aux drains des transistors 1 et 2 ainsi qu'à une sortie différentielle 9-10. Les sources sont raccordées à une borne d'alimentation positive 12 tandis que les-grilles sont raccordées à une source de tension de réglage 11 qui applique une tension V0 entre les élec- trodes de commande et les sources des transistors 7 et 8. Cette tension Vgs = VO est indiquée dans les carac- téristiques que montre la figure 1. En l'absence d'un signal d'entrée (Vs = o), les transistors 7 et 8 sont parcourus par un courant à intensité égale à lII. Pour une intensité déterminée c = Icl dudit courant de commande, le fonctionnement des transistors 7 et 8 correspond donc au point A dans la caractéristique selon la figure 1, ce à quoi correspond, pour une valeur élevée suffisante de la tension VO, le fonctionnement comme triode. A l'égard de courants de signal, les transistors 7 et 8 constituent alors une valeur ohmique déterminée qui s'identifie à la pente de la courbe Vgs = V0 à l'endroit du point A. Pour une intensité de courant de commande plus élevée 'c = Ic2' le fonctionne- ment des transistors 7 et 8 se déplace vers le point B, et ces transistors 7 et 8 constituent une valeur ohmique plus élevée à l'égard de courants de signal. De cette façon, les transistors 7 et 8 influencent le coefficient d'amplification de l'étage d'amplification selon la figu- re 2 en fonction du courant de commande. Dans la caracté- ristique reproduite sur la figure 1, ce réglage est utili- sable jusqu'à une intensité de courant de commande Ic=Imax (point de fonctionnement C) à laquelle les transistors 7 et 8 fonctionnent à la limite entre la région de triode et la région de saturation. Ceci est régi par l'exigence voulant que la tension entre la borne d'alimentation 12 et l'entrée 3, 4 soit suffisamment élevée de sorte que les transistors 1 et 2 opèrent en saturation. La condition imposée étant respectée (c'est- à-dire les transistors 1, 2 et 5 opérant en saturation et les transistors 7 et 8 n'opérant pas en saturation), la relation entre le coefficient d'amplification A, expri- mé en décibels, et le courant de réglage Ic est celle que montre la figure 3. Dans la plage Ion Ic téristique est pratiquement linéaire, ce qui est souhaité. L'étage d'amplification répondant à la figure 2 est formé par des transistors à effet de champ à canal de type de conduction p et des transistors à effet de champ à canal de type de conduction n. En guise de transistors de charge 7 et 8, il est possible également d'utiliser - des transistors à effet de champ dont le type de conduction est le même que celui des transistors 1 et 2. Un exemple de réalisation de cette variante est illustré par la fi- gure 4 o l'on utilise d.es transistors 1 et 2 à canal de type de conduction n. Les sources des transistors 7' et 8' sont raccordées aux drains des transistors 1 et 2, tan- dis que les drains des transistors 7' et 8' sont raccordés à la borne d'alimentation positive 12. La source du tran- sistor 7' est raccordée à celle d'un transistor 13 à canal de type de conduction n, et l'électrode de commande dudit transistor 7' est raccordée à celle dudit transistor 13-, alors que la source du transistor 8' est raccordée à celle d'un transistor 14 à canal de type de conduction n et que l'électrode de commande dudit transistor 8' est raccordée à celle dudit transistor 14. Au trajet de drain du tran- sistor 13, on a incorporé une source de courant 15, une source de courant 16 étant incorporée au trajet de drain du transistor 14. Chacun des transistors 13 et 14 a une liaison entre son électrode de commande et-son drain, et c'est pourquoi ces transistors 13, 14 respectent la caractéristi- que Vd- = Vgs - VT que montre la figure 5. La figure 5 correspond à la figure 1. Dans le cas o les sources de courant 15 et 16 portent un courant Ib' les transistors 13 et 14 fonc- tionnent en correspondance au pointD que montre la figure 5. Les transistors 7' et 8' respectent donc une caracté- ristique Id - Vds passant par le point D et indiquée par VgSl, la référence Vg5l correspondant à la tension que les sources de courant 15 et 16 engendrent sur les transis- tors 13 et 14. En l'absence d'un signal d'entrée, les trajets de drain des transistors 1 et 2 sont parcourus par un courant d'intensité égale à II., de sorte que l'in- tensité du courant passant par les transistors 7' et 8' est égale à JIc Ib. C'est pourquoi le fonctionnement des transistors 7' et 8' correspond maintenant au point E, c'est-à-dire à l'intérieur de la région de triode pour toutefois avec des transistors ayant le même type de con- duction. Grâce auxdites mesures, les transistors 7' et 8' sont amenés à fonctionner comme triode. Ceci peut avoir comme conséquence que les sources de courant 15 et 16 doivent fonctionner avec une tension trop négative. Lorsque dans la pratique cela constitue un inconvénient, on peut par exemple soit choisir pour les sources de courant 15 et 16 une tension d'alimentation plus élevée soit incorporer, en série avec les transistors 7' et 8', un élément supplé- mentaire décaleur de tension entre les drains desdits tran- sistors 7' et 8' et la borne d'alimentation positive 12. Dans ce qui précède, on suppose toujours que les dimensions géométriques des paires de transistors (1-2, -6, 7-8, 7'-8', 7'-13 et 8'-14) sont égales, de sorte que les mêmes caractéristiques sont valables pour chacun desdits transistors. Des dimensions géométriques inégales sont possibles également et conduisent à résultats similai- res. Il est par exemple possible de choisir des rapports différents, entre la longueur et la largeur des canaux des transistors 13 et 7' ainsi que des transistors 14 et 8'. REVENDICATIONS 1. Etage d'amplification qui est réalisé à l'aide de transistors à effet de champ et dont le coefficient d'amplification est réglable, cet étage comportant d'une part des premier et deuxième transistors à effet de champ d'un premier type de conduction dont les électrodes de commande constituent l'entrée de l'étage d'amplification et dont les sources sont raccordées en commun à une source de courant variable pour obtenir de la sorte un réglage de pente de flanc des premier et deuxième transistors à effet de champ, et d'autre part des troisième et quatrième transistors à effet de champ qui, en guise de charge, sont incorporés aux trajets de drain desdits premier et deuxième transistors, un signal de sortie pouvant être prélevé entre les drains de ces premier et deuxième transistors à effet de champ, caractérisé en ce que les troisième et quatrième transistors fonctionnent comme triode. 2. Etage d'amplification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le type de conduction des troisième et quatrième transistors est opposé audit premier type de conduction, alors que les drains desdits transistors sont raccordés aux drains des premier et deuxième transistors tandis que les électrodes de commande des troisième et quatrième transistors sont raccordées en commun à un point de tension de référence pour imposer de la sorte aux troi- sième et quatrième transistors leur fonctionnement comme triode. 3. Etage d'amplification selon la revendication 1, caractérisé en ce que les troisième et quatrième tran- sistors sont du premier type de conduction et que leurs sources sont raccordées aux drains des premier et deuxième transistors, l'étage d'amplification comportant également des première et deuxième sources de courant ainsi que des cinquième-et sixième transistors à effet de champ dont les sources sont raccordées aux sources des troisième et quatrième transistors et dont les électrodes de commande sont raccordées aux drains correspondants ainsi qu'aux 2478938- électrodes de commande des troisième et quatrième transis- tors, la première source de courant étant incorporée au trajet de drain du cinquième transistor tandis que la deu- xième source de courant est incorporée au trajet de drain du sixième transistor, lesdites sources de courant étant réglées sur une intensité telle que les troisième et qua- trième transistors fonctionnent comme triode.