Brevet FR2484171A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne un amplifica- teur linéaire hybride, ultra-rapide. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un amplificateur linéaire possédant un temps de montée des impulsions électriques, après amplifica- tionultra-court. Un tel amplificateur linéaire peut être utilisé, en particulier, en électronique nucléaire o il est courant d'employer des amplificateurs de signaux dès leur entrée dans différents dispositifs comme, par exem- ple, dans les dispositifs relatifs à la sûreté des réac- teurs. Les amplificateurs linéaires connus, utilisés dans de tels dispositifs, présentaient de telles baisses de performance, aussi bien sur le gain d'amplification que sur le temps de montée des impulsions électriques, allant jusqu'à 20 nanosecondes, que leur fabrication a été totalement suspendue. De plus, ces circuits réalisés suivant la technologie monolithique, étaient réservés, à cause de leur coût, à la fabrication en grande série. La présente invention a précisément pour objet un amplificateur linéaire hybride, ultra-rapide, permet- tant de remplacer ces amplificateurs à performances dé- gradées et possédant un temps de montée des impulsions électriques beaucoup plus court que le temps de montée de ces mêmes amplificateurs. De plus, cet amplificateur li- néaire est réalisé suivant la technologie hybride. Selon l'invention, cet amplificateur linéaire comprend un microcircuit électronique réalisé suivant la technologie hybride, possédant une bande passante très large et une montée ultra-rapide des impulsions électri- ques, ce microcircuit comprenant une surface de métalli- sation minimum permettant d'assurer une liaison électri- que d'une part, entre les différents composants dudit mi- crocircuit, et d'autre part entre les différentes entrées et sorties électriques de l'amplificateur et les broches d'un boîtier dans lequel ledit amplificateur est implan- té, cette liaison étant assurée uniquement par des fils conducteurs venant prendre contact sur la surface de mé- tallisation, sans aucun contact avec le substrat. Selon une caractéristique essentielle de l'in- vention, ce microcircuit possède un temps de montée des impulsions électriques inférieur à 8 nanosecondes. Selon un mode préféré de l'invention, les ré- sistances dudit microcircuit ont une largeur d'environ g pour une résistance carrée de 100 ohms et les tran- sistors, réalisés suivant la technologie monolithique, sont rapportés par collage de façon que ledit microcir- cuit, réalisé suivant la technologie hybride, présente des dimensions voisines de celles que l'on obtiendrait avec un circuit intégré fabriqué suivant la technologie monolithique. Cet amplificateur linéaire présente un certain nombre d'avantages et, en particulier, un temps de montée des impulsions électriques ultra-court, ce qui est indis- pensable au développement et à la maintenance d'appareil- lage nucléaire, ainsi que des dimensions voisines de cel- les que l'on obtient suivant la technologie monolithique. Le fait d'avoir réalisé cet amplificateur linéaire sui- vant la technologie hybride permet de le fabriquer beau- coup plus rapidement et à un-prix moins élevé que si on l'avait réalisé suivant la technologie monolithique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées dans les- quelles: - la figure 1 représente schématiquement le circuit électrique de l'amplificateur linéaire, confor- mément à l'invention; - la figure 2 représente un schéma d'implanta- tion selon la technologie hybride du circuit électrique de la figure 1; - la figure 3 représente schématiquement l'im- plantation du circuit électrique de la figure 2 dans un boîtier huit broches. La figure 1 représente le microcircuit compo- sant l'amplificateur linéaire. Ce microcircuit 10 repr- senté dans un cadre en pointillés comprend deux transis- tors T1 et T2, par exemple du type npn (2N3570) et cinq résistances R1, R2, R3, R4 et R5 reliés entre eux et aux broches du boîtier 12 (figure 3) dans lequel est implanté ce microcircuit 10, de façon que: - la base du transistor T1 soit reliée d'une part à l'émetteur du transistor T2 par l'intermédiaire d'une résistance R1, et d'autre part à une première broche 1 du boîtier 12 par l'intermédiaire d'une résistance R2 ô - le collecteur du transistor T1 soit relié d'une part directement à la base du transistor T2, d'autre part directement à une deuxième broche 2 du boîtier 12g et aussi à une troisième broche 3 du boîtler 12 par l'in- termédiaire d'une résistance R3; - le collecteur du transistor T2 soit relié à la troisiè- me broche 3 du boîtier 12 par l'Uintermédiaire d'une résistance R4, et directement à une quatrième broche 4 du boîtier 12; - l'émetteur du transistor T2 soit relié, de plus' direc- tement à une cinquième broche 5 du boîtier 12 et à une sixième broche 6 du bottier 12 par l'intermédiaire d'une résistance R5; - l'émetteur du transistor T1 soit relié directement à une septième broche 7 du boîtier 12 reliée elle-m9me au fond du boîtier et représentant la masse; - la base du transistor T1 soit reliée, de plus, directe- ment à une huitième broche 8 du boîtier 12 correspon- dant à l'entrée des impulsions électriques (notées I) dans le microcircuit 10. Ce circuit est attaqué en courant à la broche n0 8 du boîtier 12, schématisé sur la figure 3, par des impulsions délivrées par un générateur (non représenté) et alimentant une résistance r et un condensateur C placé en série. Du fait que cet amplificateur linéaire hybride, ou microcircuit 10, doit remplacer les amplificateurs de l'art antérieur dans une chaîne de circuits électroniques bien définie, la résistance r ainsi que la tension d'en- trée des impulsions électrique VA et les tensions de sor- tie, référencées V4 et V5 du microcircuit 10 et ayant des valeurs bien définies, impliquent certaines conditions sur la valeur des résistances R1, R4 et R5. Ces conditions sont telles que: v5 - v5 = 2 donc que R12r- A V4 = 2 x -4 = 8,66 donc que R4= 4,33 R5 VA R54 cette valeur (8,66) étant fonction du gain de l'amplifi- cateur entre la tension d'entrée VA et la tension de sor- tie non chargée V5. Comme r a une valeur imposée de 1 kn, on a R1 qui vaut-2 kQ et si R5 vaut l20Q, R4 vaut 520Q. Pour obtenir de bonnes performances de la part du microcircuit 10 (gain élevé et temps de montée ultra- court) Ri ainsi que le rapport R4/R5 doivent avoir une précision de plus ou moins 5%. En revanche, les autres résistances R2 et R3 peuvent être définies avec une précision de plus ou moins %. La résistance R2 vaut environ 5202 et la résistance R3 environ 2,7 kU. L'amplificateur ainsi réalisé présente une bande passante importante (de l'ordre de 60 MHz), ce qui lui confère un temps de montée des impulsions inférieur à 8 nanosecondes. Les figures 2 et 3 représentent l'implantation du microcircuit décrit cidessus, dans un bottier 12 à huit broches, référencées de 1 à 8, du type T05. Le mi- crocircuit 10 est réalisé suivant la technologie de l'hy- bridation. Sur un substrat isolant 14 réalisé en verre ou en céramique sont déposées les couches métalliques con- ductrices 16 et les couches résistiveso Les couches ré sistives sont réalisées de préférence, soit en nickel- i0 chrome (NiCr), soit en nitrure de tantale (Ta2N) o Le microcircuit 10 est réalisé par photogravure chimique avec différentes étapes de masquage et d'atta- ques chimiques selon les techniques habituelles utilisées en microélectronique hybride qui ne seront pas décrites ici. Une fois que tout cela est faite on peut souder ou coller les deux transistors T1 et T2 réalisés suivant la technologie monolithique, puis souder les fils conduc- teurs 18 réalisés de préférence en aluminium par ultra- son du fait de la faible surface de métallisation 160 Cette métallisation minimum 16 permet de diminuer les capacités parasites, dues à la métallisation, ce qui per- met d'obtenir un amplificateur linéaire possédant un temps de montée des impulsions ultra-courto En effet, le temps de montée des impulsions électriques est inférieur à 8 nanosecondes et même inférieur à 5 nanosecondeso La dimension de ce microcircuit hybride 10 dé- finie par les amplificateurs linéaires selon la technolo- gie monolithique implique que le microcircuit hybride 10 présente des dimensions voisines de celles que l'on ob- tiendrait suivant la technologie monolithiqueg ce qui re- présente une performance importante puisque jusqu'alors un microcircuit selon la technologie hybride était au moins vingt fois plus grand que ce même microcircuit réa- lisé selon la technologie monolithique. Cette performance vient non seulement de la taille des résistances ayant une largeur de 50 I pour une résistance carrée de 1000), mais aussi de la métallisation 16 réduite à sa plus sim- ple expression. Les fils conducteurs 18 permettant de re- lier le microcircuit 10 aux huit broches du boîtier 12 viennent prendre contact directement à l'intérieur dudit bottier 12, avec les surfaces de métallisation. Le microcircuit électrique 10 est réalisé sur un substrat 14 de 3,4 mm de côté, tandis que les huit broches du bo!ier sont implantées sur un diamètre de ,84 mm. De plus, du fait que la liaison entre les dif- férents composants du microcircuit est réalisée par des fils conducteurs 18 permet de minimiser encore les surfa- ces de métallisation 16, ces fils conducteurs 18, réali- sés en aluminium et de dimension inférieure à celle que l'on aurait pour une métallisation correspondante, pré- sentent des capacités parasites beaucoup plus faibles. L'existence d'un substrat 14 isolant, et le fait que les fils conducteurs n'ont aucun contact avec ledit substrat ne créent pas de capacités parasites pouvant ralentir le temps de montée des impulsions électriques. Il est à noter que dans cette implantation, la résistance R1 est réalisée en deux parties placées à 900 l'une de l'autre, mais que la forme de cette résistance, ainsi que la forme des autres résistances pourraient être différentes. Ce microcircuit hybride utilisé en électroni- que nucléaire est destiné à fonctionner en laboratoire dans des bottiers équipant des tiroirs de mesure. Ce mi- crocircuit n'est donc soumis à aucune contrainte thermi- que, mécanique, climatique, ce qui permet d'assurer les liaisons électriques entre les différents composants du- dit circuit et les broches du boîtier par uniquement des fils conducteurs. Dans la description ci-dessus, on a envisagé le cas d'une implantation dans un boîtier huit broches d'un microcircuit hybride, mais bien entendu, l'implantation d'un microcircuit hybride différent dans-un boîtier pos- sédant plus ou moins de 8 broches peut être envisagée. REVENDICATIONS 1. Amplificateur linéaire ultra-rapide carac- térisé en ce qu'il comprend un microcircuit électronique (10) réalisé suivant la technologie hybride, possédant une bande passante très large et une montée ultra-rapide des impulsions électriques, ce microcircuit (10) compre- nant une surface de, métallisation minimum (16) permettant d'assurer une liaison électrique d'une part, entre les différents composants (Tl, T2, Rl, R2, R3 R4, R5) dudit microcircuit (10) et, d'autre part entre les différentes entrées et sorties électriques de l'amplificateur et les broches (l à 8) d'un boîtier (12) dans lequel ledit am- plificateur est implanté, cette liaison étant assurée uniquement par des fils conducteurs (18) venant prendre contact sur la surface de métallisation (16) sans aucun contact avec le substrat (14). 2. Amplificateur linéaire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le microcircuit (10) possè- de un temps de montée des impulsions électriques infé- rieur à 8 nanosecondes. 3. Amplificateur linéaire selon l'une quelcon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le microcircuit (10) comprend deux transistors (T1 et T2) du type npn et cinq résistances R1, R2, R3, R4 et R5, ces différents composants étant reliés entre eux de façon que: - la base du transistor T1 soit reliée d'une part à l'émetteur du transistor T2 par l'intermédiaire d'une résistance R1 et, d'autre part à une première broche (1) du boîtier (12) par l'intermédiaire d'une résistan- ce R2; - le collecteur du transistor T soit relié d'une part directement à la base du transistor T2, d'autre part directement à une deuxième broche (2) du boîtier (12) et aussi à une troisième broche (3) du boîtier (12) par l'intermédiaire d'une résistance R3; - le collecteur du transistor T2 soit relié à ladite troisième broche (3) du boîtier (12) par l'intermédiai- re d'une résistance R4, et directement à une quatrième broche (4) du bottier (12); - l'émetteur du transistor T2 soit relié, de plus, direc- tement à une cinquième broche (5) du boîtier (12) et à une sixième broche (6) du bottier (12) par l'intermé- diaire d'une résistance R5; - l'émetteur du transistor T1 soit relié directement à une septième broche (7) du boîtier (12) reliée elle- même au fond du boîtier et représentant la masse; - la base du transistor Ti soit reliée, de plus, à une huitième broche (8) du boîtier (12) correspondant à l'entrée des impulsions électriques dans le microcir- cuit (10). 4. Amplificateur linéaire selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les résistances (R1 à R5) du microcircuit (10) ont une lar- geur d'environ 50 iL pour une résistance carrée de ohms et les transistors ( vant la technologie monolithique de façon que ledit mi- crocircuit (10) réalisé suivant la technologie hybride présente des dimensions voisines de celles que l'on ob- tiendrait avec un circuit intégré fabriqué suivant la technologie monolithique. 5. Amplificateur linéaire selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le substrat (14) est un isolant choisi parmi le groupe com- prenant le verre et la céramique. 6. Amplificateur linéaire selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fils conducteurs (18) sont réalisés en aluminium. 7. Amplificateur linéaire selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les résistances (Ri à R5) sont réalisées en un matériau choi- si dans le groupe comprenant le nitrure de tantale et le nickel-chrome.