Brevet FR2494932A1 — publié le 19820528

I La présente invention concerne les éléments à résis- tance négative. On peut classer ces éléments selon deux types: ceux qui sont commandés par la tension et ceux qui sont commandés par le courant. Un élément à résistance négative commandé par la tension est présentement défini comme étant un dispositif électrique ayant la propriété qu'une augmentation de la tension qui lui est appliquée entraîne une diminution du courant qui le traverse dans le sens de la tension appliquée (ou bien une augmentation du courant qui le traverse dans le sens opposé à celui de la tension appliquée). De manière analogue, un élément à résistance négative commandé par le courant est présentement défini comme étant un dispositif électrique ayant la propriété qu'une augmentation du courant qui le traverse entraîne une diminution de la chute de tension à ses bornes dans le sens du passage du courant. Le-but de l'invention est de proposer une nouvelle forme d'élément à résistance négative commandé par la tension. L'invention utilise un circuit connu sous l'appellation d'amplifi- cateur à courants en rapport géométrique. Un amplificateur à courants en rapport géométrique comprend fondamentalement deux transistors apparus dont les bases et les émetteurs sont interconnectés de façon que le courant passant dans l'un des transistors soit exactement reproduit dans l'autre transistor. Un semblable modèle est décrit par exemple dans le brevet britannique n0 1.410 021. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un élément à résistance négative commandé par la tension possédant une première et une deuxième borne; un premier trajet de courant entre les bornes tel que, à l'application d'une tension entre les bornes, du courant soit amené à circuler dans le premier trajet dans le sens de la tension appliquée; un deuxième trajet de courant entre la première et la deuxième borne; un amplificateur à courants en rapport géométrique destiné à commander l'amplitude et le sens du courant dans le deuxième trajet en fonction de l'amplitude et du sens du courant dans le premier trajet, de telle manière que les variations du courant dans le premier trajet soient supérieures et de sens opposé aux variations dans le premier trajet, si bien que la variation résultante de l'intensité de courant entre les deux bornes est dans le sens opposé à la variation de la tension entre les bornes. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un élément à résistance négative commandé par la tension possédant une première et une deuxième borne, ainsi qu'un premier et un deuxième trajet de courant entre les bornes, o lorsqu'une tension est appli- quée entre les bornes, un courant circule dans le premier trajet dans le sens de la tension appliquée, un amplificateur à courants en rapport géométrique étant destiné à commander le courant dans le deuxième trajet, l'amplificateur à courants en rapport géométrique comprenant des composants actifs qui commandent le courant dans le deuxième trajet en fonction de la valeur du courant dans le premier trajet de façon que les variations du courant dans le deuxième trajet soient supérieures et de sens opposé à celles du premier trajet. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexées, parmi lesquels: - la figure 1 illustre les principes de base d'un am- plificateur à courants en rapport géométrique; - les figures 2 à 5 montrent respectivement quatre formes différentes d'élément à résistance négative selon l'invention; et - la figure 6 montre la manière dont or. peut utiliser un élément à résistance négative pour adapter une jonction en T dans un câble coaxial. On va maintenant décrire la figure 1. La figure 1 montre le principe de base de l'amplifi- cateur à courants en rapport géométrique. Le circuit comprend deux transistors MPN, Tl et T2, dont les bases sont connectées ensemble et dont les émetteurs sont tous deux connectés à une ligne 10 de tension négative. Le collecteur du transistor Tl est connecté via une résistance R à une ligne 11 de tension positive, et est égale- ment connecté directement à sa propre base. Les deux transistors sont polarisés de manière qu'ils fonctionnent dans la région de courant constant de leurs courbes caractéristiques. On peut montrer que le courant passant dans le tran- sistor Tl est commandé par la valeur de la résistance R. tandis que le courant passant dans le transistor T2 est commandé par le courant passant dans le transistor Tl. Si les deux transistors possèdent, par construction, des caractéristiques égales entre elles avec un degré élevé de précision (ce qui est possible si les deux transistors font partie de la même pastille de circuit intégré), alors le courant passant dans le transistor T2 sera exactement égal à celui passant par le transistor TI. Selon une variante, si les deux transistors ont les mêmes caractéristiques à l'exception du fait que l'aire de la base du transistor T2 est un multiple m de celle du transistor TI, alors le courant passant dans le transistor T2 vaudra m fois celui passant dans le transistor TI. On notera qu'un amplificateur à courants en rapport géométrique peut également être construit au moyen de transistors PNP. On va maintenant décrire la figurez2. L'élément à résistance négative présenté sur la figure 2 comprend un transistor NPN Tl et deux transistors PNP T2 et T3. Une première borne 12 est connectée à la base de Tl ainsi qu'aucollecteur de T3. Une deuxième borne 13 est connectée à l'émetteur de Tl par l'intermédiaire d'une résistance Rl, ainsi qu'à l'extrémité négative d'une alimentation de tension 14. L'extrémité positive de l'alimen- tation 14 est connectée aux émetteurs des transistors T2 et T3. Les collecteurs de Tl et T2 sont connectés ensemble. Les transistors T2 et T3 sont interconnectés de manière à former un amplificateur à courants en rapport géométrique analogue à celui de la figure 1, l'aire de base de T3 valant quatre fois celle de T2 si bien que le courant passant dans T3 vaut quatre fois celui passant dans T2. En fonctionnement, si une différence de tension V est appliquée entre les bornes 12 et 13, le courant passant dans Tl augmente du facteur V/R, o R est la valeur de la résistance Rl. Ceci entratne un changement égal de la valeur du courant passant dans T2, ce qui entraIne par conséquent une augmentation d'un facteur de 4V/R pour le courant passant dans T3. Cette variation de courant dans T3 est de sens opposé à la tension d'entrée appliquée. Ainsi, on peut voir que le circuit se comporte comme une résistance négative d'une valeur de -R/4. Typiquement, R - 300 ohms. Selon une variante du circuit de la figure 2, un autre transistor PNP (non représenté) peut Etre connecté en étage à émetteur suiveur entre la borne d'entrée 12 et la base de T1. On va maintenant décrire la figure 3. L'élément à résistance négative présenté sur la fi- gure 3 comprend quatre transistors NPN T5 à T8. Les transistors T5 et T6 ont des bases de même aire, tandis que l'aire de la base du transistor T8 vaut douze fois celle de T7. Une première borne 15 est connectée par l'intermédiaire de résistancesR2 et R3 au collec- teur de T5, par l'intermédiaire de résistancesR4, R5 aux collecteurs de T6 et T7, ainsi que, sans intermédiaire, au collecteur de T8. Une deuxième borne 16 est connectée aux émetteurs des quatre tran- sistors. Dans cet exemple particulier, les valeurs des résis- tances R2 à R5 sont les suivantes: R2 750 ohms R3 1,75 kiloohm R4 750 ohms R5 500 ohms. Les transistors T5 et T6 forment un amplificateur a courants en rapport géométrique, si bien que le courant passant dans T6 est égal à celui passant dans T5. De même, les transistors T7 et T8 forment un amplificateur à courants en rapport géométrique de telle manière que le courant passant dans T8 vaille 12 fois celui passant dans T7. Les transistors T6 etT7 se partagent le courant pas- sant dans les résistances R4 et R5. Ainsi, toute augmentation du courant extrait par T6 entraIne une diminution correspondante du courant passant dans T7, et inversement. On suppose que, en fonctionnement, la borne 15 est connectée à une alimentation électrique appropriée (non représentée), qui la maintient à une tension moyenne de +5,7 volts par rapport a la borne 16, et que des signaux d'entrée sont appliqués au cir- cuit sous la forme de variations de haute fréquence relativement à cette tension moyenne. Lorsqu'aucun signal d'entrée n'est présent, un courant stationnaire de 2 inA circule dans R2, R3 et T5 (la chute de tension aux bornes de la jonction base-émetteur de T5 valant 0,7 volt). Un courant égal de 2 mA circule doncdans T6.Ainsi, en l'absence de signal d'entrée, un courant stationnaire de 4 mA passe dans les résistances R4 et R5. Puisque ce courant se partage entre T6 et T7, le courant traversant T7 doit également être de 2 MA. Ainsi, le courant pas- sant dans T8 vaut 12 x 2 = 24 mA. La résistance R3 est shuntée par un condensateur Cl, tandis que la résistance R5 et les transistors T6 et T7 sont shuntés par un condensateur C2. Ces deux condensateurs ont une valeur suf- fisamment élevée pour présenter une impédance négligeable vis-à-vis des signaux d'entrée de haute fréquence. Ainsi, pour autant qu'il s'agisse des signaux d'entrée, les deux résistances R3 et R5 sont en pratique court-circuitées, et les signaux d'entrée n'ont aucun effet appréciable sur la grandeur du courant extrait par la com- binaison de T6 et T7. Ainsi, lorsqu'un signal d'entrée est appliqué au cir- cuit, amenant la tension de la borne 15 à s'élever de V, le courant passant T5 augmente de V/R, o R est la valeur de la résistance R2. Ceci amène une augmentation égale du courant passant dans T6 et, par conséquent, le courant passant dans T7 diminue de la même quan- tité. Par conséquent, le courant passant dans T8 diminue de 12V/R. On peut voir que R8 se comporte effectivement coame une résistance négative de Valeur -R/12, soit -62,5 ohms dans cet exemple particulier. Le circuit total est donc équivalent à la combinaison en parallèle de deux résistances (R2 et R4) de 750 ohms et d'une résistance (T8) de -62,5 ohms. Cette combinaison a une résistance nette de -75 ohms. Le montage décrit ci-dessus a une consommation de courant de 30 mA pour une tension moyenne de 5,7 volts, et il fonctionne de manière linéaire pour des excursions de tension atteignant + 1,5 volt par rapport à la valeur moyenne. On va maintenant décrire la figure 4. Le circuit présenté sur la figure 4 est une variante de celui de la figure 3, et les composants correspondants ont été identifiés par les mêmes numéros de référence sur les deux figures. La principale différence avec les figures 3 consiste en ce qu'un autotransformateur 17 a été introduit, une extrémité de l'autotrans- formateur étant connecté au collecteur de T8. L'extrémité opposée du transformateur est connectée, via un condensateur C3, à la borne 16, tandis que la prise centrale est connectée à la borne 15. De plus, dans ce circuit, R3 et Cl ont été omis, et les résistances restantes R2, R4 et R5 ont les valeurs indiquées ci-après R2 1,5 kiloohm R4 500 ohms R5 437,5 ohms Dans ce circuit, comme dans le cas de la figure 3, lorsqu'un signal d'entrée est appliqué au circuit, entraînant une augmentation de tension de V entre les bornes 15 et 16, le courant passant dans T8 diminue de 12V/R. En résultat, le courant venant de la borne 15 et passant dans le transformateur 17 diminue de 24 V/R. Ainsi, on peut voir que la combinaison du transformateur 17 et du transistor T8 fait effectivement fonction de résistance négative d'une valeur de -R/24 c'est-à-dire 62,5 ohms dans cet exemple parti- culier). *#' Le circuit complet est donc équivalent à la combinaison en parallèle de cette résistance de -62,5 ohms avec une résistance R2 de 1,5 kiloohm et une résistance (R4) de 500 ohms. Cette combi- naison a une résistance nette de -75 ohms. On peut donc voir que le circuit de la figure 4 a la même valeur de résistance négative que le circuit de la figure 3. Un avantage de la figure 4 est toutefois que, en raison de l'intro- duction du transformateur, le circuit peut traiter des excursions de.tension allant jusqu'à + 3 volts, par comparaison avec les excur- sions de + 1,5 volt correspondant au cas de la figure 3. On va maintenant décrire la figure 5. L'élément à résistance négative présenté sur la figure 5 comprend deux transistors NPN T9 et TIO, et un autotransformateur 18 dont le rapport de transformation est de 2:1. Une première borne 19 est connectée, via des résistances R6 et R7, au collecteur de T9, et elle est également connectée, par l'intermédiaire du transforma- teur 18 au collecteur de TIO. Une deuxième borne 20 est connectée aux émetteurs des deux transistors et est également connectée, par l'intermédiaire d'un condensateur C4, au point de prise du trans- formateur. La résistance R7 est pratiquement court-circuitée pour les hautes fréquences par un condensateur C5. Les transistors T9 et T10 forment un amplificateur à courants en rapport géométrique, l'aire de T10 valant huit fois l'aire de T9. Dans cet exemple particulier, les résistances ont les valeurs suivantes R6 1125 ohms R7 541,7 ohms Comme dans le cas des figures 3 et 4, on suppose que, en fonctionnement, la borne 19 est maintenue à une tension moyenne de 5,7 volts par rapport à la borne 20, et que des signaux d'entrée sont appliqués sous forme de variations de haute fréquence de la tension par rapport à cette moyenne. En l'absence des signaux d'entrée, le transistor T9 extrait un courant stationnaire de 3 vA et, par conséquent, le tran- sistor TlO extrait un courant stationnaire de 24 MA. Si un signal est appliqué au circuit, amenant la tension de la borne 19 à augmen- ter de V, le courant passant dans T9 augmente de V/i o R est la valeur de la résistance R6. Le courant passant dans TIO augmente donc de 8V/R et, par conséquent, le courant extrait par le trans- formateur 18 à la borne 19 diminue de 16 V/R. Ainsi, on peut voir que la combinaison du transformateur 18 et du transistor T10 se comporte effectivement comme une résistance négative de valeur -R/16. Le circuit total est donc équivalent à la combinaison en parallèle de cette résistance négative avec la résistance R6. Cette combinaison a une résistance nette de -R/15 (soit -75 ohms pour les valeurs particulières données ci-dessus). Le circuit de la figure 5 a donc la mime valeur de résistance négative que les circuits des figures 3 et 4. Toutefois, comme pour la figure 4, le circuit de la figure 5 peut traiter des excursions de tension de + 3 volts-, en raison de l'action du trans- formateur. Dans le cas de la figure 5, on obtient l'inversion du sens de passage du courant qui est nécessaire pour réaliser la résis- tance négative en connectant le transformateur de manière à produire une inversion, tandis que, dans les figures 3 et 4, cette inversion était obtenue au moyen du circuit de partage de courant des transis- tors T6 et T7. On va maintenant décrire la figure 6. Cette figure montre une utilisation-possible pour un élément à résistance négative selon l'invention. Sur la figure 6, on peut voir trois c&bles coaxiaux 21, 22 et 23, ayant chacun une impé- dance caractéristique de 75 ohms. Ces cables sont connectés ensemble en un point 24 de manière à former une jonction en T. Un élément 25 à résistance négative de -75 ohms selon l'invention est connecté entre le point 24 et le potentiel de la terre. En résultat) l'impédance de la jonction vue de l'une quelconque des trois branches est égale à la combinaison en paral- lèle de deux résistances de 75 ohms et d'une résistance de -75 ohms, ce qui donne une résistance nette de 75 ohms. La jonction-est donc parfaitement adaptée. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imagi- ner, à partir des éléments à résistance négative dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. 2494932. REVENDICATIONS 1. Elément à résistance négative commandé par la tension> caractérisé en ce qu'il possède une première et une deuxième borne (12, 13; 15, 16; 19, 20);un premier trajet de courant entre les bornes tel que, à l'application d'une tension entre les bornes, un courant est amené à circuler dans le premier trajet dans le sens de la tension appliquée; un deuxième trajet de courant entre la première et la deuxième borne; un amplificateur à courants en rapport géométrique (T2, T3; T5, T6; T9, TIO) destiné à commander l'amplitude et le sens du courant dans le deuxième trajet en fonction de l'amplitude et du sens du courant dans le premier trajet, de telle manière que les variations du courant dans le deuxième trajet soient supérieures et de sens opposé aux variations du courant dans le premier trajet, si bien que la variation résultante du courant passant entre les deux bornes a le sens opposé à la variation de la tension entre les bornes. 2. Elément à résistance négative commandé par la tension, caractérisé en ce qu'il possède une première et une deuxième borne (12, 13; 15, 16; 19, 20) et un premier et un deuxième trajet de courant entre les bornes, o, lorsqu'une tension est appliquée entre les bornes, un courant est amené à circuler dans le premier trajet sui- vant le sens de la tension appliquée, un amplificateur à courants en rapport géométrique (T2, T3; T5, T6; T9, T10) étant prévu pour com- mander le passage du courant dans le deuxième trajet et comprenant des composants actifs qui commandent le passage du courant dans le deuxième trajet en fonction de la valeur du courant dans le premier trajet de façon que les variations de courant dans le deuxième trajet soient supérieures et de sens opposé à celles du premier trajet. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments actifs sont des transistors qui ont des caractéris- tiques identiques sauf en ce qui concerne le fait que l'aire effective de la base de l'un des transistors dépasse celle de l'autre transis- tor, et en ce que l'aire effective de la base du transistor placé dans l'un des trajets est reliée à l'aire effective de la base du transistor placé dans l'autre trajet. 4. Elément selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième trajet de -courant entre lesdites bornes, en cequ'est prévu un autre amplificateur à courants en rapport géométrique (T7, T8) entre le deuxième et le troisième trajet de cou- rant, etEn ce qe les deux composants des amplificateurs à courants en rapport géométrique (T5, T6; T7, T8) coopérant avec le deuxième trajet sont connectés de manière à permettre une division égale du courant suivant ces composants. 5. Elément selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'amplificateur à courants en rapport géométrique (T5, T6) prévu entre le premier et le deuxième trajet est conçu pour maintenir les courants passant dans les deux trajets de façon qu'ils soient égaux l'un à l'autre, et en ce que l'amplificateur à courants en rapport géométrique (T7, T8) prévu entre le deuxième et le troisième trajet est conçu pour produire l'amplitude voulue pour le courant du sens inverse de celui du premier trajet.