Brevet FR2486265A1 — publié le 19820108

La présente invention concerne un circuit géné- rateur de courant constant et notamment une source de courant constant à transistors. Les figures 1 et 2 montrent des sources de cou- rant-constant de l'art antérieur; dans ces circuits, on établit l'équation (1) suivante entre la tension VBE base-émetteur d'un transistor et son courant d'émetteur IE VBE kT en (I). s dans laquelle: k: constante de Boltzmann, T: température absolue, q: charge d'un électron, Is: courant de saturation inverse. Entre le courant de saturation inverse Is et la surface A de la jonction émetteur-base du transistor, on établit l'équation (2) suivante: I = 'Y A... (2) dans cette équation, r est une constante de proportionnalité. Dans le circuit connu de la figure 1, comme la tension base-émetteur du transistor Q1 est égale à celle d'un autre transistor Q2' l'équation (3) suivante découle des équa- tions (1) et (2) ci-dessus: El A1. I A IE2 A2 Dans cette équation: IEl: courant d'émetteur du transistor Q1O IE2: courant d'émetteur du transistor 2# A1: surface de la jonction émetteurbase du transistor Olt A2: surface de la jonction émetteur-base du transistor Q2. Si le coefficient d'amplification de courant hFE de chacun des transistors Qi' Q2 est supposé être suffisam- ment grand, on peut négliger son courant de base. C'est pourquoi, on obtient les équations (4) suivantes: =IlIEl1.. (4) I2 IE2 J 2 2486265 Dans celles-ci I1: courant de collecteur du transistor Q1' I2: courant de collecteur du transistor Q2. Les équations (3) et (4) donnent l'équation (5) suivante I A I A... (5) Comme on a l'équation (6) pour le transistor Q1: cc VBE I= CCBR... (6) i 1 dans laquelle Véc: tension de la source d'alimentation, R1: valeur de la résistance R1 reliée au collecteur du transistor Q, on peut alors déduire l'intensité I2 des équations (5) et (6) à savoir: I = VCC VBE A 2 2 R1 ri * Ainsi le transistor Q2 constitue une source de courant constant du type à absorption, le courant étant donné par l'équation (7). Dans le circuit connu décrit ci-dessus, comme la relation ou le rapport entre les intensités Il et I2 est représentée par l'équation (5), si le rapport I2/I1 est grand, par exemple si le courant I2 est grand, par exemple s'il est égal à 100 fois le courant Il, il faut choisir une surface de jonction A2 qui est égale à 100 fois la surface de la jonction A1. Le circuit de l'art antérieur décrit ci-dessus nécessite ainsi une surface importante et ne convient pas pour une fabri- cation sous forme de circuit intégré. Comme dans le cas d'un rapport I2/Il faible, si le courant I2 est égal à 1/100 du courant Il, il faut que la surface A1 de la jonction soit égale à 100 fois la surface A2. Ce cas ne convient pas non plus pour une réalisation sous forme de circuit intégré. Dans le circuit connu représenté à la figure 2, on a l'équation (8) suivante établie pour le transistor Q2: 3 2486265 IR1 + VBE1 = I2R3 + VBE2... (8) dans cette équation: VBE1: tension base-émetteur du transistor Qi' VBE2: tension base-émetteur du transistor Q2' R3: valeur de la résistance R3 branchée sur l'émetteur du transistor Q2' Comme l'équation (9) suivante est établie, on peut déduire l'équation (10) des équations (8) et (9): AVBE = VBE2 - VBE1 = kqT n (2) (9) q I1 R -k? n() I2 = 2 tq k> I... (10) 1 %R3 R2I1 dans cette équation, R2 est la valeur de la résistance R2 bran- chée sur l'émetteur du transistor Q1i. Si la chute de tension aux bornes de la résis- tance R1 correspond sensiblement à la tension base-émetteur VBE, le second terme entre crochets dans l'équation (10) est faible et peut se négliger. On obtient ainsi l"'équation (11) suivante, équivalente de l'équation (10): I2 R2 . (11)..DTD: I1 3 Le courant 12 est ainsi donné par la formule: 12 VcC - VBE1 2... (12) 2 R1 + R3 R 1 3 i Le transistor Q2 fonctionne ainsi comme source de courant constant du type à absorption et l'intensité est donnée par l'équation (12). Toutefois comme on obtient en général une résis- tance sur un circuit intégré par la diffusion d'une impureté, la valeur de la résistance est proportionnelle à la surface de celle-ci sur le circuit intégré. 4 2486265 Dans le cas d'une source de courant constant selon la figure 2, comme la relation entre les intensités I et I2 est donnée par l'équation (11), si l'on choisit pour le courant I21 par exemple un courant égal à 100 fois le courant Il, il faut que la résistance R2 présente une valeur égale à fois celle de la résistance R3. Ainsi, la surface de la résistance R3 doit être égale à 100 fois celle de la résistance R2. Cela donnerait un circuit intégré de grande surface; en d'autres termes, le circuit de la figure 2 ne convient pas pour une réalisation sous forme de circuit intégré. La figure 3 donne un exemple pratique de circuit formé en utilisant le circuit à courant constant de la figure 2 pour dériver six courants de sortie, constants I2 -- IVSi le circuit de la figure 3 est réalisé sous forme de circuit intégré, la surface occupée par un transistor dans le circuit intégré est approximativement égale à la surface d'une résis- tance d'une valeur de 2 KX1 formée par diffusion d'une impu- reté. Le circuit à courant constant de la figure 3 satisfait ainsi aux grandeurs suivantes 112 + 1 + 1 + 1 + 4,8 + 17 + 33 + 100 + 2 x 6 = 281,8 281,8/2 = 140,9 Ainsi le circuit de la figure 3 nécessite une surface correspondant à une résistance de 281,8 KOL., c'est-à- dire la surface correspondant à 140,9 transistors. La présente invention a pour but de créer une source de courant constant de faible surface pour un rapport important des intensités, et convenant pour une fabrication sous la forme d'un circuit intégré. A cet effet, la présente invention concerne un générateur de courant constant comportant quatre transistors d'un type de conductivité, ayant une base, un émetteur et un collecteur, une source d'alimentation en tension ayant deux bornes de tension, un circuit pour relier le collecteur et l'émetteur du premier transistor à la première et à la seconde bornes de tension, une première impédance étant prévue entre le collecteur et la première borne de tension, un circuit pour relier l'émetteur du second transistor à la seconde borne de tension par l'intermédiaire d'une seconde impédance, un circuit pour relier l'émetteur du transistor à la seconde borne de ten- sion par l'intermédiaire d'une troisième impédance, un circuit pour relier l'émetteur du quatrième transistor à la seconde borne de tension, un circuit pour relier la base du premier transistor à l'électrode d'émetteur du second transistor, un circuit pour relier le collecteur du premier transistor respec- tivement à la base du second et du troisième transistors, un circuit pour relier l'émetteur du troisième transistor à la base du quatrième transistor et un moyen utilisant le courant, branché entre la première borne de tension et au moins l'un des collecteurs du second, troisième et quatrième transistors. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - les figures 1 à 3 représentent trois schémas de sources de courant constant selon l'art antérieur. - les figures 4 et 5 représentent des schémas de deux exemples de sources de courant constant selon l'inven- tion. DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFERENTIELS La figure 4 montre un premier exemple de source de courant constant selon l'invention. Dans cet exemple, le collecteur du transistor Q1 est relié par une résistance R1 à la borne d'alimentation T1 qui fournit une tension +V l'émetteur du transistor est à la masse. Les transistors Q2 et Q3 sont reliés par leur base au collecteur du transistor Q1; les émetteurs des deux transistors Q2 et Q3 sont respectivement reliés à la masse par les résistances R2 et R3. L'émetteur du transistor Q2 est également relié à la base du transistor Q1. L'émetteur du transistor Q3 est relié à la base du transistor Q4 et l'émetteur de ce dernier est à la masse. Dans le circuit de la figure 4, on établit l'équation (13) suivante pour les transistors Q2 et Q3 BE1 VBE2 VBE3 VBE4 - (13) dans cette équation: VBE3: tension base-émetteur VBE du transistor Q3, VBE4: tension base-émetteur VBE du transistor 04# Les équations (1) et (13) donnent l'équation (14) suivante: I1 *12 = I3 I4... (14) 6 2486265 dans celle-ci: 13: courant de collecteur du transistor Q3 14: courant de collecteur du transistor Q4. Si les conditions suivantes sont satisfaites dans un but de simplification VBEl = BE2 BE3 BE4 BE les intensités Il, 12 et I3 sont respectivement données par les formules suivantes: V 2 I V = CC BE... (15) 1 R1 VBE (16) 2 R2 13 = BE... (17) Les équations (14) à (17) permettent de déduire le courant 14: R I4 = R I1.. (18) Comme indiqué le circuit de la figure 4 peut fournir les courants constants 12... 14 exprimés par les équa- tions (16) à (18) respectives. Dans l'exemple de l'invention selon la figure 4, tous les transistors Q1... Q4 peuvent avoir la m9me surface de jonction; en d'autres termes, il ne faut de surface de jonction importante. C'est pourquoi, la source de courant constant de la figure 5 est intéressante pour être réalisée sous forme de circuit intégré. Dans le cas du circuit connu représenté à la figure 2, on a l'équation (19) suivante: Ve -V UE1 R1 2 = (19) Dans le circuit de l'invention représenté à la figure 4, on dérive l'équation (20) de l'équation (15): = VCC_ 2VBE (20) Ri =... (20) De la sorte, si le courant de référence I est le même dans les circuits des figures 2 et 4, la valeur R1 de la résistance telle qu'elle découle de l'équation (20) est inférieure à la valeur (R1 + R2) donnée par l'équation (19), la différence correspondant à la tension VBE* Il en résulte que la surface occupée par la résistance R1 (à la figure 2, il s'agit des résistances R1 et R2) qui détermine l'intensité I peut être réduite si bien que le circuit de la figure 4 convient pour une réalisation sous forme de circuit intégré. La figure 5 montre un circuit réalisé en utili- sant le circuit de la figure 4 pour donner les signaux de sortie de courant constant analogues à ceux de la figure 3. Dans le circuit de la figure 5, on satisfait aux grandeurs suivantes 106 + 33 + 1 + 2 x 12 = 164 (K.À) 164/2 = 82 Ainsi,- le circuit de la figure 5 nécessite seu- lement une surface correspondant à celle d'une résistance de 164 K.. c'est-à-dire 82 transistors d'un circuit intégré. Cette valeur correspond à 58 % de la surface du circuit de la figure 3. C'est pourquoi, le circuit de la figure 5 peut avantageusement se réaliser sous forme de circuit intégré. En outre lorsque les courants de sortie I21 13 du circuit de la figure 3 sont comparés aux courants I7 et Ia du circuit de la figure 5, les courants I2 et I3 du circuit représenté à la figure 3 dépendent de quatre résistances R1... R4 alors que les courants I7 et I8 du circuit de la figure 5 dépendent seulement de la résistance-R1. C'est pourquoi, les courants I7 et I8 présentent moins de dispersion. Mgme si les courants I7 et I' sont dispersés, le sens de la dispersion est le même. Cela signifie que le circuit de la figure 5 convient bien de la même manière pour une réalisation sous forme de circuit intégré. Bien que cela ne soit pas représenté, il est possible de brancher une résistance d'émetteur sur chacun des transistors Q1 et Q4. R E V E N D I C A T I 0 N Générateur de courant constant caractérisé en ce qu'il se compose d'un premier, d'un second, d'un troisième et d'un quatrième transistors (Q11 Q21 Q3 Q4) d'un type de conductivité, chaque transistor ayant une base, un émetteur et un collecteur, une source d'alimentation en tension (+VcC) bnasse; ayant une première et une seconde bornes de tension, un circuit reliant le collecteur et l'émetteur du premier transis- tor (O1) à la première et à la seconde bornes de tension, une première impédance (R1) étant branchée entre le collecteur et la première borne de tension (T1) (+Vcc)9, un circuit reliant l'émetteur du second transistor (Q2) à la seconde borne de ten- sion (masse) par l'intermédiaire d'une seconde impédance (R2), un circuit reliant l'émetteur du troisième transistor (Q3 à la - seconde borne de tension (masse) par l'intermédiaire d'une troisième impédance (R3), un circuit reliant l'émetteur du quatrième transistor (Q4à à la seconde borne de tension (masse), un circuit reliant la base du premier transistor (Q1) à l'émet- teur du second transistor (Q2), un circuit reliant le collecteur du premier transistor (Q1) à la base du second et du troisième transistors (Q2P Q3), un circuit reliant l'émetteur du troisième transistor (Q3) à la base du quatrième transistor (Q4) et un moyen d'utilisation du courant branché entre la première borne de tension (T1) et au moins l'un des collecteurs du second, troisième et quatrième transistors (Q2' Q3, Q4).