Brevet FR2494933A1 — publié le 19820528

La présente invention concerne les éléments à résistance 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 entra3ne 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 le courant. L'intention 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 appariés 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 nr 1 410 021. Selon l'invention, il est proposé un élément à résistance négative comportant une première et une deuxième borne; un trajet de courant entre les bornes, un moyen résistant connecté dans le trajet de courant, et un amplificateur à courants en rapport géométrique qui répond au passage du courant dans l'une des bornes en produisant un courant dans le moyen résistant dans la direction propre à augmenter la tension existant à l'autre borne relativement à la borne citée en premier par rapport à la valeur qui prévaudrait en l'absence de l'amplificateur à courants en rapport géométrique. De préférence, l'élément est symétrique de sorte qu'il fonctionne aussi bien pour des courants circulant dans un sens et dans l'autre. 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 annexés, parmi lesquels: - la figure 1 montre un schéma de montage d'un élément à résistance négative selon l'invention; et - la figure 2 montre un autre schéma de montage d'un autre élément à résistance négative selon l'invention. On va d'abord décrire la figure 1. Sur la figure 1, on voit que l'élément 10 possède deux bornes 11 et 12. L'élément est alimente par une alimentation 13 de courant continu fournissant 6,7 V, dont l'extrémité positive est connectée à une ligne 14, et l'extrémité négative à une ligne 15. L'élément comprend quatre transistors NPN Tl à T4, dont les émetteurs sont tous connectés à la ligne négative 15. Les bases de Tl et T2 sont connectées ensemble, comme le sont les bases de T3 et T4. La ligne positive 14 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance RI au collecteur de Tl et, par l'intermédiaire d'une résistance R4, au collecteur de T4. Le collecteur de Tl est connecté, par l'inter- médiaire d'une résistance R2, à sa propre base ainsi qu'au collecteur de T3. De même, le collecteur de T4 est connecté, par l'intermédiaire d'une résistance R3, à sa propre base ainsi qu'au collecteur de T2. Dans cet exemple particulier, les résistances RI et R4 sont toutes deux de 100 ohms, tandis que les résistances R2 et R3 sont toutes deux de 200 ohms. - Les aires de T2 et T3 ont été rendues égales l'une à l'autre avec précision (ceci étant possible si les transistors sont formés sur la même pastille de circuit intégré). De même, les aires de Tl et T4 ont été rendues égales l'une à l'autre avec précision, cette aire valant neuf fois l'aire de T2 et T3. En fonctionnement, Tl et T2 forment un amplificateur à courants en rapport géométrique, dans lequel les courants passant dans les deux transistors sont toujours maintenus dans le même rapport 9:1 du fait de l'inter- connexion de leurs bases et de leurs émetteurs. Les transistors T4 et T3 forment un amplificateur à courants en rapport géométrique d'un type analogue. Lorsqu'aucun courant d'entrée n'est présent aux bornes 11 et 12, le circuit s'installe dans un équilibre symétrique (en dépitdu couplage croisé, puisque les valeurs des résistances R2 et R3 de couplage croisé sont suffisamment petites). Dans cet état, un courant de 50 mA passe dans chacune des résistances RI et R4. Puisque les aires de TI et T2 (ainsi que de T4 et T3) sont dans le rapport 9:1, chacun de ces courants se divise de manière qu'un courant de 45 mA passe dans Tl (et T4) et qu'un courant de 5 mA passe dans T2 (et T3). Si maintenant un courant d'entrée d'une intensité I est injecté dans la borne d'entrée 11, un courant égal doit nécessairement circuler par l'autre borne 12, puisque l'élément ne possède que ces deux connexions. Le courant passant par Tl s'accroit donc, tandis que celui passant par T4 diminue, et les courants passant par T2 et T3 varient de manière correspondante en résultat des montages amplificateurs à courants en rapport géométrique. En raison de ces variations du courant, une tension de RI/8 se crée aux bornes de chacune des résistances R2 et R3 (o R est la valeur des résistances R2 et R3), de manière à augmenter la tension de la borne 12 par rapport à la borne-11 de RI/4. Cet élément fait donc fonction de résistance négative d'une valeur -R/4 (c'est-à-dire de -50 ohms dans le cas de la valeur particulière R=200 ohms). Puisque le circuit est-symétrique, il fonctionne aussi bien pour les courants circulant dans le sens opposé, de la borne 12 à la borne 11. Une utilisation possible d'un tel élément à résistance négative commandé par le courant concerne les circuits survolteurs permettant de compenser les pertes ohmiques dans des réseaux de communication. Comme cela est montré sur le dessin, l'élément 10 doit être connecté en série avec les conducteurs centraux de deux parties 16, 17 d'un cable coaxial. Si la résistance ohmique totale des deux parties de câble est de 50 ohms, alors le résultat net de la combinaison en série est une résistance de valeur nulle. En d'autres termes, les signaux injectés à l'une ou l'autre extrémité seront reçus à l'autre extrémité sensiblement sans- perte d'amplitude. On va maintenant décrire la figure 2. Le circuit présenté sur la figure 2 possède deux bornes 21 et 22 et une alimentation électrique flottante 23 de 6 V. Le circuit comprend des transistors NPN TîI, T13, T15, T17, T19 et T21 et des transistors PNP T12, T14, T16, T18, T20 et T22. Tous les transistors ont une même aire d'émetteur, sauf Tll, T12, T13 et T14 dont l'aire est N fois supérieure à l'aire des autres transistors. (Dans un exemple typique, N=10). Les paires suivantes de transistors sont connectées ensemble base à base de la manière indiquée pour former des amplifi- cateurs à courants en rapport géométrique: Tl et T15, T12 et T18, T13 et T19, T14 et T16, T17 et T21, T20 et T22. Les transistors T21 et T22 sont connectés en série avec une résistance R5 de 4,6 kiloohms entre les bornes de l'alimentation 23, et extraient un courant sensiblement constant d'environ 1 MA. En résultat des connexions en amplificateurs à courantsen rapport géométrique, les courants passant dans T17 et T20 sont également maintenus sensiblement constants avec la même valeur. Ainsi, un courant sensiblement constant d'environ 1 mA est délivré aux collec- teurs de T18 et T19. On considère d'abord le cas o il n'y a pas circulation de courant entre les bornes 21 et 22. Dans ce cas, l'effet d'amplifi- cation à courants en rapport géométrique de T18, T12 et T19, T13 laisse passer un courant d'environ 10 mA dans les transistors TUl à T14. L'effet d'amplification à courants en rapport géométrique de Tll, T15 et T14, T16 fait donc passer des courants d'environ 1 mA dans T15 et T16. Ces courants sont symétriques et, par conséquent, aucune tension n'est créée aux bornes de la résistance R6. La tension existant entre les bornes de sortie 21 et 22 est donc nulle. Si l'on fait maintenant circuler un courant à la borne 21, les transistors TlI et T12 deviennent conducteurs pour une plus grande valeur de courant, tandis que les transistors T13 et T14 sont conducteurs pour une valeur inférieure. T15 transporte donc plus de courant que T16 et l'extrémité gauche de la résistance R6 subit une diminution de tension. Cette chute de tension agit, via T18 et T19, sur T12 et T13 de manière que la tension présente 249493: sur la borne de sortie 21 diminue également, par effet d'émetteur suiveur. En résumé, le passage d'un courant dans le circuit de la borne 21 à la borne 22 amène une diminution de la tension de la borne 21 par rapport à la borne 22. Le circuit se comporte donc comme une résistance négative. Il peut être montré que la valeur de cette résistance négative est d'environ R/N, o R est la valeur de la résistance R6. Ce montage étant commandé par le courant, le circuit ne sera stable que lorsque l'impédance offerte par le circuit externe sera élevée. S'il est présenté une impédance extérieure faible, le circuit sera instable et se comportera de manière non linéaire, comme une bascule. Dans une application pratique, on peut insérer le circuit en série dans un cAble de 75 ohms, de façon que l'impédance externe soit de 150 ohms. Dans ce cas, les valeurs de R et N pourront être choisies de manière à produire une résistance négative de -20 ohms de manière à décaler la résistance dans une longueur de câble ayant une résistance ohmique de 20 ohms. On notera que, alors que le circuit présenté sur la figure 1 fonctionne en "classe A", celui de la figure 2 est un circuit de "classe B", c'est-àdire que seul le courant qui est réellement nécessaire est extrait de l'alimentation électrique à un moment quelconque. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, 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. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Elément à résistance négative, caractérisé en ce qu'il comporte une première et une deuxième borne (16, 17; 21, 23); un trajet de courant entre les bornes, un moyen résistant (R2, R7) connecté dans le trajet de courant, et un amplificateur à courants en rapport géométrique (Tl, T2; T3, T4) qui répond au passage d'un courant dans l'une des bornes (16; 21) en produisant dans le moyen résistant un courant d'une direction propre à augmenter la tension présente à l'autre borne relativement à la borne citée en premier par rapport à la valeur qui aurait prévalu en l'absence de l'ampli- ficateur à courants en rapport géométrique. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de l'élément est telle qu'il a un fonctionnement symétrique, si bien que, lorsque l'on inverse le sens du passage du courant, l'élément présente encore une caractéristique de résistance négative. 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur à courants en rapport géométrique comportant deux paires de transistors (Tl, T2; T3, T4) comportant chacun un premier et un deuxième transistor (Tl, T2; T3, T4), dont les bases sont connectées, et tous les émetteurs des deux paires de transistors sont interconnectés (15), o, pour chaque paire, le collecteur du premier transistor (Tl; T4) est électriquement connecté,avec sa base, à l'une desdites bornes (11; 12) et avec le collecteur du-deuxième transistor (T3; T2) de l'autre paire, et o les aires des bases des premiers transistors (Tl, T4) des deux paires sont rendues égales l'une à l'autre avec précision, tandis que les aires des bases des deuxièmes transistors (T3, T2) des deux paires sont rendues égales l'une à l'autre avec précision, les aires des bases des premiers transistors étant un nombre prédéterminé de fois plus grandes que les aires des bases des deuxièmes transistors, si bien que des courants passant dans le premier et le deuxième transistor d'une paire sont toujours maintenus l'un par rapport à l'autre dans un rapport égal au rapport des aires des bases.