Brevet FR2508745A1 — publié le 19821231

i La présente invention concerne des redresseurs à pont à usage téléphonique et, plus précisément, un redresseur à pont de transistors, susceptible d'intégration monolithique, utilisa- ble pour le raccordement des circuits électroniques d'un appareil téléphonique d'abonné à une ligne téléphonique bifilaire à basse tension d'alimentation. La polarité de la tension présente aux bornes d'une ligne de transmission téléphonique bifilaire n'est pas rigoureusement pré-fixée, du fait qu'au cours des opérations d'entretien et de réparation, il peut se produire des inversions accidentelles de polarité. Par contre, aux bornes des circuits électroniques des appa- reils téléphoniques, il doit être appliqué une tension d'alimen- tation ayant une polarité prédéterminée et constante; par consé- quent, ces circuits doivent être raccordés à la ligne téléphonique bifilaire par l'intermédiaire d'un circuit capable de redresser la tension de la ligne lorsque la polarité de celle-ci est inver- sée par rapport à celle qui est spécifiée. Les circuits redresseurs à montage en "pont de Graetz" sont ceux qui sont utilisés le plus couramment à cet effet. Un redresseur en pont connu est constitué, comme le montre la fig 1, par un montage en pont-comprenant un premier et un second transistors bipolaires, désignés par T 1 et T 2, de type PNP, ainsi qu'un troisième et un quatrième transistors bipolai- res, T 3 et T 4, de type NPN. Le collecteur de T 1 est relié au collecteur de T 2 et le collecteur de T 3 est relié au collecteur de T 4, ces jonctions constituant une première et une seconde bornes auxquelles est raccordé le circuit téléphonique C à alimenter. L'émetteur de T 1 et celui de T 3 sont raccordés au fil "a" d'une ligne téléphonique bifilaire; l'émetteur de T 2 et celui de T 4 sont raccordés au fil "b" de la même ligne. La base de T 1 et la base de T sont raccordées au fil "b" 1 3 de la ligne, par l'intermédiaire respectivement d'une résistance R 1 et d'une résistance R 3; la base de T 2 et la base de T 4 sont raccordées au fil a"a de la ligne, par l'intermédiaire respecti- vement d'une résistance R 2 et d'une résistance R 4. Ces résistances de base servent à polariser comme il con- vient les transistors du pont. Pour une polarité déterminée de la ligne, seuls sont en conduction le transistor de type PNP dont l'émetteur est raccordé à la borne de la ligne de potentiel plus élevé et le transistor de type NPN dont l'émetteur est raccordé à la borne de potentiel plus bas. Les deux autres transistors sont en interdiction. Pour cette raison, quelle que soit la solarité effective de la ligne, le courant d'alimentation du circuit téléphonique passe toujours à travers ce circuit dans le sens allant de la borne constituée par la jonction entre les collecteurs des deux tran- sistors de type PNP verra la borne constituée par la jonction entre les collecteurs des deux transistors-de type NPN, et la polarité de la tension entre les deux bornes est constante. Un circuit redresseur en pont du type connu ainsi décrit absorbe un courant égal à la somme des courants de base des deux transistors en conduction. L'impédance du circuit de polarisation de base de chaque transistor du pont est égale à celle de la résistance de base de ce transistor et est constante. L'impédance du circuit redresseur, considérée depuis la ligne, est donc constante et égale à celle d'une résistance équivalente au montage en parallèle des résistances de base des deux transistors en conduction. Etant donné que la charge des transistors du pont est constituée par un circuit électronique de téléphone, qui présente une impédance en courant alternatif supérieure à son impédance en courant continu, Il serait à l'inverse opportun, comme on le verra mieux dans l'explication du fonctionnement d'un circuit suivant l'invention, d'augmenter la valeur de l'impédance en courant alternatif du circuit de polarisation de base de ces transistors, par rapport à son impédance en courant continu. Or, avec le circuit redresseur connu, cela est irréalisable, même en ajoutant des éléments réactifs aux circuits de polarisa- tion. La "perte de tension" du circuit redresseur, définie comme la différence entre la tension aux bornes de la ligne et la tension aux bornes du pont auxquelles est raccordé le circuit de l'appareil téléphonique, est égale, dans les conditions de fonctionnement normales, à la somme des tensions de saturation collecteur-émetteur des deux transistors en conduction. le but de la présente invention est de réaliser un circuit redresseur de tension à pont de transistors, se prêtant à une intégration monolithique, utilisable pour raccorder à une ligne téléphonique bifilaire à basse tension d'alimentation les circuits électroniques d'un appareil téléphonique d'abonné, cir- cuit qui, à égalité de perte de tension, présente, par rapport aux circuits connus, une moindre absorption de courant, offre à la ligne une impédance plus élevée et permette de choisir le rapport entre l'impédance du circuit de polarisation de base des transistors du pont en courant alternatif et l'impédance en courant continu, avec l'addition d'un nombre minime de composants réactifs. Ce but est atteint avec le circuit redresseur à pont de transistors, caractérisé d'après l'invention par le fait qu'il comprend un pont de transistors à montage en "pont de Graetz", un générateur de courant, une paire de circuits à miroir de courant qui sont raccordés à ce dernier et conduisent alternati- vement selon la polarité de la ligne et une paire de transistors à gain de courant contr 8 lé, commandés chacun par le signal de sortie de l'un des deux circuits à miroir de courant; les 4 2508745 transistors appartenant aux côtés opposés du pont, dont les bases sont connectées respectivement à l'émetteur et au collec- teur d'un même transistor à gain de courant contrôlé, sont polarisés avec le même courant de base, qui passe à travers le transistor à gain de courant contrôlé. L'invention pourra être bien comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, donnée purement à titre d'exemple et, par conséquent, non limitative, en référence aux dessins ci-annexés. La fig 1 est le schéma, déjà décrit précédemment, d'un montage connu à pont de transistors pour l'alimentation d'appa- reils téléphoniques. La fig 2 est le schéma de circuit d'un redresseur à pont de transistors pour téléphonie suivant l'invention. La fig 3 illustre une variante du schéma de circuit repré- senté sur la fig 2. Sur les différents dessins, on a utilisé les mêmes lettres et numéros de référence pour les éléments correspondants. Le schéma d'un circuit redresseur suivant l'invention, représenté sur la fig 2, comprend un montage à pont de transis- tors, se composant d'une paire de transistors bipolaires dési- gnés par les symboles T 1 et T 2, de type PNP, et d'une paire de transistors bipolaires T 3 et T 4, de type NPN. Le collecteur de T 1 est relié au collecteur de T 2 et le collecteur de T est relié au collecteur de T 4, ces jonctions constituant respectivement une première borne, désignée par le signe +, et une seconde borne, désignée par le signe -, auxquel- les est raccordé le circuit électronique C de l'appareil télé- phonique à alimenter. l D'émetteur de T 1 et celui de T 3 sont raccordés à un premier fil "a" de la ligne téléphonique bifilaire; l'émetteur de T 2 et celui de T 4 sont raccordés au second fil "b" de la ligne. La base de T 1 et la base de T 4 sont raccordées respective- ment à l'émetteur et au collecteur d'un transistor bipolaire T 5, de type PNP; la base de T 2 et la base de T 3 sont raccordées respectivement à l'émetteur et au collecteur d'un transistor bipolaire T 6 de type P 1 IP. Les bases de T et T sont raccordées respectivement au collecteur d'un transistor bipolaire Tlo de type INN et au collecteur d'un transistor bipolaire T 12 de type NP; en outre, la base et l'émetteur de T 5 sont raccordés respectivement à la cathode et à l'anode d'une diode D, tandis quae la base et l'émetteur de T 6 sont reliés respectivement à la cathode et à l'anode d'une diode D 6. La base et l'émetteur de T 10 sont raccordés respectivement à l'anode d'une diode D-, et au fil "b" de la ligne. la base et l'émetteur de T 12 sont reliés respectivement à l'anode d'une diode D 12 et au fil "a" de la ligne. La cathode de Dio et celle de D 2,-sont reliées respective- ment au fil "b" et au fil "a" de la ligne. l'anode de Dic est également raccordée au collecteur d'un transistor bipolaire T Il de type PNP, dont la base et l'émetteur sont reliés respectivement à la cathode d'une diode DU et au fil "a" de la ligne. L'anode et la cathode de la diode D l sont reliées respec- tivement au premier fil de la ligne et à une première borne d'une résistance Ri, borne à laquelle est également connectée l'anode de la diode D La seconde borne de la résistance R 1 est raccordée directement au second fil "b" de la ligne. Sur la fig 3 est représentée une variante de la partie du schéma de circuit de la fig 2 comprenant les transistors bipolaires Til de type PNP et T 12 de type NPE, ainsi que les diodes Dil et D 12 On n'a pas indiqué sur la fig 3 la partie du circuit redresseur qui est raccordée aux collecteurs de T 1 l et T 12, cette partie étant semblable à celle qui est représentée sur la fig 2. La base et l'émetteur de Tp sont raccordés respectivement à la cathode de Dll et au fil "a" de la ligne, la base et l'émetteur de T 12 sont reliés respectivement à l'anode de D 12 et au f il "a" de la ligne. La cathode de D et l'anode de D sont également raccor- dées à une première borne d'une résistance R 1 dont la seconde borne est reliée à une première borne d'une résistance R 2 * La seconde borne de R 2 est connectée au fil "b" de la ligne Entre le point de jonction de la seconde borne de Hl à la première borne de R 2 et le fil "a" de la ligne est intercalé un conden- sateur Ci. Aux extrémités de la résistance R 1 (ou de la résistance équivalente aux résistances en série Ri et R 2 dans le cas de la variante de circuit de la fig 3, comprenant également le conden- sateur ci) est appliquée, en l'absence de signal sur la ligne, une tension constante qui est égale à la différence entre la tension de la ligne et la tension de jonction d'une diode (Dr ou D 12). Suivant la loi d'Ohm, il passe donc, à travers la résistan- ce R (ou les résistances R et R dans le second cas), un 1 1 2 courant de valeur constante, dont le sens est déterminé par la polarité de la ligne. Les diodes Di et DII, les transistors T 11 et Tl, et leurs jonctions constituent un premier circuit à miroir de courant, ce circuit à miroir de courant étant délimité sur la fig 2 par une ligne de tirets et désigné par le symbole % 1; de façon semblable, la diode D 12, le transistor T 12 et leurs jonctions constituent un second circuit à miroir de courant, désigné par le symbole 52 ' Le transistor T constitue, avec la diode D qui lui est raccordée, un premier élément du type appelé couramment "tran- sistor bipolaire de type PNP à gain de courant () contrôlé", élément qui est délimité sur la fig 2 par une ligne de tirets et est désigné par le symbole Q 1 d; le transistor T 6 constitue, avec la diode D 6 qui lui est raccordée, un second transistor bipolaire à gain de courant contrôlé, de type PNP, désigné par le symbole Q 2. Comme on le sait, pour un transistor bipolaire à gain de courant contr 8 lé ainsi constitué, on peut encore indiquer une "basen, un "émetteur", un "collecteur" et un type de conductibi- lité déterminé, correspondant à la base, à l'émetteur, au col- lecteur et au type de conductibilité du transistor bipolaire qui entre dans sa constitution. La branche d' entrée du circuit à miroir de courant 51 et la branche d'entrée du circuit à miroir de courant 52 sont raccordées à la première borne de la résistance R 1, les branches de sortie de 51 et 82 sont raccordées respectivement à la base de Q 1 et à la base de Q 2. Le courant d'entrée des circuits à miroir de courant 51 et a 2 est reflété en sortie, avec un facteur détermine de transfert de courant, pour commander à la base Q 1 et Q 2 respectivement. Lorsque le fil "a" de la ligne a un potentiel électrique plus élevé que celui du fil "b", T 1 T 4, T 5, D 5, To, Do 0, Tll et Dll se trouvent -à l'état de conduction et T 2, T 3, T 6, D 6, T 12 et D 12 sont par contre bloqués; l'inverse se produit lorsque le fil "a" de la ligne a un potentiel électrique inférieur à celui du fil "b", c'est-à-dire lorsque la polarité de la ligne est inversée par rapport au cas précédent. Lorsque le fil "a" est à un potentiel plus élevé, il n'est donc actif que le circuit à miroir de courant Sl, le transistor à contrÈlé Q 1 ' piloté par SI, et les transistors T 1 et T 4, commnndés à la base par Q 1; quand par contre c'est "b" le fil de la ligne qui est à un potentiel plus élevé, ne sont actifs que le circuit à miroir de courant 521 le transistor à contrôlé Q 2 ' piloté par 52, et les transistors T 2 et T 3, commandés à la base par Q 1. Dans le premier cas, le courant d'alimentation passe à travers le circuit téléphonique C dans le sens allant du tran- sistor T 1 vers le transistor T 4; dans le second cas, le courant passe à travers C dans le sens allant du transistor T 2 vers le transistor T 3. L'énergie d'alimentation passe donc à travers le circuit téléphonique toujours dans le même sens, de la borne "+" du pont vers la borne "-", quelle que soit la polarité de la ligne télé- phonique. les paramètres du circuit redresseur sont dimensionnés de telle manière que les transistors du pont fonctionnent dans la zone de saturation lorsqu'ils sont en conduction. La perte de tension utile d'un circuit suivant l'invention est la perte minimale pour un circuit à pont de transistors, c'est-à-dire qu'elle est égale à la somme des tensions collec- teur-émetteur, dans des conditions de saturation, des deux transistors du pont qui sont en conduction. Un circuit redresseur suivant l'invention présente une absorption de courant qui est diminuée de moitié environ par rapport au circuit en pont de la technique connue: en effet, le courant de polarisation de base, issu de celui des transistors de type Pl P du pont qui est, selon la polarité de la ligne, en conduction, est réutilisé, au moyen du transistor à gain de courant contrôlé qui est raccordé à ce transistor, comme courant de polarisation de base à l'entrée du transistor correspondant en conduction de type NPN (moins le courant de base, négligeable, du transistor à ( contrôlé). L'absorption de courant est donc égale à la valeur du cou- rant de base d'un transistor de type PNP. Comme on l'a déjà dit, les transistors du pont sont polari- sés de manière à fonctionner en zone de saturation, afin de réduire la perte de tension à la valeur la plus basse possible pour un pont à transistors. Le gain de courant en saturation d'un transistor, ( 8 at' est une donnée technique caractéristique de ce transistor et sa valeur est égale au rapport entre le courant de collecteur, Ia Bat et le courant de base, IB Bat' Pour chaque transistor du pont, si l'on néglige de petites chutes de tension, comme la tension de saturation collecteur- émetteur et la tension base-émetteur, on peut calculer approxi- mativement IV et I V B Bat de l et Zén V étant la tension de ligne et ZB, ZL, étant respectivement l'impédance du circuit de polarisation de base du transistor et l'impédance de la charge, constituée par le circuit télépho- nique raccordé aux bornes du pont. Ainsi, la condition de polarisation pour la saturation du transistor est ZB= Bsat Z L'impédance du circuit redresseur, considérée à partir des bornes de la ligne téléphonique, est déterminée principalement par l'impédance ZB des circuits de polarisation de base des transistors du pont. Du fait que l'impédance ZB relative à chaque transistor individuel du pont est égale à celle de la résistance de base de ce transistor, l'impédance que le circuit redresseur connu décrit présente à la ligne peut 8 tre calculée de la manière sui- vante, en négligeant les résistances et les capacités internes des transistors: Pl e 4 R 2 R 3 R, + R 4 R 2 + Ri elle est donc inférieure (de la moitié environ) à l'impédance de base ZB. L'impédance, considérée à partir de la ligne, d'un circuit redresseur suivant l'invention est par contre approximativement égale à l'impédance du circuit de polarisation de base d'un seul transistor du pont; en effet, le circuit de polarisation est commun à chaque paire de transistors qui sont simultanément en conduction, ceux-ci étant tous deux pilotés, comme on l'a vu, par le même courant qui passe à travers le transistor à gain de courant contrôlé qui est raccordé à ces transistors. Pour cette raison, à égalité de charge et de transistors utilisés, le circuit de l'invention a une impédance, considérée à partir de la ligne, qui est à peu près doublée par rapport à celle du circuit connu. L'impédance d'une charge constituée par un circuit électro- nique de téléphone a, en courant alternatif, une valeur plus élevée qu'en courant continu (par exemple six fois plus g Ianre): l'impédance du circuit de polarisation de base des transistors du pont, auquel cette charge est raccordée, a par contre une valeur constante s'il n'est pas compris d'éléments réactifs dans un tel circuit. La condition de polarisation pour la saturation ZB = sat ne pouvant pas être respectée, le fonctionnement en courant alternatif est influencé négativement. Pour respecter la condition de polarisation pour la satura- tion, tant en courant continu qu'en courant alternatif, on peut ajouter au circuit fondamental de l'invention, comme le montre la fig 3, un condensateur C 1 approprié, en remplaçant en outre l'unique résistance R 1 par une paire équivalente de résistances en série, R 1 et R 2. A la différence du montage connu dans la technique, celui de l'invention, comprenant dans le circuit de polarisation de base des transistors du pont un élément à miroir de courant pour l'amplification du courant de commande de ces transistors, permet en effet, avec cette simple variante de circuit, d'augmenter la valeur de l'impédance du circuit de polarisation en courant alternatif, par rapport à la valeur en courant continu. En effet, en courant alternatif, le courant d'entrée des miroirs S et S qui est amplifié par ceux-ci pour commander 1 2 ' à la base les transistors du pont au moyen de Q 1 et Q 2, est seulement une fraction du courant total d'entrée en courant con- tinu, puisqu'il passe également du courant à travers le conden- sateur Cl, monté en parallèle sur la branche d'entrée des miroirs. Le courant de commande des transistors du pont est donc inférieur en courant alternatif et l'impédance du circuit de polarisation semble plus élevée, par rapport à l'impédance en courant continu. La résistance R 1 ou la paire de résistances et le condensa- teur C doivent avoir des valeurs d'impédance avec des tolérances étroites: pour cette raison, ils ne sont généralement pas inté- grés monolithiquement avec le reste du circuit, car dans un tel cas, les tolérances relatives aux valeurs nominales pourraient 11. même atteindre 30 %. Toutefois, en comparaison des composants intégrés, les composants séparés entraînent, avec leurs connexions, des frais beaucoup plus élevés. L'avantage économique qui résulte de la simplicité de la variante de la fig 5 apparaît donc évident lui aussi. Un circuit redresseur suivant l'invention est particulière- ment adapté pour être intégré dans un bloc monolithique de semi- conducteur, suivant les techniques connues d'intégration. Comme on l'a déjà dit, il peut être opportun de n'exclure de l'intégration que les résistances et le condensateur du circuit de polarisation, afin de maintenir dans des marges plus étroites les tolérances de tarage des dispositifs. Bien qu'il n'ait été illustré et décrit qu'un seul exemple d'exécution de l'invention, il est évident que de nombreuses variantes sont possibles, sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de l'invention. Par exemple, les deux circuits simples à miroir de courant pourraient être remplacés, avec des modifications appropriées du circuit à la portée du spécialiste, par des circuits à mi- roir de courant plus complexes, conçus par exemple pour rendre le circuit redresseur insensible aux variations de température; ou bien chaque transistor du pont (qu'il soit de type NPN ou du type PNP) peut être remplacé par plusieurs transistors montés en série - R 3 VENDICATIONS 1 Circuit redresseur de tension à pont de transistors, uti- lisable pour raccorder à une ligne téléphonique bifilaire les circuits électroniques d'un appareil téléphonique d'abonné, comprenant un premier (T 1) et un second (T 2) transistors bipo- laires qui présentent un premier type de conductibilité, un troisième (T 3) et un quatrième (T 4) transistors bipolaires qui présentent un second type de conductibilité, opposé à celui du premier et du second transistors, le collecteur du premier transistor (T 1) étant raccordé au collecteur du second transis- tor (T 2) et le collecteur du troisième transistor (T 3) étant raccordé au collecteur du quatrième-transistor (T 4), ces jonc- tions constituant respectivement une première (+) et une seconde (-) bornes auxquelles est raccordé le circuit électronique de l'appareil téléphonique, les 'émetteurs du premier (T 1) et du troi- sième (T 3) transistors étant raccordés a un premier fil (a) de la ligne, les émetteurs du second et du quatrième transistors étant raccordés au second fil (b) de la ligne téléphonique, le circuit comprenant un montage de polarisation, caractérisé en ce que le montage de polarisation comprend un premier (Q 1) et un second (Q 2) transistors bipolaires;à gain de courant contrôlé, ayant des conductibilités du premier type, l'émetteur et le collecteur du premier transistor à gain de courant contrôlé (Q 1) étant reliés respectivement à la base du premier transistor (T 1) et à la base du quatrième transistor (T 4), l'émetteur et le collecteur du second transistor à gain de courant contrôlé (Q 2) étant reliés respectivement à la base du second transistor (T 2) et à la base du troisième transistor (T 3), et un circuit de commande des transistors à gain de courant contrôlé (Ql, Q 2), sensible à la polarité de la tension de la ligne téléphonique, raccordé à la base du premier transistor à gain de courant contr 8 lé et à la base du second transistor à gain de courant contrôlé. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande, sensible à la polarité de la tension de la ligne téléphonique, comprend un circuit générateur de courant ainsi qu'un premier ( 51) et un second ( 52) circuits à miroir de courant, le premier circuit à miroir de courant comprenant un cinquième (T 10) et un sixième (Tl) transistors bipolaires, res- pectivement du second et du premier types de conductibilité, et une première (Dlo) et une seconde (Dll) diodes, le collecteur du cinquième transistor (To 10) étant raccordé à la base du pre- mier transistor à gain de courant contr 8 lé (Q 1), la cathode de la première diode (D Lo 0) et l'émetteur du cinquième transistor (T 10) étant raccordés au second fil (b) de la ligne téléphonique, l'anode de la première diode (D 1 O) étant raccordée à la base du cinquième transistor (T 1 o) et au collecteur du sixième transistor (Til), l'anode de la seconde diode (Dll) et l'émetteur du sixième transistor (T 11) étant raccordés au premier fil (a) de la ligne téléphonique, la cathode de la seconde diode (Dnl) étant raccor- dée à la base du sixième transistor (Til) et au circuit généra- teur de courant; le second circuit à miroir de courant ( 52) com- prenant un septième transistor bipolaire (T 12) du second type de conductibilité et une troisième diode (D 12), le collecteur du septième transistor (T 12) étant raccordé à la base du second transistor à gain de courant contr 8 lé (Q 2), la cathode de la troisième diode (D 12) et l'émetteur du septième transistor (T 12) étant raccordés au premier fil (a) de la ligne, l'anode de la troisième diode (D 12) étant raccordée à la base du septième tran- sistor (T 12) et au circuit générateur de courant. 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit générateur de courant comprend une résistance (R 1) pré- sentant une première et une seconde bornes, la première borne étant raccordée à la cathode de la seconde diode (Dll) et à l'anode de la troisième diode D 1), la seconde borne étant 12 ' raccordée au second fil (b) de la ligne. 4 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit générateur de courant comprend une première (R 1) et une seconde (R 2) réistances présentant chacune une première et une seconde bornes, la première borne de la première résistance (R) étant raccordée à la cathode de la seconde diode (D 1 l) et à l'anode de la troisième diode (D 12), la première et la seconde bornes de la seconde résistance (R 2) étant raccordées respecti- vement à la seconde borne de la première résistance (R 1) et au second fil (b) de la ligne, et en ce qu'il comprend également un condensateur (C 1), interposé entre le premier fil (a) de la ligne et le point de jonction entre la seconde borne de la pre- mière résistance (R 1) et la première borne de la seconde résis- tance (R 2). 5 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que tout le circuit est intégré dans un bloc monolithique de semiconducteur. 6 Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que tout le circuit, à l'exception de la résistance (R 1)t est inté- gré dans un bloc monolithique de semiconducteur et la résistance est un composant séparé, raccordé à ce bloc. = Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que tout le circuit, à l'exception du condensateur, de la première et de la seconde résistances, est intégré dans un bloc monoli- thique de semiconducteur et le condensateur, la première et la seconde résistances sont des composants séparés, raccordés à ce bloc.