Brevet FR2520950A1 — publié le 19830805

La présente invention concerne les redresseurs en pont à usage téléphonique et, plus précisément, un redresseur en pont de transistors avec protection contre les surintensités, se prêtant à une intégration monolithique, utilisable pour connec- ter les circuits électroniques d'un appareil téléphonique d'abonné sur une ligne téléphonique bifilaire, à basse tension d'alimentation. Pour un fonctionnement correct des circuits électroniques des appareils téléphoniques, il doit être appliqué à leurs bornes une tension d'alimentation ayant une polarité prédéter- minée et constante, avec des valeurs toujours comprises entre des limites étroites et précises. La polarité de la tension aux bornes d'une ligne de trans- mission téléphonique bifilaire n'est pas prédéterminée, du fait qu'il peut se produire, au cours des opérations de montage ou de réparation, des inversions de polarité accidentelles Pour cette raison, les circuits électroniques des appareils téléphoni- ques doivent être connectés sur la ligne téléphonique bifilaire par l'intermédiaire d'un circuit capable de redresser la tension aux bornes de la ligne, lorsque la polarité de celle-ci est inversée par rapport à celle qui est spécifiée. Dans le cas d'une surintensité sur la ligne, quelle qu'en soit l'origine, la chute de tension qui en résulte sur le cir- cuit redresseur peut être dangereuse pour le circuit électronique relié à celui-ci Pour éviter de tels inconvénients, il est opportun d'introduire une protection contre les surintensités. Les circuits redresseurs à transistors les plus couramment utilisés sont ceux qui présentent le montage "en pont de Graetz", circuits qui, au moyen de l'addition d'un nombre limité de compo- sants, peuvent également protéger des effets des surintensités de ligne les circuits électroniques qui y sont raccordés. Un redresseur en pont connu est constitué, comme le montre la fig 1, d'un montage en pont comprenant un premier et un -second transistors bipolaires, désignés par T et t, de type 1 2, PNP, et un troisième et un quatrième transistors bipolaires T et T 4, de type NPN Le collecteur de T 1 est raccordé au collec- teur de T 2 et le collecteur de T 3 est raccordé au collecteur de T 4, ces jonctions constituant une première borne, indiquée par le signe " 1 + t", et une seconde borne, indiquée par le signe "-", sur lesquelles est connecté le circuit téléphonique C à alimen- ter L'émetteur de T 1 et celui de T sont connectés sur le fil "a" d'une ligne téléphonique bifilaire; l'émetteur de T 2 et celui de T 4 sont connectés sur le fil "b" de cette ligne. La base de T 1 et la base de T 3 sont connectées sur le fil b de la ligne, respectivement par l'intermédiaire d'une résistance R 1 et d'une résistance R 3; la base de T 2 et la base de T 4 sont connectées sur le fil a de la ligne, respectivement par l'inter- médiaire d'une résistance R 2 et d'une résistance R 4 Ces résistan- ces servent à polariser comme il convient les transistors du pont qui, dans les conditions normales de fonctionnement, fonctionnent à l'état de saturation La seconde borne "-" est également con- nectée sur les anodes d'une première (Z 3) et d'une seconde diodes Zener (Z 4), dont les cathodes sont reliées respectivement au fil. a et au fil b de la ligne Pour une polarité déterminée de la ligne, seuls sont en conduction les transistors de type PNP dont l'émetteur est raccorde à la borne de la ligne dont le potentiel est le plus élevé et les transistors de type NPN dont l'émetteur est raccordé à la borne dont le potentiel est le plus bas Les deux autres transistors sont en interdiction Pour cette raison, le courant d'alimentation du circuit téléphonique C passe tou- jours, quelle que soit la polarité effective de la ligne, à travers ce circuit dans le sens allant de la borne constituée par la jonction entre les collecteurs des deux transistors de type PNP à la borne constituée par la jonction entre les collec- teurs des deux transistors de type NPN, et la polarité de la tension entre ces deux bornes est constante. Une éventuelle surintensité sur la ligne détermine une augmentation de la chute totale de tension sur le circuit redres- seur. Mais dès que la tension aux bornes de la diode Zener dont la cathode est connectée sur le fil de la ligne dont le poten- tiel est le plus élevé est égale à la tension Vz de claquage de la jonction de la diode, celle-ci passe en conductioninverse par effet Zener; en revanche, l'autre diode Zener commence à conduire comme une diode normale dès que la tension à ses bornes est égale à la tension V de seuil à la conduction directe En conséquen- ce, la chute totale de tension sur le circuit redresseur ne dépas- se pas la valeur maximale V D = V + V R MAX Z ONZ lorsqu'il y a des surintensités sur la ligne. La tension maximale appliquée au circuit électronique télé- phonique ne dépasse pas la valeur maximale Va MAX = VZ VCE sat Vc sat étant la tension de saturation collecteur-émetteur d'un transistor PNP du pont Ainsi, le circuit redresseur, comme le circuit téléphonique, sont protégés contre les surintensités. Un circuit redresseur du type décrit ci-dessus, avec pro- tection contre les surintensités, n'est toutefois pas la solution la meilleure du point de vue économique. En effet, l'introduction d'éléments de circuit supplémentai- res de puissance, tels que les deux diodes Zener, en plus de ceux du pont, signifie une augmentation du "coût" du circuit (que celui-ci soit réalisé avec des composants séparés ou par intégra- tion monolithique), pour des raisons, bien connues des techniciens, d'occupation de surface d'intégration et de technique opératoire. La but de la présente invention est de réaliser un circuit redresseur en pont de transistors, avec protection contre les surintensités, se prêtant à une intégration monolithique, utili- sable pour connecter sur une ligne téléphonique bifilaire à basse tension d'alimentation les circuits électroniques d'un appareil téléphonique d'abonné, de telle manière que ce circuit soit plus économique industriellement que les circuits redresseurs avec protection contre les surintensités de l'état connu de la technique. Ce but est atteint avec le circuit redresseur en pont de transistors, avec protection contre les surintensités, qui présente un montage en "pont de Graetz" et dans lequel, suivant l'invention, les bases de deux transistors qui constituent des éléments adjacents du pont, connectés sur deux fils opposés de la ligne téléphonique, sont raccordés aux collecteurs respectifs par l'intermédiaire d'éléments à semiconducteur qui comportent une jonction bipolaire polarisée en sens inverse dans les condi- tions normales de fonctionnement. L'invention poulrra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui suit, donné à simple titre d'exemple et, par suite, non limitatif, en référence aux dessins ci-annexés. La fi- 1 est le schéma, déjà décrit précédemment, d'un circuit redresseur connu en pont de transistors, avec protection contre les surintensités. La fig 2 est le schéma d'un circuit redresseur en pont de transistors avec protection contre les surintensités suivant 1 ' invention. La fig 3 est le schéma d'une autre forme de réalisation possible de l'invention. On a utilisé, sur les différents dessins, les mêmes lettres et numéros de référence pour désigner les éléments correspondants. Le schéma d'un circuit redresseur avec protection contre les surintensités suivant l'invention comprend, comme le montre la fig 2, un montage en pont de transistors, constitué par une pai- re de transistors bipolaires de type PNTP, désignés par les symbo- les T et 2, et par une paire de transistors bipolaires de type NPN, T 3 et T 4. Le collecteur de Ti est relié au collecteur de T 2 et le collecteur de Ta est relié au collecteur de T 4, ces jonctions constituant respectivement une première borne, indiquée par le signe "+", et une seconde borne, indiquée par le signe "-", sur lesquelles est connecté le circuit électronique C de l'appareil téléphonique à brancher sur la ligne. L'émetteur de T 1 et celui de T 3 sont connectés sur un pre- mier fil a de la ligne téléphonique bifilaire; l'émetteur de T 2 et celui de T 4 sont connectés sur le second fil b de la ligne. La base de T 1 et la base de T 3 sont connectées sur le fil b de la ligne, respectivement par l'intermédiaire d'une résistance O 10 R 1 et d'une résistance R 3; la base de T 2 et la base de T 4 sont connectées sur le fil a de la ligne, respectivement par l'inter- médiaire d'une résistance R 2 et d'une résistance R 4 La base de T 3 est également raccordée à l'émetteur d'un transistor bipolaire T 13, de type NPN, dont la base et le collecteur sont reliés au collecteur de T 3. 3 ' La base de T 4 est également raccordée à l'émetteur d'un transistor bipolaire T 14 de type NPN, dont la base et le collec- teur sont reliés au collecteur de T 4 Sur la fig 3 est représenté schématiquement le circuit d'une autre forme possible de réalisation de l'invention, com- prenant une paire de transistors bipolaires T 1 et T 2 de type PNP et deux paires de transistors bipolaires T, T et T 4, T de type Y T 5 T 4, 6 tp NPN Le collecteur de T 1 est raccordé au collecteur de T 2 et le collecteur de T 5 est raccordé au collecteur de T 6, ces jonctions constituant respectivement une première borne, indiquée par le signe "+", et une seconde borne, indiquée par le signe "-", sur lesquelles est connecté le circuit électronique C de l'appareil téléphonique à brancher sur la ligne. L'émetteur de T 5 et celui de T 6 sont raccordés respectivement au collecteur de T 3 et au collecteur de T 4 L'émetteur de T 1 et celui de T sont connectés sur un premier fil a de la ligne télé- phonique bifilaire; l'émetteur de T 2 et celui de T 4 sont connectés sur le second fil b de la ligne. On n'a pas indiqué sur la figure les composants de polarisa- tion, de type connu en soi dans la technique, auxquels sont raccordées les bases des transistors T 1, T 2, T 3, T 4, T 5 et T 6. Le circuit de la fig 3 comprend aussi deux paires de tran- sistors bipolaires T 13 i T 15 et T 14 T 1 de tye NPN. L'émetteur de T 13 et celui de Ti sont raccordés respective- ment à la base et au collecteur de T 3 * L'émetteur de T 14 et celui de T 16 sont raccordés respectivement à la base et au collecteur de T 4 La base et le collecteur de T 13 et de Ti sont reliés au collecteur de T 5 La base et le collecteur de T 14 et de T 16 sont reliés au collecteur de T 6. On considérera maintenant de plus près le fonctionnement du circuit représenté sur la fig 2. Dans les conditions normales de fonctionnement selon la polarité de la ligne, T 1 et T 4 ou T 2 et T 3 sont conducteurs et les transistors en conduction fonctionnement à la saturation; T 13 et T 14, polarisés en sens inverse, sont en interdiction. Une éventuelle surintensité sur la ligne détermine une aug- mentation de la chute totale de tension sur le circuit redresseur. Si l'on suppose que la polarité de la tension aux bornes de la ligne est telle que, dans les conditions normales, T 1 et T sont saturés et T 2 et T 3 sont en interdiction, dès que la valeur de la tension émetteurcollecteur de T 3 est égale, sous l'effet de la surintensité, à la tension de claquage d'émetteur à collecteur à base ouverte BVECO T 3 ' T 3 commence à conduire en sens inverse T 13, polarisé à l'inverse de la tension base-collecteur de T - reste en interdiction Après le claquage, T 3 peut conduire des courants même très élevés sans augmentation de sa tension collecteur-émetteur, de sorte que la tension aux bornes du circuit électronique téléphonique connecté sur le pont ne dépasse pas la valeur maximale VC MAX BVECO T 3 VCE sat Tl VCE sat TI étant la tension de saturation collecteur-émetteur de Tl Tout le courant à partir de Ti et T 3 passe dans le collecteur de T 4 qui, du fait que ses conditions de polarisation de base restent invariées, quitte l'état de saturation et commence à travailler dans la zone active de sa plage de fonctionnement. Dans la zone active, la tension collecteur-émetteur de T 4 augmente avec l'augmentation du courant de collecteur: lorsque sa valeur devient égale à la somme de la tension base-émetteur de T 4, VBE T 4 ' et de la tension VBE T 14 de seuil à la conduction de la jonction base-émetteur de T 14, le transistor T 14, court- circuité en diode, commence à conduire, fournissant du courant à la base de T 4 qui peut accroître sa propre conduction sans autre augmentation de la tension collecteur-émetteur. Pour cette raison, la chute totale de tension sur le pont redresseur ne dépasse pas la valeur maximale VR MAX = BVECO T 3 + VBE T 4 + V T 14 Ainsi, le circuit redresseur comme le circuit téléphonique sont protégés contre les surintensités de ligne, avec utilisa- tion, en tant qu'éléments de puissance pour la protection, des mêmes transistors qui entrent dans la constitution du pont. Le circuit fonctionne de manière semblable et symétrique lorsque la tension de la ligne a la polarité opposée. La valeur de la tension B Vo O des transistors T et T est ECO 3 4 réglée opportunément par des mesures techniques connues de dopage à la base. l Iais lorsque la tension normale de ligne est déjà élevée et qu'il est donc nécessaire que la tension BVECO des transistors -IPN du pont soit élevée, il convient, afin que dans les conditions normales de fonctionnement, le transistor NPN éteint ne conduise pas par claquage inverse, d'utiliser deux paires de transistors NPN en cascade, comme le montre la fig 3. Dans ce cas, il est également réalisé une modification du schéma du circuit de protection contre les surintensités; les composants de polarisation des transistors du pont, non représen- tés sur la figure, mais facilement concevables par le spécialiste, sont forcément plus compliqués que ceux des fig 1 et 2. Dans les conditions normales de fonctionnement du circuit de la fig 3, T 1, T 4 et T 6 ou bien T 2, T 3 et T 5 sont seuls à conduire, selon la polarité de la ligne Des transistors en con- duction travaillent à la saturation, étant donné les conditions de polarisation. On supposera que le fil a de la ligne téléphonique a un potentiel plus élevé que le fil b: dans ce cas, c'est T 1, T 4 et T 6 qui conduisent, à la saturation Les transistors T 14 et T 16, court-circuités en diode, ne conduisent pas, leur tension collecteur-émetteur étant trop basse, pour les conditions de saturation de T 4 et T 6. Une éventuelle surintensité sur la ligne détermine une augmentation de la chute de tension totale sur le circuit redres- seur: dès que la tension émetteur-collecteur de T et T devient 3 5 égale à la tension de claquage d'émetteur à collecteur, à base ouverte, de ces transistors (B Vc O BV T e BVC5) T t T ECO T 3 EOT 5 ' T 3 commencent à conduire en sens inverse. M me pour des courants très élevés, la tension aux bornes du circuit électronique téléphonique ne dépasse pas la valeur maximale a IUX = BVECO T 3 + BVECO T 5 VCE sat Tl' VCE sat T 1 étant la tension de saturation collecteur-émetteur de Ti Tout le courant à partir de T 1, T 3 et T 5 passe dans le col- lecteur de T 6 qui, du fait que les conditions de polarisation de base restent inchangées, passe de la zone de saturation à la zone active de sa plage de fonctionnement Dans la zone active, la tension collecteurémetteur de T 6 augmente, avec l'augmentation du courant de collecteur, jusqu'à permettre la conduction de T 16. Le courant d'émetteur de T 6 et T 16 passe dans le collecteur de T 4 qui, de même que T 6, commence à travailler dans sa zone active, sa tension collecteur-base augmentant égale ient avec le courant de collecteur, jusqu'à permettre la conduction de T 14 Indépendam- ment de T 6, le transistor T 4 peut accroître sa propre conduction, en recevant le courant de base nécessaire de T 14, pour absorber tout le courant provenant de T 16 et T 6, sans autre augmentation 16 o de sa tension collecteur-énetteur. La chute totale de tension sur le pont redresseur ne dépasse pas la valeur maximale VR IX = BVECO T 3 + VCO T 5 + VBE T 4 + VBE T 14 ' VB é 4 tant la tension base-émetteur, en co-duction, de T et VBE T 14 celle de T 14. Lorsque la tension de ligne a la polarité opposée, le cir- cuit fonctionne de manière semblable et symétrique. Ainsi, la forme de réalisation de l'invention représentée sur la fig 3 permet elle aussi de protéger contre les surinten- sités de ligne le circuit redresseur, comme le circuit téléphoni- que connecté sur celui-ci, avec utilisation des éléments du pont comme éléments de puissance pour la protection. Un circuit redresseur suivant l'invention se prote parti- culièrement bien à une intégration dans un bloc monolithique de semiconducteur, d'après les techniques connues d'intégration. Les transistors T 13, T 14, T 15 et T 16 sont des transistors de type NPN ordinaires de faible "coût": ainsi, aun circuit intégré suivant l'invention est avantageux, tant du point de vue de la difficulté de réalisation technique que de celui de l'occu- pation de la surface d'intégration L'avantage économique est évident, même en cas de réalisation avec des composants séparés. Il n'a été décrit et représenté que deux exemples d'exécu- tion de l'invention, mais il est évident que de nombreuses varian- tes sont possibles, sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de la présente invention Par exemple, avec une disposition sem- blable, on peut utiliser les transistors Pe P du pont comme élé- ments de protection, à la place des transistors ie N. REV Ei'DICATIONS 1 Circuit redresseur de tension en pont de transistors, avec protection contre les surintensités, utilisable pour connecter sur une ligne téléphonique bifilaire les circuits électroniques d'un appareil téléphonique d'abonné, comprenant un premier (T 1), un second (T 2), un troisième (T 3) et un quatrième (T 4) éléments de pont, présentant chacun une première et une seconde bornes, la seconde borne du premier élément (T 1) étant raccordée à la seconde borne du second élément (T 2) et la seconde borne du troisième élément (T 3) étant raccordée à la seconde borne du quatrième élément (T 4), ces jonctions constituant respectivement une première (+) et une seconde (-) bornes de branchement, sur lesquelles est connecté le circuit électronique (C) de l'appareil téléphonique, la première borne du premier (T 1) et du troisième (T 3) éléments étant connectées sur un premier fil (a) de la ligne téléphonique, la première borne du second (T 2) et du quatrième (T 4) éléments étant connectées sur le second fil (b) de la ligne, chaque élément du pont comprenant au moins un premier transistor bipolaire, monté par son émetteur et son collecteur entre la première et la seconde bornes de cet élément, l'émetteur de ce premier transistor étant relié à la première borne de l'élément, les transistors du premier et du second éléments (Tl, T 2) ayant un type de conductibilité opposé à celui des transistors du troi- sième et du quatrième éléments (T 3, T 4), la base de chacun de ces transistors étant raccordée à un composant de conmmande (R 1, R 2, R 3, R 4) sensible à la polarité de la tension le la ligne télé- phonique, composant qui commande à la conduction les transistors du premier et du quatrième éléments du pont (T 1, T 4) en opposition de phase par rapport aux transistors du second et du troisième éléments du pont (T 2, T 3), caractérisé en ce que la base du premier transistor compris dans le troisième (T 3) et dans le quatrième (T 4) élément du pont est également raccordée à la seconde borne de l'élément en question, par l'intermédiaire d'un premier élément à semiconducteur (T 13, T 14) présentant une jonction bipolaire polarisée en sens inverse dans les con- ditions normales de fonctionnement. 2 Circuit redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément à semiconducteur présentant une jonction bipolaire polarisée en sens inverse est une diode. 3 Circuit redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément à semiconducteur présentant une jonction bipolaire polarisée en sens inverse est un transistor bipolaire (:T 13, T 14) dont la base est court-circuitée au collecteur. 4 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque élément du pont est un transistor bipolaire, dont l'émetteur et le collecteur constituent respecti- vement la première et la seconde bornes de l'élément en question. 52 Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le troisième et le quatrième élé- ments du pont comprennent chacun un second transistor bipolaire (Ta, T 6), monté par son émetteur et son collecteur entre les deux bornes de l'élément, l'émetteur étant raccordé au collecteur du premier transistor (T 3, T 4), ce collecteur du premier transistor étant également raccordé à la seconde borne de l'élément en question par l'intermédiaire d'un second élément à semiconducteur (T 15, T 16) qui présente une jonction bipolaire polarisée en sens inverse dans les conditions normales de fonctionnement. 6 Circuit redresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second élément à semiconducteur présentant une jonction bipolaire polarisée en sens inverse est une diode. 7 Circuit redresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second élément à semiconducteur présentant une jonction bipolaire polarisée en sens inverse est un transistor bipolaire (T 15, T 16) dont la base est court-circuitée au collecteur. 8 Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5 à 7, caractérisé en ce que le premier (T 1) et le second (T 2) éléments du pont sont chacun un transistor bipolaire, dont l'émetteur et le collecteur constituent respectivement la première et la seconde bornes de l'élément en question, et en ce que le troisième et le quatrième éléments du pont sont consti- tués chacun par une paire de transistors bipolaires en cascade (T 3, T 5; T 4, T 6), l'émetteur du premier transistor et le collec- teur du second transistor de la paire constituant respectivement la première et la seconde bornes de l'élément en question. 9 % Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque transistor bipolaire compris dans le premier et dans le second éléments du pont est du type PNP, et chaque transistor bipolaire compris dans le troisième et dans le quatrième éléments du pont est du type Ni PN. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que tout le circuit est intégré dans un bloc monolithique de semiconducteur.