Brevet FR2524735A1 — publié le 19831007

CIRCUIT POUR COMMANDER UN GAIN INDEPENDAMMENT DE LA TEMPERATURE La présente invention est relative aux circuits de commande de gain du type communément utilisé dans divers types de circuits destinés au traitement de signaux analogiques. Aux basses fréquences, il est possible d'utiliser des multi- plicateurs analogiques de précision qui fournissent une réponse linéaire et peuvent être agencés de façon à présen- ter des paramètres indépendants de la température Toutefois, de tels circuits ont une gamme de réponse relativement restreinte Aux fréquences élevées, le multiplicateur analo- gique ne convient plus du fait de cette gamme limitée, et du fait aussi que l'on préfère généralement une relation logarithmique entre le gain et l'amplitude du signal de commande. Un dispositif largement utilisé comme organe de commande de gain est le transistor à effet de champ à métal, oxyde et silicium, dit MOSFET, à double grille Le signal dont l'amp- litude est à commander est appliqué à la grille la plus proche de la source, et le signal de commande est appliqué à la grille la plus proche du drain Ces grilles sont communé- ment dénommées "grille de signal" et "grille de commande", respectivement Lorsqu'il est convenablement polarisé, ce dispositif fournit une large gamme de réponse, il peut trai- ter des signaux d'entrée relativement importants, et il présente un excellent isolement entre entrée et sortie du fait que la grille de commande est découplée à la masse à la fréquence du signal appliqué à la grille de signal Toutefois, la relation entre la transconductance du dispositif (relati- vement à la grille de signal) et la tension de commande appliquée à la grille de commande dépend fortement de la température. L'un des buts de l'invention est de fournir un circuit pour commander un gain indépendamment de la température qui comporte un MOSFET à double grille et préserve les avantages précités corrélatifs à l'utilisation de ce dispositif. Selon la présente invention, le circuit pour commander un gain indépendamment de la température est caractérisé en ce qu'il comporte un transistor à effet de champ à métal, oxyde et silicium(MOSFET)à double grille, à l'une des gril- les duquel est appliqué le signal d'entrée, une résistance dont l'une des bornes est reliée à la source du transistor à effet de champ, et des moyens de commande sensibles à, une tension de commande pour agir sur la tension entre l'au- tre grille du transistor à, effet de champ et l'autre borne de la résistance de façon à maintenir proportionnel à la tension de commande le courant de drain du transistor à effet de champ. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront plus amplement de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est un schéma électrique d'un circuit de commande de gain conforme à un premier mode de réalisa- tion de l'invention; et la figure 2 est un schéma électrique d'un second mo- de de réalisation. Comme le montre la figure 1, le drain d d'un transis- tor à effet de champ à métal, oxyde et silicium ou MOSFET à double grille TR est relié à travers une résistance Rl à une source de tension +V La source S du transistor TR est reliée à la masse à travers une résistance R 2 La valeur de la résistance R 2 est adaptée au transistor de façon à fixer la caractéristique du circuit, et la résistance R 2 est dé- couplée à la masse à la fréquence de signal par un condensa- teur C 2 La tension de signal d'entrée VI est appliquée à la grille de signal gt du transistor TR à travers un condensa- teur Cl, et la grille est polarisée à une tension fixe au moyen d'une résistance R 3 connectée à la tension +V et d'une autre résistance R 4 reliée à la masse La sortie Vo du cir- cuit est prise sur le drain d du transistor TR par l'inter- médiaire d'un condensateur C 3 La grille de commande R 2 du transistor TR est reliée à la sortie d'un amplificateur opérationnel A qui joue le rôle d'un amplificateur diffé- rentiel et constitue les moyens de commande du circuit selon l'invention La tension de commande Vc est appliquée à l'en- trée non inverseuse de l'amplificateur, tandis que l'entrée inverseuse est reliée à la source S du transistor TR Une paire de diodes Zener Dl et D 2 sont montées entre la sortie de l'amplificateur A et la masse. On comprendra que le diviseur de tension formé par les résistances R 3 et R 4 fixe la tension nominale appliquée sur la grille de signal gldu transistor, et que le signal d'en- trée appliqué à cette grille varie par conséquent autour de cette tension L'amplificateur A se comporte comme un dispo- sitif à contre-réaction contrôlée, de sorte que le courant de drain du transistor TR se trouve contraint de suivre la tension de commande Vc Il en découle une relation indépen- dante de la température entre la tension de commande appli- quée Vc et la transconductance du transistor TR à l'égard de la grille gj Il s'est avéré qu'il existe une relation linéaire indépendante de la température entre la tension de commande Vc et le gain relatif (en d B) sur une large plage de gains et de températures A titre de simple exemple, un circuit de commande de gain du type représenté par la figu- re 1 faisant appel à un transistor Mullard BFS 28 est linéai- re et stable sur une plage de gain de 30 d B et sur une pla- ge de température allant d'au moins -40 à + 900 C. Autour de l'amplificateur A peut être établie une contre-réaction locale, par exemple pour que celui-ci cons- titue un intégrateur Des réseaux propres à modeler la ré- ponse en fréquence de la boucle de contre-réaction peuvent aussi être introduits en n'importe quel endroit de la boucle entre la source S et la grille de commande g 2 Il peut aussi être fait appel à des réseaux de filtrage propres à empêcher que des signaux à la fréquence du signal d'entrée parviennent au circuit de commande. Il peut parfois être nécessaire de faire appel à des moyens propres à empêcher que le transistor passe en conduction inverse au cas o la tension de sortie de l'ampli- ficateur deviendrait excessive A titre d'exemple, ceci peut être obtenu au moyen de diodes Zener Dl et D 2 montées entre la sortie de l'amplificateur et la masse. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention qui fait appel à un circuit de commande d'un type différent Selon les dispositions de la figure 2, le drain d du MOSFET à double grille ITR est relié à une source de tension +V à travers une résistance Rl, comme dans la réalisation précédente La source S du transistor TR est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R 2, adaptée au transistor comme précédemment, et d'une source de courant commandée par tension VC à une source de tension d'alimenta- tion -V La source de courant est du genre propre à délivrer un courant qui est proportionnel à la tension de commande appliquée Vc La grille de commande g 2 du transistor TR est reliée à la masse, tandis que la grille de signal El est re- liée àa travers une source à courant constant CS à l'alimen- tation +V De plus, la grille g R est reliée à travers une résistance R 3 à la jonction entre la résistance R 2 et la source de courant réglable VC La tension d'entrée de signal VI est appliquée à travers un condensateur Cl à la grille Rl du transistor TR, tandis que la tension de sortie Vo est pré- levée sur le drain d du transistor TR par l'intermédiaire d'un condensateur C 3 La source S doit être découplée à la masse à la fréquence du signal VI par un condensateur C 2 - La tension de commande de gain Vc constitue l'entrée de commande de la source de courant variable VC. En fonctionnement, la résistance R 3 est traversée par un courant constant en provenance de la source CS, ce qui garantit l'existence d'une tension constante entre la grille zi du transistor TR et l'extrémité "inférieure" de la résis- tance R 2 telle qu'elle apparaît sur la figure 2 Comme la tension de commande Vc détermine le courant qui est délivré par la source VC, et qu'une partie de ce courant est le courant constant que fournit la source CS à travers la résis- tance R 3, le courant de drain du transistor TR variera pro- portionnellement à la tension de commande Vc, et une diffé- rence de tension fixe se trouvera maintenue aux bornes de la résistance R 3 Comme auparavant, ceci établit la relation indépendante de la température voulue entre la transconduc- tance du dispositif et la tension de commande Vc. La tension de commande Vc peut être modifiée par un circuit conformateur d'amplitude avant application à la source de courant VC, s'il est besoin de modifier la forme de la courbe liant la tension de commande Vc et le gain (en d B) La forme de cette courbe est également affectée par la valeur de la résistance R 2 et par la différence de potentiel maintenue entre la grille de signal et l'extrémité "infé- rieure" de la résistance R 2 telle qu'elle apparaît sur le dessin. Le circuit de la figure 2 est apte à réagir à des variations de la tension de commande Vc considérablement plus rapides que ne le pourrait le circuit de la figure 1, vu que l'amplificateur opérationnel et la boucle de contre- réaction ne sont plus nécessaires Par contre, si la rapidi- té de réponse n'est pas de la plus haute importance, le circuit de la figure 1 est plus simple, car il n'impose pas de sources de courant indépendantes de la température. Les deux sources de courant mises en oeuvre dans la forme de réalisation de la figure 2 n'ont pas été décrites en détail, car l'agencement de ce genre de circuits est bien connu en soi. Les circuits du type ci-dessus décrit sont à même de travailler sur une large gamme de fréquences, l'extrémité inférieure de la gamme étant déterminée par la valeur des condensateurs et l'extrémité supérieure par les caractéristi- ques du transistor. La résistance de charge Rl peut en général être une impédance complexe, sous réserve qu'elle admette d'être traversée par un courant continu en lui offrant une résis- tance convenablement basse Par exemple, on fait fréquemment appel à un transformateur comme charge. 252 D 4735 REVEND ICATI ONS. t Circuit pour commander un gain indépendamment de la température, caractérisé en ce qu'il comporte un transis- tor à effet de champ à métal, oxyde et silicium à double grille (TR), à l'une (gj) des grilles duquel est appliqué le signal d'entrée (VI), une résistance (R 2) dont l'une des bornes est reliée à la source (s) du transistor à effet de champ (TR),et des moyens de commande (A, VC) sensibles à une tension de commande (Vc) pour agir sur la tension entre l'autre grille (R 2) du transitor à effet de champ (TR) et l'autre borne de la résistance de façon à maintenir propor- tionnel à la tension de commande (Vc) le courant de drain (d) du transistor à effet de champ (TR). 2 Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent un amplificateur différentiel (A) dont la sortie est reliée à l'autre grille (g 2) du transistor à effet-de champ (TR), et en ce que la tension développée aux bornes de ladite ré- sistance (R 2) et la tension de commande (Vc) sont appliquées aux entrées de l'amplificateur différentiel (A). 3 Circuit de commande selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens de commande comportent une source de courant (VC) qui est commandée par tension et connectée entre ladite autre borne de la résistance (R 2) et une ten- sion d'alimentation (Vc) et est rendue sensible à la tension de commande (Vc), en délivrant un courant proportionnel à celle-ci.