Brevet FR2527399A1 — publié le 19831125

CIRCUIT A IMPEDANCE D'ENTREE, ELEVEE - La présente invention concerne un circuit-tampon et notamment un circuit à impédance d'entrée, élevée pour un circuit de traitement de signal. A titre d'exemple d'un circuit connu, du type ci-dessus, on a représenté un circuit en émetteur commun à la figure 1 Ce circuit se compose de transistors 1 et 2, de type NPN; on connaît également un circuit en source commune tel que celui représenté à la figure 2 et qui se compose d'un transistor à effet de champ 3 et des résistances Rl et R 2. Cependant, dans ces circuits connus, une partie du signal d'entrée passe principalement comme courant de base ou comme courant dans la résistance de polarisa- tion C'est pourquoi on ne peut augmenter librement l'impédance d'entrée du circuit Lorsqu'un tel circuit est utilisé comme circuit de verrouillage, comme circuit d'échantillonnage et de maintien, ou comme circuit d'entraînement pour entraîner une charge capaci- tive, des déformations risquent de se produire dans la courbe du fait que l'impédance d'entrée ne peut être augmentée librement. La figure 3 montre un circuit décrit également dans le document "IEEE Journal of Solid-State Circuit", tome SC-16 NO 6, Décembre 1981, pages 748-749 Ce circuit utilise les transistors il d i 4 ayant respectivement des coefficients d'amplification de courant élevé hfe{, hfe 2 ' h feet ffe 4 Lorsqu'on a h fe hf 2 hf 3 h 4 fe 3fe 4 fel fe 2 =-hfe 3 fe 4 les courants de base i B 1 et i B 2 des transistors res- pectifs Il et 12 satisfont à la relation i 1 l =B 2 Cela signifie que les courants de base d'entraînement des transistors 11 et 12 n'ont pas à être fournis par une source de signal De façon plus détaillée, dans le circuit de la figure 3, un signal d'entrée Vi N d'une IN borne de signal d'entrée 10 est appliqué à la base commune du premier transistor 11 de type PNP et du second transistor 12 de type NPN Le premier transistor ll de type PNP est relié à la masse par son collecteur son émetteur est relié au collecteur du second transistor 14 de type PNP Le transistor 12 de type NPN est relié par son émetteur à la borne de sortie de signal 18 et à une source de courant constant 15; son collecteur est relié à l'émetteur du second transistor 13 de type NPN Les seconds transistors 14 et 13 de types PNP et NPN ont une base commune L'émetteur du second transis- tor 14 de type PNP et le collecteur du second transistor 13 de type NPN sont branchés en commun sur la borne d'alimentation 17. Dans le circuit ci-dessus, les courants de collecteur I 1 14 à travers les transistors respectifs 11 14 sont fournis par les relations suivantes: 1 hfe i B 1 I 2 = hfe 2 i B 2 ' 3 fe 3 i B 3 I 4 hfe 4 i B 4. Dans ces relations, i Bl, i B 2, i B 3 et i B 4 repré- sentent respectivement le courant de base à travers les transistors 11 14; les coefficients hfel, hfe 2, fhe 3 et hfe 4 représentent respectivementles coefficients d'amplification de courant des transistors 11 14. Le courant i B 2 du premier transistor 12 de type NPN dont l'émetteur est relié à la source de courant constant est donné par la relation suivante: i B 2 = 1 + hfe 2 Dans cette relations, I est le courant fourni par la source de courant constant 15. Le courant de base i B 3 du second transistor 13 de type NPN dont l'émetteur est relié au collecteur du premier transistor 12 de type NPN, est donné par la formule suivante:I i B 3 = 1 hfe 3 hfe 2 'in 2 1 + hfe 3 Cela signifie que le courant de base i B 4 qui passe dans le second transistor 14 de type PNP et dont la base est commune avec la base du second transistor 13 de type NPN est donné par la relation suivante: i =i B 4 = i B 3 h i fe 2 i B 2 1 + hfe 3 Le courant de, collecteur 14 du transistor 14 est ainsi le suivant: 14 = i B 4 hfe 4 i B 3 ' hfe 4 fe= 2 hfe 4 1 = hfe 3 Ainsi, le courant de base i Bi dans le premier transistor 11 de type PNP, dont l'émetteur est relié au collecteur du second transistor 14 de type PNP est le suivant I 4 Bli 1 + hfe fe 11 hfe 2 *hfe 4 i B 2 (I+hfel) ( 1/ffe 3) Les transistors 11 14 peuvent être intégrés sur le même substrat de sorte qu'ils présentent les mêmes caractéristiques de fonctionnement et un même coefficient d'amplification de courant hfe (hfe > '1) Dans ce cas, le courant de base i Bi du premier transistor 11 de type PNP est le suivant: i 22 Bl (l hfe)2 B- i 2 Cela signifie que ce courant est pratiquement égal au courant de base i B 2 traversant le premier transistor 12 de type NPN En théorie, cela signifie que l'impédance d'entrée Zin du circuit de la figure 3 correspond à une valeur infinie Cela signifie que le circuit de la figure 3 est un circuit à impédance d'entrée élevée. Toutefois, ce circuit nécessite un circuit de polarisa- -tion pour assurer la polarisation des transistors 11 et 12 Ce circuit de polarisation se compose géné- ralement des résistances Ri et R 2 comme cela est repré- senté à la figure 3, ce qui réduit l'impédance d'entrée. La présente invention a pour but de créer un circuit-tampon, perfectionné, ayant une impédance d'entrée élevée qui ne soit pas réduite par l'addition d'un circuit de polarisation De façon générale, l'invention se propose de créer un circuit à impédance d'entrée élevée mettant en oeuvre les principes du circuit de la figure 3. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION PREFERENTIELS - La figure 4 montre un mode de réalisation selon l'invention Dans le circuit ainsi représenté, le signal d'entrée V de la borne d'entrée de signal in 20 est appliqué à la base commune du premier transistor 21 A de type PNP et du premier transistor 22 A de type NPN Le second transistor 21 B de type PNP et le second transistor 22 B de type NPN ont une base commune qui est reliée à la source de polarisation 26 Le premier et le second transistors 21 A et 21 B de type PNP ont des collec- teurs reliés à la masse et leurs émetteurs sont reliés en commun au collecteur du troisième transistor 24 de type PNP Ce transistor 24 est relié par son émetteur à la borne d'alimentation +VCC; la base est reliée à la base du troisième transistor 23 du type NPN Le troisième transistor de type NPN est relié par son collecteur à la borne d'alimentation de tension +V cc; l'émetteur est relié au collecteur d'un quatrième transistor 29 B de type NPN Le quatrième transistor 29 B de type NPN a une base commune avec un cinquième transistor 29 A de type NPN Cette base commune est reliée au point de jonction des résistances Rl et R 2 L'autre borne de la résistance Rl est reliée à la borne d'ali- mentation de tension +Vcc; l'autre borne de la résis- tance R 2 est mise à la masse Le quatrième et le cin- quième transistors de type NPN ont leurs émetteurs reliés à la masse par des résistances respectives R 3 et R 4. Le premier et le second transistors 22 A, 22 B de type NPN ont leurs émetteurs reliés en commun au collecteur du cinquième transistor 29 A de type NPN Le quatrième transistor 27 de type PNP est relié par sa base à son collecteur si bien qu'il fonctionne comme diode Le point de jonction entre sa base et son collecteur est relié au collecteur du premier transistor 22 A de type NPN et à la base du cinquième transistor 28 de type PNP Le transistor 28 est relié par son émetteur à la borne d'alimentation de tension -i V et le collecteur relié Oc au collecteur du second transistor 22 B de type NPN ainsi qu'à la borne de sortie VOUT. Les résistances Rl R 4 et les transistors 29 A et 29 B forment un circuit dit miroir de courant. Cela signifie que si le courant dans le collecteur du transistor 29 B est égal à I,le même courant I passe dans le collecteur du transistor 29 A Le courant de collecteur I dans le transistor 29 A entraîne un amplificateur dif- férentiel formé par les transistors 22 A et 22 B. Le fonctionnement du circuit de la figure 4 ayant la structure ci-dessus sera décrit ci-après Lorsque le courant I traverse la résistance 29 B, ce courant I passe également dans la résistance 23 Cela entraîne, en outre, le passage du courant dans le transistor 24. De plus, comme le transistor 21 B est polarisé à partir de la source de polarisation 26, ce transistor 21 B est conducteur et il est traversé par un courant de collecteur fourni par le transistor 24 La polarisation de base du transistor 21 A qui est branchée de façon différentielle sur le transistor 21 B n'est pas fixe Le transistor 21 A ne laisse ainsi passer aucun courant, c'est-à-dire qu'il est bloqué En d'autres termes, pour la paire différentielle de transistors 21 A et 21 B, les tensions des bases VB( 21 A) et VB( 21 B) sont liées par la relation suivante B( 21 A) V( 21 B) 8 ( 1) Dans l'autre paire différentielle de transistors 22 A et 22 B,le transistor 22 B est polarisé par la source de polarisation Le transistor 22 B est ainsi conducteur et son courant d'émetteur correspond à la source de courant du transistor 29 A Comme le transistor 22 A est bloqué, les tensions de base VB( 22 A) et VB( 228) de ces transistors 22 A et 22 B sont liés par la relation suivante: B( 22 A) VB( 22 B) ( 2) Comme VB( 21 A) = VB( 22 A) et VB( 21 B) VB( 22 B)' la tension de base appliquée à la base de chacun des transistors 21 A et 22 A doit être égale à la tension de base appliquée aux transistors 2 l Bet 22 B pour que les équations 1 et 2 soient satisfaites En conséquence, la borne d'entrée 20 est polarisée au même potentiel que la tension de la source de polarisation 26 Le transistor 21 A est ainsi conducteur, si bien que le même courant de collecteur I/2 que celui du transistor 21 B passe par celui-ci De plus, le même courant collecteur I/2 passe dans le transistor 22 A. Comme le courant de base du transistor 22 A est le courant de base dans le transistor 21 A, le courant de base fourni lorsque le circuit est vu de la bande d'entrée 20, est approximativement nul; il s'agit ainsi d'un circuit à impédance d'entrée élevée. Il est à remarquer que l'on réalise ainsi un circuit à impédance d'entrée élevée ne nécessitant pas de résistance de polarisation. La figure 5 montre un amplificateur à circuit à impédance d'entrée élevée selon l'invention appliquée à un circuit de détection à impulsions Dans cette figure les mêmes éléments que ceux de la figure 4 portent les mêmes références numériques et les mêmes symboles. Dans le circuit dela figure 5, une tension de base est appliquée à la base des transistors 22 B et 21 B à partir d'un point de jonction D dans un circuit de type série formé des résistances RI, R 2 et R 5, ainsi qu'une diode Dl Cette tension de polarisation est également appliquée à la base des transistors 21 A et 22 A comme décrit ci-dessus en relations avec la figure 4. En outre, la base des transistors 29 A et 29 B est reliée à l'anode de la diode Dl pour former une source de courant. Les transistors 30 A, 31 A et 32 A forment une source de courant; les transistors 30 B, 31 B et 32 B forment une autre source de courant On suppose que la borne d'entrée ne reçoit aucun signal Lorsque le courant de collec- teur I 1 traverse le transistor 29 B, le même courant I traverse le collecteur du transistor 24 Ce courant I se répartit également entre les collecteurs des transistors 21 A et 21, suivant les courants I 2 et I 3 (I 2 = I 3) Le courant de collecteur I 2 du transistor 21 A entraîne la source de courant formée par les transis- tors 30 A, 31 A et 32 A De façon plus détaillée,le courant I 2 traverse le transistor 30 A, alors que le courant I 12 ' traverse les transistors 31 A et 32 A Le courant I 2 qui traverse le transistor 30 A, entraîne les transistors 27 A et 28 A De la même manière, le courant I 3 traverse le transistor 30 B et le courant I 3 ' traverse les transis- tors 31 B, 32 B Les résistances R 6 et R 7 sont branchées en série entre les collecteurs et les transistors 30 A et 308 Une source de polarisation VR est reliée au point de jonction des résistances de types séries R 6 et R 7 Comme on a I 2 I 2 et I 3 'Y I 3, aucun courant ne traverse les résistances R 6 et R 7 Ainsi la borne de sortie de ce circuit, c'est-àdire le collecteur (point B) du transistor 30 B du collecteur (point C) du transistor 30 B sont polarisés par la source de polari- sation VR et sont maintenus au même potentiel Le fonctionnement du circuit, lorsqu'un signal impulsionnel tel que celui qui correspond à la courbe A de la figure 6 est appliqué par le générateur Ge à travers un condensa- teur C à la borne d'entrée 20 sera décrit ci-après La variation de tension du signal impulsionnel d'entrée est transmise par le condensateur C àla base des transistors 21 A et 22 A Il en résulte, que les tensions des points D et E se déséquilibrent, si bien que les transistors 21 A et 22 B se bloquent tous deux Lorsque le transistor 21 A est bloqué, le courant de collecteur I 2 dans ce transistor est coupé. Ainsi la source de courant formée des transistors 30 A, 31 A et 32 A est bloquée A ce moment, le transistor 21 B est débloqué et ainsi la source de courant formée des transistors 30 B, 31 B et 32 B est conduc- trice Comme le transistor 22 A est conducteur, les transistors 27 A et 288 sont conducteurs et un courant de collecteur I 2 ' passe dans le transistor 28 A En outre, les transistors 27 B et 288 sont bloqués, puisque le transistor 22 B est bloqué Le courant de collecteur I 21 du transistor 28 A traverse les résistances R 6 et R 7 et passe dans les transistors 30 B et 31 B Par les chemins de courant décrits ci-dessus, le potentiel point B aug- mente à l'instant t 1 pour passer à la valeur I 2 R 6 + VR, (courbe B, figure 6) Par ailleurs, le potentiel au point C chute à la valeur VR I 2 R 7 à cet instant (courbe C, figure 6) Comme le transistor 21 A est bloqué pendant que le transistor 22 A est conducteur, l'impédance d'entrée à ce moment,vu à partir de la borne d'entrée 20 est faible par comparaison au cas o les deux transistors 21 A et 22 A sont conducteurs Cela résulte du courant de base dans le transistor 22 A à l'état conducteur, ce courant n'étant pas totalement appliqué à la bande d'entrée 20 La source de ce courant de base est la charge accumulée dans le condensateur C C'est pourquoi, lorsque le courant de base est appliqué pendant une période fixe de temps, le potentiel à la borne d'entrée 20 devient égal au potentiel au point D Cet état est identique au cas correspondant à l'absence de signal d'entrée comme indiqué ci-dessus Le courant de base est fourni par le condensateur C au transistor 22 A pendant la durée comprise entre l'instant t, jusqu'à l'instant t 2 (figure 6). Lorsque le potentiel appliqué à la borne d'entrée 20 devient voisin du potentiel au point D, le courant de collecteur dans le transistor 21 A augmente et éventuellement les transistors 30 A et 31 A deviennent conducteurs et laissent passer un courant de façon à réduire le courant à travers les résistances R 6 el R 7. Les potentiels des points B et C se rapprochent ainsi de la tension V R respectivement en descendant et en montant Cette situation est représentée entre les instants t 1 et t 9 et dans les courbes B et C de la figure 6 A partir de l'instant t 2 jusqu'à l'instant t 3, le même état que l'état initial s'établit A l'instant t 3, la tension appliquée à la borne d'entrée 20 chute et bloque les transistors 22 A et 21 B puis coupe la borne 28 A Comme le transistor 21 A est conducteur à ce moment, la source de courant formée des transistors 30 A, 31 A et 32 A se met en oeuvre alors que la source de courant formée des transistors 30 B, 318 et 32 B ne débite plus. AU cours de ces opérations, le courant de collecteur I 3 ? dans le transistor 278 passe par les résistances R 7 et R 8 dans les transistors 30 A et 31 A Les potentiels au points B et C à ce moment, c'est-à-dire à l'instant t 3 sont respectivement égaux à VR I 3 R 6 et VR+I 3 R 7 comme le montrent les courbes B et C de la figure 6. Dans le circuit ci-dessus, un signal synchro- nisé sur la courbe A de la figure 6 s'obtient en compa- rant la tension au point B à l'aide d'un comparateur approprié Le circuit peut ainsi servir de circuit de détection d'impulsions. La figure 7 montre une autre application du circuit selon l'invention Ce circuit utilise une réisstance R Ll à la place de la résistance 27 de la figure 4 et une résistance R L 2 à la place de la résis- tance 28 L'impédance d'entrée de ce circuit vu de la borne du condensateur C est celle d'un montage en parallèle formé du circuit en émetteur commun comprenant le transistor 22 A et les résistances Rg Nl et Rg N 2 en il série, et d'un circuit en Émetteur commun formé d'un transistor 21 A et des résistances Rgpl et Rg 2 en séries. gpl g P 2 en séries. En appelant Zin' l'impédance d'entrée ci-dessus, on a 1 1 1 + Zin h FEN' (Rg Nl+Rg N 2) 9 FE(Rg Pl+R g P 2) Si: Rg Nl = Rb N 2 = Rg N et: Rgpl = Rg P 2 = Rgp, 1 1 + 1 h FEN Rq N + h FEP Rq P Zin 2 h FEN Rg N 2 h FEN Rg P 2 h FE Nh F Ep Rg N Rg P alors Z N 2 h FE Nh FEP Rq N Rq P in RR _h FEN Rg N + g F Ep R gp Cela signifie que dans ce circuit le coefficient hfe multiplie l'impédance d'entrée du montage dans lequel les résistances Rg Net Rgp sont utilisées pour la pola- risation comme dans le schéma de la figure 3 Ce circuit permet ainsi un fonctionnement sinusoïdal et une ampli- fication dans la plage définie par la relation f 1 ? 1 2 t C 1 Zin Dans cette relation C 1 est la capacité du condensateur C et F 1 est la fréquence. REVENDICATIONS 1 ) Circuit à impédance d'entrée élevée, circuit caractérisé en ce qu'il se compose d'un premier circuit différentiel formé d'une paire de transistors ( 21 A,21 B) de type NPN et d'une première et d'une seconde bornes d'entrée, un second circuit différentiel formé d'une paire de transistors ( 22 A, 22 B) de type PNP et ayant une première et une seconde bornes d'entrée, les premières bornes d'entrée du premier et du second circuits diffé- rentiels étant reliées l'une à l'autre, V et les in secondes bornes d'entrée du premier et du second circuits différentiels étant reliées l'une à l'autre, une première source de courant ( 24, 29 B) reliée au premier circuit différentiel ( 21 A, 21 B-) pour entraîner ce premier circuit différentiel, une seconde source de courant ( 29 A) reliée au second circuit différentiel ( 22 A, 22 B) pour entraîner le second circuit différentiel, une borne d'entrée de signal Vin reliée à la première borne d'entrée du premier et du second circuits différentiels pour fournir un signal au premier et au second circuits différentiels, ce signal ne contenant pas de composante continue et un moyen de polarisation en tension continue ( 26) relié à la seconde borne d'entrée du premier et du second circuit différentiel ( 21 A, 21 B et 22 A, 22 B) pour pola- riser le premier et le second circuit différentiel. ) Circuit à impédance d'entrée selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que l'intensité du courant fourni par la première source de courant est égale à l'intensité du courant fourni par la seconde source de courant.