Brevet FR2529410A1 — publié le 19831230

"Amplificateur-tampon à transistors à effet de champ à réduc- tion de bruit amélioré". Il est souvent nécessaire d'interposer un amplificateur tampon à transistors à effet de champ dans le circuit d'un signal, du fait qu'un tel amplificateur présente une impédance d'entrée élevée, en vue de minimiser la charge d'un étage précédent et fournit cependant une faible impédance de sortie D'autres nécessités d'incorporer un tel amplifica- teur tampon peuvent comprendre une grande linéarité et une dis- torsion thermique faible afin de maintenir la précision et la fidélité du signal, ainsi que la capacité d'avoir une grande bande passante Un amplificateur tampon répondant à ces exi- gences a fait l'objet de la demande de brevet français N 02 503 956 déposée au nom de la demanderesse. Mais, une nécessité qui n'a pas été remplie par l'amplificateur tampon précédent est le fait que les trans- sistors à effet de champ sont susceptibles de présenter du bruit provenant de l'alimentation du fait des effets de modulation de longueur de canal dûs à la tension de drain ainsi que d'autres effets générateurs de bruit Dans des conditions d'opération telles que celles des circuits d'oscilloscope des- tinés à engendrer des rampes en dents de scie, circuits dans lesquels la porte d'entrée de l'amplificateur tampon est relié directement à un condensateur de cadencement de dents de scie, il est essentiel Cd'avoir un très falbla bzxt et ? nie l,>ijlc linéarité. Conformément à la présente invention, on prévoit un circuit amplificateur tampon à transistors à effet de champ dans lequel les effets du bruit provenant de l'ali- mentation sont réduits de manière substantielle L'amplificateur comporte un étage d'entrée à source suiveuse qui contient des éléments additionnels pour l'aider à absorber les variations de l'alimentation, et un étage de sortie émetteur-suiveur En complément, l'étage d'entrée comprend un circuit de contre-réac- tion commandé par l'étage de sortie émetteur-suiveur de telle -2 2529410 manière que non seulement on élimine les variations thermiques à réponse transitoire et les distorsions thermiques à auto- génération mais aussi on améliore la réduction du bruit d'ali- mentation et des ondulations. C'est donc un objet de la présente inven- tion que de fournir un amplificateur tampon amélioré qui pré- sente une distorsion thermique faible, une linéarité élevée et une forte réduction du bruit d'alimentation et des ondulations. C'est encore un autre objet de l'invention de fournir un nouvel amplificateur tampon à transistors à effet de champ à contre-réaction. L'amplificateur taqxn selon l'invention comprend un étage d'entrée à source suiveuse comprenant un tranisistor à effet de champ présentant une porte pouvant être reliée à une source de signaux; des moyens reliés audit étage d'entrée à source suiveuse et destinés à absorber les variations des tensions d'alimentation appliquées audit étage; un transistor de sortie à émetteur-sui- veur dont la base est reliée à la source dudit transistor à ef- fet de champ, et des moyens de polarisation pour lesdits moyens d'absorption des variations de la tension d'alimentation, lesdits moyens de polarisation comprenant des moyens pour réali- ser une contre-réaction sur le drain dudit transistor à effet de champ. D'autres caractéristiques et avantages res- sortiront de la description qui suit, faite à titre illustratif en se référant au dessin sur lequel: la fig 1 est un schéma d'un amplificateur tampon à transistors à effet de champ conforme à la présente invention, et. la fig 2 est un schéma d'un amplificateur tampon à transistors à effet de champ conforme à la présente inr Amti On 252941 Q -3- et dans lequel on a ajouté des composants pour obtenir une vi- tesse de traitement plus élevée. Sur la fig 1, on voit un amplifiçateur-tam- pon conforme à la présente invention dans lequel l'étage d'entrée est constitué de quatre transistors 10,12,14,16, à effet de champ à canal p; ces transistors à effet de champ sont reliés en série entre les tensions d'alimentation appropriées positive +V et négative -V On pourrait tout aussi bien utiliser des transistors à canal N en effectuant les changements de polarité appropriés; cependant, la réalisation à canal p représenté dans ce mode de réalisation est compatible avec ce que l'on appelle lés procédés de circuit intégré BIFET En outre, les éléments 12 et 16 pourraient également être des transistors bipolaires PNP aussi bien que des transistors à effet de champ Une résis- tance 18 de réglage du courant est branchée entre la source du transistor à effet de champ 10 et l'alimentation positive 4 V pour faire du transistor à effet de champ 10 une source de cou- rant constant pour l'étage d'entrée Des signaux d'entrée sont appliqués par l'intermédiaire d'une borne d'entrée 20 à la porte du transistor à effet de champ 14 qui fonctionne en amplifica- teur à source suiveuse La source du transistor à effet de champ 14 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 22, à la base d'un transistor bipolaire 24 qui fonctionne comme un étage de sort 4 e à émetterr-Evuiveuz pour fournil des signaux de sortie - sur la borne de sortie 26 Le transistor 24 à émetteur-suiveur de l'étage de sortie a son collecteur relié à l'alimentation positive +V et son émetteur à l'alimentation négative -V par l'intermédiaire d'une résistance 28 Dans l'étage d'entrée, le transistor à effet de champ à source suiveuse 14 et le transistor à effet de champ constituant la source de courant 10 présentent des caractéristiques physiques et fonctionnelles qui ont été accordées De préférence, les transistors à effet de champ 12 et 16 ont des caractéristiques physiques etfontionnelles qui sont adaptées à celles destran- sistors à effet de champ 10 et 14 de manière à faciliter la réduc- -4- tion des variations thermiques à réponse transitoire et la dis- torsion thermique à auto-génération De plus, les transistors à effet de champ 12 et 16 absorbent les variations de l'alimen- tation telles que les ondulations et le bruit en réduisant ces variations d'un facteur de 1, é étant le coefficient d'ampli- fication de chaque transistor à effet de champ. Un circuit d'absorption de courant 30 engendre un courant IX qui circule à travers une première diode 32, une seconde diode 34, une résistance 36, un transistor bipolaire 38 et une résistance 40 en vue d'établir les conditions de pola- risation des transistors à effet de champ 12 et 16 Les diodes -32 et 34, qui peuvent être avantageusement constituées par des transistors branchés en diodes, compensent les chutes de ten- sion de la jonction base-émetteur des transistors 24 et 38 Les résistances 36 et 40 sont choisies de manière à avoir des valeurs égales et lorsqu'elles sont traversées par un courant I à peu près constant, les tensions drain-source des transistors à effet de champ 10 et 14 sont maintenus à peu près égales et constantes de manière à éliminer virtuellement la distorsion thermique à auto-génération La base dutransistor 38 est reliée à l'émetteur du transistor 34 et ainsi le transistor 38 est commandé par le signal de sortie, il commande à son tour la porte du transistor à effet de champ 16 en réalisant une dontreréaction effective sur le-transistor à effet de champ 14, afin d'éliminer les varia-, tions thermiques à réponse transitoire -et la distorsion Le tran- sistor à effet de champ 16 sert également à réduire la capacité d'entrée parce que la tension de drain du transistor à effet de champ 14 change en accord avec la tension du signal sur la porte du transistor à effet de champ 14, ce qui élimine la tension né- cessaire pour charger la capacité porte-drain du transistor à effet de champ 14 De même, du fait que les valeurs des résis- tances 36 et 40 sont égales, toute variation du courant de pola- risation i 1 agit de manière égale sur les deux transistors à effet de champ 12 et 16 En conséquence, les tensions drain-porte -5- des transistors à effet de champ 10 et 14 varient en valeurs égales en fonction du courant I 1 et de ce fait, tout bruit ou toute variation du courant I 1 n'aura pas d'influence significa- tive sur le bruit de l'amplificateur tampon. La fig 2 représente un amplificateur tampon semblable à celui qui a été décrit ci-dessus en liaison avec la fig 1 avec des composants supplémentaires permettant d'ob- tenir une vitesse de traitement élevée Les mêmes symboles de référence ont été maintenus lorsque cela était approprié et seules les différences seront décrites De manière spécifique, on a ajouté un premier transistor émetteur-stiveur 50 et sa ré- sistance d'émetteur associée 52 entre le collecteur du transis- tor 38 et la porte du transistor à effet de champ 12 et on a ajouté un second transistor émetteur-suiveur 54 et sa résistance d'émetteur associée 56 entre le point de jonction de la résis- tance 40 et du circuit absorbeur de courant 30,d'une partiet la porte du transistor à effet de champ 16,d'autre part Ces cir- cuits émetteurs-suiveurs fournissent une source de commande à faible impédance pour les portes des différents transistors à effet de champ De plus, on a ajouté des petits condensateurs 60 et 62 pour améliorer la réponse transitoire à vitesse élevée, le condensateur 60 étant branché en parallèle sur les diodes 32 et 34 et la résistance 36 et le condensateur 62 étant branché en parailële sur la résistance 40. La description ci-dessus n'a été fournie qu'à titre illustratif et nullement limitatif, et il est évident que l'on peut y apporter des modifications ou variantes sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. -6- REVENDICATIONS 1 ) Amplificateur tampon, caractérisé en ce qu'il comprend: - un étage d'entrée à source suiveuse, comprenant un transistor ( 14) à effet de champ présentant une porte pouvant être reliée à une source de signaux ( 20): des moyens ( 12,16) reliés audit étage d'entrée ( 14,20) à source suiveuse et destinée à absorber les variations des tensions d'alimentation appliquées audit étage d'entrée ( 14,20); un transistor de sortie ( 24) émetteur- suiveur dont la base est reliée à la source dudit-transistor ( 14) à effet de champ, et - des moyens de polarisation ( 32,34,38,40, 30) pour lesdits moyens ( 12,16) d'absorption des variations de la tension d'alimentation, lesdits moyens de polarisation com- prenant des moyens ( 38,) pour réaliser une contre-réaction sur le drain dudit transistor ( 14) à effet de champ. 2 ) Amplificateur tampon selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'absorption des variations de tensions d'alimentation comprennent deux élé- ments additionnels à transistor ( 50,52,54,56), dont l'un ( 50,52) est relié en série dans le circuit source dudit transistor ( 14) à efe: de champ à source suivet-se, et dont &lautra { 54,56) est branché en série dans le circuit de drain dudit transistor d'en- trée ( 14) à effet de champ à source suiveuse. 3 ) Amplificateur tampon selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de polarisation comprennent une première résistance ( 36), une seconde résistance ( 40) et un générateur de courant constant ( 30) reliés en série, lesdites première ( 36) et seconde ( 40) résistances étant reliées respectivement à l'un des deux éléments additionnels à transis- tor ( 50-52, 54-56). 4 ) Amplificateur tampon selon la revendi- cation 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de polarisation 7 - comprennent en outre un transistor de commande de contre-réac- tion ( 38) dont la base est reliée à l'émetteur dudit transis- tor de sortie ( 24) et dont l'émetteur est relié par l'intermé- diaire de la seconde résistance ( 40) à la porte de l'élément à transistor additionnel ( 54,56) relié aux circuits de drain dudit transistor ( 14) à effet de champ à source suiveuse.