Brevet FR2547963A1 — publié le 19841228

DIVISEUR DE TENSION La présente invention concerne un diviseur de tension comportant une ou plusieurs prises de connexion de Kelvin, et elle porte plus particulièrement sur un tel di5 viseur de tension dans lequel la ou les prises sont formées par un prolongement n'acheminant pas de courant, appelé "péninsule" qui s'étend à partir d'une résistance acheminant un courant. Les diviseurs de tension à prisesuniques et multi10 ples, en couches épaisses, en couches minces et monolithiques, sont largement utilisés dans le matériel électronique. Dans de nombreux cas, ces prises de diviseurs constituent des connexions de Kelvin, c'est-à-dire des connexions dans lesquelles il ne circule aucun courant ou pratiquement aucun 15 courant De tels diviseurs sont utilisés dans de nombreuses applications parnm lesquelles les circuits amplificateurs opérationnels et les convertisseurs numérique-analogique. Un certain nombre de problèmes sont associés à de tels diviseurs Par exemple, dans la technologie des couches épaisses, 20 on forme un diviseur de tension en interconnectant deux résistances à couches épaisses, ou plus Toutes les résistances doivent donc être aussi parfaitement identiques que possible, ce qui nécessite par exemple l'utilisation de la même pâte, du même type de bornes et des mêmes techniques de fabrication 25 appliquées simultanément Même dans ce cas, il est nécessaire d'ajuster une ou plusieurs des résistances, dans le but d'établir avec précision les proportions de tension correctes au niveau des prises Pour une seule prise, on ajuste au moins une résistance, mais habituellement les deux Pour deux prises, on ajuste au moins deux résistances, et ainsi de suite L'ajustement nécessite une première coupure pour amener la résistance dans une plage d'environ 1 % de la va5 leur désirée, puis le chauffage de la résistance pour ramollir un revêtement de verre afin de libérer les contraintes induites par l'ajustement, ceci étant suivi par un second ajustement, plus fin, dans la région masquée par le premier L'ajustement affecte dans une certaine mesure la 10 stabilité en température, mais il affecte encore plus fortement la stabilité à long terme La technique consistant à utiliser un certain nombre de résistances différentes exige une correspondance étroite entre les résistances pour obtenir des coefficients de température et des caractéristiques 15 de dérive ou de stabilité à long terme similaires parmi les résistances d'un diviseur de tension. L'invention a donc pour but de procurer un diviseur de tension perfectionné comportant une ou plusieurs prises de connexion de Kelvin. L'invention a également pour but de procurer un tel diviseur de tension qui réduise l'erreur due à la discordance entre les variations sur la totalité de la gamme de température de fonctionnement Un but supplémentaire de l'invention est de pro25 curer un tel diviseur de tension qui réduise l'instabilité ou la dérive due au vieillissement et à la température. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un tel diviseur de tension qui simplifie la fabrication des résistances et qui réduise le temps et le coûft de 30 fabrication. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un tel diviseur de tension qui puisse être ajusté avec précision jusqu'aux limites du matériel de mesure. Un but supplémentaire de l'invention est de pro35 curer un tel diviseur de tension qui permette d'ajuster indépendamment un certain nombre de rapports ou de prises différents sur une seule résistance. Un but supplémentaire de l'invention est de produire un tel diviseur de tension qui ne nécessite pas de bornes ou de matières des résistances spéciales ou mutuellement adaptées. Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un tel diviseur de tension dont le fonctionnement ne repose pas sur la valeur absolue de la résistancee L'invention résulte de la prise en considération du fait que dans une prise de connexion de Kelvin s'étendant latéralement à partir d'une résistance, une coupure d'ajustement transversale ajuste la position effective de l'interconnexion de la prise avec la résistance, sans af15 fecter la valeur ou la stabilité de la résistance. L'invention consiste en un diviseur de tension comportant une ou plusieurs prises de connexion de Kelvin. Il existe des première et seconde bornes espacées, et une résistance acheminant un courant, entre ces bornes Une troisième borne est située à distance de la résistance La résistance comporte au moins une péninsule conductrice, n'acheminant pas de courant, qui s'étend à partir d'une jonction située d'un c 8 té de la résistance et qui est connectée à la troisième borne pour produire une prise de con25 nexion de Kelvin Une coupure est effectuée uniquement dans la péninsule n'acheminant pas de courant, le long dunchemin ayant une composante parallèle au côté de la résistance à partir duquel la péninsule s'étend, et masquant la jonction de la péninsule et du côté correspondant, par rapport à la 30 troisième borne, pour ajuster l'interconnexion de la troisième borne avec la résistance et pour faire varier la tension de sortie sans faire varier la valeur de la résistance. Un prolongement de cette coupure peut être effectué parallèlement au bord de la péninsule pour augmenter encore l'ajustement la péninsule peut contenir un ou plusieurs trous pour augmenter l'efficacité de l'ajustement. L'invention consiste également en un procédé de fabrication d'un tel diviseur de tension ayant une ou plusieurs prises de connexion de Kelvin, comprenant des pre5 mière et seconde bornes espacées et formant une résistance acheminant un courant entre les première et seconde bornes. Le procédé comprend également la formation d'une troisième borne espacée par rapport à la résistance etlaformation d'au moins une péninsule de la résistance n'acheminant pas de courant et s'étendant depuis une jonction située d'un coté de la résistance, en connectant ce c 8 té à la troisième borne pour produire une prise de connexion de Eelvin On ajuste le réglage du diviseur de tension en effectuant une coupure uniquement dans la péninsule n'acheminant pas de cou15 rant, le long d'un chemin ayant une composante parallèle au coté de la résistance à partir duquel s'étend la péninsule, cette coupure masquant la jonction entre la péninsule et le c 8 té correspondant, par rapport à la troisième borne, pour ajuster l'interconnexion de la troisième borne avec la ré20 sistance et pour faire varier la tension de sortie sans faire varier la valeur de la résistance La résistance peut comprendre un ensemble de telles résistances n'acheminant pas de courant et de troisièmes bornes associées Toutes les péninsules peuvent s'étendre à partir d'un seul côté de 25 la résistance, ou bien elles peuvent s'étendre à partir des deux côtés de la résistance La péninsule peut faire un certain angle ou etre à peu près perpendiculaire au coté de la résistance sur toute sa longueur, ou seulement sur sa partie initiale, après quoi elle peut s'étendre dans une direction générale parallèle ou sous un autre angle par rapport au coté de la résistance La péninsule peut prendre n'importe quelle forme souhaitable, y compris une forme triangulaire, dans laquelle la base du triangle est sur le côté de la résistance et les côtés du 35 triangle convergent vers la troisième borne La péninsule peut contenir un ou plusieurs trous pour augmenter l'efficacité de l'ajustement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, don5 nés à titre d'exemples non limitatifs la suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation d'un diviseur de tension de l'art antérieur; La figure 2 est une représentation d'un diviseur 10 de tension comportant une prise de connexion de Kelvin conforme à l'invention; la figure 3 est une représentation d'un diviseur de tension similaire à celui de la figure 2, avec une autre configuration de la prise de connexion de Kelvin, et elle montre un trou triangulaire destiné à augmenter l'efficacité d'une coupure d'ajustement; La figure 4 est une représentation similaire à celle de la figure 2, avec une autre structure de la prise de connexion de Kelvin, et elle montre un trou rond destiné 20 à augmenter l'efficacité d'une coupure d'ajustement; 30 Ia figure 5 celle de la figure 2, la prise de connexion La figure 6 celle de la figure 2, la prise de connexion La figure 7 celle de la figure 2, tiples d'un seul côté est une représentation similaire à avec encore une autre structure de de Kelvin; est une représentation similaire à avec encore une autre structure de de Kelvin; est une représentation similaire à montrant des prises de connexion muldu diviseur; La figure 8 est une représentation similaire à celle de la figure 7 montrant des prises de connexion multiples des deux côtés du diviseur de tension conforme à l'invention; et La figure 9 est une représentation d'un diviseur 35 de tension conforme à l'invention qui comporte plus d'un segment acheminant un courant et des péninsules n'acheminant pas de courant. Ia figure 1 montre un diviseur de tension représentatif de l'art antérieur, 10, qui est formé par deux 5 résistances 12, 14, intercalées entre des bornes 15, 16 et 18 La borne 16 fait fonction de prise de diviseur de tension Bien qu'elle soit représentée en position générale centrale sur la figure 1, elle peut être placée n'importe o entre les bornes 15 et 18 Du fait que la résistance 10 principale d'acheminement de courant, 20, du diviseur de tension 10 est formée en réalité par deux résistances séparées 12 et 14, il est nécessaire de prendre un grand soin. dans la fabrication et l'ajustement de ces résistances La matière, la taille et la forme des résistances 12 et 14 15 doivent être définies avec soin Ces résistances doivent 4 tre formées et fabriquées avec des matières au moins similaires et en même temps, dans le but de minimiser les différences de coefficient de température et d'instabilité à long terme Du fait qu'il y a deux résistances différentes, 20 tout changement de la valeur de l'une d'elles sous l'effet de variations de température ou du vieillissement doit 6 tre compensé par un changement avec le même taux et dans la m 4 me direction dans l'autre résistance, pour que la tension sur la prise 16 demeure inchangée Même après une fabrication 25 soigneuse, les résistances 12 et 14 n'ont habituellement pas exactement la valeur de résistance désirée, et il faut ajuster au moins une résistance, et habituellement les deux. On effectue ceci en formant une coupure transversale 22 pour augmenter progressivement la valeur de la résistance 50 12 pour l'amener à la valeur correcte finale La première coupure 22 amène normalement la valeur dans une plage de 1 % de la valeur désirée On forme ensuite une seconde coupure 24, de façon habituelle dans la région masquée par la première, qui ajuste la valeur de façon plus progres35 sive pour l'amener à la valeur désirée Lorsqu'on a ajusté une résistance, il devient souvent nécessaire d'ajuster l'autre résistance, ce qui fait que des coupures similaires 26 et 28 peuvent être nécessaires pour la résistance 14. Cet ajustement, ou cette formation de coupures, introduit ses propres instabilités, du fait de la mise à nu de la matière des résistances et du chauffage qui est nécessaire pour ramollir le revêtement de verre afin de libérer les contraintes induites par la coupe Ià maîtrise des instabilités, l'adaptation mutuelle des résistances et l'ajustement 10 individuel des valeurs des résistances deviennent plus complexes lorsque des résistances supplémentaires 30, 32 et 34 et des bornes associées 36, 38 et 40 sont ajoutées pour procurer des prises supplémentaires. L'invention permet d'ignorer la valeur absolue de la résistance dans le réglage destiné à l'obtention d'un rapport de tension particulier ou d'une tension de sortie particulière Les ajustements, ou coupures, ne sont pas faits dans le corps principal de la résistance; ainsi, l'ajustement n'affecte pas la valeur de la résistance et il 20 n'est pas nécessaire d'ajuster ou de chauffer la résistance de façon répétée La résistance consiste fondamentalement en une seule résistance, et l'adaptation mutuelle est donc ainsi automatique Le diviseur de tension conforme à l'invention est ainsi beaucoup plus stable et peut eêtre ajusté 25 de façon beaucoup plus précise que des résistances de l'art antérieur, qu'il s'agisse de résistances à couches épaisses, à couches minces, monolithiques, à couches en volume ou bobinées. A titre de comparaison, des résistances normales 30 à composition a base de carbone ne sont généralement pas ajustables Elles ont un coefficient de température de 1000 à 2000 ppm/ C, une stabilité à long terme de 20 000 ppm/an, et un écart de variation de 500 à 1000 ppm/OC Les résistances à couches épaisses classiques sont ajustables à en35 viron 0,1 % Elles ont un coefficient de température de 50- ppm/OC, une stabilité à long terme après ajustement de 500 à 1000 ppm de variation par an; et un écart de variation de 5 à 50 ppm/ C Les résistances à couches minces sont également ajustables à 0,1 % Elles ont un coefficient 5 de température de 20-60 ppm/o C, une stabilité à long terme après ajustemeide 200-400 ppm de variation par an, et un écart de variation de 2-6 ppm/OC Par opposition à ceci, des rapports de résistances obtenus conformément à l'invention sont ajustables avec une précision supérieure à 0,001 %, 10 et ils n'apparaissent limités que par les possibilités d'affichage du matériel de mesure La dérive du rapport à long terme est inférieure à 0,1 ppm/1000 h, et l'écart de variation est meilleur que 1 ppm/ Co. La figure 2 montre un diviseur de tension 50 con15 forme à l'invention qui comporte des première et seconde bornes 52,-54, avec une résistance principale d'achemine ' ment de courant, 56, entre elles Une péninsule 60, constituée par la même matière que la résistance 56, s'étend latéralement vers l'extérieur à partir du c 6 té 58 de la ré20 sistance 56 La péninsule 60 est interconnectée à une borne 62 pour former la prise de connexion de Kelvin 64 On entend par connexion de Kelvin une connexion dans laquelle il ne circule aucun courant, ou pratiquement aucun courant le courant circule de façon générale longitudinalement dans la 25 résistance 56, de la borne 52 vers la borne 54, ou de la borne 54 vers la borne 52, et bien qu'il y ait un léger renflement 66 du chemin de circulation du courant, il ne circule virtuellement aucun courant dans la péninsule 60 vers la borne 62 la tension de sortie de la prise 64 est ajustée 30 de façon simple et stable en effectuant une coupure 68 qui a une composante parallèle au côté 58 à partir duquel s'étend la péninsule 60 Comme il est représenté, la coupure 68 interrompt le chemin entre la partie inférieure 70, représentée hachurée, de la borne 62, et la région correspon35 dante 72 de la résistance 56 Ceci a pour effet d'établir le chemin entre la borne 62 et la partie 74 de la résistance 56 la coupure 68 a ainsi fait monter la connexion de la prise 64 sur la résistance 56 Si on forme la coupure 68 avec une plus grande longueur, la prise est déplacée plus loin vers le haut Si on formait la coupure 68 de façon qu'elle soit plus courte, la prise serait située plus bas. On peut également former la coupure de façon qu'elle se dirige vers le bas à partir du haut de la péninsule, et elle peut non seulement s'étendre presque jusqu'au côté opposé 10 de la péninsule, mais également tourner vers le corps de la résistance et s'étendre parallèlement au bord de la péninsule, sur la presque totalité du chemin jusqu'au corps de la résistance On peut ainsi déplacer la tension sur une plage étendue, sans affecter la valeur de la résistance 15 56 Il en est ainsi du fait que la péninsule 60, bien qu'étant constituée par la même matière que la résistance 56, n'est traversée par aucun courant et n'introduit donc pas de problèmes de variation ou de stabilité de la valeur de la résistance sous l'effet de la coupure 68. On peut faire varier la forme et la configuration particulières de la péninsule, comme le montre la figure 3, sur laquelle le diviseur 50 a comporte une péninsule 60 a avec une première partie 75 qui s'étend transversalement vers le côté 58 a et une seconde partie 76 qui est perpendiculaire à 25 la partie 75 et de façon générale parallèle à la résistance 56 a Cependant, la coupure 68 a doit toujours être faite de façon à masquer la jonction 78 au niveau de laquelle la péninsule 60 a rencontre le coté 58 a de la résistance 56 a. Dans ce but, la coupure 68 a est faite le long d'un chemin 30 ayant une composante parallèle au côté 58 a de la résistance 56 a à partir duquel s'étend la péninsule 60 a Par exemple, si la coupure était faite en 68 aa, elle n'aurait aucun effet de déplacement de la prise du diviseur de tension, du fait que la coupure 68 aa,seule,laisse la totalité de la ré35 gion de jonction 78 non masquée par rapport à la borne 62 a. De façon similaire, la coupure 68 aaa n'effectuerait pas le masquage nécessaire, du fait que la borne 62 a pourrait toujours "voir" la totalité de la longueur de la jonction 78. Bien que les péninsules 60 et 60 a considérées jusqu'à présent aient été représentées sous une forme dans laquelle elles s'étendent perpendiculairement aux c 8 tés 58 et 58 a, ceci n'est pas une limitation obligatoire de l'invention Par exemple, comme le montre la figure 4, la pé10 ninsule 60 b peut s'étendre sous une certaine inclinaison. Ia coupure 68 b est parallèle au côté 58 b et à la jonction 78 b, mais ceci n'est pas obligatoire; la coupure peut 4 tre inclinée, comme il est indiqué en 68 bb, aussi longtemps qu'elle comporte une composante qui est parallèle au c 8 té 15 58 b et à la jonction 78 bo La péninsule 60 b peut être prolongée par une seconde partie 76 b, comme il est représenté, ou de n'importe quelle autre façon similaire les coupures ou ajustements 68 doivent être faits de façon à masquer la jonction de la péninsule par rapport à la troisième borne 20 62 b On peut utiliser un trou tel qu'un trou triangulaire 77 a, figure 3, ou un trou circulaire 77 b, figure 4, pour augmenter l'efficacité de la coupure d'ajustement Sur les figures 2, 3 et 4, la péninsule a une largeur approximativement égale au tiers de la longueur de la résistance Dans 25 ces cas, la coupure d'ajustement dans la péninsule 60 produit un réglage de la tension de la prise allant jusqu'à environ 25 % Cependant, avec une péninsule 60 c plus large (figure 5), on peut faire varier la prise de tension jusqu'à 100 % ou presque; une péninsule rétrécie ou une ré30 sistance plus longue pernettraient un ajustement plus fin. Bien que les péninsules des figures 2 5 aient de façon générale des côtés parallèles et rectilignes, ceci n'est pas une limitation obligatoire de l'invention, du fait qu'on peut utiliser diverses formes dans sortir du 35 cadre de l'invention Par exemple, comme le montre la fi- 1 1 gure 6, la péninsule 60 d peut avoir une forme triangulaire, avec ses bords & 0, 82, convergeant vers la borne 62 d et sa base alignée de façon générale en coïncidence avec la jonction 78 d Le diviseur de tension conforme à l'invention 5 n'est pas limité à des structures à une seule prise; il peut avoir n'importe quel nombre désiré de péninsules 60 e, 60 ee, 60 eee, figure 7, et des troisièmes bornes associées 62, 62 ee, 62 eee, et les prises peuvent être disposées sur un côté ou l'autre ou sur les deux, comme le montre la fi10 gure 8, sur laquelle il y a quatre prises de connexion de Kelvin 64 f, 64 ff, 64 fff et 64 ffff, s'étendant à partir du côté 58 f,et quatre prises de connexion de Kelvin supplémentaires 64 'f, 64 'ff, 64 'fff et 641 ffff s'étendant à partir de l'autre côté 90. Un diviseur de tension conforme à l'invention, portant la référence 50 g (figure 9), peut également comprendre une autre résistance d'acheminement de courant 100, avec à la fois des péninsules d'acheminement de courant 56 gg, 56 ggg, 56 gggge et des péninsules conductrices mais 20 n'acheminant pas de courant, 60 gg, 60 ggg, 60 gggg, en plus de zéroouune, 60 g, ou plusieurs de ces péninsules sur la résistance d'acheminement de courant 56 g. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, 25 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Diviseur de tension ( 50) comportant une ou plusieurs prises de connexion de Kelvin ( 64), caractérisé en ce qu'il comprend: des première et seconde bornes es5 pacées ( 52, 54); une première résistance d'acheminement de courant ( 56) entre les première et seconde bornes; une troisième borne ( 62) espacée par rapport à la résistance ( 56), cette résistance ayant au moins une péninsule ( 60) conductrice n'acheminant pas de courant, qui s'étend à 10 partir d'une jonction sur lun coté ( 58) de la résistance ( 56 ') et qui est connectée à la troisième borne ( 62) pour produire une prise de connexion de Kelvin ( 64); et une coupure ( 68) formée uniquement dans la péninsule n'acheminant pas de courant ( 60), le long d'un chemin ayant une composante parallèle au coté de la résistance ( 56) à partir duquel s'étend la péninsule, et masquant la jonction entre la péninsule et ce côté, par rapport à la troisième borne ( 62), dans lebut d'ajuster l'interconnexion de la troisième borne avec la résistance et de faire varier la tension de 20 sortie sans faire varier la valeur de la résistance ( 56). 2 Diviseur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance ( 56 e) comporte plusieurs péninsules n'a heminant pas de courant ( 60 e, 60 ee, 60 eee) et plusieurs-troisièmes bornes associées ( 62 e, 62 ee, 62 eee). 25 3 Diviseur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que toutes les péninsules ( 60 e, 60 ee, eee) s'étendent à partir d'un seul côté de la résistance. 4 Diviseur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que les péninsules ( 60 f-60 fff) s'éten30 dent à partir des deux cotés de la résistance ( 56 f). Diviseur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que la péninsule ( 60)-s'étend de façon générale perpendiculairement audit coté ( 58) de la résistance ( 56) sur toute sa longueur. 6 Diviseur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que la péninsule ( 60 a) s'étend de façon générale perpendiculairement audit côté ( 58 a) de la résistance ( 56 a) sur la partie initiale ( 75) de sa longueur, et la partie restante ( 76) s'étend de façon générale parallè5 lement à ce côté. 7 Diviseur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que la péninsule ( 60 d) a une forme triangulaire avec sa base ( 78 d) au niveaude la résistance ( 56 d) tandis que ses cotés ( 80, 82) convergent vers la troisième 10 borne ( 62 d). 8 Diviseur de tension selon l'une quelconque des revendications 1-7, baractérisé en ce qu'il comporte un trou ( 77 a, 77 b) dans la péninsule ( 60 a, 60 b). 9 Diviseur de tension selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs résistances d'acheminement du courant ( 100, 56 g, 56 gg,), dont l'une au moins comprend une péninsule ( 60 g, 60 gg,) conductrice n'acheminant pas de courant. Procédé de fabrication d'un diviseur de tension 20 ( 50) comportant une ou plusieurs prises de connexion de Kelvin ( 64), caractérisé en ce que on forme des première et seconde bornes espacées ( 52, 54); on forme une résistance d'acheminement de courant ( 56) entre les première et seconde bornes; on forme une troisième borne ( 62) espacée par 25 rapport à la résistance; on forme au moins une péninsule ( 60) de la résistance ( 56), qui est conductrice et n'achemine pas de courant, et s'étend à partir d'un cdté ( 58) de la résistance, en étant connectée à la troisième borne ( 62) pour produire une prise de connexion de Kelvin ( 64); et on 30 ajuste le réglage du diviseur de tension ( 50) en formant une coupure ( 68) uniquement dans la péninsule n'acheminant pas de courant ( 60), le long d'un chemin ayant une composante parallèle au c 8 té ( 58) de la résistance ( 56) à partir duquel s'étend la péninsule, pour ajuster l'interconnexion 35 de la troisième borne ( 62) avec la résistance ( 56) et pour faire varier la tension de sortie sans faire varicr la valeur de la résistance ( 56).