Brevet FR2546004A1 — publié le 19841116

-1 - "Générateur de triangle " L'invention concerne un circuit servant à engendrer une tension triangulaire aux bornes d'un condensateur et comportant une source de courant de charge servant à charger le condensateur, une source de courant de décharge servant à décharger ensuite le conden- sateur, un étage comparateur servant à comparer la tension engendrée respectivement avec une première et une seconde tension de référence et à engendrer respectivement un signal d'établissement lorsque la valeur de la première tension de référence est atteinte et un signal de rétablissement lorsque la valeur de la seconde tension de réfé- rence est atteinte, et un élément bistable de commutation qui res- pectivement sous l'influence du signal d'établissement et du signal de rétablissement change chaque fois d'état pour la commande d'un commutateur déterminant la charge ou la décharge du condensateur. Un circuit de ce genre est connu du brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 745 467 Dans ce circuit connu, l'élément bistable assure que le condensateur soit déchargé de façon S 6 re après que la tension triangulaire engendrée a atteint la valeur de l'une de ten- sions de référence et qu'il soit chargé de façon sûre après que la- dite tension a atteint la valeur de l'autre tension de référence. L'élément bistable est constitué par des transistors et des r 6 sis- tances associées, transistors qui sous la tension d'alimentation du circuit fonctionnent comme des commutateurs commandés Cela implique que ces transistors traitent des tensions relativement élevées, c'est-à-dire, plus précisément, que les tensions sur les différentes électrodes de ceuxci subissent une grande variation lors du passage de l'élément d'un état stable à l'autre la même chose s'applique au commutateur déterminant si le condensateur est chargé ou déchargé. L'invention vise à fournir un circuit perfectionné du gen- re décrit ci-dessus qui est à même d'engendrer une tension triangu- laire de fréquence de répétition élevée et, à cet effet, le circuit conforme à l'invention est remarquable en ce qu'il comporte en outre -2un étage tampon raccordé au condensateur et servant à engendrer à partir de la tension du condensateur une tension d'alimentation pour l' elément bistable de commutation, tension qui est du même ordre de grandeur et qui varie dans le même sens que la tension triangulaire engendrée par le circuit. l' invention se base sur l'idée qu'en raison de la grande excursion de tension précitée sur les différents transistors de com- mutation, le circuit connu ne convient pas pour des fréquences éle- vées Grâce à la mesure conforme à l'invention, la variation de la tension aux bornes des transistors de l'élement bistable et du com- matateur est très faible, de sorte que cette variation peut être parcourue très rapidement et que, par conséquent, le blocage ou la mise en conduction du commutateur s'effectue très rapidement. De préférence, le circuit présente la particularité que la variation de la tension d'alimentation pour l'élément bistable de commutation est à peu près égale à la variation de la tension trian- gulaire engendrée. Le circuit peut avoir la particularité que la tension d'a- limentation pour l'élément bistable de commutation est à peu près égale à la tension aux bornes du condensateur. Ie circuit peut encore être remarquable en ce que l'étage tampon comporte un transistor fonctionnant en émetteur suiveur et dont l' émetteur est relié à la borne d'alimentation en tension de l'élément bistable de commutation et dont la base porte une tension dont la différence par rapport à la tension aux bornes du condensa- teur est à peu près égale à une ou plusieurs fois une tension de seuil de diode. On obtient des propriétés en haute-fréquence encore meil- leures si le circuit conforme à l'invention est encore remarquable en ce que les é 11 ments actifs du commutateur sont exclusivement des éléments de commutation semiconducteurs dont le fonctionnement se base essentiellement sur la conduction d'électrons et qui fonction- nent à l'état non saturé et en ce que les éléments actifs de l'élé- ment bistable de commutation sont exclusivement des éléments de com- mutation semiconducteurs dont le fonctionnement se base essentielle- -3- ment sur la conduction d'électrons et qui fonctionnent à l'état non saturé. La description suivante, en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre comment l'invention est réalisée. La figure unique représente un mode de réalisation du cir- cuit conforme à l'invention. A l'usage d'un condensateur C, le circuit de la figure comporte une source de courant de charge munie de deux transistors 1 et 2, une source de courant de décharge munie de deux transistors 3 et 4 et un commutateur muni de deux transistors 7 et 8 De transis- tor 2 est du type pnp, tandis que tous les autres transistors du circuit sont du type npn Une résistance 5 est disposée en série avec un transistor 6 monté en diode, transistor dont la base est reliée à la base du transistor 1 et aux bases des transistors 3 et 4 Les émetteurs des transistors 1, 3, 4 et 6 sont à la masse Le collecteur du transistor 1 est relié à travers une résistance 9 et une diode compensatrice à une tension d'alimentation positive de 12 V A travers une résistance 10 ayant à peu près la mêeme valeur que la résistance 9, l'émetteur du transistor 2 est relié à la tension d'alimentation, sa base étant reliée au collecteur du transistor 1 et son collecteur étant relié au condensateur C L'autre borne du condensateur C est à la masse Les collecteurs des transistors 3 et 4 sont interconnectés et reliés aux émetteurs des transistors 7 et 8 Le collecteur du transistor 7 est relié à la tension d'alimenta- tion, tandis que celui du transistor 8 est relié au condensateur C. Le courant traversant la résistance 5 étant appelé courant i, il résulte de ce qui précède que le courant de collecteur du transistor 2 est à peu près égal au courant i Ce courant de collec- teur charge le condensateur C De toute évidence, la source de cou- rant 1, 2 peut être remplacée par une résistance Le conducteur re- liant les transistors 3 et 4 d'une part et les transistors 7 et 8 d'autre part est parcouru par un courant à peu près égal à 2 i et se répartissant entre les transistors 7 et 8 sous l'influence des si- gnaux de commande de ces transistors, signaux qui seront décrits -4- dans la suite de cet exposé Si le transistor 8 est conducteur tan- dis que le transistor 7 est bloqué, un courant à peu près égal à 2 i circule à partir du condensateur C vers le collecteur du transistor 8, de sorte que le condensateur C est déchargé par un courant i. Dans ces conditions, une tension triangulaire symétrique est présen- te aux bornes du condensateur Il est clair que par un autre choix des sources de courant, on peut obtenir une forme de tension non symétrique Si un courant est de beaucoup plus grand que l'autre, la tension engendrée a la forme d'une dent de scie. Un étage comparateur muni de quatre transistors 11, 12, 13 et 14 est raccordé au condensateur C les émetteurs des transistors 11 et 12 sont interconnectés et reliés à une source de courant 15. D'une manière analogue, les émetteurs des transistors 13 et 14 sont interconnectés et reliés à une source de courant 16 Ia base du transistor 11 et celle du transistor 14 sont reliées au condensateur C Le réseau en série de trois résistances 17, 18 et 19 est disposé entre la tension d'alimentation et la masse Ia base du transistor 12 est reliée au point commun aux résistances 18 et 19, point auquel est présente une tension de référence de 3 V D'une manière analo- gue, la base du transistor 13 est reliée au point commun aux résis- tances 17 et 18, point auquel est présente une tension de référence de 6 V Ies collecteurs des transistors 11 et 13 sont branchés sur la tension d'alimentation. En plus, le circuit comporte un élément bistable de commu- tation ayant la forme d'une bascule munie de deux transistors 20 et 21 Ies émetteurs de ces transistors sont interconnectés et reliés à une source de courant 22 Ia base du transistor 20 est reliée au collecteur du transistor 21 et à celui du transistor 12 ainsi qu'à la base du transistor 8 D'une manière analogue, la base du transis- tor 21 est reliée au collecteur du transistor 20 et à celui du transistor 14 ainsi qu'à la base du transistor 7 Entre un point A sur lequel est présente une tension d'alimentation positive et le collecteur du transistor 20 est connectée une résistance 23, alors qu'entre le point A et le collecteur du transistor 21 est connectée une résistance 24. -5- Le circuit décrit est bien connu de l'homme de l'art Du- rant une partie de la période, le transistor 8 est bloqué, de sorte que le condensateur C est chargé par le courant de collecteur du transistor 2 Ia tension Vc aux bornes du condensateur est supé- rieure à 3 V mais inférieure à 6 V et augmente de façon à peu près linéaire Les transistors 11 et 12 constituent un détecteur de ni- veau: le transistor 11 est conducteur et le transistor 12 est blo- qué Les transistors 13 et 14, eux aussi, constituent un détecteur de niveau, le transistor 13 étant conducteur tandis que le transis- tor 14 est bloqué la bascule 20, 21 se trouve dans l'état o le transistor 20 est bloqué tandis que le transistor 21 est conducteur. La tension sur le collecteur du transistor 20 est élevée, tandis que celle sur le collecteur du transistor 21 est basse, ce qui maintient le transistor 7 dans l'état conducteur et le transistor 8 dans 1 'é- tat bloqué. Lorsque la tension Vc atteint la valeur de 6 V, le tran- sistor 14 devient momentanément conducteur, de sorte que la tension sur le collecteur du transistor 20 diminue Ia bascule 20, 21 passe à l'état o le transistor 20 est conducteur tandis que le transis- tor 21 est bloqué De ce fait, le transistor 8 devient conducteur, tandis que le transistor 7 est bloqué Comme le courant de la source 3, 4 est plus grand que le courant de collecteur du transistor 2, la tension Vc diminue de façon à peu près linéaire A cause de la bascule, cette situation est maintenue jusqu'à ce que la tension Vc atteigne la valeur 3 V, de sorte que le transistor 12 devient momentanément conducteur et que la bascule retourne dans l'état déjà décrit o le transistor 20 est bloqué tandis que le transistor 21 est conducteur, la tension engendrée aux bornes du condensateur C augmentant à nouveau. Conformément à l'invention, le point A, au lieu d'être relié directement à la tension d'alimentation du circuit, est con- necté à l'émetteur d'un transistor 28 fonctionnant en émetteur sui- veur et dont le collecteur est branché sur la tension d'alimenta- tion Les émetteurs de deux transistors 25 et 26 sont interconnectés et reliés à une source de courant 29 le collecteur du transistor 26 -6- est relié à la base d'un transistor 27 et à une résistance 30 qui, de l'autre c 8 té, est branchée sur la tension d'alimentation La base du transistor 25 est reliée au condensateur C L'anode d'une diode 31 est reliée à l'émetteur du transistor 27 et à la base du transis- tor 28, tandis que sa cathode est reliée à la base du transistor 26 et à une résistance 32 dont l'autre borne est à la masse. Le courant d'émetteur du transistor 25 et celui du tran- sistor 26 sont tous les deux à peu près égaux à la moitié du courant de la source 29 En effet, s'il se produit une inégalité entre ces courants, le trajet de contreréaction comportant le transistor 27 et la diode 31 provoque un changement de la tension sur la base du transistor 26, ce qui diminue la différence A cet égard, on suppose que l'amplification en courant des transistors est très élevée Dans ces conditions, là tension au point A est à peu près égale à la ten- sion Vc* Dans l'intervalle de temps durant lequel la tension Vc diminue et le transistor 8 est conducteur, la tension sur la base de ce transistor, qui est reliée au collecteur du transistor non con- ducteur 21, est à peu près égale à la tension Vc* En effet, les courants de base des transistors 20 et 8 ne provoquent qu'une faible chute de tension sur la résistance 24 le transistor 8 dont la base et le collecteur ont à peu près le même potentiel, n'est pas saturé et se comporte pratiquement comme une diode conductrice la tension sur l'émetteur est égale à la tension sur la base moins la tension de seuil aux bornes de ladite diode Tors de l'augmentation de la tension Vc, la tension sur la base-du transistor 7 qui est alors conducteur, cette base étant reliée au collecteur du transistor non conducteur 20, est à peu près égale à la tension Vc du fait que les courants de base des transistors 21 et 7 ne provoquent qu'une faible chute de tension sur la résistance 23 la valeur de la ten- sion sur l'émetteur du transistor 7 et, par conséquent, sur celui du transistor 8 à l'état bloqué de ce dernier transistor, diffère donc peu de la valeur de la même tension à l'état conducteur du transis- tor Comme les transistors 7 et 8 commutent des tensions basses et comme ces transistors sont du type npn, leur blocage lorsqu'une ten- sion de référence est atteinte se produit très rapidement Comme 2 546004 -7- connu, les transistors npn possèdent de meilleures propriétés en haute fréquence que les transistors pnp. Le passage de la bascule 20, 21 d'un état stable à l'autre se produit aussi très rapidement du fait que celle-ci est également équipée de transistors npn qui n'entrent pas en saturation A cet effet, les valeurs des résistances 23 et 24 et du courant de la source 22 sont choisies de façon que la variation de la tension aux bornes des transistors 20 et 21 est plus faible qu'une tension de seuil de diode Dans un exemple pratique, on a réalisé un générateur triangulaire ayant une fréquence propre de répétition de l'ordre de 6 M Hz, la bascule commutant des tensions comprises entre 0,3 et 0,4 V Une telle fréquence élevée ne peut pas être obtenue si le point A est branché sur la tension d'alimentation, cas dans lequel le commutateur aussi bien que la bascule doivent commuter des ten- siens plus élevées Etant donné qu'en outre, le collecteur du tran- sistor bloqué de la bascule porte dans ce cas le potentiel de la tension d'alimentation, le commutateur doit comporter des transis- tors pnp Cela est illustré sur la figure 6 du brevet américain N 3 745 367 Dans le circuit conforme à la figure, le transistor 2 est bien du type pnp, mais il s'agit d'un transistor qui ne fonc- tionne pas comme commutateur. Le circuit conforme à la figure peut être intégré dans un corps semiconducteur A des fréquences élevées, le condensateur C a une faible capacité, de sorte que ce condensateur peut égelmant être incorporé dans le corps semiconducteur Dans ce cas, la résistance qui détermine également la fréquence de la tension engendrée, est la seule composante extérieure du circuit Dans l'exemple de réali- sation précité, le générateur est utilisé comme horloge de données de teletext dans un recepteur de télévision Ia fréquence du signal engendré est divisée pour l'obtention d'un signal à fréquence de ligne qui est comparé quant à sa phase avec le signal de synchroni- sation de ligne reçu pour la génération d'un signal de réglage Com- me signal de sortie du générateur est utilisée la tension rectangu- laire présente sur un collecteur de la bascule Le signal de réglage est superposé à l'une des tensions de référence de l'étage compara- -8- teur pour prolonger ou pour raccourcir la période de la forme trian- gulaire. S'il est désirable de disposer d'une plus grande amplifi- cation en courant pour le commutateur, on peut remplacer les tran- sistors simples par des paires Darlington A cause des tensions ad- ditionnelles de seuil de diode, il faut que les tensions sur les collecteurs des transistors 20 et 21 soient plus élevées, ce qui implique que la tension d'alimentation de la bascule doit également être plus élevée que ce n'était le cas dans ce qui précède Ia ten- sion Vc variant entre 3 et 6 V, la tension au point A doit alors varier entre 3,5 et 6,5 V par exemple Pour y arriver, on peut adap- ter de façon simple l'étage tampon muni des éléments 25 à 32 Dans un tel cas aussi, les commutations s'effectuent très rapidement, et cela pour les mêmes raisons que dans ce qui précède Par ailleurs, il est clair que dans le cadre de l'invention, il n'est pas essen- tiel que la variation de la tension au point A soit à peu près égale à la variation de la tension Vc Pour une commutation rapide, il suffit que la tension au point A soit du même ordre de grandeur que la tension Vc, c'est-à-dire qu'elle ne diffère pas beaucoup de celle-ci et qu'elle varie dans le même sens que celle-ci, c'est-à- dire qu' elle augmente lorsque la tension Vc augmente et qu'elle diminue lorsque la tension Vc diminue. De plus, il est clair que l'étage tampon qui sépare le condensateur C et le point A pour que le condensateur ne soit pas déchargé, peut être réalisé d'une manière autre que celle illustrée sur la figure Dans ce cas, le seul élément qui importe est l'émet- teur suiveur 28 dont la base porte une tension qui dépasse la ten- sion Vc d'une ou plusieurs fois une tension de seuil de diode Ies autres parties, connues, du circuit peuvent également être réalisées d'une autre manière De préference, dans l'exemple décrit, les tran- sistors 7, 8, 20 et 21 ne sont pas des transistors pnp On a décrit des transistors npn, c'est-à-dire des éléments de commutation bipo- laires dont le fonctionnement se base essentiellement sur la conduc- tion d'électrons Il sera clair que des éléments de commutation uni- polaires, tels que des transistors à effet de champ, conviennent également à l'objet visé. -9- REVENDICATIONS: 1 Circuit servant à engendrer une tension triangulaire aux bornes d'un condensateur et comportant une source de courant de charge servant à charger le condensateur, une source de courant de décharge servant à décharger ensuite le condensateur, un étage com- parateur servant à comparer la tension engendrée respectivement avec une première et une seconde tension de référence et à engendrer res- pectivement un signal d'établissement lorsque la valeur de la pre- mière tension de référence est atteinte et un signal de rétablisse- ment lorsque la valeur de la seconde tension de référence est at- teinte, et un élément bistable de commutation qui respectivement sous l'influence du signal d'établissement et du signal de rétablis- sement change chaque fois d'état pour la commande d'un commutateur déterminant la charge ou la décharge du condensateur, caractérisé en ce que le circuit comporte en outre un étage tampon ( 25-32) raccordé au condensateur (C) et servant à engendrer à partir de la tension du condensateur une tension d'alimentation (en A) pour l'élément bista- ble de commutation ( 20, 21), tension qui est du même ordre de gran- deur et qui varie dans le même sens que la tension triangulaire en- gendrée par le circuit. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation de la tension d'alimentation pour l'élément bistable de commutation est à peu près égale à la variation de la tension trian- gulaire engendrée. 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension d'alimentation pour l'élément bistable de commutation est à peu près égale à la tension aux bornes du condensateur. 4 Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'étage tampon comporte un transistor ( 28) fonctionnant en émetteur suiveur et dont l'émetteur est relié à la borne d'alimentation en tension (A) de l'élément bistable de commu- tation ( 20, 21) et dont la base porte une tension dont la différence par rapport à la tension aux bornes du condensateur est à peu près égale à une ou plusieurs fois une tension de seuil de diode. 5 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que -10- les éléments actifs du commutateur ( 7, 8) sont exclusivement des éléments de commutation semiconducteurs dont le fonctionnement se base essentiellement sur la conduction d'électrons et qui fonction- nent à l'état non saturé. 6 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments actifs de l'élément bistable de commutation ( 20, 21) sont exclusivement des éléments de commutation semiconducteurs dont le fonctionnement se base essentiellement sur la conduction d'élec- trons et qui fonctionnent à l'état non saturé. 7 Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que la variation de la tension aux bornes des éléments de commutation semi- conducteurs de l'élément bistable de commutation est inférieure à une tension de seuil de diode.