Brevet FR2556901A1 — publié le 19850621

La présente invention se rapporte à un amplificateur différentiel à gain amélioré réalisable en circuit intégré bipolaire comprenant un premier transistor et un second transistor dont les bases reçoivent le signal différentiel a amplifier, dont les collecteurs sont reliés à une borne de l'alimentation par des résistances identiques et dont les émetteurs sont reliés entre eux par une résistance d'émetteur, ces émetteurs étant alimentés par des transistors fonctionnant en sources de courant et formant un miroir de courant avec un transistor de polarisation connecté entre les bornes de l'alimentation par une résistance de collecteur et dont la base est reliée à ce collecteur. Un tel amplificateur connu peut être intégré facilement. Cependant, le gain obtenu est fonction du rapport des résistances utilisées. Or, sous forme intégrée, les résistances ont un encombrement (surface de silicium nécessaire) proportionnel à la valeur de la résistance. Si l'on ne veut pas augmenter de manière excessive la surface de silicium utilisée, on est donc obligé de limiter la valeur des résistances et donc le gain qu'on peut obtenir. Un objet de l'invention est de remédier à cet inconvénient et de réaliser un amplificateur différentiel à gain amélioré sans pour autant utiliser de résistances de valeur élevée. Un autre objet de l'invention est un amplificateur différentiel intégrable dont le gain est réglable et commandé. Selon l'invention, il est prévu un amplificateur différentiel du type décrit au début, caractérisé par le fait qu'une contre-réaction est établie à partir d'une des sorties de l'amplificateur, par l'ínterme- diaire du miroir de courant, et par le fait: que cette contre-reaction s'établit à l'aide d'un transistor supplémentaire dont le circuit collecteur-émetteur est connecté entre la borne d'alimentation et la résistance de collecteur du miroir de courant et dont la base est reliée au collecteur d'un des premier et second transistors de l'amplificateur différentiel, la sortie de l'amplificateur étant prise sur le collecteur de l'autre transistor. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où: - la figure I représente le schéma d'un amplificateur différentiel intégrable connu; - la figure 2 est le schéma d'un amplificateur différentiel selon l'invention; - la figure 3 montre un schéma équivalent simplifié de l'amplificateur connu de la figure 1 ; et - la figure 4 est le schéma équivalent simplifié de l'amplificateur selon l'invention de la figure 2. Sur la figure 1, est représenté le schéma d'un amplificateur différentiel intégré connu. Cet amplificateur comprend deux transistors T1 et T2 en montage différentiel dont les collecteurs sont reliés à la borne positive de l'alimentation par des résistances identiques R. Les bases reçoivent le signal différentiel à amplifier et sont à des tensions V1 et V2 respectivement. Les sorties sont prises sur les collecteurs des transistors et fournissent des tensions V01 et V02. Les émetteurs sont reliés par une résistance d'émetteur r. Ils sont alimentés par des sources de courant constituées par des transistors T3 et T4 qui forment un miroir de courant avec le transistor T5 dont le collecteur, relié à la base, est connecté à l'alimentation par une résistance de collecteur R1.L'ensemble de l'amplificateur est symétrique. Le gain de l'amplificateur, comme on le verra ci-dessous, est fonction du rapport des résistances R et r et aussi du courant continu dans les deux branches de l'amplificateur par l'intermédiaire de la transconductance des transistors T1 et T2. Selon l'invention, il est prévu de créer une contre-réaction à partir d'une des sorties de l'amplificateur différentiel par l'interme- diaire du miroir de courant pour reporter la plus grande partie du gain sur l'autre sortie. Pour cela, comme représenté sur la figure 2, on utilise un transistor supplémentaire T6 connecté entre la borne positive de l'alimentation et la résistance de collecteur R1. La base de ce transistor T6 est reliée au collecteur du transistor T2. La contre-réaction ainsi établie tend à maintenir constante la tension sur le collecteur du transistor T2 et à reporter la variation de tension sur le collecteur du transistor T1 par l'intermédiaire de la variation des courants, fournis par les transistors T3 et T4, induite par le miroir de courant. On obtient ainsi, sans modifier les valeurs des résistances, une augmentation du gain obtenu. Pour mieux se rendre compte de ce résultat, on peut utiliser des circuits équivalents simplifiés dans lesquels chaque transistor est remplacé par un modèle en # où on ne conserve que l'impédance d'entrée h et un générateur de courant gmVbe dans le circuit de sortie. Ainsi, comme on le voit sur la figure 3, qui est le schéma équivalent de l'amplificateur de la figure 1, le transistor T1 est représenté par l'impédance d'entrée h recevant la tension V1 sur une borne et le générateur de courant 1 qui fournit un courant Il = gm(V1-VA) ou V1-VA est la tension d'entrée base-émetteur et gm est la transconductance du transistor, rapport entre le courant de sortie et la tension d'entrée. Les transistors sources de courant T3 et T4 sont considérés comme ayant une impédance tres élevée et sont schématisés par une résistance p. On a Il = gm(V1-VA) 13 = VA p 14 = VB p 12 = gm(V2-V3) I5 = VA-VB r Vol = - Rgm(V1-VA) V02 = - Rgm(V2-VB) où V2-VB est la tension base-émetteur du transistor T2. Si on admet que les résistances h et p sont infinies, on obtient le gain G : V01 R G = V1-V2 = 2 r+ gm en supposant que le montage est symétrique et que Vol = i V01-V02 V1-V2 2 V1-V2 Si on utilise les mêmes hypothèses pour représenter le schéma équivalent du circuit de la figure 2 selon la figure 4, en supposant h = # on a les équations de départ gm(V1-VA) = gmVF + VA-VB r gm(V2-VB) = gmVF - VA-VB r gm(V02-VE) = VE-VF = gmVF v01 = - Rgm(V1-VA) V02 = - Rgm(V2-VB) ou VE et VF sont les tensions aux bornes de la résistance R1. On démontre que On voit, en comparant les relations (1) et (2), qu'avec le circuit selon l'invention on obtient un gain amélioré, avec un facteur R d'amélioration 2 . R+R1+ gm Ainsi, avec les mêmes valeurs de résistance R, RI et r, on obtient un gain plus élevé. Une variante de llinvention consiste à multiplier le courant dans les étages différentiels T1 et T2 par n, en utilisant comme sources de courant pour alimenter les émetteurs des transistors T1 et T2, n transistors T3, T'3 et T4, T'4 en parallèle. Un calcul identique à celui qui précède montre que le gain G est égal à On obtient ainsi un gain encore augmenté. il est clair qu'on peut prévoir un circuit de commutation des n sources de courant qui permet de mettre en circuit une ou plusieurs sources de courant pour chaque étage différentiel de façon à régler le gain par sauts discrets. L'invention peut etre intéressante en particulier dans le cadre de l'utilisation de circuits intégrés prédiffusés où les valeurs des composants disponibles sont imposées et où, notamment, les résistances n'ont pas une valeur très élevée. Comme on peut le remarquer à partir de la description précédente, la contre-réaction prévue selon l'invention tend à maintenir constante la tension de sortie sur le transistor T2 et donc à reporter toute la variation de tension sur la sortie du transistor T1. On effectue donc en fait une conversion différentiel-unipolaire en mettant à profit l'existence du miroir de courant. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Amplificateur différentiel à gain amélioré réalisable en circuit intégré bipolaire comprenant un premier transistor (T1) et un second transistor (T2) dont les bases reçoivent le signal différentiel à amplifier, dont les collecteurs sont reliés à une borne de l'alimentation par des résistances identiques (R) et dont les émetteurs sont reliés entre eux par une résistance d'émetteur (r), ces émetteurs étant alimentés par des transistors (T3, T4) fonctionnant en sources de courant et formant un miroir de courant avec un transistor de polarisation (T5) connecté entre les bornes de l'alimentation par une résistance de collecteur (R1) et dont la base est reliée à ce collecteur, ledit amplificateur différentiel étant caractérisé en ce qu'une contre-réaction (T6, R1, T3 à T5) est établie à partir d'une des sorties de l'amplificateur par l'intermédiaire du miroir de courant et en ce que cette contreréaction s'établit à l'aide d'un transistor supplémentaire (T6) dont le circuit collecteur-émetteur est connecté entre la borne d'alimentation et la résistance de collecteur (R1) du miroir de courant et dont la base est reliée au collecteur d'un des premier et second transistors (T1, T2) de l'amplificateur différentiel, la sortie de l'amplificateur étant prise sur le collecteur de l'autre transistor (T1). 2. Amplificateur différentiel selon la revendication 1, carac térisé en ce que, pour augmenter le gain de l'amplificateur, il est prévu, pour alimenter chaque émetteur des transistors (T1, T2) de l'amplifi cateur,n n transistors (T3, T'3 ; T4, T'4) en parallèle fonctionnant en sources de courant et constituant avec le transistor de polarisation (T5) un miroir de courant. 3. Amplificateur différentiel selon la revendication 2, carac térisé en ce que les transistors sources de courant (T3, T'3 ; T4, T'4) sont commutables pour faire varier le gain de l'amplificateur.