Brevet FR2553242A1 — publié le 19850412

L'invention concernre un amplificateur à large bande pour amplifier un courant photoélectrique déclenché par un signal lumineux, possédant un premier transistor et un second transistor monté à la suite du premier avec intercalation d'une résistance entre la base du premier et l'émetteur du second transistor. Les amplificateurs à large bande du type indiqué ci-dessus servent surtout à amplifier des signaux lumineux émis par des émetteurs à semi-conducteurs, tels que des lasers ou des diodes à infrarouge De tels amplificateurs doivent avoir un domaine de linéarité aussi grand que possible et être à faible bruit. Le but de l'invention est d'indiquer un amplificateur à large bande, pour amplifier des courants photoélectriques,' qui présente une plus forte amplification de courant que les ampli15 ficateurs à large bande connus, pour la même largeur de bande, et qui puisse être intégré Selon l'invention, ce résultat est obtenu avec un amplificateur à large bande du type indiqué au début par le fait qu'un troisième et un quatrième transistor sont prévus, qui forment un montage de courant à rapport géométrique (dont le 20 rapport entre courant de sortie et courant d'entrée correspond au report entre les aires d'émetteur des deux transistors), que le troisième transistor est monté en série avec le second et qu'une résistance est disposée entre le troisième transistor et la masse. Le troisième transistor, monté de préférence 25 en diode, enlève une partie (environ 0,7 V) du potentiel dlémetteur du second transistor, de sorte qu'une tension relativement faible subsiste sur la résistance entre le troisième transistor et la masse Cette résistance peut donc être très petite sans que le courant émetteur du second transistor devienne excessivement grand. 30 Ceci offre la possibilité de rendre l'amplification de courant V = I 3/I RF/R 3 du préamplificateur dit de transimpédence, constitué du premier et du second transistor, beaucoup plus grande que sur les amplificateurs connus de ce type. Comme le troisième et le quatrième transistor 35 de l'amplificateur à large bande selon l'invention forment un montage de courant à rapport géométrique, le courant émetteur (I 3) du A, troisième transistor apparait augmenté du rapport de ce montage au collecteur du troisième transistor. Un perfectionnement de l'invention prévoit un cinquième transistor, dont l'émetteur est couplé à travers une résistance à l'émetteur du quatrième transistor Ce cinquième transistor forme avec le troisième et le quatrième une bascule de Schmitt En raison du montage de courant & rapport géométrique, formé par le troisième et le quatrième transistor, ce dernier n'est pas bloqué à l'état de repos de la bascule de Schmitt, mais travaille avec un faible courant émetteur dans la région active. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'émetteur du cinquième transistor sert de sortie Dans ce cas, il n'y a pas de couplage à travers une résistance entre l'émetteur du cinquième transistor et l'émetteur du quatrième transistor, de sorte qu'il n'y a pas non plus de fonction de bascule de Schmitt Pour le cas o le troisième et le cinquième transistor travaillent comme bascule de Schmitt, un sixième transistor est prévu comme transistor de sortie du montage. D'autres caractéristiques et avantages de 20 l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, faite en référence aux dessins annexes. La figure 1 représente un amplificateur à large bande selon l'invention pour amplifier des courants photoélectriques 25 en combinaison avec une bascule de Schmitt L'amplificateur de figure 1 est un amplificateur dit de transimpédance et comprend un premier transistor T 1, un second transistor T 2, un troisième transistor T 3 et un quatrième transistor T 4 La bascule de Schmitt est constituée, lorsqu'on ne tient pas compte des résistances, du troi30 sième transistor T 3, du quatrième transistor T 4 et d'un cinquième transistor T 5 A la sortie du montage représenté sur la figure 1 se trouve en outre le transistor de sortie T 6. Dans le montage de figure 1, le courant photoélectrique fourni par la photodiode FD est amené à la base du premier 35 transistor Tl, dont le collecteur est connecté à la base du second transistor T 2 Une résistance RF est disposée entre la base du premier transistor T 1 et l'émetteur du second transistor T 2 Le circuit émetteur-collecteur du troisième transistor T 3 est en série avec le circuit émetteur-collecteur du second transistor T 2 Une résistance R 3 est prévue en série avec l'émetteur du troisième transis5 tor T 3 Ce dernier est monté en diode L'amplification de courant est réglable par le rapport entre la résistance RF et la résistance R 3. Le troisième transistor T 3 et le quatrième transistor T 4 de l'exemple représenté figure 1 forment un montage 10 de courant à rapport géométrique (current mirror) De ce fait, le courant émetteur I 3 du troisième transistor T 3 apparaît augmenté du rapport de ce montage sur le collecteur du quatrième transistor T 4 Une résistance R 4 est prévue en série avec l'émetteur de ce dernier. Dans le montage de figure 1, l'émetteur du cinquième transistor T 5 est couplé à travers une résistance K à l'émetteur du quatrième transistor T 4 Ce couplage contribue à la formation d'une bascule de Schmitt par les transistors T 3, T 4 et T 5 Grâce au montage de courant à rapport géométrique formé 20 par les transistors T 3 et T 4, le quatrième transistor T 4 n'est pas bloqué à l'état de repos de la bascule de Schmitt, mais travaille avec un faible courant émetteur 14 dans la région active. Ce courant émetteur I 4 est déterminé par le rapport du montage de courant et par la résistance RK A l'état actif de la bascule de Schmitt, le cinquième transistor T 5 est bloqué et le quatrième transistor T 4 est saturé. Dans le montage selon la figure 1, l'état de saturation du quatrième transistor T 4 est contrôlé par le montage de courant (T 3, T 4) et la résistance RK Le rapport du montage de 30 courant (I 3/I 4 = R 4/53) détermine le courant I 4 maximal, o le quatrième transistor T 4 travaille encore dans la région active. Le courant I 4 maximal susceptible de traverser le quatrième transistor T 4 à l'état saturé est déterminé par la résistance RK A l'aide du rapport du montage de courant, ainsi qu'au moyen de la résis35 tance RK, on peut donc régler le fonctionnement du quatrième transistor T 4 de manière qu'une forte saturation soit évitée et que le 25532 '424 transistor T 4 travaille à la limite entre la saturation et la région active. Le fait que l'état de bloquage et la forte saturation de T 4 sont évités dans les deux états de la bascule de Schmitt a pour conséquence que les temps de travail et de repos (Ton et toff) de la bascule de Schmitt de figure 1 deviennent très courts Dans une réalisation du montage selon la technique monolytique intégrée, on a obtenu pour la bascule de Schmitt des temps de travail ou d'enclenchement de 50 nanosecondes et des temps 10 de repos ou d'arrêt de 80 nanosecondes Ces temps correspondent à une fréquence de travail maximale-supérieure à 5 M Hz. Selon un mode de réalisation particulier, le rapport entre la résistance RF reliant la base du premier transistor T 1 à l'émetteur du second transistor T 2 et la résistance R 3 reliant le troisième transistor T 3 à la masse est choisi de manière que l'amplificateur à large bande présente une amplification de courant déterminée. Le montage selon la figure 2 se distingue de celui de figure 1 par l'absence d'un couplage par la résistance R 20 entre le quatrième et le cinquième transistor En raison de la suppression de RK, il n'y a pas de fonction de bascule de Schmitt dans le montage de figure 2, contrairement à l'exemple de figure 1. Le montage selon la figure 2 est utilisable comme un amplificateur à large bande linéaire La résistance R du montage de figure 2 est 25 dimensionnée de manière que le potentiel de repos à la sortie, c'est-à-dire à l'émetteur du transistor T 5, devienne égal à Us 12. s La figure 3 montre le montage de base de figure 1, mais avec un transistor supplémentaire T 7 Ce septième transistor forme une sortie dite à collecteur ouvert Le montage selon la 30 figure 4 constitue une variante de celui de figure 3 Alors que, dans l'exemple de figure 3, la base du transistor T 6 est connectée à l'émetteur du transistor T 5, dans l'exemple de figure 4, la base du transistor T 6 est connectée au collecteur du transistor T 5. Ceci a pour conséquence que le montage de la figure 4 délivre un 35 signal-de sortie qui est inversé par rapport au signal de sortie du montage de la figure 3. R E V E N D I C A T I O N S 1 Amplificateur à large bande pour amplifier un courant photoélectrique déclenché par un signal lumineux, possédant un premier transistor et un second transistor monté à la suite du premier, avec intercalation d'une résistance entre la base du premier et l'émetteur du second transistor, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un troisième (T 3) et un quatrième (T 4) transistor qui forment un montage de courant à rapport géométrique, que le troisième transistor (T 3) est monté en série avec le second tran10 sistor (T 2) et qu'une résistance (R 4) est disposée entre le troisième transistor (T 3) et la masse. 2 Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième transistor (T 3) est monté en diode. 3 Amplificateur selon la revendication 1 ou 2, carac15 térisé en ce que le rapport entre la résistance (RF) reliant la base du premier (T 1) à l'émetteur du second transistor (T 2) et la résistance (R 3) reliant le troisième transistor (T 3) à la masse est choisi de manière que l'amplificateur présente une amplification de courant déterminée. 4 Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un cinquième transistor (T 5) qui forme une bascule de Schmitt avec le troisième (T 3) et le quatrième (T 4) transistor ou dont l'émetteur est libre et sert de sortie du montage. 5 Amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que, en cas d'utilisation des troisième, quatrième et cinquième transistors comme bascule de Schmitt, l'émetteur du cinquième transistor (T 5) est couplé à l'émetteur du quatrième transistor (T 4) à travers une résistance (RK). 6 Amplificateur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que, pour le cas o le cinquième transistor (T 5) forme une bascule de Schmitt avec le troisième (T 3) et le quatrième (T 4) transistor, un sixième transistor (T 6) est prévu comme transistor de sortie. 7 Amplificateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la base du sixième transistor (T 6) est connectée 255324 t à l'émetteur du cinquième transistor (T 5) (figure 3). 8 Amplificateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la base du sixième transistor (T 6) est connectée au collecteur du cinquième transistor (T 5) (figure 4). 9 Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'un septième transistor (T 7) est prévu comme transistor de sortie formant une sortie à collecteur ouvert. Amplificateur selon l'une quelconque des reven10 dications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une résistance (R 4) est intercalée entre l'émetteur du quatrième transistor (T 4) et la masse.