Brevet FR2604576A1 — publié le 19880401

Circuit de compensation du courant de polarisation, notamment pour des générateurs d'ondes en dents de scie La présente invention concerne un circuit de compensation du courant de polarisation, notamment pour des générateurs d'on- des en dents de scie. Comme on le sait, les générateurs d'ondes en dents de scie sont des circuits, qui comprennent de façon générale un étage de source de courant (habituellement une image de courant) qui est commandé de l'extérieur par une source de c.ourant de valeur réglable et qui alimente un condensateur également relié à un élément de commande, de façon caractéristique un transistor, qui est rendu conducteur par de courtes impulsions (voir par exemple figure 1). En conséquence, pendant la phase pendant laquelle le transistor est non conducteur, le circuit image de courant amène le courant réglé au condensateur, qui est ainsi chargé de manière linéaire, tandis que, pendant les courts intervalles pendant lesquels le transistor de commande est à l'état conducteur, le condensateur se décharge à tra- vers ce transistor. Avec un tel circuit, la fréquence de fonc- tionnement est en pratique déterminée par l'équation: I t = C V dans laquelle I est le courant de charge du condensateur par l'étage de source de courant, C est la capacitance du condensateur, A V est la variation de tension à travers le condensateur, tandis que t est la durée de charge qui coinci- de en pratique avec la période T du fait que la décharge est beaucoup plus rapide que la charge. En outre, comme on le sait, dans les circuits générateurs d'ondes en dents de scie pour l'axe Y utilisé dans les écrans de visualisation, les caractéristiques de précision et de stabilité à la température doivent être meilleures que dans des circuits d'autres types, notamment que dans les circuits de télévision standard. En particulier, pour concevoir un générateur d'ondes en dents de scie avec une période T com- prise entre 10 et 20 ms, en utilisant un condensateur C = -200 nF, il est nécessaire de charger ce condensateur avec un courant ayant une valeur plutôt faible et ensuite de le décharger avec un courant relativement élevé de façDon à obte- nir la forme en dents de scie recherchée. Dans les circuits d'écransde visualisation, la valeur de la capacitance qui apparalt dans l'équation ci-dessus est déterminée par les spécifications concernant une bonne stabilité à la température, une faible tolérance relative à la valeur nominale et, natu- rellement un coOt pas trop élevé, ces spécifications étant fondamentales pour l'application considérée. En conséquence, pour obtenir une fréquence de fonctionnement précise, il est nécessaire que le courant I amené au condensateur par le circuit de source de courant soit exactement égal à celui qui charge le condensateur de manière linéaire. A ce sujet, on doit noter que, du fait des valeurs des variables impliquées dans l'équation mentionnée ci-dessus, le courant I est compris entre 10 et 100 yA, et est en conséquence relativement faible et, comme tel, est particulièrement sensible à des influences extérieures qui peuvent ainsi faire varier la fréquence de fonctionnement du circuit considéré dans son ensemble. En fait, le signal d'impédance élevée présent à travers le condensateur est amené aux étages utilisateurs aval au moyen d'un circuit de séparation ou tampon ayant une sortie de fai- ble impédance, de sorte que ces étages peuvent utiliser le signal et le traiter selon ce qui est exigé. Toutefois, l'étage tampon, (également représenté sur la figure 1), in- troduit une erreur dans le courant de charge amené au conden- sateur, du fait de son courant de polarisation. De façon caractéristique, l'erreur résultant de l'étage tampon est due au courant de base d'un transistor PNP ou NPN, qui est ajouté au courant fourni par l'étage source ou qui en est soustrait; du fait de la faible valeur de ces courants, cette erreur affecte considérablement la pente de charge du condensateur et, de ce fait, la fréquence du signal obtenu. Le problème est en outre compliqué par le fait que ce courant de base ne reste pas constant lorsque la température augmente, mais varie avec elle du fait que le gain de courant hfe dé- pend de la température, ce qui crée une dérive de fréquence. Pour résoudre le problème de l'erreur introduite par le cou- rant de polarisation de l'étage tampon sur la fréquence de fonctionnement du circuit générateur, on a essayé, par exem- ple, de réaliser l'étage tampon sous forme de deux transis- tors reliés l'un à l'autre en configuration de Darlington, ce qui réduit l'influence du courant de base sur le condensateur de charge.Toutefois, cette solution ne s'est pas révélée sa- tisfaisante du fait de l'erreur résiduelle introduite par le courant de base du circuit de Darlington et notamment du fait que, dans tous les cas, ce courant est encore sensible aux variations de température, ce qui provoque une variation de la fréquence en fonction de la température de fonctionnement du circuit. Etant donné cette situation, le but de la présente invention est de procurer un circuit de compensation du courant de pola- risation, notamment pour des générateurs d'ondes en dents de scie, qui élimine les inconvénients de la technique anté- rieure. Un but particulier de la présente invention est de procurer un circuit de récupération compensant l'erreur introduite par le courant de base de l'étage tampon, ce qui permet d'obtenir une relation correcte entré le courant réglé de l'extérieur et le courant de charge du condensateur. Un autre but de la présente invention est de procurer un circuit de récupération avec compensation des variations de fréquence en fonction de la température de fonctionnement. Un autre but de la présente invention est de procurer un cir- cuit, simple de conception, n'exigeant que l'utilisation d'un petit nombre de composants et pouvant être intégré sans dif- ficulté en utilisant des procédés et des machines connus dans la technique, de façon à avoir des coûts de production compa- rables à ceux de circuits- connus. Les buts précédents, qui apparaîtront ci-après, sont atteints par un circuit de compensation du courant de polarisation, notamment pour des générateurs d'ondes en dents de scie, com- portant un étage de source de courant réglable pour amener. un courant de charge de valeur réglable à un élément exté- rieur, notamment un condensateur, un élément de commande pour se raccorder au condensateur pour commander de façon alternée et périodique la charge et la décharge du condensateur et un étage tampon, pour raccordement au condensateur et pour en recevoir une tension d'ondes en dents de scie générée par le condensateur lors de sa charge et de sa décharge, cet étage tampon recevant du condensateur ou lui fournissant un courant d'erreur,caractérisé par un détecteur de courant raccordé à l'étage tampon et à l'étage de source pour détecter ce cou- rant d'erreur fourni au condensateur ou reçu de celui-ci et pour réduire ou augmenter respectivement le courant produit par l'étage de source d'une quantité sensiblement égale à la valeur du courant d'erreur détectée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel: - la figure 1 est un schéma de circuit général simplifié d'un générateur connu; - - la figure 2 illustre la tension du condensateur et la ten- sion de commande de commutation en fonction du temps; et - la figure 3 est un schéma de circuit général du circuit générateur selon l'invention. On se reportera d'abord à la figure 1 qui montre un généra- teur connu. Comme on peut le voir, le circuit comporte deux étages, et notamment un étage de source de tension en dents de scie 1 et un étage tampon 2, raccordé en aval au premier, et agis- sant en tant que séparateur pour fournir à sa sortie le si- gnal en dents de scie de faible impédance exigé pour son uti- lisation dans les écrans de visualisation. De façon plus détaillée, le circuit comprend une source de courant extérieur I reliée à la branche de commande 3 d'un circuit image de courant constitué ici par les transistors T1-T4. Comme on le sait, dans un circuit image de courant de ce type, le courant fixé par la source I (de façon caractéris- tique, une source extérieure), et amené à la branche de commande 3, est réfléchi par la branche commandée 4 et amené au condensateur C relié en outre à un transistor de commande T5. Le transistor T5 est commandé au niveau de saborne de base par un interrupteur de seuil par l'intermédiaire d'un étage de synchronisation avec un signal repéré en V1 et re- présenté sur la figure 2. En conséquence, lorsque le transis- tor T5 est à l'état non conducteur, le condensateur reçoit le courant de charge fixé par la source I et amené par la branche commandée 4, de façon à se charger d'une manière linéaire. Au contraire, lorsqu'arrive une impulsion sur la base du transistor T5, ce dernier devient conducteur, provo- quant la décharge rapide du condensateur C à travers le même transistor T5, de façon à obtenir la forme d'ondes représen- tée en V sur la figure 2. En l'absence de l'étage tampon 2, le temps de charge t et en conséquence la période totale T, qui en pratique correspond avec le premier (sur la figure, la durée de l'impulsion de commande du.transistor T5 a été agrandie), sont déterminés par l'équation indiquée ci-dessus. Toutefois, dans la technique antérieure, l'étage tampon 2 qui, dans l'exemple simplifié de la figure 1, est constitué par un transistor PNP T6, dont la base est reliée à une borne du condensateur C, et par un transistor NPN T7, dont la base est reliée à l'émetteur de T6, introduit une erreur. En fait, le courant de polarisation de T6 s'additionne au courant fourni par le circuit image de courant, introduisant une erreur dans la fréquence de fonctionnement, la valeur de cette erreur variant en outre lorsque la température de fonctionnement varie. On se reportera maintenant à la figure 3, illustrant une réa- lisation de l'invention. De façon détaillée, le circuit de la figure 3 coincide de façon générale avec celui de la techni- que antérieure, sauf qu'il est prévu un détecteur de courant relié à l'étage tampon de façon à détecter le courant de po- larisation de ce dernier et en outre relié à l'étage image de courant, pour provoquer une variation correspondante et opposée dans le courant fourni par l'étage image de courant lui-même de façon à compenser l'erreur provoquée par le cir- cuit tampon. Ainsi, sur la figure 3, les parties correspondant au cir- cuit de la figure 1 ont été repérées par les mêmes numéros. De façon détaillée, l.e circuit comprend une source de courant extérieur I, qui commande un circuit image de courant formé par les transistors T1T4. De façon spécifique, la borne d'émetteur du transistor T1 est reliée'à la tension d'alimen- tation Vcc par l'intermédiaire d'une résistance R et sa borne de base est reliée à un autre transistor T2, également relié à la tension d'alimentation Vcc par l'intermédiaire de la résistance R2. En outre, le transistor T2 est monté en diode du fait de la connection de courtcircuit entre sa base et son collecteur. En outre, la borne de collecteur du tran- sistor T1 est reliée à la borne d'émetteur d'un autre tran- sistor T3, qui forme, avec le transistor T1 la branche de commande de l'étage image de courant. La borne de collecteur du transistor T3 est reliée à la source de courant I et T3 est monté en diode du fait de la connection de court-circuit entre sa borne de base et sa borne de collecteur. En outre, la borne de base du transistor T3 est reliée à la base du transistor T4, dont la borne d'émetteur est reliée au collecteur de T, de façon à former avec ce dernier la branche commandée 4 de l'étage image de courant. Le collecteur de T4 est relié à une borne du condensateur extérieur C et la même borne de ce dernier est reliée à un élément de commutation, de façon caractéristique, un transistor T5 recevant à sa base le signal de commande de commutation V1 représenté sur la fi- gure 2. En outre, la même borne du condensateur C est reliée à l'étage tampon 2 constitué par deux transistors T6 et T7. Ici, le transistor T6 est un transistor PNP, dont la borne de collecteur est reliée à la terre et dont la borne d'émet- teur est reliée à la base du transistor NPN T7. A son tour, le collecteur de T7 est relié à la tension d'alimentation, tandis que son émetteur est relié à un générateur de courant I12 et à la sortie,fournissant ainsi le signal en dents de scie produit par le condensateur, mais à faible impédance pour la commande des circuits de traitement aval. L'étage tampon 2 comporte en outre un générateur de courant I1 et, selon l'invention, un détecteur de courant constitué ici par le tran- sistor T8, du type PNP, dont la borne d'émetteur est reliée au générateur I1 et'dont la borne de collecteur est reliée à l'émetteur de T6 et à la base de T7, tandis que la base de T8 est reliée à la branche de commande 3 du circuit image de courant au point de raccordement entre le collecteur de T1 et l'émetteur de T3. Le circuit, selon l'invention, fonctionne comme suit. Le cou- rant I, fixé par la source de courant extérieur, est réfléchi par le circuit image de courant T1-T4 et utilisé pour charger le condensateur extérieur C, qui est ensuite rapidement dé- chargé lorsque la tension.à ses bornes a atteint la valeur fixée. En particulier, le circuit image de courant réel, for- mé par les transistors T1,T2 et T4, est monté en une confi- guration de Wilson, auquel on a ajouté le transistor T3, mon- té en diode, pour faire fonctionner les transistors T1 et T2 (qui effectuent une réflexion de courant) dans les mêmes conditions de fonctionnement et en conséquence avec la même tension collecteur-émetteur VCE. Les transistors T6 et T7 transfèrent sur un point de faible impédance l'onde en dents de scie présente sur la borne 10 du condensateur C, la fournissant ainsi aux circuits reliés à la sortie OUT. Dans ce but, le fonctionnement du dispositif selon l'inven- tion est le même que le dispositif connu de la figure 1. Toutefois, selon la figure 3, le courant fourni par le con- densateur C n'est pas le même que sur la figure 1 du fait de la présence du détecteur de courant T8 qui compense les ef- fets de l'étage tampon 2. En fait, en négligeanten première approximation le courant de base T7, les transistors T6 et T8 sont traversés par le même courant. De façon détaillée, en indiquant par IE6 le courant d'émetteur du transistor T6, le courant circulant à travers le transistor T8 est égal à: IE6 =.IE8, avec - 3 J3+1 Avec A égal à 100, par exemple IE6 = 0,99 IE8'. Il est donc raisonnable de supposer que les transistors T6 et T8 fonc- tionnent avec le même courant de base. En pratique, le tran- sistor T8 injecte sur la branche-de commande 3 du circuit image de courant (et de façon précise sur le collecteur de T1) un courant de base égal au courant fourni par l'étage tampon constitué par T6 et T7 au condensateur extérieur. De ce fait, les transistors T1 et T2 fournissent un courant qui est inférieur de I au courant injecté par le tampon, c'est-à-dire que le courant réfléchi est plus petit que la valeur prédéterminée I d'exactement la valeur qui lui a été ajoutée par le courant de base de T6. En conséquence, on fournit au condensateur un courant qui est égal au courant prédéterminé par la source extérieure I, l'erreur due au courant de base de T6 étant éliminée et-compensée par la réduction correspondante du courant réfléchi dans le circuit image T1-T4.De cette manière, donc, il existe une compensa- tion pratiquement complète de l'erreur introduite par l'é- tage tampon, laquelle compensation est en corrélation avec l'erreur elle-même et varie donc en fonction de la tempéra- ture, éliminant ainsi l'influence de celle-ci sur la fré- quence de sortie. On va donner ci-après un exemple numérique, pour mieux faire comprendre les avantages de l'invention. Supposons que la source de courant extérieur I fournisse un courant de 50 pA et que les sources I1 et 12 fournissent chacune un courant de 200 pA, et également que les transis- tors NPN aient une valeur de 100 et que les transistors PNP aient unevaleur p de 50. Dans ces conditions, dans le circuit de la figure 1: , iET7 200 pA ibT7 101 2 yA 7 +1 101 iET6 200 - 2 - - - 3. 88 juA ibT6 +1 51 Du fait que: ICT4 I = 50 SA, il s'ensuit que: ic ICT4 + ibT6 = 53,88 pA, équivalent a une erreur par rapport au courant nominal fixé de: i - I e= 100 = 7,8 %. Les relations suivahtes sont au contraire vraies en ce qui concerne le circuit de la figure 3 selon l'invention: i1 = I i3 = 2i2 i4= i1 - 2i2 = I - 2i2 i5 = i4 + i2 = I - i2 7 =5 i6 = I - i2 i6 i10 = i + i8 = I - i2 - i6 8 il = I - i2 - i6 + i8 i12 ill i8 = I - i2 - i6 i9 = 2i8 i13 i12 + i9 = I - i2 - i6 + 2i8 i14 i13 i 2 = I - 2i2 i6 + 2i En supposant que, dans le circuit image de courant i2 = i8 1 1 il s'ensuit que: i14 = I - i6 i9 - i6 119 6 ic i14 + i19 = I - i6 + i6 = I Introduisant des valeurs numériques et en supposant que les sources I, I1, 12 ont les mêmes valeurs que dans l'exemple précédent, et en supposant que les transistors ont un de s'ils sont du type PNP, de 100 s'ils sont du type NPN, on obtient ce qui suit: 12 _200_ i *. - 2P 71 101 2. 7 + 1 lo P 8 16 C 8 8.7+ 1 1961a i16 i6 - 3892>1A 25.198 -i16 -:i15 196 2 11 5 1 wu l 3 80 1. 14 = I - -6 50 - 3-92.A 46O08/aj[ :! ' i1=4 + 119 - 46,08 + 3,80).t = 49y88) " Dans ce cas, donc, le courant amené au condensateur C pré- sente une erreur par rapport au courant de référence fixé, égale i -I e1 = 100 - 0,24 % Comme on peut le voir, l'erreur est maintenant approximati- vement 30 fois plus petite que dans le cas précédent. Comme on doit le noter de la description précédente, l'in- vention atteint complètement les buts qu'elle s'est fixés. En fait, comme il a été prouvé, avec le détecteur de courant selon l'invention, on peut compenser pratiquement complète- ment le courant de polarisation du circuit tampon de sorte que l'erreur résiduelle à la sortie et en conséquence l'er- reur sur la fréquence de fonctionnement du condensateur et, 1 finalement,de la tension en dents de scie produite par ce- lui-ci peut être maintenue à des valeurs extrêmement faibles. Un autre avantage important de l'invention réside dans le fait que le détecteur de courant suit des variations du courant de l'étage tampon en fonction des variations de température de sorte que, en aucun cas, la petite erreur existant encore dans le circuit selon l'invention ne varie pas lorsque la tempéra- ture de fonctionnement varie. Le circuit décrit est extrêmement simple du fait que, par rap- port à la technique antérieure, il n'exige qu'un transistor, qui peut en conséquence être aisément intégré dans la struc- ture sans coût additionnel pour le circuit global. L'invention ainsi conçue est susceptible de nombreuses modi- fications et variantes, toutes se trouvant.à l'intérieur du concept inventif. En particulier, à la place du transistor T8, il est possible d'utiliser tout autre composant capable de détecter le courant circulant à travers le transistor T6 de l'étage tampon et d'agir de façon correspondante sur le cir- cuit image de courant pour faire varier le courant fourni par celui-ci. On doit en outre noter que, bien que le circuit de récupéra- tion proposé a été décrit en-se reportant à son utilisation dans un générateur d'ondes en dents de scie, on peut 1'uti- liser dans tous les cas exigeant une.compensation de l'er- reur introduite par le courant de polarisation dans des étages générateurs du type décrit, en particulier constitués par un circuit image de courant. En outre, tous les détails peuvent être remplacés par d'au- tres éléments techniquement équivalents. 260457e Revendications 1. - Circuit de compensation du courant de polarisation, notamment dans des générateurs d'ondes en dents de scie, comprenant un étage source de courant réglable pour fournir un courant de charge de valeur réglable (I) à un élément extérieur, et notamment à un condensateur (C), un élément de commande (T5) pour raccordement au condensateur (C) pour commander de façon alternée et périodique la charge et la décharge du condensateur,et un étage tampon (T6,T7) pour raccordement au condensateur,(C) et pour en recevoir une tension d'ondes en dents de scie (V) produite par le conden- sateur lors de sa charge et de sa décharge, cet étage tampon (T6,T-) recevant du condensateur ou lui fournissant un cou- rant d'erreur (i19), caractérisé en ce qu'un-détecteur de courant (T8) est relié à l'étage tampon (T6,T7) et à l'étage source (T1-T4) pour détecter ce courant d'erreur fourni au condensateur ou renu de celui-ci et pour respectivement ré- duire ou augmenter le courant produit par l'étage source d' une quantité (i6) pratiquement égale à la valeur du courant d'erreur détectée. 2. - Circuit selon la revendication 1, dans lequel l'étage source comprend un circuit image de courant ayant une branche de commande (T1,T3) pour raccordement à une source de courant de commande (I) et une branche commandée (T2,T4) pour rac- cordement au condensateur (C),caractérisé en ce que ce détec- teur (T8) est relié à la branche de commande (T2,T3) du cir- cuit image de courant pour introduire dans cette branche ou en extraire un courant (i6) ayant une valeur sensiblement égale au courant d'erreur. 3. - Circuit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'é- tage tampon comprend au moins un premier transistor (T6) dont la base est reliée à la branche commandée du circuit image de courant, caractérisé en ce que ce détecteur comprend un autre 260457e transistor (T8) dont les bornes d'émetteur et de collecteur sont reliées en série au premier transistor (T6) et dont la borne de base est reliée à la branche de commande (T1,T3) du circuit image de courant. 4. - Circuit selon une ou plusieurs des revendications pré- cédentes, dans lequel la branche de commande du circuit ima- ge de courant comprend une première paire de transistors (T1,T3), un premier transistor (T3) de'cette première paire étant monté en diode et ayant sa borne d'émetteur reliée à la borne de collecteur d'un deuxième transistor (T1) de la première paire et la branche commandée comprend une deuxième paire de transistors (T2,T4), la borne d'émetteur d'un pre- mier transistor (T4) de cette deuxième paire étant reliée à i5 la borne de collecteur d'un deuxième transistor (T2) de cette deuxième paire, les bornes de base des transistors (T2,T4) de la deuxième paire étant chacun relié aux bornes de base des transistors (T],T3) de la première paire, le deuxième transistor (T2) de la deuxième paire étant relié au deuxième transistor (T1) de la première paire et étant monté en diode, caractérisé en ce que la borne de base du dernier transistor (T8) constituant le détecteur de courant est reliée au point commun entre la première paire de transistors (T1,T3) de la branche de commande.