Brevet FR2615337A1 — publié le 19881118

Générateur d'impulsions à fort courant. L'invention concerne un générateur à fort courant, utilisable notamment pour la commande de diodes laser. Les dispositifs de l'art antérieur permettent d'obtenir des impulsions à front avant raide. Mais du fait de la. décharge de capacités, utilisées dans de tels dispositifs, la partie arrière de ces impulsions n'est pas calibrée. Il en est ainsi dans un article du Dr.Ing. Christophe Kulczuga, paru dans "Elektronika Poland" vol.24, nO 1-2, 38-45, 1983, coden EKNTBZ ISSN : 0033-2089 et intitulé "générateurs d'impulsions de courant haute fréquence pour l'alimentation de lasers à semi-conducteurs de grande puissance" qui décrit plusieurs types de générateurs d'impulsion de courant et notamment un générateur avec des transistors à avalanche planaires épitaxiaux ayant une structure à quatre étages, les capacités de stockage de tous ces étages se déchargeant simultanément à travers leur charge commune, qui est une diode laser. L'invention a pour objet de pallier cet inconvénient en délivrant des impulsions ayant un plateau pratiquement constant suivi d'un front arrière raide. L'invention propose à cet effet un générateur d'impulsion à fort courant comprenant au moins une cellule élémentaire disposée en série avec un élément à commander entre une tension continue V et la masse, cette cellule étant formée d'une résistance en série avec un premier élément interrupteur et avec un élément résistif-capacitif, caractérisé en ce que dans chaque cellule une ligne à impédance caractéristique Zo à un conducteur connectée au point commun entré la résistance et l'élément interrupteur et un autre conducteur relié à la masse, l'impédance résultante de l'élément résistif-capacitif en série avec l'élément à commander étant égale à cette l'impédance Zo. Un tel générateur permet de délivrer des impulsions calibrées ajustables en amplitude et en largeur, Plus précisément le premier élément interrupteur est un transistor à avalanche. La ligne est une ligne de type "stripline". Plusieurs cellules élémentaires sont montées en parallèles entre elles, en série avec l'élément à commander, chaque ligne étant, dans chaque cellule, refermée sur son impédance caractéristique par l'intermédiaire d'un second élément interrupteur qui est un transistor à avalanche, tel qu'on ait la relation - t (t2 - t1 ( + &commat; ; t1 étant l'instant de fermeture du premier interrupteur, t2 l'instant de fermeture du second interrupteur, et le le temps de transit dans la ligne. Un tel générateur offre une grande souplesse de commande. On peut par exemple réaliser les commmandes avec des niveaux logiques TTL. Dans le cas où l'élément considéré est une diode laser, la plupart des diodes laser ayant la cathode au boîtier, on peut ici, avantageusement, mettre le boitier à la masse ce qui permet d'éviter tout rayonnement parasite. Avantageusement les différentes cellules en parallèle peuvent être formées d'éléments identiques. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles - La figure 1 est une représentation schématique du générateur de l'invention - La figure 2 représente une réalisation du générateur de l'invention utilisant des cellules telles qu'illustrée à la figure 1 - La figure 3 est une représentation schématique d'une variante du générateur de l'invention - La figure 4 représente une variante de réalisation du générateur de l'invention utilisant des cellules telles que représentées à la figure 3. - La figure 5 représente un exemple de réalisation d'un dispositif mettant en oeuvre un générateur d'impulsion selon l'invention - Les figures 6 et 7 illustrent les caractéristiques de fonctionnement du générateur mis en oeuvre dans le dispositif représenté à la figure 5. Comme représenté à la figure 1, la diode laser 10 est montée en série avec une cellule élémentaire, entre la masse et une tension d'alimentation continue V. Cette cellule est formée d'élément RC (Résistance Capacité) 11, d'un interrupteur 12, par exemple un transistor à avalanche, et d'une résistance 13. Une ligne 14, "stripline" par exemple, d'impédance caractéristi que Zo est connectée au point commun entre la résistance 13, qui permet la charge de cette ligne, et l'interrupteur 12. La diode laser 10 en série avec l'élément RC ont une impédance résultante égale à l'impédance caractéristique Zo. L'interrupteur fonctionne en deux temps en position ouverte : charge de la ligne 14 à la tension + V à travers la résistance R en position fermée : décharge de la ligne sur l'élément RC 11 et la diode 10. V On obtient ainsi au point M un signal carré d'amplitude 2 et de largeur 2 #, # étant le temps de transit dans la ligne. L'invention permet la mise en parallèle de plusieurs cellules 20A, 20B...20N comme représenté à la figure 2 de manière à augmenter ainsi le courant fourni à l'élément à commander. Les interrupteurs de ces cellules sont réalisés par exemple par des transistors à avalanche 15A, 15B... 15N. Les moyens de commande de ces transistors, connus de l'homme de l'art, n'ont pas été représentés ici. Ils peuvent être réalisés par exemple par un générateur d'impulsions relié aux bases de tous les tran- sistors 15A, 15B ... 15N par l'intermédiaire de transformateur d'impulsions. En fermant à l'aide d'un deuxième interrupteur 22 la seconde extrémité de la ligne de la figure 1 sur une impédance 21 égale à son impédance caractéristique Zo, à un instant t2 donné, on peut obtenir un ajustage de la largeur du signal obtenu au point M, avec Z: temps de transit dans la ligne, tl : instant de fermeture du premier interrupteur 12, t2 : instant de fermeture du second interrupteur 22. on obtient une largeur d'impulsion : 2 = 2 t2(t2 + - t1) 2 # ' = 2 [t2 - t1 #(t2-t1) 2 une telle impulsions a donc les limites suivantes - limite inférieure : O : = t1 - Si t2 démarre à un instant décalé du temps de transit avant ttt la ligne est "raccourcie entièrement", il n'y a plus d'impulsions, - limite supérieure 2=3 2 # = # + t2 -t1 2 = t2 - t1 La ligne est entière. La relation suivante doit donc être réalisée : -? ( t2 - t1 Une réalisation concrête peut être la suivante 2 ligne = 10 ns t2 - t1 ' 6 ns Au bout de 6 ns - il reste 4 ns à la propagation issue du premier interrupteur 12 pour arriver en bout de ligne, - la propagation issue du second interrupteur 22 démarre en direction de 12. Au bout de 6 + 2 ns : Rencontre des deux propagations, - la propagation issue de 12 rebrousse chemin, - la propagation issue de 22 rebrousse chemin. A cet endroit, tout se passe comme si la ligne était ouverte. En d'autres termes, la ligne est raccourcie artificiellement de 2 ns 2 ' = 6 + 2 ns = 8 ns on a donc une largeur d'impulsion 2 2t = 16 ns Comme réalisé à la figure 2 avec des cellule telles que représentées à la figure 1, on peut mettre en parallèle plusieurs cellules de la figure 3, pour réaliser le dispositif de la figure 5. On peut alors obtenir aux bornes de la diode laser 10 une impulsion à d'amplitude variable, par exemple de 20 à 30 Ampères, de largeur variable, par exemple de 5 à 15 nanosecondes, avec des fronts avant et arrière raides, par exemple inférieurs à 5 nanosecondes. La plupart des diodes laser ayant la cathode au boîtier, un tel circuit donne la possibilité de mettre le boitier à la masse ce qui permet d'éviter tout rayonnement parasite. On peut donc choisir un courant qui est fonction du nombre de cellules et de la valeur de la tension. Le dispositif représenté à la figure 5 comporte - une commande logique 31 - un préamplificateur 32 ; - un générateur selon l'invention 33 La commande logique réalisée en circuits TTL permet soit un pilotage interne avec un oscillateur 34 variant de 10 à 20 KHZ, soit un pilotage externe en coup par coup (35) ou avec un générateur (36) non représenté sur la figure. Deux monostables 37 et 38 déclenchés sur le même front élaborent des signaux de largeur L pour le monostable 37, de largeur réglable L-2 à L+ 2 pour le monostable 38. Les impulsions de commande sont créées sur le front arrière de ces signaux de la manière représentée à la figure 6. Le préamplificateur 32 permet l'isolation entre la logique et le générateur 33 et lui donne un niveau d'énergie suffisant. Ce générateur 33 est constitué de deux transistors d'attaque T7 et T2 fonctionnant en avalanche. Ces transistors ont leurs collecteurs reliés respectivement atr primaire commun de transformateurs d'impulsions 19 et 20 dont les secondaires attaquent le générateur proprement dit constitué ici à titre d'exemple de cinq cellules A, B, C, D, E. Ces cellules sont des cellules du type représenté à la figure 4 dont les premier et second interrupteurs sont des transistors à avalanche 15 et 25. Les lignes 14 sont ici du type "stripline" disposées en "sandwich" les unes au-dessus des autres pour former un composant multicouche 18. Dans ce composant une ligne sur deux est donc reliée à la masse. Les enroulements 19A, 19B...19N, et 20B...20N disposés entre les bases et les émetteurs respectivement des premiers 15 et seconds 25 transistors, et couplés respectivement à deux lignes sur lesquelles sont envoyées des impulsions aux temps tl et t2 permettent de faire basculer respectivements ces premiers transistors 15 au temps t1 et ces seconds transistors 25 au temps t2. Les deux faces extérieures du "stripline" multicouche 18 sont à la masse pour éviter tout rayonnement parasite. Si l'on utilise le générateur tel que commandé à la figure 5 dans un montage tel que représenté à la figure 7 > on obtient sur la photodiode à avalanche 40 un signal 41 tel qu'illustré, dont les caractéristiques sont les suivantes Amplitude : 20 à 25A Largeur : 0 à 15 ns. fronts : Fréquence : 0 à 20 Khz plus particulièrement ici on a front avant. ou735 ps front arrière n/1,69 ns largeur de plateau^210 ns Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. Ainsi l'élément à commander à l'aide du générateur de l'invention peut être un élément autre qu'une diode laser. Ainsi les autres éléments utilisés peuvent être remplacés par des éléments ayant des caractéristiques semblables. Sur les différentes figures les lignes ont été représentées sous la forme de lignes coaxiales mais elles peuvent être, tout aussi bien, des lignes "striplines" parallèles multicouches. Une telle réalisation permet, alors, une variation du courant sur le palier de l'impulsion en modifiant la largeur du conducteur central des striplines. Les différentes cellules des générateurs représentés aux figures 2 et 4 peuvent, bien entendu, être formée respectivement d'éléments identiques. REVENDICATIONS 1/ Générateur d'impulsion à fort courant comprenant au moins une cellule élémentaire (20) en série avec un élément à commander (10) entre une tension continue (V) et la masse, cette cellule (20) étant formée d'une résistance (13) en série-avec un premier élément interrupteur (12) et avec un élément résistif-capacitif (11), caractérisé en ce que dans chaque cellule (20) une ligne (14), à impédance caractéristique Zo, a un conducteur connectée au point commun entre la résistance (13) et l'élément interrupteur (12), et un autre conducteur relié à la masse, l'impédance résultante de l'élément résistif-capacitif (11) en série avec l'élément à commander (10) étant égale à l'impédance caractéristique Zo. 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs cellules élémentaires (20A, 20B - 20N) sont montées en parallèles entre elles, en série avec l'élément à commander (10). 3/ Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans chaque cellule la ligne (14) est refermée sur son impédance caractéristique Zo par l'intermédiaire d'un second élément interrupteur (22). 4/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 , caractérisé en ce que dans chaque cellule on a la relation - - tl(+ ; tl étant l'instant de fermeture du premier interrupteur, t2 l'instant de fermeture du second interrupteur, et 2 le temps de transit dans la ligne. 5/ Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments interrupteurs (12, 22) sont des transistors à avalanche (15, 25). 6/ Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lignes (14) sont de type "stripline". 7/ Générateur selon la revendication 4,.caractérisé en ce que les lignes de type "striplinen sont disposées les unes au dessus des autres pour former un composant multicouches (18). 8/ Générateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux faces extérieures de ce composant multicouche sont reliées à la masse 9/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que des enroulements (19, 20) sont disposés entre la base et l'émetteur de chaque transistor, ces enroulements étant couplés respectivement à deux lignes sur lesquelles sont envoyées des impulsions aux temps t1 et t2. 10/ Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément à commander (10) est une diode-laser. 11/ Générateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que les cellules (20A, 20B...20N) sont toutes formées d'éléments identiques.