Brevet FR2615637A1 — publié le 19881125

MIROIR DE COURANT A TENSION DE SORTIE ELEVEE'. La présente invention a pour objet un miroir de courant comportant une première branche traversée par un cou- rant d'entrée à recopier et comportant en série une première diode dans le sens direct et le trajet de courant principal d'un premier transistor dont l'émetteur est connecté à un pôle de mode commun, et une deuxième branche traversée par un cou- rant de sortie recopiant ledit courant d'entrée et comportant en série le trajet de courant principal d'un deuxième transis- tor et une deuxième diode dans le sens direct, ayant une pre- ' mière électrode connectée à la base du premier transistor et à l'émetteur du deuxième transistor, et une deuxième électrode connectée au pôle de mode commun. Un tel miroir de courant, dans lequel la première électrode de la première diode est connectée à la base du deu- xième transistor, est connu sous la dénomination 'miroir de courant du type WILSON'. La tension de sortie qui peut produi- re un tel miroir de courant est limitée, car la recopie du courant d'entrée n'est précise tant que le deuxième transistor n'est pas en mode d'avalanche. L'invention propose un miroir de courant dans le- quel le courant de sortie recopie avec une bonne précision le courant d'entrée pour des tensions de sortie nettement plus élevées. Dans ce but, un miroir de courant selon l'invention est caractérisé en ce que la première branche comporte, en sé- rie et dans le sens direct, une troisième diode dont une pre- mière électrode reçoit le courant d'entrée à recopier, en ce que la deuxième branche comporte le trajet de courant princi- pal d'un troisième transistor dont l'émetteur est connecté au collecteur du deuxième transistor et dont le collecteur déli- vre le courant de sortie, ainsi qu'une diode de préférence Ze- ner connectée en inverse entre la base du troisième transistor et l'émetteur du deuxième transistor, en ce qu'il comporte une quatrième diode dans le sens direct dont une première électro- de est connectée à un pôle de tension d'alimentation et une deuxième électrode à la base du troisième transistor ainsi qu'un quatrième transistor dont la base est connectée à la première électrode de la troisième diode, dont le collecteur est connecté audit pôle de tension d'alimentation, et dont l'émetteur est connecté à la base du deuxième transistor. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suive, donnée à titre d'exemple non limita- tif, en liaison avec les dessins qui représentent: - la figure 1 un miroir de courant du type WILSON de l'art an- térieur. - la figure 2 un miroir de courant selon l'invention. Selon la figure 1, un miroir de courant de type WILSON comporte une branche d'entrée recevant un courant d'en- trée IE et comportant le trajet de courant principal d'un transistor T1, et une branche de sortie traversée par un cou- rant de sortie Is et comportant le trajet de courant princi- pal d'un transistor T2. La première branche comporte en outre, en série avec le trajet de courant principal du transistor T1, et en direct, une diode D1, représentée ici sous la forme d'un transistor npn dont la base et le collecteur sont court-cir- cuités et connectés à la base du transistor T2, et dont l'é- metteur est connecté au collecteur du transistor T1 dont l'é- metteur est connecté au pôle de mode commun. La deuxième branche comporte en outre, en série avec le trajet de courant principal du transistor T2, et en direct, une diode D2, représentée ici sous la forme d'un tran- sistor npn dont la base et le collecteur sont court-circuités et connectés à la base du transistor T1 et A l'émetteur du transistor T2, et dont l'émetteur est connecté au pôle de mode commun. Soient Ibl et Ib2 les courants de base respective- ment des transistors T1 et T2. Le courant arrivant au collecteur de T1 a pour va- leur IE-Ib2 et donc le courant circulant dans l'émetteur de T1 a pour valeur IE-Ib2+Ibl. Ce dernier courant, du fait de l'interconnection entre la base du transistor T1 et l'anode de la diode D2, est le nmême que celui qui traverse la diode D2 si on suppose que cette diode est réalisée à partir d'un transistor de mènes dimensions que le transistor TI. Le courant qui traverse l'émetteur du transistor T2 a donc pour valeur EIÉ-b2 + 2 Ibl d'o Is = IE + 2(Ib1 - Ib2) IFE Par contre, la tension de sortie maximale qui peut être obte- nue au collecteur du transistor Tz est limitée par la structu- re de la branche de sortie à une valeur de l'ordre de BVCEO + VBE, car lorsque la tension collecteur-émetteur de T2 at- teint la valeur BVCEO, le fonctionnement n'est plus linéaire (régime d'avalanche), et Is ne recopie plus IE que de maniè- re approximative. Or, il est en général souhaité que la précision de recopie soit de l'ordre de quelques %, ce qui implique de re- considérer le montage si l'on veut obtenir des tensions de sorties supérieures à BVCEO. L'idée de base de l'invention consiste à permettre un fonctionnement en régime de BVCB par aise en conduction d'une diode induisant un courant de base négatif dans un transistor de la deuxième branche. La figure 2 montre comment une telle fonction peut être réalisée avec des transistors npn. La première branche comporte en série et successi- vement, un transistor D3 monté en diode par aise en court-cir- cuit de sa base et de son collecteur qui reçoit le courant d'entrée IE, un transistor Dl monté en diode par mise en court-circuit de sa base et de son collecteur qui sont connec- tés à l'émetteur de D3, est un transistor Tl dont le collec- teur est connecté à l'émetteur de Dl, et dont l'émetteur est connecté à la masse. La deuxième branche comporte en série et successi- vement, un transistor T3 dont le collecteur fournit le courant de sortie Is recopiant le courant d'entrée IE, et dont l'émetteur est connecté (point A) au collecteur d'un transistor T2 dont l'émetteur est connecté à la base et au collecteur interconnectés d'un transistor D2 monté en diode et dont l'émetteur est connecté à la masse. La base et le collec- teur de D2 sont également connectés à la base du transistor T1. La deuxième branche comporte également au moins une diode en inverse, par exemple une diode Zener, connectée entre la base du transistor T3 et l'émetteur du transistor T2. La base du transistor T2 est connectée à l'émetteur d'un transis- tor T4 dont le collecteur est connecté à une source de tension U et la base, au collecteur et à la base interconnectés de D3. Un transistor D4 monté en diode par mise en court-circuit de sa base et de son collecteur, connectés à la source de ten- sion d'alimentation U, a son émetteur connecté à la base du transistor T3. Soit U la valeur de la tension d'alimentation, et VBE la valeur de la tension émetteur-base d'un transistor (environ 0,7V). Soit Vs la tension de sortie prise sur le col- lecteur du transistor T3. On distingue trois zones de fonctionnement. 1) Vs VA = U - 2VBE car la tension collecteur-émetteur VCE (T3) est inférieure à BVCEO(T3)- La tension aux bornes de la diode Z vaut également U-2VBE. Si la tension Zener VZ de la diode Z est supé- rieure à U-2VBE, la diode Z est bloquée et le miroir de cou- rant fonctionne de manière classique. On a alors Is = IE en négligeant le courant de IE base du transistor T4 qui est très voisin de 2 a désignant le gain en courant d'un transistor. 2) Vs>U - 2VBE + BVCEO(T3) et Vs Dans ce cas, on a VCE(T3) = BVCEo(T3). Le courant de base de T3, Ib(T3) s'annule et la tension VA suit Vs: VA = Vs - BVCEO(T3). La tension aux bornes de la diode Z est voisine de Vs - BVCEO(T3) - VBE et reste donc inférieure à VZ, ce qui implique que la diode Z reste bloquée On a: Is = IE + IB car IB (T3) = O 3) Vs>Vz + BVCEO (T3) + VBE La diode Z se met à conduire. Un courant IB(T3)(O peut s'établir et le transistor T3 commence à travailler dans la zone de BVCB Plus la tension de sortie Vs augmente, plus le courant Is re- monte la jonction collecteur-basedu transistor T3 à travers la diode Z. Le courant de sortie Is tend vers IE + 2IB La valeur maximale de Vs est soit BVCBO(T3) + VZ + VBE, soit la tension de claquage collecteur- substrat du transistor T3 si cette dernière est plus faible. On notera également que Vz doit être tel que le BVCEO du transistor T2 ne soit pas atteint. Exemple: BVCEO = 27V BVCBO = 67V BVCS = 72V Vz = 7,2V U = 3V IE = 1O00pA l I' l l l- l I IVs(V) 12 ' 3 4 1 10 1 201 30 1 40 I l l l l l lIs I3,5I I I I5I0I10 I I I i 1 o0 1 70 172 1 O1.311101.SSllO1,9111501 Les mesures ont été effectiées avec des résistances de lkQ dans les émetteurs de Tl et D2. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisa- tion décrits et représentés. Ainsi, la diode Zener mentionnée peut être remplacée par une diode en inverse, ou par plusieurs diodes en série et en inverse. Dans cette éventualité, il en résultera simplement que les modes de fonctionnement décrits seront séparés de manière moins nette. 26 1 5637 REVENDICATIOS 1. Miroir de courant comportant une première branche traversée par un courant d'entrée à recopier et comportant en série une première diode dans le sens direct et le trajet de courant principal d'un premier transistor dont l'émetteur est connecté à un pôle de mode commun, et une deuxième branche traversée par un courant de sortie recopiant ledit courant d'entrée et comportant en série le trajet de courant principal d'un deuxième transistor et une deuxième diode dans le sens direct, ayant une première électrode connectée à la base du premier transistor et à l'émetteur du deuxième transistor et une deuxième électrode connectée au pôle de mode commun carac- térisé en ce que la première branche comporte# en série et dans le sens direct, une troisième diode (D3) dont une premiè- re électrode reçoit le courant d'entrée (IE) à recopier, en ce que la deuxième branche comporte le trajet de courant prin- cipal d'un troisième transistor (T3) dont l'émetteur est con- necté au collecteur du deuxième transistor (T2) et dont le collecteur délivre le courant de sortie (Is), ainsi qu'une diode (Z) connectée en inverse entre la base du troisième transistor (T3) et l'émetteur du deuxième transistor (Tz), en ce qu'il comporte une quatrième diode (Dr) dans le sens direct dont une première électrode est connectée à un pôle de tension d'alimentation et une deuxième électrode à la base du troisiè- me transistor (T3) ainsi qu'un quatrième transistor dont la base est connectée à la première électrode de la troisième diode (D3), dont le collecteur est connecté audit pâle de ten- sion d'alimentation, et dont l'émetteur est connecté à la base du deuxième transistor (Ta). 2. Miroir de courant selon la revendication 1 caracté- risé en ce que la diode (Z) est une diode Zener de tension Ze- ner Vz supérieure à U-VBE, U désignant la valeur de ladite tension d'alimentation et VBE la tension base-émetteur d'un transistor.