Brevet FR2640094A1 — publié le 19900608

"AMPLIFICATEUR DU TYPE CASCODE" La présente invention a pour objet un amplificateur du type cascode comprenant un étage différentiel comportant un premier et un deuxième transistor dont les émetteurs sont connectés respectivement à une première et une deuxième source de courant et sont reliés entre eux par une première résistance et dont les collecteurs sont connectés à une charge constituée par le trajet collecteur émetteur respectivement d'un troisié- me et d'un quatrième transistor en série respectivement avec une. deuxième et une troisième résistance dont un borne est connectée à une source de tension d'alimentation, les troisiè- me et quatrième transistors ayant leur base connectée à une source de tension de référence. Un tel amplificateur a déjà été mis en oeuvre à titre d'amplificateur de fréquence intermédiaire, le montage cascode ayant pour avantage de diminuer la distortion due aux capacités collecteur-base des premier et deuxième transistors formant l'étage différentiel. L'invention vise à traiter le problème de l'adapta- tion d'un tel circuit à une plus faible valeur de.tension d'alimentation tout en conservant ses performances. L'idée de base de l'invention consiste à diminuer le courant dans l'étage supérieur (deuxième et troisième résistance) en apportant de manière séparée une partie du courant de la paire différentielle, ce qui permet de conserver pour la première résistance une valeur suffisamment élevée pour éviter l'apparition d'une impédance réactive notable à l'entrée de la paire différentielle considérée en tant que telle, tout en conservant le gain en courant de l'amplificateur. Dans ce but, le circuit selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une troisième et une quatrième source de courant connectées au collecteur respectivement des premier et deuxième transistors de manière à fournir une partie du courant de l'étage différentiel. - La premiére et la deuxième source de courant sont avantageusement constituées par une quatrième et une cinquième résistance dont une borne est connectée à l'émetteur respectivement des premier et deuxième transistors et dont l'autre borne est connectée à un pôle de mode commun Selon un mode de réalisation préféré, mettant à profit le fait que le potentiel du collecteur des premier et deuxième transistors varie très peu, la troisième et la quatrième source de courant sont constituées par une sixième et une septième résistance dont une borne est connectée au collecteur respectivement des premier et deuxième transistors et dont l'autre borne est connectée à ladite source de tension d'alimentation. L'invention sera mieux comprise à la lecture'de la description qui va suivre, en liaison avec les dessins qui représentent - la figure 1, un amplificateur selon l'invention - la figure 2, un amplificateur selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Selon la figure 1, deux transistors T1 et T2 dont les émetteurs sont reliés par une résistance R12 forment une paire différentielle, la base des transistors T1 et T2, constituant des entrées respectivement E1 et E2 de l'amplifica- teur. Deux sources de courant I1 et 12 sont connectées aux émetteurs respectivement de T1 et T2. Deux transistors T3 et T4 qui peuvent être de plus petites dimensions, sur un circuit intégré, que le transistor T1 et T2, forment avec ceux-ci un montage cascode. Leurs bases sont interconnectées et portées à un potentiel de référence Bref1. Leurs collecteurs sont reliés à une source de tension d'alimentation Vp à travers des résistances respectivement R3 et R4, et leurs émetteurs sont connectés à ceux respectivement des transistors T1 et T2. Le gain en tension G en boucle ouverte de ce montage a pour valeur (R3 + R4 > G R12 Si la tension d'alimentation nominale Vp dont on dispose est faible, (par exemple 8V au lieu de 12V précédemment), et si on veut conserver la même valeur de gain à l'amplificateur, plusieurs solutions peuvent être envisagées qui présentent des inconvénients notables. Si on diminue le courant dans les transistors T1 et T2, on diminue la linéarité de l'amplificateur. Si on diminue la valeur des résistances R12, R3 et Rs en proportion de la diminution de la tension d'alimentation, la linéarité décroît encore.En outre, R12 doit avoir une valeur suffisante pour que la partie réactive de l'impédance d'entrée soit très inférieure à la partie réelle, en pratique au moins 10 fois inférieur à celle-ci, lorsque l'entrée de l'étage est connectée à la sortie de l'étage précédent, en particulier dans le cas d'une source filtrée. L'invention met à profit le fait que le potentiel d'émetteur des transistors T3 et T4 a une valeur pratiquement constante égale à Vrefl - BBE (avec VBE = tension baseémetteur d'un transistor) et suffisamment distante de Vp. On raccorde en ces points des sources de courant 13 et 14 dont la fonction est d'apporter de manière séparée une partie du courant statique de la paire différentielle sans influer sur les autres paramètres du circuit (gain, distortion...). En d'autres termes, il est ainsi possible de faire fonctionner l'amplificateur avec une tension d'alimentation plus faible et d'obtenir des performances équivalentes en conservant les valeurs des résistances Rf2, R3 et R4.La quasi-constance du potentiel d'émetteur des transistors T3 et T4 permet d'utiliser des sources de courant non idéales. EXEMPLE Ri2 = 3002 R3 = R; = 3KQ soit G : 20 I1 = 12 = 1,5 mA ; I3 = I4 = 0,5 mA Vp = 8V. Les sources de courant I3 et 14 fournissent ainsi le tiers des courants I1 et 12, ce qui permet d'a baisser Vp de 12V à 8V, toutes choses égales par ailleurs. La figure 2 représente un mode préféré de réalisation de l'invention, notamment destiné à la réalisation d'un amplificateur de fréquence intermédiaire (FI), et plus particulièrement un amplificateur à transimpédance destiné à amplifier les signaux issus d'un mélangeur de télévision. Dans celui-ci les éléments communs avec la figure 1 (transistors Ti à Ts, résistances R12r R3 et R4) portent la même référence. Les sources de courant I1 et 12 sont constituées par des résistances respectivement R1 et R2 connectées entre les émetteurs respectivement des transistors T1 et T2 et le pôle de mode commun. Les résistances R1 et R2 contribuent au gain de l'étage, et il faut remplacer dans la formule précédente R12 par R'12 avec 1/R'12 = 1/R12 + 1/R1 + R2.Les sources de courant I3 et I4 sont constituées par des résistances respectivement R13 et R14 connectées entre la source de tension d'alimentation Vp et les collecteurs respectivement des transistors T1 et T2. Des tensions de référence sont générées de manière classique à partir d'une chaine de résistances (R20, R21, R22) en série entre la source de tension d'alimentation Vp et une source de courant (T23, R23), associée à des transistors (T20, Tzi, T22) dont les trajets collecteur émetteur sont en série et dont les bases sont connectées aux points milieu entre les résistances respectivement Rzo et R21, R21 et R22, et R22 et R23. Vref1 est ainsi fournie à l'émetteur de T21. Pour obtenir un amplificateur à transimpédance, on réalise en outre une contre-réaction. Des transistors T5 et T6 sont montés en émetteur suiveur à partir des collecteurs de transistors respectivement T3 et T4 leur base étant connectée à cet effet au collecteur respectivement des transistors T3 et T. Les collecteurs des transistors Ts et T6 sont interconnectés et reliés à la sortie de tension d'alimentation Vp à travers une résistance respectivement R56 et leurs émetteurs sont connectés chacun à une source de courant, respectivement (T10, R10) et (T11, R11), les transistors T10 et T11 ayant à cet effet leur base portée à un potentiel de référence Vref2. A cet effet, leurs bases sont connectées à l'émetteur du transistor T22, lui-même connecté à Ia base du transistor T23. La contre-réaction est réalisée grâce à deux ponts diviseurs à résistance, d'une part R51 et R52 entre l'émetteur du transistor T5, la base du transistor T1 (entrée E1) et le pôle de mode commun et d'autre part R61 et R62 entre l'émetteur du transistor T6, la base du transistor T2 (entrée E2) et le pôle de mode commun. Pour chacune des entrées, la transimpédance différentielle Z a alors pour valeur (en supposant R51 = R61, et R52 = R62) 2Rs1 R G z = ~ x 2R51+Rx (1+G) avec 1 1 1 1 1 = + + + . Rx 2R51 2R52 Rg Zi avec Rg = résistance de sortie de l'étage précédent et Zi = impédance d'entrée de la paire différentielle (T1T2) . Z étant spécifie et R51 étant choisie (c'est elle qui est en effet déterminante) on détermine le courant I traversant les résistances R1 et R2 de manière à assurer la linéarité de l'étage différentiel (par exemple I = 1,5mA) La présente des sources de courant 13 et 14 (résistances R13 et R14) impose alors les conditions de fonctionnement suivantes V2 > V3 V1 + V2 + VBES + R3 I' V1 = différence de potentiel en statique aux bornes de R52 V2 = différence de potentiel en statique aux bornes de R51 V3 = demi-amplitude maximale du signal de sortie (par exemple, sur l'émetteur du transistor Tg) I' = courant statique à travers les résistances R3 et R4. VDES tension base-émetteur des transistors T5 et T6 (-0,7V) Le filtre de l'amplificateur FI est constitué par un circuit parallèle L1C1 connecté entre ses deux sorties S1 et Sz. Ces sorties sont reliées aux émetteurs des transistors Ts et T6 à travers des résistances respectivement Rs et R6. L'étage précédent (mélangeur) est figuré comme une source de courant Io en parallèle avec une self Lo et un condensateur Co, relié aux entrées E1 et E2 à travers un circuit série résistance-capacité respectivement RC et R'C'. Les capacités C et C' étant destinées à être intégrées, il en résulte que leur couplage valeur doit être aussi faible que possible, mais compatible avec une faible partie réactive à l'entrée de l'amplificateur FI connecté à la sortie de l'étage précédent. REVENDICATIONS 1. Amplificateur du type cascode comprenant un étage différentiel comportant un premier et un deuxième transistor dont les émetteurs sont connectés respectivement à une première et une deuxième source de courant et sont reliés entre eux par une première résistance et dont les collecteurs sont connectés à une charge active constituée par le trajet collecteur-émetteur respectivement d'un troisième et d'un quatrième transistor en série respectivement avec une deuxième et une troisième résistance dont une borne est connectée à une source de tension d'alimentation, les troisièmes et quatrième transistors ayant leur base connectée à une source de tension de référence caractérisé en ce qu'il comporte une troisième (I3) et une quatrième (I4) source de courant connectées au collec- teur respectivement des premier (T1) et deuxième (T2) transistors de manière à fournir une partie du courant de l'étage différentiel. 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première .(I1) et la deuxième (I2) source de courant sont constituées par une quatrième (Rt) et une cinquième (R2) résistance dont une borne est connectée à l'émetteur respectivement des premier (Ti) et deuxième (T2) transistors et dont l'autre borne est connectée à un pôle da mode commun. 3. Amplificateur selon une des revendications I ou 2 caractérisé en ce que la troisième (13) et la quatrième (I4) source de courant sont constituées par une sixième (R13) et une septième (ric) résistance dont une borne est connectee au collecteur respectivement des premier (T1) et deuxième (T2) transistors et dont l'autre borne est connectée à ladite source de tension d'alimentation (Vp). 4. Amplificateur selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les collecteurs des troisième (T3) et quatrième (T4) transistors sont connectés à la base respectivement du cinquième (Ts) et sixième (Ts) transistors montés en émetteur suiveur et en ce qu'il comporte, un premier et un deuxième pont de résistances (Rs1 R52r R6î R62) entre respectivement d'une part entre l'émetteur du cinquième transistor (Ts), la base du premier transistor (T1) et le pôle de mode commun, et d'autre part l'émetteur du sixième transistor (T6), la base du deuxième transistor (T2) et le pôle de mode commun.