Brevet FR2651343A1 — publié le 19910301

"Circuit destiné à fournir une tension de référence". L'invention concerne un circuit destiné à fournir une tension de référence, comportant un générateur de tension présentant une borne d'alimentation et délivrant en sortie une tension de valeur nominale donnée et comportant un amplifica- teur différentiel alimenté par une source de tension d'alimen- tation et dont l'entrée non inverseuse est connectée à la sor- tie du générateur de tension, l'amplificateur différentiel ayant sa sortie reliée à l'entrée d'un premier étage suiveur de sortie, dont la sortie qui délivre ladite tension de réfé- rence est rétro-couplée à l'entrée inverseuse de l'amplifica- teur par l'intermédiaire d'un pont diviseur. Un tel circuit est connu de "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits" de Paul R. GRAY et ROBERT G. MEYER (John Wiley and Sons - NewYork 1977) p.484 à 486: Series Voltage regulator. Le générateur de tension est susceptible, lors de sa mise sous tension de donner lieu à des instabilités. L'invention a pour objet un circuit permettant d'é- viter cet inconvénient. L'idée de base de l'invention consiste à ne trans- mettre en sortie le signal du générateur de tension que lors- que la tension d'alimentation est suffisante pour que la ré- gion d'instabilités possibles soit dépassée. Le circuit selon l'invention est dans ce but carac- térisé en ce que la sortie de l'amplificateur différentiel est reliée à l'entrée du premier étage suiveur à travers un dispo- sitif de commutation commandé, le premier étage suiveur ayant son entrée reliée à la première source de tension d'alimenta- tion à travers une première résistance, et ayant sa sortie re- liée à la borne d'alimentation du générateur de tension et en ce qu'il comporte un circuit de commande du dispositif de com- mutation agencé pour recevoir au moins la tension d'alimenta- tion de manière que le dispositif de commutation soit fermé lorsque la première tension d'alimentation atteint un seuil pour lequel à la fois le générateur de tension et l'amplifica- teur différentiel sont dans une zone de fonctionnement nomi- nal. Le générateur de tension est alimenté par la ten- sion de référence produite par le circuit, et la tension de référence, une fois le dispositif de commutation fermé, est 1/k fois plus élevée que la tension produite par le générateur de tension, k étant le rapport de division du premier pont diviseur. Lorsque la première tension d'alimentation a une valeur faible, insuffisante pour que le dispositif de commutation soit fermé, la tension en sortie du circuit, qui alimente également le générateur de tension varie avec la même pente que la première tension d'alimentation, à une constante près. La courbe de tension de sortie en fonction de la première tension d'alimentation ne présente donc plus de risque d'instabilité. Il est particulièrement avantageux que le circuit de commande et le circuit de commutation commandé coopèrent directement avec l'amplificateur différentiel. Ceci permet en effet de simplifier le schéma électronique. Dans ce but, l'amplificateur différentiel peut com- porter une première branche dont l'entrée est ladite entrée non inverseuse et une deuxième branche dont l'entrée est ladi- te entrée inverseuse, le circuit de commande peut être agencé pour inhiber le passage du courant dans la deuxième branche lorsque la tension d'alimentation est inférieure audit seuil, et le circuit de commutation commandé peut comporter un deuxi- ème étage suiveur qui est agencé pour n'être conducteur que lorsque du courant traverse la deuxième branche. La première branche peut comporter le trajet émet- teur-collecteur d'un premier transistor d'un premier type dont la base et le collecteur sont connectés respectivement à l'émetteur et à la base d'un deuxième transistor du premier type dont le collecteur est connecté à une deuxième source de tension d'alimentation, le collecteur du premier transistor étant connecté à celui d'un troisième transistor du deuxième type opposé au premier, dont l'émetteur est reliè à la deuxi- ème source de tension d'alimentation à travers une deuxième résistance et dont la base constitue l'entrée non inverseuse de l'amplificateur différentiel. Une telle branche présente une structure telle qu'elle dérive du courant à partir de ni- veaux faibles de la première tension d'alimentation. La deuxième branche peut comporter le trajet émet- teur-collecteur d'un quatrième transistor de premier type dont la base est connectée à celle du premier transistor, le col- lecteur du quatrième transistor étant connecté à celui d'un cinquième transistor du deuxième type dont l'émetteur est con- necté à celui du troisième transistor et dont la base consti- tue l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel. Une telle branche présente une structure telle qu'elle dérive du courant seulement à partir d'un niveau significatif relative- ment élevé de la première tension d'alimentation. Le quatrième transistor peut avoir son émetteur connecté à celui du premier transistor. Le circuit de commande est avantageusement commun aux deux branches. Dans ce but, le circuit de commande peut comporter un sixième transistor du deuxième type dont le col- lecteur est connecté à la première source de tension d'alimen- tation, dont l'émetteur est connecté aux émetteurs des premier et quatrième transistors, et dont la base est connectée à la borne de la première résistance qui n'est pas connectée à la première source de tension d'alimentation. La tension sur la base du sixième transistor détermine le seuil à partir duquel l'amplificateur différentiel produit un signal de sortie. Le deuxième étage suiveur peut comporter un septi- ème transistor dont la base est connectée au collecteur du cinquième transistor, dont le collecteur est connecté à la deuxième source de tension d'alimentation et dont l'émetteur est relié à l'entrée du premier étage suiveur, éventuellement par l'intermédiaire d'une diode en direct. La valeur dudit seuil pourra être choisi avec plus de précision en disposant une deuxième résistance entre la première résistance et l'entrée du premier étage suiveur. Le premier étage suiveur comporte avantageusement un huitième transistor à deux émetteurs dont la base constitue l'entrée, dont le collecteur est connecté à la première source de tension d'alimentation, dont le premier émetteur est con- necté à une extrémité du pont et dont le deuxième émetteur constitue la sortie du premier étage suiveur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limi- tatif, en liaison avec les dessins qui représentent: - la figure 1, un circuit régulateur du type série selon l'art antérieur précité. - la figure 2, un circuit selon l'invention. - la figure 3, un mode préféré de réalisation de l'inven- tion. - la figure 4, une variante de la figure 3. - et la figure 5, des courbes de tension en fonction de la tension d'alimentation selon la figure 3 ou 4. Selon la figure 1, un générateur de tension REF dé- livre une tension VR qui est appliquée à l'entrée non inver- seuse d'un amplificateur différentiel A alimenté à une tension d'alimentation Vcc. La sortie S de l'amplificateur A attaque un circuit suiveurT dont la sortie, qui délivre une tension de référence régulée Vo est rétro-couplée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur A par l'intermédiaire d'un pont diviseur résistif R3, R4. Le générateur de tension REF est alimenté par la tension d'alimentation Vcc. Lors de la mise sous tension, toute instabilité de la tension VR du générateur de tension REF se répercute directement sur la tension V0. Selon la figure 2, le générateur de tension REF dé- livre en sortie une tension V+ qui est appliquée à l'entrée i non inverseuse de l'amplificateur différentiel A alimenté à une tension d'alimentation Vcc. La sortie S de l'amplifica- teur A est reliée par l'intermédiaire d'un dispositif de com- mutation commandé 1 à l'entrée S' du circuit suiveur. Une ré- D sistance R1 est disposée entre l'entrée S' et la source de tension d'alimentation Vcc. La sortie du circuit suiveur dé- livre la tension de référence régulée VO. Cette sortie est bouclée sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur A (signal V-) à l'aide d'un pont diviseur comportant des résistances i R3 et R4. Le signal V- est présent au point commun (ou point i milieu) du pont diviseur. L'autre extrémité du point diviseur est connectée à une deuxième source de tension d'alimentation (ici le pôle de mode commun). Le circuit suiveur est représen- té comme un transistor T dont la base est le point S', dont l'émetteur délivre le signal V0 et dont le collecteur est con- necté à la source de tension d'alimentation Vcc. Le signal V0 est appliqué à la borne d'alimentation du générateur de tension REF. Un circuit de commande C qui reçoit la tension d'alimentation Vcc (et éventuellement la tension VO) est agencée de manière à fermer le dispositif de commutation 1 lorsque la tension d'alimentation Vcc dépasse un seuil donné pour lequel la tension V+ délivrée par le générateur de i tension REF a dépassé la portion de sa caractéristique dans laquelle peuvent se produire des instabilités. De ce fait, lorsque le circuit est mis sous tension, la tension d'alimen- tation Vcc part de la valeur 0 et augmente pour atteindre sa valeur nominale. Lorsque sa valeur est inférieure au seuil donné, le courant de commutation 1 est ouvert et la tension V0 évolue proportionnellement à la valeur instantanée de la ten- sion Vcc et indépendamment de la tension V+. En effet, l'en- i trée S' de l'étage suiveur est référencée au potentiel Vcc à travers la résistance R1. Par contre lorsque la valeur instan- tanée de la tension Vcc atteint le seuil donné, le circuit de commutation 1 est fermé, et la tension V0 a alors pour va- leur: R3 Vo = (1 ±) V+ R4 i Pour une certaine valeur de Vcc, V+ atteint sa valeur nomi- nale VREF. Selon la figure 3, un générateur de tension (dit du type "band gap") décrit dans l'ouvrage précité p.258 et 259, comporte un transistor T11 de type npn dont le collecteur est connecté au point B précité et qui présente une résistance R15, faisant office de source de courant, entre son collecteur et sa base. L'émetteur du transistor T11 qui délivre la ten- sion V+ est reliée à une diode (transistor npn T12 monté en i diode par court-circuit base-collecteur) à travers une résis- tance R11. L'émetteur du transistor T12 est connecté au pôle de mode commun, et sa base à celle d'un transistor T14 dont l'émetteur est relié au pôle de mode commun à travers une ré- sistance R14 et dont le collecteur est d'une part relié à l'é- metteur de transistor T11 à travers une résistance R16 et d'autre part connecté à la base d'un transistor npn T15 dont l'émetteur est connecté au pôle de mode commun, et dont le collecteur est connecté à la base de transistor T11. L'amplificateur A comporte une première branche présentant un transistor T5 de type pnp dont l'émetteur est connecté à un point F, dont la base est connectée à l'émetteur d'un transistor T7 de type pnp, dont le collecteur est connec- té au pâle de mode commun et dont la base est connectée au collecteur de transistor T5. Le collecteur du transistor T5 est connecté à celui d'un transistor T8 de type npn dont la base est attaquée par la tension V+ disponible sur l'émetteur i du transistor T11, et dont l'émetteur est relié au pôle de mo- de commun à travers une résistance R8. Les transistors T5 et T7 présentent deux jonctions émetteur-base en série ce qui fait qu'un courant est susceptible de circuler dans la premiè- re branche même pour une faible valeur de potentiel au point F. La deuxième branche présente un transistor pnp T6 dont l'é- metteur est connecté au point F, dont la base est connectée à celle du transistor T5 et dont le collecteur (point S) est connecté à celui d'un transistor npn T9 dont l'émetteur est relié au pôle de mode commun à travers la résistance R8. Le circuit de commande comporte un transistor npn T3 dont le col- lecteur est connecté à la source de tension d'alimentation Vcc, dont l'émetteur est connecté audit point F et dont la base est connectée de préférence au point milieu H d'un pont diviseur R1,R2 présentant deux résistances R1 et R2 en série entre la source de tension d'alimentation Vcc et le point S', ou bien directement au point S', la résistance R2 étant omise. Le circuit de commutation comporte un transistor pnp T10 dont la base est connectée au point S (sortie de l'ampli- ficateur A), dont le collecteur est connecté au pôle de mode commun et dont l'émetteur est relié au point S' à travers une diode en direct D. L'étage suiveur de sortie comporte un transistor (T1, T2) à deux émetteurs (ou deux transistors T1 et T2 montés en émetteur suiveur), l'émetteur de T1 connecté au pont divi- seur (R3, R4) et celui de T2 délivrant la tension Vo au point B. La présence de ce double émetteur (ou des deux tran- sistors) permet classiquement un meilleur découplage vis à vis de l'impédance de charge. Lorsque Vcc a une valeur inférieure au seuil donné, la première branche de l'amplificateur est susceptible d'être traversée par un courant, mais la deuxième branche n'est traversée par aucun courant. Le transistor To10 est alors bloqué. La base des transistors T1 et T2 est alors à un poten- tiel très voisin de la valeur instantanée de Vcc. On a alors Vo = (Vcc - VD) R4 et V- = (Vcc - VD) R3 + R i R3 + R4 avec VD = tension base-émetteur d'un transistor (environ 0,7V). Lorsque Vcc atteint le seuil donné, la deuxième branche de l'amplificateur est traversée par un courant suf- fisant pour que le:-transistor T10 soit en état de conduction. L'amplificateur est dans sa région de fonctionnement et on a: R3 VS, = V + V = Vi(1 + -) + V o D i R4 D VS' désignant la tension au point S'. Considérons V+ VREF c'est-à-dire que pour le i calcul, on considère que le seuil de tension correspond prati- quement au seuil de fonctionnement correct du générateur de tension. Il vient: R2 RI R3 V = V + [(1 ±-) V +v] H Rl + R2 cc R1 + R2 R4 REF D Pour l'amplificateur décrit, un fonctionnement correct impose que VH soit au moins égal à 5VD (en fait il faut que VH soit sensiblement supérieur à cette valeur). On a alors: R2 Vcco 5VD R1 R3 R1 + R2 D R1 +R2 [(1 + R4)Vréf + VD] RI R3 Vcc 5V + R [4V - (1 + R3)Vrf] cco DR2 D[V> (l+4) réf] Le rapport R permet donc de déterminer le seuil VccO de RZ Vcc à partir duquel le circuit de commutation est fermé. Si on omet la résistance R2, les points H et S' sont confon- R3 dus, et VH = VSi = (1 + -) VREF + VD R4 et la résistance R1 n'intervient plus dans la détermination du seuil. Il faut alors: R3 Vcco > (1+ -) VREF + VD > 5 VD Suivant la figure 4, la base du transistor T3 est connectée au point milieu H' d'un pont diviseur R'l et R'2 disposé entre la source de tension Vcc et le pôle de mode commun. La base du transistor T1 est reliée à la source de tension Vcc à travers la résistance R1. L'émetteur du transistor T3 est connecté au point C, celui du transistor T1 est relié au point A à travers la résistance R3, et celui du transistor T2 est connecté au point B. Le reste du circuit est comme à la figure 3. R' + R'2 On aVH, R'1 +R'2 vcc La condition de seuil est alors: VHI > 5VD R1 Soit Vcco 5 V (1 ±--) D R' R'. Le rapport - détermine le seuil Vcco de Vcc à partir R'2 duquel le circuit de commutation est fermé. Suivant la figure 5, les tensions V+, V, et Vo i 1 croissent dès que Vcc atteint VD (0,7 V), la régulation étant obtenue à partir de 6 VD (environ 4,2 V). REVENDICATIONS: 1. Circuit destiné à fournir une tension de référence comportant un générateur de tension présentant une borne d'a- limentation et délivrant en sortie une tension de valeur nomi- nale donnée et comportant un amplificateur différentiel ali- menté par une première source de tension d'alimentation et dont l'entrée non inverseuse est connectée à la sortie du gé- nérateur de tension, la sortie de l'amplificateur différentiel étant reliée à l'entrée d'un premier étage suiveur de sortie dont la sortie, qui délivre ladite tension de référence, est rétro-couplée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur diffé- rentiel par l'intermédiaire d'un pont diviseur caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur différentiel (A) est reliée à l'entrée du premier étage suiveur (T) à travers un dispositif de commutation commandé (1), le premier étage sui- veur (T) ayant son entrée reliée à la première source de ten- sion d'alimentation à travers une première résistance (R1) et ayant sa sortie,qui délivre ladite tension de référence (VO), reliée à la borne d'alimentation du générateur de ten- sion (REF) et en ce qu'il comporte un circuit de commande (C) du dispositif de commutation (1) agencé pour recevoir au moins la tension d'alimentation de manière que le dispositif de com- mutation soit fermé lorsque la tension d'alimentation atteint un seuil pour lequel à la fois le générateur de tension (REF) et l'amplificateur différentiel (A) sont dans une zone de fonctionnement nominal. 2. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel comporte une première branche dont l'entrée est ladite entrée non inverseuse, et une deuxi- ème branche dont l'entrée est ladite entrée inverseuse, en ce que le circuit de commande est agencé pour inhiber le passage du courant dans la deuxième branche lorsque la tension d'ali- mentation est inférieure audit seuil, et en ce que le circuit de commutation commandé comporte un deuxième étage suiveur qui est agencé pour n'être conducteur que lorsque du courant tra- verse la deuxième branche. 3. Circuit selon la revendication 2 caractérisé en ce que la première branche comporte le trajet émetteur-collecteur d'un premier transistor (Ts) d'un premier type dont la base et le collecteur sont connectés respectivement à l'émetteur et à la base d'un deuxième transistor (T7) du premier type dont le collecteur est connecté à une deuxième source de tension d'a- limentation, le collecteur du premier transistor (Ts) étant connecté à celui d'un troisième transistor (Ta) du deuxième type opposé au premier, dont l'émetteur est relié à la deuxi- ème source de tension d'alimentation à travers une deuxième résistance (R8) et dont la base constitue l'entrée non inver- seuse de l'amplificateur différentiel. 4. Circuit selon la revendication 3 caractérisé en ce que la deuxième branche comporte le trajet émetteur-collecteur d'un quatrième transistor (T6) du premier type dont la base est connectée à celle du premier transistor (Ts), le collec- teur du quatrième transistor (Ts) étant connecté à celui d'un cinquième transistor (Tg) de deuxième type dont l'émetteur est connecté à celui du troisième transistor (Ta) et dont la base constitue l'entrée inverseuse de l'amplificateur différentiel. 5. Circuit selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'émetteur du quatrième transistor (Ts) est connecté à ce- lui du premier transistor (Ts). 6. Circuit selon la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit de commande comporte un sixième transistor (T3) du deuxième type dont le collecteur est connecté à la première source de tension d'alimentation, dont l'émetteur est connecté aux émetteurs des premier (Ts) et quatrième (T6) transistors et dont la base est connectée à la borne de la première résis- tance (Ro) qui n'est pas connectée à la première source de tension d'alimentation (Vcc). 7. Circuit selon la revendication 6 caractérisé en ce que le deuxième étage suiveur comporte un septième transistor (T10) dont la base est connectée au collecteur du cinquième transistor (Tg), dont le collecteur est connecté à la deuxième source de tension d'alimentation et dont l'émetteur est relié à l'entrée du premier étage suiveur. 8. Circuit selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'émetteur du septième transistor (Tj10) est relié à l'en- trée du premier étage suiveur par l'intermédiaire d'une diode en direct. 9. Circuit selon une des revendications 7 ou 8 carac- térisé en ce que entre la première résistance (R1) et l'entrée du premier étage suiveur, est disposée une deuxième résistance (R2). 10. Circuit selon une des revendications 7 à 9 caracté- risé en ce que le premier étage suiveur comporte un huitième transistor (T1,T2) à deux émetteurs dont la base constitue l'entrée, dont le collecteur est connecté à la première source de tension d'alimentation, dont le premier émetteur est con- necté à une extrémité du pont diviseur et dont le deuxième émetteur constitue la sortie du premier étage suiveur. 11. Circuit selon une des revendications 7 à 10 carac- térisé en ce que le pont diviseur comporte une troisième (R3) et une quatrième (R4) résistance. 25.