Brevet FR2667703A1 — publié le 19920410

"Source de courant à rapport donné entre courant de sortie et d'entrée". La présente invention a pour objet une source de courant présentant un rapport donné entre un courant de sortie I et un courant d'entrée i et comprenant une première branche série comportant une première résistance en série avec le tra- jet de courant principal d'un premier transistor, de manière à être traversée par le courant d'entrée, et une deuxième bran- che série comportant une deuxième résistance en série avec le trajet de courant principal d'un deuxième transistor pour dé- livrer le courant de sortie, le premier et le deuxième tran- sistors étant agencés de manière à former un premier miroir de courant. De telles sources de courant sont en général utili- sées pour des rapports G peu élevés (jusqu'à 10 environ) entre le courant de sortie et le courant d'entrée Pour ces applica- tions, le deuxième transistor présente une surface d'émetteur G fois plus grande que le premier transistor (ou il est cons- titué par G transistors individuels identiques au premier transistor et disposés en parallèle), de manière à obtenir la même chute de tension base-émetteur dans les premier et deu- xième transistors, et éviter des variations du rapport G en fonction de la température. Pour des rapports G plus élevés, par exemple allant jusqu'à 100, une telle solution conduirait à des dimensions prohibitives pour le deuxième transistor, et on utilise alors des montages mettant en oeuvre un amplificateur opérationnel. De telles solutions sont par exemple mises en oeuvre par MATRA COMMUNICATION (demande de brevet français 88 01645 du 11 février 1988, en particulier figure 5), SGS-THOMSON (notice du circuit TEA 7063 Telephone Speech and Peripherals Line Control) et MOTOROLA (Product preview du circuit TCA 3385 - Telephone Ring Signal Converter). Ces modes de réalisation présentent l'inconvénient d'exiger la présence d'un amplificateur opérationnel qui con- somme une surface relativement élevée de circuit intégré, et qui en outre peut présenter des problèmes de stabilité, sur- tout si le circuit fait partie d'un montage complexe présen- tant des étages en cascade. La présente invention a pour objet une source de courant permettant d'obtenir en particulier, mais non exclusi- vement, des rapports G élevés entre un courant de sortie et un courant d'entrée, sans dérive thermique appréciable du rapport G, et en mettant en oeuvre un circuit beaucoup plus simple qu'un amplificateur opérationnel et ne posant en outre pas de problème de stabilité. Une source de courant selon l'invention est ainsi caractérisée en ce qu'elle comporte un circuit de compensation disposé de manière à faire passer, au moins dans une partie de la première branche série, un courant de compensation dépen- dant linéairement de la température, de manière à produire dans la première branche série une chute de tension de com- I x is 1 pensation sensiblement égale à VT Log x i I, i, isl et is 2 désignant les constantes de courant ca- ractéristiques respectivement du premier et du deuxième tran- sistor. Le circuit de compensation, facilement réalisable avec des sources de courant, permet de compenser l'écart entre la tension émetteur-base des deux transistors, qui n'ont de ce fait plus besoin d'être de dimensions différentes, et permet d'éviter la complication et la consommation de surface de cristal de circuit intégré qu'impose la mise en oeuvre d'un amplificateur opérationnel, d'o réduction du coût. Le circuit de compensation peut comporter une troi- sième branche série comportant les trajets de courant princi- pal d'un troisième transistor monté en diode et d'un quatrième transistor, ainsi qu'une quatrième branche série comportant le trajet de courant principal d'un cinquième transistor dont la base est connectée à celle du troisième transistor, et une troisième résistance Selon un premier mode de réalisation, permettant d'obtenir une compensation approchée, le quatrième transistor est monté en diode Selon un deuxième mode de réa- lisation préféré, permettant une compensation précise, la qua- os trième branche série comporte, entre le trajet de courant principal du cinquième transistor et la troisième résistance, le trajet de courant principal d'un sixième transistor dont la base est connectée au collecteur du quatrième transistor, dont le collecteur est connecté à la base du quatrième transistor, et dont l'émetteur a une surface supérieure à celle de l'émet- teur du quatrième transistor. La troisième branche série peut être agencée pour être traversée par un courant sensiblement égal au courant d'entrée Ceci permet d'alimenter le circuit de compensation sans avoir à utiliser une source de courant additionnelle. Comme il est facile de choisir un courant de compensation in- férieur au courant d'entrée, une alimentation du circuit de compensation à partir d'un courant égal au courant d'entrée est toujours suffisante. La première branche série peut comporter une qua- trième résistance en série avec la première résistance, le compensateur de courant présentant alors une entrée connectée à un point commun à la première et à la quatrième résistance. Ceci permet de disposer d'un paramètre supplémentaire pour dé- terminer la compensation. La source de courant peut présenter une branche d'entrée présentant une résistance d'entrée et formant un deu- xième miroir de courant avec la première branche série On peut ainsi réaliser un interface tampon ayant une impédance d'entrée fixe ou programmable et empêchant les interférences de la sortie vers l'entrée de l'interface. L'invention concerne également un amplificateur de puissance, la résistance d'entrée étant constituée par un pont diviseur dont le point milieu constitue l'entrée de l'am- plificateur. 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, une source de courant à rapport élevé entre courant de sortie et courant d'entrée et mettant en oeuvre un amplificateur opérationnel, la figure 2, une source de courant selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la figure 3, une variante simplifiée du circuit de compensa- tion de la figure 2, la figure 4, un amplificateur de puissance comprenant une source de courant selon l'invention. Selon la figure 1, un amplificateur opérationnel AP présente à son entrée non inverseuse une résistance R et une résistance R' à sa sortie B (émetteur d'un transistor T monté en émetteur-suiveur), connectée à l'entrée inverseuse de l'am- plificateur AP Un courant d'entrée i est injecté à l'entrée A et traverse la, résistance R L'amplificateur AP maintenant égales les tensions en A et en B, on a G I = R Le rapport G est défini avec une bonne précision, mais par contre un amplificateur opérationnel nécessite de nombreux composants et pose des problèmes de stabilité et de réponse en fréquence. Selon la figure 2, un transistor Tl de type pnp a son émetteur relié à une source de tension d'alimentation Vcc à travers deux résistances en série R 1 et R 2, et sa base (point D) à celle d'un transistor T 2 de type pnp dont l'émet- teur est relié à la source de tension Vcc à travers une résis- tance R 3 et dont le collecteur fournit un courant de sortie I Un transistor pnp Ti O a sa base connectée au collecteur du transistor Tl, son émetteur à la base des transistors Tj et T 2 et son collecteur au pôle de mode commun (masse) Les transis- tors Tj et T 2 forment un miroir de courant dans le rapport G entre les courants I et i, mais avec une dépendance thermi- que importante si les deux transistors ne sont pas dans des rapports de dimension correspondant au rapport G, c'est-à-dire si l'émetteur du transistor T 2 n'a pas une surface efficace égale à G fois celle de l'émetteur du transistor Tl Bien en- tendu, d'autres montages de miroir de courant de type connu pourraient être mis en oeuvre. Un miroir de courant d'entrée comporte en série en- tre la source de tension Vcc et le pôle de mode commun une ré- sistance R 5 et le trajet de courant principal d'un transistor npn T 15 monté en diode par court-circuit base-collecteur La base du transistor T 15 est connectée à celle d'un transistor npn T 14 dont le trajet de courant principal est en série entre le collecteur du transistor T 1 et la masse Pour des transis- tors T 14 et T 15 identiques, le même courant d'entrée i traver- se leurs trajets de courant principal, le courant i dépendant de Vcc, de Rs et également des caractéristiques du transis- tor T 15. L'idée de base de l'invention est de faire passer dans la branche d'entrée un courant de compensation io propre à corriger la dépendance thermique du rapport G Il n'est alors plus nécessaire d'utiliser des transistors Tl et T 2 de dimensions différentes Pour le calcul on a choisi la configu- ration suivante: le courant io traverse la résistance Rl, les transistors Tl et T 2 ont pour constantes de courant ca- ractéristiques respectivement isj et is 2, c'est-à-dire isl = is 2 si Tl et T 2 sont nominalement identiques. Les transistors Ti et T 2 ayant leur trajet de cou- rant principal traversé respectivement par les courants i et I, leurs tensions base-émetteur respectivement VBET 1 et VBET 2 ont pour valeur V =V Log- BET 1 T 'si V =V Log BET 2 T " ls 2 V k T T q k = constante de Boltzmann q = charge de l'électron T = température absolue En écrivant l'égalité des tensions au point D, on a alors Rl(i+io) + R 2 i + VT Log l = R 3 I + VT Log I sl T S 2 soit (R 1 + R 2)i R 3 I = VT Log i yi _ Riio On aura compensation pour I i 51 Rlio = VT Log is- et donc G = I R 3 + R 2 ( 1) Pour réaliser la compensation, le point commun F aux résistances Rl et R 2 est connecté au collecteur d'un tran- sistor npn T 5 dont le trajet de courant principal est en série avec celui d'un transistor T 6 de même type et une résistance R 4 dont une borne est à la masse La base du transistor Ts est connectée à celle d'un transistor npn T 3 monté en diode et dont le trajet de courant principal est en série avec celui d'un transistor T 4 dontl'émetteur est à la masse La base du transistor T 4 est connectée au collecteur du transistor TG et le collecteur du transistor T 4 est connecté à la base du tran- sistor TG La branche série constituée par les transistors T 3 et T 4 est alimentée par une source de courant d'intensité ar- bitraire, ici choisie égale au courant d'entrée i pour simpli- fier le circuit Il suffit en effet d'un transistor T 13 de ty- pe npn dont la base est connectée à celle du transistor T 14 (et du transistor T 15), dont l'émetteur est à la masse et dont le collecteur est connecté à celui d'un transistor pnp Tii dont l'émetteur est connecté à la source de tension Vcc et qui est monté en diode par interconnexion base-collecteur En con- nectant ce point d'interconnexion base-collecteur du transis- tor Tii à la base d'un transistor pnp T 12 dont le trajet de courant principal est en série avec celui du transistor T 3, et dont l'émetteur est connecté à la source de tension Vcc, on obtient un miroir de courant faisant circuler le courant i dans la branche série T 3, T 4. Le courant i O a pour valeur: is 6 R 4 io = VT Log is 4 is 4 et is 6 étant les constantes de courant caractéristiques des transistors respectivement T 4 et TS Le rapport is G/is 4 est égal au rapport des surfaces efficaces des émetteurs respectivement de T 6 et de T 4. I is 6 Log R_ i i ls 2 ( 2) is 6 og is 4 Application numérique: G = 100 isl = is 2 is 6 = 2 is 4 R 1 + R 2 = 100 R 3 R 1 = 6,64 R 4 On remarquera par ailleurs que le montage ci-dessus présente l'avantage de pouvoir fonctionner à des faibles va- leurs de Vcc (au moins égales à 3 Vbe; Vbe désignant la tension base-émetteur d'un transistor, soit environ 0,8 V). Selon la figure 3, la compensation par le courant i O est obtenue par un circuit plus simple que précédemment, en ce que le transistor TG est omis et que le transistor T 4 est monté en diode La compensation n'est qu'approchée et une con- dition est que i O soit très voisin de i. On a alors: VT i i O = Log i 4 i S 4 La figure 4 présente un amplificateur de puissance mettant en oeuvre une source de courant telle que définie ci-dessus La résistance R 5 est remplacée par deux résistances en série R'5 et R" 5 dont le point milieu constitue l'entrée E de l'amplificateur On obtient donc un gain en tension égal à Ri+R 2/R" 5, et un gain en courant égal à G. Exemple: R's = 1 MQ R" 5 = 1 k Q R 1 + R 2 = 100 k Q R 3 = 1 k Q On remarque que dans la description précédente, le courant io était introduit au point F commun aux résistances R 1 et R 2 de la branche d'entrée Comme la compensation est réalisée par introduction d'une chute de tension additionnelle dans la branche d'entrée, celle-ci peut s'effectuer en tout point de celle-ci En particulier, il pourrait n'y avoir qu'une résistance R 1 (R 2 = O) La présence de la résistance R 2 permet de faciliter le choix des valeurs. Revendications 1 Source de courant présentant un rapport donné entre un courant de sortie I et un courant d'entrée i et comprenant une première branche série comportant une première résistance en série avec le trajet de courant principal d'un premier transistor, de manière à être traversée par le courant d'en- trée i, et une deuxième branche série comportant une deuxième résistance en série avec le trajet de courant principal d'un deuxième transistor pour délivrer le courant de sortie I, le premier et le deuxième transistors étant agencés de manière à former un premier miroir de courant, caractérisée en ce qu'el- le comporte un circuit de compensation disposé de manière à faire passer, au moins dans une partie de la première branche série, un courant de compensation (io) dépendant linéairement de la température, de manière à produire dans la première branche série une chute de tension, de compensation sensible- ment égale à: V Log(_ t s I isl et i 52 désignant les constantes de courant caractéris- tiques respectivement du premier (Tl) et du deuxième (T 2) transistor. 2 Source de courant selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le circuit de compensation comporte une troisième branche série comportant les trajets de courant principal d'un troisième transistor (T 3) monté en diode et d'un quatrième transistor (T 4) ainsi qu'une quatrième branche série comportant le trajet de courant principal d'un cinquième transistor (TS) dont la base est connectée à celle du troisiè- me transistor (T 3) et une troisième résistance (R 4). 3 Source de courant selon la revendication 2, carac- térisée en ce que le quatrième transistor (T 4) est monté en diode. 4 Source de courant selon la revendication 3, carac- térisée en ce que la quatrième branche série comporte, entre le trajet de courant principal du cinquième transistor (T 5) et la troisième résistance (R 4), le trajet de courant principal d'un sixième transistor (T 6) dont la base est connectée au collecteur du quatrième transistor (T 4), dont le collecteur est connecté à la base du quatrième transistor (T 4), et dont l'émetteur a une surface supérieure à celle de l'émetteur du quatrième transistor (T 4). Source de courant selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la troisième branche série est agencée pour être traversée par un courant sensiblement égal au courant d'entrée (i). 6 Source de courant selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première branche série comporte une quatrième résistance (R 2) en série avec la pre- mière résistance (RI) et en ce que le compensateur de courant comporte une entrée connectée à un point commun à la première (RI) et la quatrième (R 2) résistance. 7 Source de courant selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une branche d'entrée présentant une résistance d'entrée (R 5) et formant un deuxième miroir de courant avec la première branche série. 8 Amplificateur de puissance, caractérisé en ce qu'il comporte une source de courant selon la revendication 7 la ré- sistance d'entrée étant constituée par un pont diviseur (R's, R" 5) dont le point milieu constitue l'entrée (E) de l'amplifi- cateur.