Brevet FR2661293A1 — publié le 19911025

A La présente invention concerne l'émission d'énergie pulsée et plus particulièrement, bien que non aclusivement, elle concerne un circuit de commande électrique pour provoquer l'émission par un dispositif à laser d'impulsions bien définies d'énergie infrarouge. Un tel circuit de commande s'avère nécessaire par exemple dans le domaine de la recherche de distance à haute résolution, ou des dispositifs à semi-conduc- teurs sont utilisés pour déclencher le dispositif à laser Il est nécessaire d'appliquer au dispositif à laser un courant suffisamment élevé pour être partagé parmi une pluralité de dispositifs à semi- conducteurs, mais, si l'on fait cela, un problème se pose à cause du fait oue l'impulsion de déclenchement, qui devrait avoir une forme bien définie et une courte durée (environ 10 nanosecondes ou plus), tend à se dégrader du fait des caractéristiques différentes des divers dispositifs. On a déjà proposé de s'attaquer à ces problèmes par un ajustement individuel des tensions de fonctionne- ment appliquées aux divers dispositifs Cependant, ceci n'est en pratique pas souhaitable et le but de la présente invention est de proposer une technique diffé- rente et plus satisfaisante pour résoudre ou limiter le problème indiqué précédemment. Selon l'invention, on propose un circuit élec- trique d'attaque destiné à appliquer une impulsion de courant de sortie, ce circuit incluant un premier dispositif à semi-conducteur à avalanche agencé pour recevoir une excitation impulsionnelle en réponse à laquelle il produit une impulsion électrique, et une pluralité de trajets parallèles connectés à la sortie et incluant respectivement des capacités de valeur égale et d'autres dispositifs semi-conducteurs à ava- lanche agencés pour recevoir l'impulsion électrique en parallèle pour appliquer à la sortie, en réponse à 11 bmpulsion électrique, simultanément la charge des capacités. L'invention consiste donc à provoquer l'exci- tation en parallèle, par un dispositif à avalanche, d'une pluralité d'autres dispositifs à avalanche. les dispositifs à avalanche utilisés en pra- tique sont des transistors, et l'on a trouvé en testant un certain nombre de ces dispositifs que les meilleurs résultats sont actuellement obtenus avec des disposi- tifs fabriqués par National Semi-Conductor et référencés sous les NI 21 5019 et 2 E 3725 Ceux-ci sont des dis- positifs épitaziaux au silicium à double diffusion, sans recouvrement et, en général, cette classe de disposi- tifs semble être la plus appropriée pour le but de la présente invention Il faut noter cependant que l'in- vention s'applique avec n'importe quel type de dispo- sitif à avalanche à transistor. En gardant le principe de l'invention, un certain nombre de dispositions sont possibles Des circuits ont été réalisés par exemple avec un transis- tor d'attaque alimentant trois transistors de sortie qui, à leur tour, déclenchent le laser Un autre cir- cuit comporte six transistors de sortie, agencés en deux groupes de trois, chaque groupe ayant un tran- sitor d'attaque respectif; les deux transistors d'atta Gue sont pilotés par un transistor commun de pré-attaque, tous les transistors étant utilisés dans le mode d'avalanche. On va maintenant décire en détail un mode d'exécution de l'invention en référence aux dessins annexés dans lequels: la figure 1 est une représentation schéma- tique par blocs d'un circuit selon un exemple de l'invention; la figure 2 montre une forme d'onde typique courant/temps pour une impulsion de déclenchement produite par le circuit de la figure 1; et la figure 3 montre une forme adéquate à circuit d'attaque pouvant être utilisé pour fournir de l'énergie au circuit de la figure 1. En se référant aux dessins, une impulsion à temps de montée rapide est produite d'une manière adéquate et appliquée à travers un transformateur de couplage 1 pour déclencher un transistor d'attaque à avalanche 2: ceci décharge des capacités 22 à 25 à travers la jonction base-émetteur de transistors à avalanche respectifs 3 à 6 Les capacités ont des valeurs égales ( 10 OF dans cet exemple), pour assurer des charges égales dans chaque base de transistor, et la configuration du circuit est telle que lorsqu'un dispositif commence à conduire il accro Ut la contrainte sur les autres dispositifs Ceci assure que tous les dispositifs sont déclenchés dans le mode d'avalanche avec une différence minimale en temps de retard entre eux: typiquement moins de 1 nanoseconde Des résis- tanches 13 à 16 (dans le cas présent de 27 Ohms) sont choisies pour établir les conditions d'avalanche opti- males des transistors. Lorsque les transistors 3 à 6 sont déclenchés dans le mode d'avalanche, ils déchargent alors les capacités 9 à 12 dans la charge 7 qui, dans cet exemple, est une diode laser RCA NI 40 862 les capa- cités 9 à 12 ont une valeur égale ( 390 p F dans cet exemple) pour assurer un partage de charge des transis- tors 3 à 6 La forme d'impulsion est déterminée par un réseau de formation d'impulsion, qui, dans cet exemple, est un réseau LOR à une section unique dans lequel l'inductance de boucle est déterminée oar le dessin du circuit et les inductances des composants et dans lequel la résistance de boucle inclut les résistances de la charge, des capacités, et, en particulier, les résistances des transistors à avalanche Un aspect de principe important de l'invention est que la résistance effective des transistors à avalanche dans cette appli- cation est une fonction du courant impulsionnel à tra- vers eux Cette résistance tombe à une valeur basse lorsque les dispositifs sont déclenchés mais remonte lorsque l'impulsion de courant est réduite Ainsi, le circuit LCR est sous-amorti pour le front arrière de l'impulsion, comme on le voit sur la figure 2 L'impul- sion de sortie ainsi produite présente un faible dépas- sement et l'énergie inverse appliquée à la charge est faible et ne rend pas nécessaire, dans le cas du cir- cuit décrit, une protection spéciale pour lediode à laser (telle qu'une diode rapide polarisée en inverse et connectée en parallèle avec la charge). Les inductances 17 à 21 (chacune de 100 micro- henrys dans cet exemple)représentent des impédances élevées pour l'impulsion mais des impédances faibles pour le courant de charge des capacités 9 à 12 et 22 à 25 La résistance 8 est choice pour empocher le laser de subir une décharge inverse pendant la période de charge et aussi pour fournir un amortissement pour le circuit de courant de charge. Un transformateur 26 est montré sur le dessin. Il ne serait pas inclus dans un circuit effectivement utilisé pour une recherche de distance mais il peut être utilisé pour le couplage, dans des conditions expérimentales, de l'impulsion de déclenchement de sortie à contraler. La figure 2 montre une trace typique apparais- sant sur un oscilloscope lors du fonctionnement du circuit de la figure 1 On peut voir que l'amplitude de l'impulsion est d'environ 60 ampères et que la durée de l'impulsion est juste inférieure à 15 nanosecondes. L'énergie pour faire fonctionner le circuit de sortie en relation avec la figure 1 est appliquée à travers le circuit de haute tension négative et peut être obtenue commodément à partir d'un circuit d'atta- aue résonnant à self de choc du type visible à la figure 3. Les transistors 27 et 28 déterminent la fréquence de répétition d'impulsion du système Cette fréquence peut varier de 1 k Hz à 100 k Hz grace à une résistance variable 29 Le générateur de fréquence de répétition, montré à l'intérieur du trait tireté 30, déclenche un circuit monostable, montré à l'intérieur du trait tireté 31, dans lequel les transistors 32 et sont les transistors de base et la capacité 34 est la capacité de temporisation la résistance 35 est la résistance de temporisation de base et ceci détermine la largeur d'impulsion maximum et donc l'énergie maxi- mum qui peut être transmise au circuit de sortie La largeur d'impulsion est commandée en fournissant un courant supplémentaire à la capacité 54 à travers des transistors 36 et 37 en fonction de la résistance d'une résistance variable 38. Des transistors 59 et 40 fournissent un gain en courant pour piloter le transistor 41 de la self de choc, et un transistor 42 est utilisé avec une capacité pour assurer le blocage rapide du transistor 41 à la fin de la période d'attaque, minimisant par consé- quent les pertes de commutation. Le transistor 41 est typiquement excité pendant 7 microsecondes avec un courent de crête de 800 m A Le transformateur 44 a un rapport de nombre de spires de 1:5 et l'enroulement secondaire établit sa tension d'oscillation de crête d'environ 250 volts en juste un peu moins de 5 microsecondes. Il faut bien remarquer que l'énergie peut être appliquée de toute manière commode au circuit de sortie. La description de la figure 3 qui précède est là pour donner un exemple complet de réalisation. Il faut encore noter que pour obtenir les per- formances de circuit citées, le dessin physique et le mode de construction effectif du circuit sont très importants de même que le choix des composants utilisés. Cependant, il s'agit du domaine des connaissances de l'homme de métier pour ce qui esu des dessins de circuits et is ne seront pas décrits en détail ici. REVENTDICATIONS 1 Circuit d'attaque électrique pour appliquer une impulsion de courant à une sortie du circuit, caractérisé par le fait qu'il comporte un premier dis- positif à avalanche à semi-conducteur agencé pour recevoir une excitation impulsionnelle en réponse à laquelle il produit une impulsion électrique, et une pluralité de trajets parallèles aux bornes de la sortie, incluant respectivement des capacités d'égale valeur et d'autres dispositifs à avalanche à semi-conducteur, ces derniers étant agences pour recevoir l'impulsion élec- trique en parallèle pour appliquer simultanément la charge des capacités à la sortie en réponse à l'impulsion électrique. 2 C Ircuit selon la revendication 1, caractéi- se par le fait que les dispositifs sont des transistors à avalanche, dont les bases sont connectées en parallèle pour recevoir l'impulsion électrique, et par le fait que lesdits trajets comprennent des dispositions en série respectives des trajets collecteur-émetteur des transistors avec lesdites capacités. Circuit selon la revendication 2, caractéri- sé par le fait qu'il comprend en outre d'autres capa- cités d'égale valeur connectées aux trajets respectifs collecteurémetteur et connectées en commun au premier dispositif à avalanche pour appliquer leurs charges aux bases des autres dispositifs à avalanche lorsque le Dremier dispositif à avalanche reçoit ladite excita- tion. 4 Circuit selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une impédance reliant la jonction commune des autres capacités et le premier -S dispositif à avalanche à un c 8 té de la sortie. Circuit selon la revendication 4, caracté- risé par le fait que l'impédance est une inductance. 6 Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait Qu'il comprend une diode à laser connectée aux bornes de la sortie.