Brevet FR2679716A1 — publié le 19930129

SYSTEME DE GENERATION D'UNE IMPULSION DE HAUTE TENSION DESCRIPTION La présente invention concerne un système de génération d'une impulsion de haute tension. Elle s'applique en particulier - à la déflexion d'une caméra à balayage de fente ("steak camera", dans les publications en langue anglaise), - à la commande de l'ouverture d'un découpeur de laser ("laser slicer" dans les publications en langue anglaise) comportant une cellule de Pockels et - plus généralement, à la commande de tout dispositif dont le fonctionnement nécessite des impulsions de haute tension dont la durée est inférieure à 1 nanoseconde (ns). On connaît déjà des systèmes de génération d'une impulsion rapide de haute tension, qui sont notamment utilisables pour commander le balayage d'une caméra à fente ou l'ouverture d'un découpeur de Laser. Chacun de ces systèmes connus comprend : - une photodiode associée à un transistor à avalanche, - un circuit de remise en forme de l'impulsion produite par ce transistor, et - un circuit de génération de rampes qui envoie, à une charge (load" dans les publications en langue anglaise) d'impédance connue, un signal d'amplitude et de pente souhaitées. Ce circuit de génération peut etre réalisé - avec un ou plusieurs transistors à avalanche - ou avec une triode en céramique - ou encore avec un éclateur. La présente invention résout le problème de la conception d'un système de génération d'une impulsion de haute tension - qui soit plus simple et moins coûteux que les systèmes connus, mentionnés plus haut, et - qui permette d'obtenir des impulsions rapides. Par "impulsion rapide", on entend une impulsion dont le temps de montée (ou de descente) est très court et vaut par exemple moins de 100 picosecondes (ps) pour 2 kV, ce qui correspond à un front ("slew rate" dans les publications en langue anglaise), montant (ou descendant) tres raide, 13 supérieur à 10 V/s. Par comparaison, une impulsion "lente" aurait, par exemple, un front de montée (ou de 12 descente) de l'ordre de 10 V/s. Pour résoudre ce problème, le système de génération d'une impulsion de haute tension, qui fait L'objet de la présente invention, est caractérisé en ce qu'il comprend : - une source de haute tension continue, - un condensateur qui est chargé, d'un coté, par ta source et qui est destiné à etre relié, de l'autre, à une charge par l'intermédiaire d'une liaison électrique adaptée à cette charge, et - un élément semiconducteur passif formant un commutateur photosensible qui se ferme Lorsque l'élément semiconducteur reçoit une impulsion lumineuse et qui est ouvert en l'absence d'impulsion lumineuse, la fermeture de ce commutateur provoquant La décharge du condensateur et donc la formation d'une impulsion de haute tension qui alimente la charge. Le système objet de L'invention est avantageux en ce qu'il permet la génération directe, sans composant actif, d'une impulsion rapide de haute tension, en vue d'alimenter une charge dont l'impédance est connue. Selon un mode de réalisation préféré du système objet de l'invention, L'élément semiconducteur est une diode qui supporte la haute tension et qui est polarisée en inverse par la source. Cette diode supportant la haute tension peut etre faite à partir de silicium. Dans une réalisation particulière de l'invention, l'élément semiconducteur est un morceau de matériau semiconducteur de résistivité très élevée, de l'ordre de 10 ohm.cm ou plus. On peut par exemple utiliser à cet effet un morceau d'un composé semiconducteur III-V, tel que AsGa ou CdTe par exemple. Cependant, une diode au silicium présente un avantage sur cette réalisation particulière : Dans le silicium, le temps de recombinaison des porteurs est plus long, ce qui permet La réalisation de créneaux de tension plus longs, dont La durée est ajustable à volonté en fonction de la valeur choisie pour la capacité du condensateur. Le système objet de l'invention peut comprendre en outre un laser apte à former l'impulsion lumineuse (qui déclenche le système, c'est-à-dire qui ferme le commutateur). L'impulsion Lumineuse peut etre envoyée directement du laser à l'élément semiconducteur. Cependant, de préférence, le système objet de l'invention comprend en outre une fibre optique qui amène l'impulsion lumineuse issue du laser jusqu 'à l'élément semiconducteur. En effet, le système a une sensibilité telle qu'il suffit d'une impulsion lumineuse de faible intensité pour le déclencher. Donc, si l'on dispose d'un laser de forte puissance, il suffit de prélever une faible partie du faisceau émis par ce laser et d'injecter cette partie dans la fibre optique, pour déclencher le système. La majeure partie du faisceau est alors utilisable à d'autres fins. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du système objet de l'invention, - la figure 2 montre des impulsions de haute tension que l'on peut obtenir avec un système du genre de celui qui est représenté sur la figure 1, et - la figure 3 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier du système objet de l'invention. Le système conforme à l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1 comprend : - une source 2 de haute tension continue qui, à titre purement indicatif et nullement limitatif, est continûment réglable de O à 2 kV, - un condensateur 4 et - un commutateur photosensible 6. Ce commutateur est une diode 6 (diode PN) qui supporte la haute tension et qui est par exemple faite à partir de silicium (ce type de diode est commercialement disponible). Le système représenté sur la figure 1 comprend aussi une résistance électrique de polarisation 8 qui forme avec le condensateur 4 (condensateur de mise en forme) un té capacitif de polarisation continue 10. La borne négative - de la source 2 est mise à la masse et sa borne positive + est reliée à une borne de la résistance 8. L'autre borne de cette résistance 8 est reliée à une borne du condensateur 4 ainsi qu'à la cathode de la diode 6 (d'où une polarisation en inverse de la diode 6). L'anode de cette diode 6 est mise à la masse. L'autre borne S du condensateur constitue la sortie du système de la figure 1. Lors de son utilisation, ce système est relié à une charge 12 par l'intermédiaire d'une liaison électrique 14 adaptée à cette charge 12 afin d'éviter une réflexion de l'impulsion qui est engendrée par le système Lors de son fonctionnement et qui est envoyée à la charge 12. Cette charge 12 est par exemple le circuit de balayage d'une caméra à fente, fermé dans le cas présent sur une impédance de 50 ohms. Sur La figure 1, la charge 12 est symbolisée par une résistance électrique dont une borne est reliée à la sortie S par l'intermédiaire de La liai son électrique 14 et dont L'autre borne est mise à la masse. Le déclenchement du système représenté sur la figure 1 est réalisé grâce à une impulsion lumineuse engendrée par un laser 16. Ce laser 16 est par exemple un laser YAG à mode bloqué. L'impulsion lumineuse issue de ce laser est envoyée, par l'intermédiaire d'une fibre optique 18, à la diode 6 (dont L'enrobage, opaque à la lumière du laser, a été retiré), afin d'éclairer cette diode 6. L'impulsion du laser pourrait être envoyée directement sur la diode 6 comme on l'a indiqué en pointillés sur la figure 1. On explique ci-apres le fonctionnement du système représenté sur la figure 1. Lorsque la diode 6 n'est pas éclairée, elle possède une résistance électrique équivalente très élevée puisqu'elle est montée en inverse. La diode constitue ainsi un commutateur ouvert. Alors, le condensateur 4 est chargé par la source 2. Lorsque la diode 6 est éclairée par l'impulsion lumineuse du laser 16, la conductivité électrique de la diode 6 augmente au fur et à mesure que l'intensité lumineuse incidente augmente, jusqu'à ce que cette diode 6 se comporte comme un courtcircuit. Le commutateur qu'eLle constitue est alors fermé. Ceci provoque la décharge du condensateur et donc la formation d'une impulsion de haute tension négative qui est disponible à la sortie S et envoyée à la charge 12. On voit sur la figure 2 l'évolution de la tension Vs, en fonction du temps t, à la sortie S d'un système du genre de celui de la figure 1, avec une haute tension de polarisation de +400 V - lorsque le système est relié seulement à un appareil de mesure, tel qu'un oscilloscope ultrarapide (courbe I), et - lorsque le système est relié, par un câble coaxial 50 ohms de 1 m de long, à L'entrée de la ligne de déflexion faisant partie du tube d'une caméra à balayage de fente Philips Composants P750, dont l'impédance caractéristique vaut 50 ohms et qui nécessite une impulsion de balayage de 400 V d'amplitude (coube Il), la sortie de la ligne étant reliée à l'oscilloscope précédemment mentionné. Le front montant des impulsions des courbes I et Il n'est pas représenté sur la figure 2. En revenant à la figure 1, on notera que le signe de la polarisation créée par la source pourrait être inversé. Alors, il faudrait relier la cathode de la diode 6 à la masse et son anode au pôle négatif de la source 6. L'impulsion engendrée serait, dans ce cas, positive. On notera également que l'impulsion de haute tension engendrée est quasiment synchrone de l'impulsion lumineuse incidente. Le front montant (cas d'une polarisation par une haute tension négative), ou descendant (cas d'une polarisation par une haute tension positive), de l'impulsion de haute tension produite est d'autant plus raide que l'impulsion lumineuse incidente possède ellemême un temps de montée court. Le front arrière descendant, ou montant, suivant le signe de la polarisation, de cette impulsion de haute tension est défini par la valeur de La constante de temps R.C où R est la valeur de la résistance 8 et C la valeur de la capacité du condensateur 4. La figure 3 illustre schématiquement un autre système conforme à l'invention, qui diffère simplement du système de la figure 1 par le fait que la diode 6 y est remplacée par un barreau 20 d'un semiconducteur III-V, par exemple un barreau de section rectangulaire de AsGa, dont une extrémité est mise à la masse et dont l'autre extrémité est reliée à la borne commune au condensateur 4 et à la résistance 8. Pour déclencher le système de la figure 3, on éclaire le barreau 20 par l'impulsion lumineuse qui est produite par te laser 16 et qui peut être amenée par la fibre 18 jusqu'au barreau 20. A titre purement indicatif et nullement limitatif, Le barreau 20 a : - une longueur de l'ordre de 500 micromètres, - une largeur de l'ordre de 500 micromètres, et - une épaisseur de l'ordre de 500 micromètres. REVENDICATIONS 1. Système de génération d'une impulsion de haute tension, caractérisé en ce qu'il comprend - une source de haute tension continue (2), - un condensateur (4) qui est chargé, d'un coté, par la source et qui est destiné à être relié, de l'autre, à une charge (12) par l'intermédiaire d'une liaison électrique (14) adaptée à cette charge, est - un élément semiconducteur passif (6, 20) formant un commutateur photosensible qui se ferme lorsque l'élément semiconducteur reçoit une impulsion lumineuse et qui est ouvert en l'absence d'impulsion lumineuse, la fermeture de ce commutateur provoquant la décharge du condensateur (4) et donc la formation d'une impulsion de haute tension qui alimente la charge (12). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément semiconducteur est une diode (6) qui supporte la haute tension et qui est polarisée en inverse par la source (2). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette diode (6) est faite à partir de silicium. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément semiconducteur est un morceau (20) de matériau semiconducteur de résistivité 8 très élevée, de l'ordre de 10 ohm.cm ou plus. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est déclenché par un laser (16) apte à former l'impulsion lumineuse. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'impulsion lumineuse est envoyée directement du laser (16) à l'élément semiconducteur (6, 20). 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une fibre optique (18) qui amène l'impulsion lumineuse issue du laser (16) jusqu'à l'élément semiconducteur (6, 20).