Brevet FR2714496A1 — publié le 19950630

L'invention concerne un générateur de courant constant comprenant une première et une deuxième source de courant commandée, un premier, un deuxième et un troi- sième transistor, ainsi qu'une première résistance, géné- rateur dans lequel la base du deuxième transistor est raccordée au collecteur du premier transistor, l'émetteur du premier transistor se trouve au potentiel de référence du circuit, la première source de courant commandée est reliée à la base du premier transistor, la deuxième source de courant commandée est raccordée au collecteur du deuxième transistor, collecteur qui est lui-même relié à la base du troisième transistor, et dans lequel ou bien la première résistance relie la base du premier transis- tor au collecteur de celui-ci et l'émetteur du deuxième transistor se trouve au potentiel de référence, ou alors la première résistance relie l'émetteur du deuxième tran- sistor au potentiel de référence et la base du premier transistor est raccordée directement au collecteur de ce- lui-ci. Un tel générateur de courant constant est connu par le document DE 36 10 158. Le générateur décrit dans ce document, en par- ticulier relativement à la figure 4, contient une source de tension de référence de largeur de bande interdite ("Band-Gap") par laquelle est produit un courant constant. Un tel circuit de largeur de bande interdite est réalisé généralement selon la technique des circuits intégrés et il fournit une tension de sortie restant es- sentiellement constante en cas de variations de la tempé- rature. Dans ce but, on fait appel à une caractéristique déterminée, dépendante de la température, de la tension base-émetteur VBE d'un transistor, du fait qu'un premier transistor, servant de diode, et un deuxième transistor sont utilisés avec différentes intensités de courant émetteur afin de créer aux bornes d'une première résis- tance une tension proportionnelle à la différence des tensions baseémetteur VBE correspondantes. Cette tension différentielle possède un coefficient de température po- sitif et il en est donc de même pour le courant traver- sant la première résistance. A l'aide d'un circuit de courant dit à miroir ou symétrique, ce courant est repro- duit dans un circuit de sortie. Le document DE 36 10 158 indique de quelle manière le coefficient de température de ce courant de sortie peut être annulé par une ou deux résistances additionnelles. Il est connu aussi de générer une tension de sortie indépendante de la température en faisant passer le courant à travers le montage en série d'une diode et d'une résistance. Le générateur de courant constant connu, men- tionné précédemment, contient un circuit de démarrage qui active le générateur et le maintient à l'état actif quand la tension d'alimentation est appliquée. En vue d'une faible consommation d'énergie, il est utile, pour de nombreuses applications, de pouvoir arrêter le générateur quand cela est possible. La pré- sente invention a donc pour but d'indiquer un générateur de courant constant, du type mentionné au début, qui puisse être enclenché et arrêté quand la tension d'ali- mentation est appliquée et soit remarquable en plus par une faible consommation d'énergie. Selon l'invention, on obtient ce résultat par le fait que le générateur comprend un circuit de courant dit à miroir (à rapport géométrique des aires d'émet- teur), comportant une entrée et une sortie, dont l'entrée est raccordée au collecteur du troisième transistor et dont la sortie commande d'une part les deux sources de courant et peut d'autre part être reliée à travers une deuxième résistance et au moyen d'un inverseur au poten- tiel de référence du circuit ou à la source de tension de service, et qu'une troisième source de courant, commandée par le circuit de courant à miroir, fournit un courant constant. Conformément à l'invention, le collecteur d'un troisième transistor, appartenant à la source de tension de référence de largeur de bande interdite, est relié à l'entrée d'un circuit de courant à miroir dont la sortie commande trois sources de courant. Les deux premières alimentent respectivement le premier et le deuxième tran- sistor de la source de tension de référence, tandis que la troisième source de courant produit le courant constant désiré dans une charge. De plus, la sortie du circuit de courant à miroir peut être reliée à travers une résistance, soit au potentiel de référence, ce qui provoque la mise en marche du générateur de courant constant, soit au potentiel de service du circuit, ce qui rend le générateur inopérant. Le générateur selon l'in- vention autorise, alors que la tension d'alimentation est appliquée, l'enclenchement et l'arrêt de la fonction de fourniture d'un courant constant, et l'agencement est tel qu'en particulier à l'état arrêté, il circule seulement un courant de fuite minimal. Le générateur selon l'invention est réalisable de manière que s'il est conçu sous la forme d'un circuit intégré, il absorbe seulement un courant inférieur à 100 nA. D'après un mode de réalisation avantageux du générateur de courant constant selon l'invention, le cir- cuit de courant à miroir est composé d'un transistor fai- sant office de diode et d'un transistor coordonné faisant office de source de courant. De plus, une résistance re- lie le collecteur du transistor-diode à la base de ce transistor, tandis qu'une autre résistance relie la sor- tie du circuit de courant à miroir, c'est-à-dire le col- lecteur du transistor-source de courant correspondant, au collecteur du transistor-diode. Avec ces deux résistances additionnelles, on obtient une meilleure stabilité dyna- mique du générateur de courant constant. Pour le circuit de courant à miroir, constitué par un transistor-diode et un transistor-source de cou- rant coordonné, on peut utiliser un transistor à double collecteur, de sorte qu'il faut seulement une petite aire de surface en cas d'intégration du circuit. On a prévu en outre des dispositions pour sup- primer la tendance à l'oscillation du générateur de cou- rant constant par le raccordement d'un élément RC à la base du troisième transistor appartenant à la source de tension de référence de largeur de bande interdite. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 représente un premier exemple de réalisation du générateur de courant constant selon l'in- vention; - la figure 2 montre un autre exemple de réali- sation d'un tel générateur; et - la figure 3 est le schéma fonctionnel d'un exemple d'application d'un générateur de courant constant selon la figure 1 ou 2. D'après la figure 1, une source de tension constante (de référence), dite de largeur de bande inter- dite, comprend un premier transistor npn Q3, un deuxième transistor npn Q4 et un troisième transistor npn Q5, dont le deuxième Q4 possède une plus grande aire d'émetteur que le premier Q3. Tous les trois transistors Q3, Q4 et Q5 se trouvent par leurs émetteurs au potentiel de réfé- rence (masse) du circuit. L'électrode de base du premier transistor Q3 est reliée à travers une première résis- tance Ri au collecteur de celui-ci et aussi à la base du deuxième transistor Q4. Le collecteur de ce dernier est relié à la base du troisième transistor Q5 dont le col- lecteur est relié à un circuit de courant à miroir Q6. Ce circuit est composé d'un transistor faisant office de diode ainsi que d'un transistor coordonné faisant office de source de courant et l'ensemble de ce circuit est constitué par un transistor pnp à double collecteur. La base de ce transistor est reliée à une borne de collec- teur pour la formation de l'entrée, tandis que la seconde borne de collecteur forme la sortie du circuit de courant à miroir. Cette sortie est raccordée aux électrodes de base de trois transistors pnp formant des sources de cou- rant et désignés respectivement par Q1, Q2 et Q7, dont les électrodes d'émetteur se trouvent directement au po- tentiel de service VS. Le premier transistor-source de courant Q1 génère un courant pour la base du premier transistor Q3, de même que son courant collecteur, tandis que le deuxième transistor-source de courant Q2 est relié par son collecteur à la borne de collecteur du deuxième transistor Q4. Le troisième transistor-source de courant Q7 sert de source de courant de sortie et fait circuler un courant de sortie Isor constant à travers une charge Rch. Enfin, à la sortie du circuit de courant à miroir Q6 est raccordée une deuxième résistance R2 qui peut être reliée, quand à elle, par un inverseur S, ou bien au po- tentiel de référence (position I) ou alors au potentiel de service VS du circuit (position II). Dans le cas du montage montré par la figure 1, la cellule de largeur de bande interdite est formée par les deux transistors Q3 et Q4 et la résistance R1. La différence de tension, produite par les densités de cou- rant différentes des aires émetteur-base des deux tran- sistors Q3 et Q4, agit à travers la résistance R1. Le même effet peut être obtenu par une résistance R1 qui, contrairement à la figure 1, n'est pas montée dans la branche de collecteur du transistor Q3, mais dans la branche d'émetteur du transistor Q4, auquel cas la base du transistor Q3 est reliée directement à son collecteur. Les deux variantes quant au montage de la résistance R1, sont montrées aussi dans les figures la et lb du brevet DE 36 10 158 déjà mentionné au début. A la position I de l'inverseur S, le circuit est démarré du fait que, par suite de l'évacuation des courants de base des transistors Q1, Q2 et Q7 à travers la résistance R2, un courant collecteur est généré dans les transistors Q1 et Q2. Ces courants collecteurs des transistors Q1 et Q2 font démarrer le mécanisme de ré- glage des transistors Q3, Q4 et Q5 déterminant la source de tension constante de largeur de bande interdite. Ce mode de fonctionnement, en relation avec le circuit de courant à miroir Q6 ainsi que les sources de courant com- mandées Q1 et Q2, sera expliqué plus en détail dans ce qui suit. Lorsque les courants sont très petits, on peut, pour commencer, négliger la chute de tension apparaissant aux bornes de la résistance R1. Comme les courants géné- rés par les sources de courant Q1 et Q2 sont égaux entre eux, alors que le rapport de l'aire émetteur-base du transistor Q4 à l'aire émetteur- base du transistor Q3 est supérieur à l'unité, le transistor Q4 entre en satura- tion. Le transistor Q5 et le circuit de courant à miroir Q6 sont ainsi privés de courant, de sorte que le courant traversant la résistance R2 circule seulement dans les bases des transistors-sources de courant Q1, Q2 et Q7. A mesure que le courant augmente, la chute de tension de- vient importante et réduit la tension base-émetteur du transistor Q4 par rapport à celle du transistor Q3. Quand le transistor Q4 sort de saturation, un courant commence à circuler à travers le transistor Q5, courant qui s'op- pose en plus, à travers le circuit de courant à miroir Q6, au courant passant par la résistance R2. Le point d'équilibre du circuit est ainsi atteint; si le courant traversant la résistance R2 augmente davantage, les cou- rants fournis par les sources Q1, Q2 et Q7 ne changent pratiquement plus. La valeur de la résistance R2 fixe la valeur de la tension d'alimentation à laquelle le courant de sortie Isor devient constant. A la position II de l'inverseur S, le généra- teur de courant constant selon l'invention est inactif, ce qui veut dire que la source de courant Q7 ne délivre pas de courant de sortie Isor constant. Etant donné que, dans cette situation du circuit, les bases des transis- tors-sources de courant Q1, Q2 et Q7 ne présentent pas de tensions résiduelles, les courants de fuite qui circulent sont minimaux. A l'état enclenché du générateur de courant constant selon la figure 1, le courant traversant la ré- sistance R2 est compensé par le courant passant par le circuit de courant à miroir Q6. S'il y a une grande am- plitude de variation de ce courant dans la résistance R2, il devient difficile d'assurer la stabilité dynamique pour tous les points de fonctionnement du circuit. La figure 2 montre à cet égard une exécution perfectionnée du générateur de courant constant selon la figure 1. Le générateur selon la figure 2 se compose es- sentiellement des mêmes composants, lesquels sont pourvus des mêmes références pour cette raison. C'est ainsi que l'on a prévu ici également une source de tension constante de largeur de bande interdite, formée par un premier, un deuxième et un troisième transistor npn, dé- signés respectivement par Q3, Q4 et Q5, ainsi que les sources de courant Q1, Q2 et Q7 commandées par le circuit de courant à miroir Q6. Enfin, la deuxième résistance R2 - servant au démarrage du circuit - peut également être reliée par l'inverseur S au potentiel de référence (position I) ou au potentiel de service VS (position II). En comparaison avec le circuit selon la figure 1, celui montré par la figure 2 comporte en plus une troisième et une quatrième résistance R3 et R4. La troi- sième résistance R3 est montée entre l'électrode de base du transistor à double collecteur Q6 et une électrode de collecteur de ce transistor, celle appartenant au tran- sistor faisant office de diode. La quatrième résistance R4 relie l'autre électrode de collecteur du circuit Q6 à la deuxième résistance R2, dont le point de connexion avec cette quatrième résistance R4 est relié à l'électrode de collecteur mentionnée en premier du transistor à double collecteur Q6. Comme une plage de 1,5 à 5,25 V est prévue pour la tension d'alimentation, la chute de tension aux bornes de la deuxième résistance R2 varierait entre 0,6 et 4,65 V dans le montage selon la figure 1. Ceci conduirait à une amplitude de variation du courant collecteur du troi- sième transistor Q5 de 1: 7-8, ce qui affecterait la stabilité dynamique et obligerait aussi à accepter une tendance à l'oscillation du circuit. Par contre, les deux résistances R3 et R4, prévues en supplément selon la fi- gure 2, n'entraînent plus, sur le transistor Q5, qu'une amplitude de variation d'environ 2: 3, de sorte qu'on obtient une stabilité dynamique nettement meilleure dans toute la plage de tension d'alimentation précitée. Aux transistors pnp Q1, Q2, Q6 et Q7, sont co- ordonnées en outre des résistances d'émetteur R5, R6, R7 et R8, ce qui réduit les dispersions entre les différents composants ainsi que les influences capacitives. Afin de réduire la tendance à osciller du géné- rateur de courant constant selon l'invention, on a prévu en plus un élément RC, formé d'une résistance R9 et d'une capacité C, entre la base du troisième transistor Q5 et le potentiel de référence du circuit, ainsi qu'une résis- tance d'émetteur R10 pour ce même transistor Q5. Le générateur de courant constant selon l'in- vention, tel qu'il est représenté sur la figure 2, est applicable par exemple dans un circuit montré par la fi- gure 3 et qui reçoit un signal radioélectriqure pour com- mander un appareil d'horlogerie. Le dispositif représenté sur la figure 3 comprend un circuit récepteur 1 qui contient le générateur de courant constant 2 selon l'in- vention et est relié à une antenne 4. Ce circuit récep- teur envoie par une ligne la l'information reçue à un mi- croprocesseur (CP) 5 qui provoque à son tour, à travers une ligne 5a, l'enclenchement ou l'arrêt du générateur de courant constant 2, en assurant donc la fonction de l'in- verseur S selon la figure 2. A travers une autre ligne b, le microprocesseur 5 pilote le circuit de commande de montre (ou d'un autre appareil d'horlogerie) 6 proprement dit. Dans une telle application du générateur de courant constant selon l'invention, celui-ci absorbe 20 à 300 FA à l'état actif et seulement moins de 100 nA à l'état ar- rêté, le circuit de commande 6 de la montre à quartz ab- sorbant 0,5 MA. Les exemples montrés par les figures 1 et 2 sont réalisables aussi avec des transistors du type de conductivité contraire. Enfin, la résistance Ri, utilisée dans la cellule de largeur de bande interdite, peut être disposée aussi, pour ce qui concerne les exemples mon- trés, dans la branche d'émetteur du transistor Q4, auquel cas la base du transistor Q3 est raccordée directement au collecteur de ce transistor. REVENDICATIONS 1. Générateur de courant constant comprenant une première et une deuxième source de courant (Q1, Q2) commandée, un premier, un deuxième et un troisième tran- sistor (Q3, Q4, Q5), ainsi qu'une première résistance (R1), générateur dans lequel la base du deuxième transis- tor (Q4) est raccordée au collecteur du premier transis- tor (Q3), l'émetteur du premier transistor (Q3) se trouve au potentiel de référence du circuit, la première source de courant (Q1) commandée est reliée à la base du premier transistor (Q3), la deuxième source de courant (Q2) com- mandée est raccordée au collecteur du deuxième transistor (Q4), collecteur qui est lui-même relié à la base du troisième transistor (Q5), et dans lequel ou bien la pre- mière résistance (R1) relie la base du premier transistor (Q3) au collecteur de celui-ci et l'émetteur du deuxième transistor (Q4) se trouve au potentiel de référence, ou alors la première résistance (R1) relie l'émetteur du deuxième transistor (Q4) au potentiel de référence et la base du premier transistor (Q3) est raccordée directement au collecteur de celui-ci, caractérisé en ce qu'il com- prend un circuit de courant dit à miroir (à rapport géo- métrique des aires d'émetteur) (Q6), comportant une en- trée et une sortie, dont l'entrée est raccordée au col- lecteur du troisième transistor (Q5) et dont la sortie commande d'une part les deux sources de courant (Q1, Q2) et peut d'autre part être reliée à travers une deuxième résistance (R2) et au moyen d'un inverseur (S) au poten- tiel de référence du circuit ou à la source de tension de service (Vs), et qu'une troisième source de courant (Q7), commandée par le circuit de courant à miroir (Q6), four- nit un courant constant (Isor). 2. Générateur de courant constant selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le circuit de cou- rant à miroir (Q6) est composé d'un transistor faisant office de diode et d'un transistor faisant office de il source de courant, qu'une troisième et une quatrième ré- sistance (R3, R4) sont prévues, que la troisième résis- tance (R3) relie le collecteur du transistor-diode à la base de ce transistor, que la quatrième résistance (R4) est connectée entre la sortie du circuit de courant à mi- roir (Q6) et la deuxième résistance (R2) et que le col- lecteur du transistor-diode du circuit de courant à mi- roir (Q6) est raccordé au point de connexion reliant la deuxième à la quatrième résistance (R2, R4). 3. Générateur de courant constant selon la re- vendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un transistor à double collecteur est utilisé comme circuit de courant à miroir (Q6). 4. Générateur de courant constant selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un élé- ment RC (R9, C) est connecté entre la base du troisième transistor (Q5) et le point de référence du circuit.