FR2466136A1 - Convertisseur de signaux - Google Patents

Abstract

A.CONVERTISSEUR DE SIGNAUX AYANT UNE SOURCE DE COURANT 8 CONSTANT, UN GENERATEUR DE SIGNAUX 21, PREMIER MOYEN - 6, 7 DONNANT UN PREMIER COURANT DIFFERENTIEL I - 12 I, ET UN SECOND MOYEN 10, 9, 19 POUR DONNER UN SECOND COURANT DIFFERENTIEL I 12 I). B.CONVERTISSEUR CARACTERISE PAR UN MOYEN 18 POUR SUPPRIMER L'INFLUENCE DU COURANT D'ENTREE DU SEMI-CONDUCTEUR 9 SUR LES SIGNAUX DIFFERENTIELS DE SORTIE I - I. C.L'INVENTION S'APPLIQUE A LA CONVERSION DES SIGNAUX.

Description

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La présente invention concerne un convertisseur de signaux et notamment un convertisseur de signaux pour convertir un signal d'entrée à sens unique et un signal différentiel de sortie. Les convertisseurs de signaux tels que par exem- ple les amplificateurs différentiels servant à convertir un

signal d'entrée à sens unique en un signal de sortie différen-

tiel constituent des circuits bien connus dans la technique.

L'un de ces convertisseurs de signaux comporte une paire de transistors formant un amplificateur dfférentiel. On applique une tension continue de polarisation à la base de chacun des transistors et l'une des bases des transistors est mise à la masse pour supprimer l'effet des courants alternatifs. En outre on applique un signal de tension à la base du transistor non mis à la masse et sur les collecteurs des deux transistors on dérive un signal différentiel de sortie. Toutefois comme il

faut un circuit de polarisation pour un tel amplificateur diffé-

rentiel, on arrive à un circuit de construction relativement

complexe et on ne peut utiliser efficacement la source de ten-

sion des transistors.

Une invention (79 25 495) était prévue pour remédier aux difficultés du circuit décrit ci-dessus, de façon à utiliser efficacement la source de tension sans avoir besoin de circuit

de polarisation; ce circuit connu comporte un premier transis-

tor dont la base est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une

paire de diodes en série, traversées par un courant constant.

La base d'un second transistor est reliée à l'émetteur du premier transistor et à la masse par l'intermédiaire d'une diode; il reçoit un signal d'intensité. Ce circuit donne des signaux de sortie différentiels d'intensité sur les collecteurs des deux

transistors. Toutefois pour que ce circuit fonctionne correcte-

ment, il faut que le courant constant fourni à la paire de diodes branchées en série, soit beaucoup plus important que le gnal d'intensité.. Si cette condition n'est pas satisfaite, les

courants différentiels de sortie sur les collecteurs des transis-

tors sont déformés. En outre dans un tel circuit, on ne peut augmenter efficacement le courant constant pour satisfaire à la condition selon laquelle le courant constant est beaucoup

plus grand que le signal d'intensité.

Un troisième circuit connu a tenté de résoudre ce problème dans le circuit mentionné ci-dessus et en tant que tel il ne donne pas de signaux de sortie déformés quelle que

soit la relation entre le courant constant et le signal d'inten-

sité; ce circuit peut s'utiliser en combinaison avec une source de tension relativement basse, Dans ce circuit, un courant cons- tant traverse un premier chemin de deux diodes branchées en série et un second chemin formé d'une diode et du chemin collecteur-émetteur d'un transistor branchés en série. Le signal d'intensité est appliqué au point de jonction des deux diodes du premier chemin, à la base du transistor du second chemin et à un second transistor. Le collecteur du premier

transistor est également relié à la base d'un troisième transis-

tor ainsi qu'au signal différentiel d'intensité obtenu sur les

collecteurs du second et du troisième transistors. Dans ce cir-

cuit, les courants de sortie sur les collecteurs du second et du troisième transistors ne sont pas déformés quelle que soit

la relation entre le courant constant et le signal d'intensité.

De plus comme ce circuit ne demande pas de circuit de polarisa-

tion, on arrive à une construction relativement simple nécessi-

tant seulement une source de basse tension. Toutefois, les signaux différentiels de sortie- d'intensité sont influencés par le courant de base du premier transistor ainsi que les courants de base des diodes lorsque celles-ci sont constituées par des transistors dont les collecteurs sont reliés aux bases respectives. Cela signifie que les signaux différentiels de sortie d'intensité sont influencés par un courant de décalage, genant.qui est une fonction de ces courants de base. Cela est également le cas lorsque le circuit ci-dessus est modifié de façon à avoir une source de tension de polarisation branchée entre le premier et le second chemins de signal et la masse ainsi qu'une source de courant constant branchée entre les

émetteurs des second et troisième transistors et la masse.

La présente invention a essentiellement pour but de créer un convertisseur de signaux remédiant aux inconvénients

des solutions connues, donnant des signaux différentiels dé'sortie d'in-

tensité qui ne sont pas influencés par les courants de base des transistors du circuit, dont le gain puisse être commandé en modifiant l'une ou plusieurs sources de courant constant, et qui permettent de ne plus utiliser de source de tension de

polarisation.

L'invention a également pour but de créer un

convertisseur comportant une source donnant une tension relati-

vement basse pour les transistors du circuit.

A cet effet, l'invention concerne un convertis-

seur de signaux composé d'une source de courant pour donner un courant constant, un générateur de signaux d'entrée donnant un signal d'entrée d'intensité, un premier moyen donnant un premier courant différentiel en fonction du courant constant et du signal d'entrée d'intensité, un second moyen donnant un second courant différentiel en fonction du courant constant et du signal d'entrée de courant, au moins l'un des premiers et des seconds moyens étant formé d'un transistor ayant une entrée recevant un courant, un moyen de sortie pour donner des signaux différentiels de sortie en fonction du premier et du second

courants différentiels ainsi qu'un moyen pour supprimer l'in-

fluence du signal différentiel de sortie d&intensité à l'entrée

du transistor.

La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma électronique d'un

convertisseur de signaux selon l'art antérieur.

- la figure 2 est un schéma électronique d'un autre convertisseur - la circuit de la figure - la circuit de la figure - la de signaux selon un la cuit de la cuit de la

de signaux selon une invention parallèle.

figure 3 est un schéma d'une partie du 2. figure 4 est un schéma d'une variante du 2. figure 5 est un schéma d'un convertisseur

mode de réalisation de l'invention.

figure 6 est un schéma d'une partie du cir-

figure 5, servant à expliquer son fonctionnement.

- la figure 7 est un schéma d'une partie du cir-

figure 5, utilisée pour compléter l'explication du fonctionnement. réalisation réalisation

DESCRIPTION

RENTIELS DE

- la figure 8 est un schéma d'un autre mode de

d'un convertisseur de signaux selon l'invention.

- la figure 9 est un schéma d'un autre mode de

d'un convertisseur de signaux selon l'invention.

DETAILLEE DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFE-

L'TNVENTION:

4 2466136

Les figures et notamment la figure 1 montrent

un convertisseur de signaux selon l'art antérieur. Ce conver-

tisseur se compose d'une première et d'une seconde diodes 1, 2, branchées en série, dans le sens de la polarisation directe, entre une source de courant constant créant un courant d'inten- sité constant 10 et la masse. Aux bornes du montage en série des diodes 1, 2, on a une chute de tension résultant du passage du courant à travers ce montage, en partant de la source de courant constant; la tension ainsi obkUnue est appliquée à la base d'un transistor 3 de type NPN. L' netteur du transistor 3 est relié à la masse par la diode 4 bra&Ohée dans le sens de la polarisation directe et à la base d'un second transistor 5 de type NPN dont l'émetteur est à la masse- Il est à remarquer toutefois que les diodes 1, 2, 4 sont de préférence constituées

par des transistors de type NPN dont les bases et les collecteurs.

sont réunis. Ainsi les diodes 1, 2, 4 et les transistors 3, 5 peuvent se réaliser sous la forme d'un circuit intégré sur une

plaquette semi-conductrice commune, ayant par exemple des sur-

faces d'émetteur égales pour tous les éléments.

Un signal d'intensité i est appliqué au point de jonction de la diode 4 et des transistors 3, 5. On a ainsi une chute de tension aux bornes de la diode 4 provenant du

signal is et du courant à travers le transistor 3; cette ten-

sion est appliquée à la base du transistor 5. Lorsque le signal d'intensité is est égal à zéro, un courant constant Io traverse

chacune des combinaisons en série des diodes 1, 2, la combinai-

son en série du chemin collecteur-émetteur du trapsistor 3 et

de la diode 4 ainsi que le chemin collecteur-émetteur du transis-

tor 5. Toutefois, bien que les courants de collecteur et d'émetteur du transistor 3 ne soient pas exactement égaux, la différence entre ces courants est pratiquement négligeable si bien qu'un courant traversant le chemin collecteur-émetteur du transistor 3 peut être égal approximativement à Io0 De façon analogue, la même analyse s'applique au transistor 5. Toutefois, lorsque le signal d'intensité is n'est pas égal à zéro, le

courant qui traverse le chemin collecteur-émetteur des transis-

tors 3 et 5 varie, En particulier dans ce cas, le courant qui traverse les diodes 1, 2 reste égal à Io mais le courant du chemin collecteur- émetteur à travers le transistor 3 est réduit à la valeur I0-il, du fait de l'addition du signal d'intensité

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i au point de jonction du transistor 3 et de la diode 4. Cela s signifie que le courant qui traverse la diode 4 est pratiquement égal à (Io-il +is) . Le courant de base à travers le transistor 5 est relativement faible comparé au signal précédent. Toutefois comme leschutesde tension baseémetteur du transistor 5 et de la diode 4 constituée par un transistors sont égales, le courant qui traverse la branche de l'émetteur du transistor 5 doit être égal au courant traversant la diode 4. Ainsi conmie les courants de collecteur et d'émetteur du transistor 5 sont pratiquement égaux, le courant de collecteur est effectivement égal à (Io- il+is). En supposant que la chute de tension directe aux bornes des diodes 1, 2, 4 soit égale respectivement à VBEl, VBE2 et VBE4D et que la chute de tension base-émetteur du transistor 3 soit égale à VBE3 on a la relation suivante: V + V v 2+3 v e o., o (1) BEl + VBE2 BE3 + VBE4 Toutefois la relation tension-courant de la jonction p-n du semi- conducteur est donnée par la formule suivante: V = qk_ n I (2) q Is s Dans cette formule Is est le courant inverse de saturation; q est la charge d'un électron; k est la constante de Boltzmann et T est la température absolue. En combinant les équations (1) et (2), pour les valeurs des intensités des courants des diodes 1, 2, 4 et du transistor 3 lorsque le signal d'intensité i s n'est pas égal à zéro, on obtient l'équation suivante: kT(gnL0 I ' kT) n (iO il) + n (I0 -il +is) q - ± n q- =L-- n I + I s s s En simplifiant l'équation (3), on obtient les équations suivantes: Io = (Io - il) (Io il + is).... (4 o

1. .. .

0I Vti \ 4Io 4 0eoe*(5 Pour IO > > is, l'équation (5) se réduit comme suit:

6 2466136

j -.... (6>

1 2

Cela signifie que le courant de collecteur du i transistor 3 est égal à (I 2 - et le courant de collecteur du transistor 5 est égal à (I + -i-). Il est à remarquer que le signal différentiel de sortie d'intensité peut se dériver des courants de collecteur des transistors 3 et 5. Toutefois, si la condition I " i n'est pas satisfaite, les courants o s

obtenus sur les collecteurs des transistors 3 et 5 sont défor-

més, si bien qu'il n'est pas possible d'obtenir un signal diffé-

rentiel de sortie d'intensité, précis, en partant de telles intensités. De plus dans ce cas, le courant constant Io ne peut être effectivement augmenté pour satisfaire à la condition I " i s La figure 2 montre un autre convertisseur de signaux selon l'art antérieur, qui était prévu pour tenter de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, liés au circuit de la figure 1. Le circuit de la figure 2 présente une construction relativement simple et n'entraîne pas de déformation

dans les signaux différentiels de sortie d'intensité; le cir-

cuit peut s'utiliser avec une source de basse tension. Dans ce

circuit, la source de courant 8 crée un courant constant 2Io.

La combinaison en série des diodes 6, 7 toutes deux branchées dans le sens de la polarisation directe, est prévue entre la source de courant 8 et la masse; un autre montage en série formé de la diode 10 est prévu dans le sens de la polarisation directe et le chemin collecteur-émetteur du transistor 9 de type NPN est branché en parallèle sur le premier montage en série entre la source de courant 8 et la masse. En outre, le point de jonction des diodes 6 Met 7 reçoit un signal d'intensité is de la source de signal d'intensité 11 en étant également relié à la base du transistor 9. Ce point de jonction est en outre relié à la base d'un second transistor 12 de type NPN dont l'émetteur est à la masse; le collecteur du transistor 9 est relié à la base d'un troisième transistor 13 de type NPN dont l'émetteur est également à la masse. Toutefois,- il est à remarquer que les diodes 6, 7, 10 sont de préférence constituées par des transistors de type NPN dont les bases sont reliées

aux collecteurs respectifs comme cela est représenté à la figure 3.

2 2466136

Ainsi les diodes 6, 7y 10 et les transistors 9, 12, 13 peuvent être réalisés sous la forme d'un circuit intégré sur une même plaquette semiconductrice, en ayant par exemple des surfaces

d'émetteur égales pour chacun des composants.

En théorie, lorsque le signal d'intensité is est égal à zéro, un courant Io traverse les deux diodes 6 et 10 en provenance de la source de courant constant 8. Lorsque le signal de courant i n'est pas égal à zéro, on a des signaux différentiels d'intensité de sortie (I +1 i) et (I 2= i) O 2 s O 2s

qui sont les courants de collecteur des transistors 12 et 13.

Dans ce montage, les courants de collecteur des transistors 12 et 13 ne sont pas déformés, m9me lorsque la condition Io "Ais n'est pas satisfaite. En outre, contrairement au circuit connu en forme d'amplificateur différentiel, le circuit connu de la figure 2 ne nécessite pas de circuit de polarisation, ce qui simplifie considérablement la réalisation du circuit et utilise efficacement la tension fournie par la source de tension pour les transistors 12 et 13, de sorte qu'il suffit d'une source de tension relativement basse (non représentée). De plus, on peut utiliser un ensemble de transistors de sortie7dont les bases sont branchées en commun sur celles des transistors 12 et 13 pour avoir un ensemble de signaux différentiels de sortie

sans diminuer le signal d'intensité is.

Comme indiqué précédemment0 les diodes 6, 7, 10 sont constituées de préférence par des transistors dont les bases et les collecteurs respectifs sont réunis (comme cela est représenté à la figure 3). En conséquence, les courants de base traversant les diodes 6, 7, 10 de type transistor ainsi que le

transistor 9 ont une influence sur la valeur des courants diffé-

rentiels obtenus sur les collecteurs des transistors 12, 13.

Par exemples bien que la même intensité I0 passe en théorie également à travers les diodes 6 et 10 lorsque le signal d'intensité i s est nul, en réalité le courant qui traverse les diodes 6 et 10 est différent du fait des courantsde base passant par les diodes

6, 7, 10 et à travers le transistor 9. Cela découle plus claire-

ment de l'analyse suivante faite sur la figure 3.

Comme représenté à la figure 3, chacune des

diodes 6, 7, 10 est constituée par un transistor dont le collec-

teur et la base sont réunis. On suppose d'abord que le courant traversant la diode 7 et en particulier le courant dans la

8 2466136

branche de l'émetteur de ce transistor soit égal à Io. En supposant que tous les transistors soient réalisés de la même manière, la tension VBE7 base-émetteur de la diode 7 est égale

à la tension VBE9 base-émetteur du transistor 9 et c'est pour-

quoi le courant qui traverse la branche de l'émetteur du transistor 9 est égal à Io. Il est à remarquer que les courants de base des diodes 6, 7, 10 et à travers le transistor 9 sont faibles comparés aux courants de collecteur et d'émetteur à travers ces composants et c'est pourquoi on peut supposer en pratique que ces courants soient égaux à I B Ainsi, les courants de collecteur de la diode 7 et du transistor 9 sont chacun égaux à (I - IB) puisque'le courant de collecteur d'un transistor est

égal à la somme du courant de la base et du courant de l'émet-

* teur de ce transistor. Le courant qui traverse la branche de l'émetteur de la diode 6 est ainsi égal à (I + 1B) et le courant qui traverse la branchede l'émetteur de la diode 10 est égal à (I - IB). Ainsi, le courant qui traverse le montage en série des diodes 6, 7 en provenance de la source de courant 8 est égal à (Io + IB) et le courant passant par le montage en série de la diode 10 et du transistor 9 est égal à (I IB) si bien que l'on obtient un courant de décalage égal à 2IB entre les courants traversant les diodes 6 et 10, Il est à remarquer pour

cette raison que les courants sur les collecteurs des transis-

tors 12 et 13 contiennent un courant de décalage, g9nantqui est une fonction du courant de base des diodes 6, 7, et 10 et

du transistor 9-

La figure 4 montre une variante du circuit de la

figure 2.Dans cette variante, les transistors 15 et 16 consti-

tuent un amplificateur différentiel correspondant aux transis-

tors 12, 13 de la figure 2. Une source de courant constant 17 créant un courant 2I1 est branchée en commun entre les émetteurs des transistors 15, 16 et la masse: une source de tension de polarisation 14 est branchée entre les émetteurs communs de la diode 7 et du transistor 9 et la masseé Cette dernière source

de tension de polarisation 14 assure que l'amplificateur diffé-

rentiel formé des transistors 15, 16 fonctionne comme une source de courant constant 17. Dans ce montage, le courant différentiel traversant les diodes 6, 10 est appliqué à la base des transistors 15, 16. Toutefois comme décrit précédemment pour la figure 2, on a un courant de décalage qui est une fonction

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du courant de base des diodes 6, 7, 10 et du transistor 9 sur les collecteurs des transistors 15 et 16. Lorsque le signal d'intensité i est égal à zéro, les courants théoriques de s collecteur des transistors 15, 16 doivent 8tre chacun égaux à i Toutefois étant donné ce courant de décalage à I, les courants des collecteurs des transistors 15, 16 sont décalés de la valeur de ce courant de décalage. En particulier comme représenté à la figure 4, du fait du courant de décalage I, le courant qui traverse le collecteur du transistor 15 est égal à (Il - A I) et le courant qui traverse le collecteur du

transistor 16 est égal à (I1 + I).

Etant donné que la tension base-émetteur des diodes 6, 10 et des transistors 15, 16 est respectivement égale VBE6 VBElO, VBE1 5, VBE16, on a l'équation suivante:

VBE6 + BEVB15 BE10 + VBEl6.... (7).

En combinant l'équation (7) à l'équation (2) et en substituant les grandeurs de l'intensité du courant à travers les diodes 6, 10 et les transistors 15, 16 pour i = 0, on s obtient l'équation suivante: - (ftn i, + ú n 1 I)= - ( n -+B n 1 I) q is)q 1

-.... (8)

L'équation (8) donne les équations suivantes: (10 + IB) (Il -h1) = (Io0 IB) (Il + A I).... (9) (9) 'B ' =I..... (l) 1 0 On remarque ainsi que le courant de décalage I est une fonction du courant de base IB à travers les diodes 6, 10 et ce courant de décalage A I est créé par les signaux différentiels d'intensité de sortie sur les collecteurs des

transistors 15, 16. Ces courants de décalage & I sont gênants.

De plus comme cela sera décrit ultérieurement pour les modes de réalisation de l'invention, le gain du convertisseur de signaux peut se commander en changeant les valeurs de I1 et IO' Toutefois dans le circuit de la figure 4, ces variations de

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gain modifient également la valeur du courant de décalage s I. La figure 5 représente un mode de réalisation d'un convertisseur de signaux selon l'invention, dont les éléments correspondant à ceux décrits pour le circuit connu des figures 2-4 portent les mêmes références numériques. Selon la figure, on a un premier montage en série formé des diodes 6, 7 et du chemin collecteur-émetteur d'un transistor 18; ce montage est branché entre la source de courant 8 qui donne un courant

constant 2I0 et la masse. En particulier, l'émetteur du transis-

tor 18 est relié à la masse; le collecteur du transistor 18 est relié à la cathode de la diode 7 dont l'anode est reliée à la cathode de la diode 6; l'anode de la diode 6 est reliée à la source de courant constant 8 qui est elle-m9me reliée à la source de tension +Vcc. Un second montage en série formé de la diode 10, du chemin collecteur-émetteur d'un transistor 9 de

type NPN et de la diode 19 est branché en parallèle sur le pre-

mier montage en série, entre la source de courant constant 8 et la masse. Dans ce second montage en série, l'anode de la diode est reliée à une source de courant constant 8; la cathode est reliée au collecteur du transistor 9 dont l'émetteur est relié à l'anode de la diode 19; la cathode de la diode 19 est reliée à la masse. En outre le point de jonction des diodes 6 et 7 est relié à la base du transistor 9. Ce point de jonction reçoit également un signal d'intensité is et est en particulier

relié à une source de tension 21 qui fournit un signal de ten-

sion vi par l'intermédiaire d'un condensateur 20, et d'une résistance Ri. Le signal de tension vi est transformé en un

signal d'intensité i par la résistance R1 et l'impédance d'en-

trée Zi du circuit regardé à partir de la source de tension 21.

De plus, le point de jonction du transistor 9 et de la diode 19

est relié à la base du transistor 18.

Le montage de la figure 5 comporte en outre un amplificateur différentiel formé de deux transistors 15, 16 de

type NPN qui sont branchés de la même manière que les transis-

tors portant les mêmes références à la figure 4. En particulier, les émetteurs sont reliés à la masse par l'intermédiaire d'une source de courant constant 17 qui donne un courant constant 2I1; le collecteur du transistor 15 est relié directement à la source de tension Vcc; le collecteur du transistor 16 est relié à la source de tension +Vcc par l'intermédiaire d'une il 2466136 résistance de charge RL; la borne de sortie 22 du collecteur du transistor 16 donne un signal différentiel de sortie. En outre la base du transistor 15 est reliée au point de jonction des diodes 6, 7 - la base du transistor 16 est reliée au collecteur du transistor 9 comme cela a été décrit précedeimment pour le circuit de la figure 4o Il est à remarquer que la source de courant constant 17 peut fonctionner sans source de tension de polarisation particulière, comme cela est nécessaire pour le montage de la figure 4 du fait de la chute de tension au

point de jonction des diodes 6, ? découlant de la chute de ten-

sion base-émetteur (VBE9 VBEl9) entre le transistor 9 et la diode 1Oo 1l est a remarquer que conme cela a été décrit pour les circuits connus0 les diodes 6, 70 10, 19 sont de préférence

constituées par des transistors dont les bases et les collec-

teurs sont réunis; les diodes 6, 7, 10, 19 et les transistors 9, 150 160 18 peuvent être réalisés sous la forme d'un circuit

intégré sur une même plaquette semi=conductrice dont les émet-

teurs ont de préférence la meme surface.

Selon la figure 7, les courants de base des transistors formant les diodes 6, 7, 10, 19 et les transistors 18 sont pratiquement égaux au courant IB.O L'hypothèse ci= dessus repose sur le fait que tous les transistors utilisés ont le méme coefficient d'amplification de courant hfe et que la

valeur du coefficient d'amplification de courant hfe est beau-

coup plus grande que 1. De plus, l'analyse suivante repose sur le fait que pour chaque transistor, le courant de collecteur IC = hfe e IB et que le courant dDémetteur IE = (l + hfe) IB

avec IB étant le courantde base de chacun des transistors.

Selon la figure 70 on voit que l'émetteur de la diode 10 est relié directement au collecteur du transistor 9 si bien que le courant d'émetteur de la diode 10 est égal au

courant de collecteur du transistor 9 suivant l'équation sui-

vante: (1 + hf) IB10 = hfe IB9.... (11) Toutefois il est à remarquer que la valeur du coefficient hfe est beaucoup plus grande que 1, si bien que le courant

d'émetteur du transistor 10 est approximativement éga?---

hfe IBl0O' Dans ce cas, on voit que B10 = I 9o De plus comme les chutesde tension base-émetteur aux bornes: transistor 18 et de la diode 19 sont égales, le courant d' émetteur du transistor

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18 est égal à celui de la diode 19 suivant la relation suivante 1 + hfe) IB19 = (1 + hfe) IB18... (12) l'équation (12) montre que IB18 = IBl9O Si les courants aux points de jonction de l'émet-

teur du transistor 9 et de la base du transistor 18 sont addi-

tionnés, on obtient l'équation suivante: (1 + hfe) IB19 +!B18 = (1 + hfe) IB9... (13)

En substituant l'équation (12) dans l'équation (13), et en modi-

fiant l'arrangement des termes, on obtient comme relation entre les termes IB9 et IB18, la formule suivante (2 + hfe) II IB9 (1 + hfe) B18 Comme le coefficient hfe est très supérieur à 2, l'équation (14) donne IB18-u IB9. En outre, le courant de collecteur du transistor 18 est égal au courant d'émetteur de la diode 7, si bien que l'on a: (1 + hfe) IB7 = hfe IB18.... (15)

Comme h est beaucoup plus grand que 1, on a IB7 = IB18 IB9.

fe B 1 9 Si les courants au point de jonction de l'émetteur de la diode 6> du collecteur de la diode 7 et de la base du transistor 9 sont additionnés, on voit que les courants de base IB7 et IB9 de la

diode 7 et du transistor 9 se compensent, ce qui donne 1 'équa-

tion suivante: (1 + hfe) IB6 = hfe IB7.... (16) C'est pourquoi comme le coefficient hf est beaucoup plus grand que 1, on a IB6 =IB7. On remarque ainsi que les courants de base de tous les transistors fonctionnant en diodes 6, 7, 10, 19 et les transistors 9, 18 sont pratiquement égaux à IBO Lorsque le signal de courant i est égal à zéro, S les courants qui passent de la source 8 aux diodes 6, 10 sont tous deux égaux à Ioo En d'autres termes, les courants de base

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dans les diodes 6, 7, 10, 19 et les transistors 9, 18 n'ont pas d'influence sur le courant alimentant les diodes 6, 10 comme

dans le cas des circuits connus représentés aux figures 2, 4.

Cela se démontre facilement en faisant la même analyse que celle faite à propos de la figure 3 - selon cette analyse, le courant dans la branche de l'émetteur du transistor 18 est supposé égal à Io. On voit ainsi que les signaux différentiels d'intensité de sortie fournis par le convertisseur de la figure ne comportent aucun courant de décalage qui est une fonction du courant de base des transistors du circuit, Selon la figure 6, lescourants différentiels (10 y 2 i> et (I0 + 2 i) traversent les diodes 6, 10 lorsque le signal de courant is n'est pas nul - de tels courants ne sont pas influencés par les courants de base des transistors du circuit. Le signal de courant is décrit précédemment est

créé par la tension d'entrée vi de la source 21 qui est trans-

formée en un signal de courant is par la résistance R1 et une impédance d'entrée Z. vue de la source de signal en direction du circuit de la figure 5. Ce signal de courant is est appliqué

au point de jonction des diodes 6 et 7.

En supposant que le signal de courant is soit appliqué par la source de courant 11 au point de jonction des diodes 6, 7 (figure 6), l'addition de ces courants au point de jonction donne le courant constant I0 qui traverse la diode 6 en étant réduit à la valeur (I - i). De plus, ce signal de

O 1

courant augmente le courant de base du transistor 9 à la valeur (IB + iB). Partant de ces grandeurs, le courant qui traverse la diode 7 est donné par <I - i1+ is - IB - iB). Comme le O 1 s B B)

courant dans la base est égal pour chaque transistor, le cou-

rant qui traverse la base du transistor 18 est égal à IB + iB.

Pour le transistor bipolaire de jonction 18, le courant d'émet-

teur est égal au courant de base augmenté du courant de collec-

teur0 C'est pourquoi comme le courant de collecteur du transis-

tor 18 est égal au courant traversant la diode 7, le courant

d'émetteur qui traverse le transistor 18 est égal (Ia - i + iS).

Il faut pour cette raison que le même courant

traverse la diode 19 puisque le chemin base-émetteur du transis-

tor 18 est en parallèle sur la diode 19. Ainsi, le courant d'émetteur du transistor 9 est donné par (I0 - i1 + is + IB B) en ajoutant les courants au point de jonction de l'émetteur du

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transistor 9 et de la base du transistor 18. Cela signifie que

le courant de collecteur du transistor 9 soit égal à (Io - i + i).

Toutefois le courant total qui traverse les diodes 6 et 10 doit être égal au courant 2I qui lui est appliqué, ce qui donne la relation suivante: (I - i1) + (I0 i1 + i) = 2I o.... (17) L'équation (17) montre que i = 2i5. C'est pourquoi, les courants 1 2 différentiels traversant les diodes 6 et 10 sont égaux à (I 2 i) et (I + 21) ; ces courants différentiels ne sont (0 2 s O 2 s pas influencés par les courants de base g8nants traversant les

transistors du circuit de la figure 5, comme dans le cas des cir-

cuits connus représentés aux figures 2, 4.

Il est à remarquer que lorsque des courants diffé-

rentiels sont appliqués à la base des transistors 15, 16 de l'étage suivant, le courant d'émetteur du transistor 9-et le courant qui traverse la diode 7 sont influencés par ces courants de base et ils diffèrent légèrement des courants représentés à

la figure 6.

Toutefois les courants différentiels de sortie sur les collecteurs 15, 16 ne sont pas influencés fortement si même ils le sont, par cette légère variation du courant traversant

la diode 7 et l'émetteur du transistor 9.

De plus, on remarque que la diode 7 peut se suppri-

mer du circuit de la figure 5 et que le circuit résultant a un

fonctionnement pratiquement identique à celui de la figure 5.

Dans ce cas, le potentiel à la base du transistor 9 est égal au potentiel du collecteur mais celui à la base du transistor 18 est différent de celui de son collecteur; cette dernière différence correspond à la chute de tension base-émetteur aux bornes du transistor 9. Dans ces conditions, les transistors 9, 18 ne fonctionnent pas dans les mêmes conditions que dans le circuit de la figure 5 bien que la relation entre les courants (figure 6) reste la même; les courants différentiels de sortie sur les collecteurs des transistors 15, 16 sont ainsi les memes

que dans le circuit de la figure 5.

Selon la figure 5, on a l'équation suivante

VBE6 + VBE15 = VBE10 + VBE16.... (18)

Dans cette relation, VBE6, VBE1o, VBE15t VBE16 sont les chutes de tension base-émetteur aux bornes des diodes 6, 10 et les

transistors 15, 16. Si l'on suppose que les courants de collec-

teur des transistors 15, 16 passent à (I1 + ix) et (I1 - ix)h du fait du signal de courant is, la combinaison des équations (2) et (18) donne l'équation suivante: kT qn (Io- 1 is + q Is k t (Io + 2 is) q n I + S kT n ( I1+ ix) q I S !-T in ( I1 - i) q I L'équation (19) se réduit comme suit:

I1 1

(0 2) (I + i = (I ix = 2 s (20) (21) On remarque ci-dessus que les courants de sortie différentiels sur les collecteurs des transistors 15, 16 dépendent uniquement des courants constants Io, Il et du signal de courant is; et

ne dépendent pas des courants de base des transistors du con-

vertisseur de signaux de la figure 5.

On peut ainsi détecter la variation de tension vO du signal de sortie sur la borne de sortie 22; cette variation est donnée par la formule suivante: v0 = RL ix = il RL L'impédance d'entrée Z. en regardant le cc à partir de la résistance R1est donnée pa àpartir de la résistance R1 est donnée pa Z = a- = s s [kTqn q i s (22) >nvertisseur de signaux Lr la formule suivante: I + is] = s kT * 1 0 q 2Is I s io +.1 is +2 s kT q

À0 1

2(I + ís) O 2s (23) Si I est très supérieur à isf l'expression donnant Zi se réduit 0 s i (19)

16 2466136

comme suit _ kT re z 2 I 2. 2.. (24) On obtient ainsi les expressions simplifiées suivantes pour le signal d'intensité is et la tension de sortie v0 v. i = l v (5 R ±!r.. (25) R1 2 re

RL I

v0 r - v.... (26) 2(R1 + 2e) 0 Il découle clairement des équations (25), (26) que la commande de gain du circuit de la figure 5 peut se modifier en changeant

l'une ou les deux grandeurs du courant constant Io il.

On remarque ainsi que le convertisseur de signaux de la figure 5 donne des courants de sortie différentiels qui

ne contiennent pas de courant de décalage en fonction des cou-

rants de base des transistors utilisés dans le circuit. En outre, le circuit de la figure 5 donne des courants de sortie différentiels n'ayant pratiquement pas de déformation. Il est en outre à remarquer qu'il ne faut plus de source de tension de polarisation pour le convertisseur de signaux de la figure 5 puisque ces signaux ne transforment pas un signal de tension en un signal de courant comme les convettisseurs de signaux, connus, du type amplificateur différentiel. Ainsi, le circuit selon l'invention présente une structure relativement simple et la commande de gain peut se faire de façon satisfaisante avec une source de basse tension +VCC. En outre comme le signal d'entrée utilisé dans l'invention est traité seulement comme un courant, on a une plus grande plage dynamique et on augmente

la caractéristique en fréquence. Il découle également de l'équa-

tion (26) que l'on réduit l'influence de l'impédance d'entrée sur le gain du circuit, ce qui permet de commander facilement le

gain du circuit.

La figure 8 montre un convertisseur de signaux cor-

respondant à un autre mode de réalisation de l'invention; dans ce circuit, on utilise les mêmes références que celles de la

17 2466136

figure 5 pour désigner les mêmes éléments. Dans le circuit de la figure 8, la base du transistor 25 de type NPN est reliée au point de jonction entre les diodes 6 et 7; l'émetteur est relié à la masse à travers une source de courant constant 23 donnant un courant constant I Un second transistor 27 de type NPN est relié par sa base à l'émetteur du transistor 25 et

son chemin collecteur-émetteur est branché en série sur le che-

min collecteur-émetteur d'un transistor 30, de type NPN entre la source de tension +Vcc et la masse. La base du'transistor 30 est reliée à la source de tension de polarisation 29 qui donne une tension prédéterminée; le collecteur du transistor 27 est

relié à la base du transistor 15 alors que la base du transis-

tor 15 du circuit de la figure 5 était reliée au point de jonc-

* tion des diodes 6, 7. On utilise de même un circuit identique pour le transistor 16. En particulier, la base du transistor 26 de type NPN est reliée au point de jonction du transistor 9

et de la diode 10 et reçoit ainsi l'autre courant différentiel.

L'émetteur du transistor 26 est relié à la masse à travers une

source de courant constant 24 qui donne le même courant cons-

tant I2* Un autre transistor 28 de type NPN est branché par

son chemin émetteur-collecteur en série sur le chemin émetteur-

collecteur du transistor 31 entre la source de tension +Vcc et

la masse, la base étant reliée à l'émetteur du transistor 26.

La base du transistor 31 reçoit également la tension prédéter-

minée de la source de tension de polarisation 29; le collecteur du transistor 28 est relié à la base du transistor 16 pour la commander. Les autres composants du circuit de la figure 8 sont identiques à ceux du circuit de la figure 5 et ne seront pas

répétés.

En supposant que les courants différentiels sur les collecteurs des transistors 27, 28 soient respectivement égaux àIxl, IX2 et les tensions base-émetteur des transistors 25, 26,27,

28,soient' respectivement égales à VBE25, VBE26, VBE27, VBE28.

on obtient ainsi l'équation suivante:

VBE6 +VBE25 + VBE27 VBE10 + VBE26 + VBE28.-. (27)

En substituant les grandeurs des intensités ci-dessus en combi-

nant les équations (2) et (27), on obtient en procédant comme

18 2466136

pour l'équation (18) qui a donné l'équation (20) (b - 2 5i) I2 exl = (I + 2 iS 12 ' I.... (28) En simplifiant encore plus l'équation (28), on obtient les valeurs relatives de Ixl et Ix2 comme suit Ixl I 2 is.... (29) I = I-2 i. (30) x2 O 2 s Les équations (29), (30) montrent que les courants de collecteur des transistors 27, 28 du circuit de la figure 8 sont les courants différentiels fournis par l'amplificateur différentiel constitué par les transistors 15, 16. On obtient ainsi une tension de sortie v0 sur la borne 22 comme cela a été

exposé de façon analogue pour le circuit de la figure 5.

La figure 9 montre un convertisseur de signaux selon un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les éléments correspondant à ceux décrits ci-dessus selon la figure 5 portent les mêmes références numériques. Dans ce mode de réalisation, l'émetteur du transistor 18 et la cathode de la diode 19 sont reliés à un point de jonction commun et la source de tension de polarisation 32 est branchée entre ce point de jonction commun et la masse. Le circuit de la figure 9 comporte en outre une source de courant constant formée d'un transistor 33 de type NPN dont le collecteur est relié aux émetteurs des transistors 15, 16, l'émetteur est relié à la masse par la résistance 34 et la base est reliée à la masse par un premier chemin en série formé de la diode 35 et de la résistance 36 et par un second chemin en série, en parallèle au premier et qui est formé d'une résistance et d'une source de tension. Les résistances 34, 36 sont utilisées pour maintenir un équilibre

approprié des courants entre le transistor 33 et la diode 34.

Il est à remarquer que la source de tension de polarisation 32 permet à la source de courant ci-dessus de la figure 9 d'être

utilisée avec l'amplificateur différentiel formé des transis-

tors 15 et 16. On peut modifier le circuit de la figure 9 en utilisant une résistance ayant une valeur relativement grande et qui est branchée en parallèle sur le premier et le second

19 2466136

chemins entre la base du transistor 33 et la masse. On remarque en outre que les circuits des figures 8 et 9 donnent les mêmes résultats que le circuit de la figure 5e si bien que les courants de sortie différentiels ne contiennent aucun courant de décalage qui serait une fonction des courants de base des transistors

utilisés dans les circuits.

2466136

Claims (3)

R E V E N D I C A T I 0 N S ) Convertisseur de signaux ayant une source de courant (8) donnant un courant constant (2Io), un générateur de signaux d'entrée (21, 20, R1) donnant un signal de courant d'intensité (i), un premier moyen (6, 7) donnant un premier courant différentiel (Io - 2 i.) en fonction du courant constant (Iv) et du signal d'entrée de courant (is)> un second moyen (10, 9, 19) pour donner un second courant différentiel (I + 2 i) en fonction du courant constant (I0) et du signal d'entrée de courant (i), au moins l'un des premier et second moyens com- portant un semi-conducteur (9) ayant une entrée recevant le courant d'entrée (is), ainsi qu'une sortie (22) pour donner des signaux différentiels de sortie en fonction du premier et du second signal différentiel de courant, convertisseur caracté- risé par un moyen (18) pour supprimer l'influence du courant d'entrée du semi-conducteur (9) sur les signaux différentiels de sortie (I - Ix).
1. 2 ) Convertisseur selon la revendication 1, caracté-

   risé en ce que le moyen pour supprimer l'influence est un second semiconducteur (18) branché entre le premier et le

   second moyens et une tension de référence (masse).

   ) Convertisseur selon la revendication 2, caracté-

   risé en ce que le second semi-conducteur se compose d'un pre-

   mier transistor branché entre le premier moyen et la-tension de référence et une première diode (19) branchée entre le second

   moyen et la tension de référence.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication

   3, caractérisé en ce que le premier transistor--est un transis-

   tor bipolaire à jonction NPN ayant une base, son émetteur étant relié à la tension de référence (masse) et le collecteur étant relié au premier moyen (7), la première diode ayant une cathode reliée au potentiel de référence et une anode reliée au second

   moyen et à la base du premier transistor.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier moyen est une seconde diode dont l'anode est reliée à la source de courant et dont la cathode est reliée au générateur de signaux d'entrée et au collecteur

   du premier transistor, le second moyen est une troisième diode -

   ayant une cathode et une anode, celle-ci étant reliée à la source de courant, et un second transistor ayant-un-collecteur

   21. 2466136

   relié à la cathode de la troisième diode, un émetteur relié à la base du premier transistor et à l'anode de la première diode ainsi qu'une base reliée à la cathode de la seconde diode et au collecteur du premier transistor ainsi qu'au générateur de signaux d'entrée. ) Convertisseur de signaux selon la revendication , caractérisé en ce que la première, la seconde, la troisième

   diodes sont constituées par des transistors bipolaires à jonc-

   tion, de type NPN, dont la base et le collecteur sont respecti-

   vement réunis.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication

   1, caractérisé en ce que la sortie est formée par un amplifica-

   teur différentiel (15, 16) forme d'un premier et d'un second transistors, le premier transistor (15> étant relié par l'entrée au premier moyen et le second transistor est relié par l'entrée

   au second moyen.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier et le second transistors sont des transistors bipolaires à jonction de type NPN et l'amplificateur différentiel comporte une source de courant constant (17) branchée entre les émetteurs des deux transistors

   (15, 16) et un potentiel de référence (masse).

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel (15, 16) comporte une seconde source de courant pour polariser le premier

   et le second transistors ainsi qu'une source de tension de pola-

   risation reliée au moyen pour supprimer l'influence.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 9, caractérisé en ce que la seconde source de courant constant est un transistor dont le collecteur est relié au premier et au second transistors, dont l'émetteur est relié à un potentiel de référence et dont la base est reliée à la seconde source de

   tension de polarisation.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des premier et second moyens

   est branché entre la source de courant et le moyen pour suppri-

   mer l'influence, chacun des premier et second moyens recevant en outre un signal d'entrée de courant pour donner un premier

   et un second courants différentiels.
2. 120) Convertisseur de signaux selon la revendication

   22 2466136

   11, caractérisé en ce que le premier moyen comporte une première diode reliée à la source de courant et le générateur de signaux d'entrée donnant le premier courant différentiel, le second

   moyen est formé de la combinaison en série du premier transis-

   tor et de la seconde diode, cette combinaison en série étant branchée entre la source de courant et le générateur de signaux

   d'entrée pour donner le second courant différentiel.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 12, caractérisé en ce que la première diode est reliée par son anode à la source de courant et par la cathode au générateur de signaux d'entrée et au moyen pour supprimer l'influence, la seconde diode étant reliée par l'anode à la source de courant et le transistor est un transistor bipolaire à jonction NPN dont le collecteur est relié à la cathode de la seconde diode, la base est reliée à la cathode de la première diode ainsi qu'au générateur de signaux d'entrée et l'émetteur est relié

   au moyen de suppression.

   ) Convertisseur selon la revendication 13, caracté-

   risé en ce que la première et la second diodes sont constituées par des transistors bipolaires à jonction NPN, dont la base et

   le collecteur respectifs sont reliés.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte une troisième diode dont la cathode est reliée à la première diode, et au générateur de signaux d'entrée ainsi qu'à la base du transistor et la cathode

   est reliée au moyen de suppression.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier moyen comporte un second transistor recevant un second courant constant et dont l'entrée est reliée à la première diode pour donner un troisième courant différentiel, le second moyen comporte un troisième transistor recevant un troisième courant constant et dont l'entrée est

   reliée au montage en série donnant un quatrième courant diffé-

   rentiel. 17 ) Convertisseur de signaux selon la revendication 16, caractérisé en ce que le premier et le troisième courants différentiels sont égaux et le second et le quatrième courants

   différentiels sont égaux.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 16, caractérisé en ce que le second transistor est formé d'un

   23 2466136

   transistor dont lgentrée est reliée à la première diode et à

   un circuit de sortie pour le second courant, ainsi qu'un tran-

   sistor dont l'entrée est reliée à la sortie du transistor précé-

   dent et ayant un circuit de sortie relié à la sortie de l'ensem-

   ble du circuit, le troisième transistor étant formé en fait d'un transistor dont l'entrée est reliée au montage en série et a un circuit de sortie pour le troisième courant constant ainsi qu'un autre transistor dont l'entrée est reliée à la sortie du troisième transistor et un circuit de sortie relié à la sortie

   de l'ensemble du circuit.

   ) Convertisseur de signaux selon la revendication 18, caractérisé en ce que le second transistor comporte un autre transistor dont l'entrée reçoit une tension prédéterminée et un circuit de sortie en série sur le circuit de sortie du second transistor entre le premier et le second potentiels de référence, et le troisième transistor comporte un autre transistor dont l'entrée reçoit la tension prédéterminée et qui a un circuit de sortie branché en série sur le circuit de sortie du quatrième

   transistor entre le premier et le second potentiels de référence.
3. 200) Convertisseur de signaux selon la revendication 19, caractérisé en ce que chacun dés transistors formant le second et le troisième transistors est un transistor bipolaire à jonction NPN, et le premier transistor est relié par sa base à la première diode, son collecteur étant relié au premier potentiel de référence et son émetteur reçoit le second courant constant, le second transistor étant relié par sa base à l'émetteur du premier transistor et son émetteur est relié au second potentiel de référence, son collecteur étant relié à la sortie, le cinquième transistor de sortie recevant sur sa base une tension prédéterminée, son collecteur étant relié au premier potentiel de référence et son émetteur étant relié au collecteur du second transistor, le troisième transistor étant relié par sa base au montage en série et son collecteur étant relié au

   premier potentiel de référence, son émetteur recevant le troi-

   sième courant constant; le quatrième transistor étant relié par sa base à l'émetteur du troisième transistor et son émetteur étant relié au second potentiel de référence, son collecteur étant relié à la sortie le sixième transistor recevant sur sa base la tension prédéterminée, son collecteur étant relié au premier potentiel de référence et son émetteur étant relié au

   collecteur du quatrième transistor.