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J E u r o p â i s c h e s
Patentamt
European Patent Office © Numéro de publication: 0 0 5 0 5 8 3
Office européen des brevets ^ ^
DEMANDE DE BREVET E U R O P E E N
Numéro de dépôt: 81810349.1 © Int. Cl.3: G 04 C 1/00, H 03 L 5 / 0 0 Date de dépôt: 27.08.81
@ Priorite : 1 6.1 0.80 CH 7730/80 @ Demandeur : EBAUCHES ELECTRONIQUES S.A., CH-2074 Marin (CH)
@ Date de publication de la demande: 28.04.82 © Inventeur: Leuthold, Oskar, Kellerweg 53,
Bulletin 82/1 7 CH-3249 Tschugg (CH)
@ Mandataire : Boukhors, Alain et al, Ebauches
@ Etats contractants designes: DE FR GB S.A. 1 Fauborgh de I'Hdpital, CH-2001 Neuchatel (CH)
@ Convertisseur d'une tension alternative en un courant continu.
Convertisseur (300) d'une tension alternative (SP) en un courant continu (i3), caractérisé en ce qu'il comprend un premier convertisseur élémentaire (21) fournissant in réponse à la ten- sion alternative (SP) un courant continu pulsé (i1) dont la valeur moyenne (i1) est une fonction fortement croissante de l'amplitude A de la tension alternative (SP), et un second convertisseur élémentaire (22) fournissant en réponse au courant i1 un courant i3 dont la valeur est une fonction fortement décroissante de i1.
Application à la régulation de l'amplitude du signal d'oscilla- tion d'un oscillateur.
La présente invention concerne un c o n v e r t i s s e u r d'une t e n s i o n a l t e r n a t i v e en un courant continu, du type comportant des bornes d ' a l i - mentation, une borne d ' e n t r é e et une borne de s o r t i e .
L ' i n v e n t i o n concerne aussi un c i r c u i t d ' o s c i l l a t e u r f a i s a n t a p p l i - cation de ce c o n v e r t i s s e u r .
L ' i n v e n t i o n concerne, plus p a r t i c u l i è r e m e n t , les o s c i l l a t e u r s à très f a i b l e consommation de courant qui sont u t i l i s é s dans les montres.
Dans de tels o s c i l l a t e u r s , un c i r c u i t r é g u l a t e u r maintient l ' a m - p l i t u d e du signal d ' o s c i l l a t i o n à une valeur f a i b l e , afin de m i n i m i s e r la consommation de courant de cet o s c i l l a t e u r . L'amplitude-du s i g n a l d ' o s c i l l a t i o n doit t o u t e f o i s être s u f f i s a n t e pour permettre l ' u t i l i s a - tion de ce signal dans des c i r c u i t s suivants tels que : a m p l i f i c a t e u r s , d i v i s e u r de fréquence, e t c .
Dans l ' a r t i c l e de E.A. VITTOZ "Quartz o s c i l l a t o r s for watches"
publié dans les actes du dixième Congrès I n t e r n a t i o n a l de C h r o n o m é t r i e , Genève, Septembre 1979, volume 3, pages 131-140, on décrit un c i r c u i t d ' o s c i l l a t e u r du type susmentionné. Ce c i r c u i t connu, qui est r e p r é s e n - té sur la figure 1, comprend un c i r c u i t d ' e n t r e t i e n 1 des v i b r a t i o n s d'un r é s o n a t e u r à quartz 2, et un régulateur d'amplitude 3. Le c i r c u i t d ' e n t r e t i e n 1 comporte un t r a n s i s t o r MOS a m p l i f i c a t e u r 4 p o l a r i s é p a r une r é s i s t a n c e 5; le t r a j e t d r a i n - s o u r c e du t r a n s i s t o r 4 est branché en série avec celui d'un autre t r a n s i s t o r MOS 6, entre les bornes +V et -V d'une source de tension d ' a l i m e n t a t i o n . Le t r a n s i s t o r 6 joue le r ô l e d'une source de courant réglable alimentant le t r a n s i s t o r a m p l i f i c a t e u r 4 du c i r c u i t d ' e n t r e t i e n 1. La borne de commande de la source de cou- rant 6, qui est la g r i l l e 6a de ce t r a n s i s t o r 6, reçoit un signal de commande fourni par le c i r c u i t régulateur 3 qui reçoit lui-même sur son entrée 3a via un condensateur de découplage 7, un signal d ' o s c i l l a t i o n de l ' o s c i l l a t e u r , signal présent sur une borne d ' e n t r é e 8 du c i r c u i t d ' o s c i l l a t e u r . Le c i r c u i t r é g u l a t e u r 3 comprend quatre t r a n s i s t o r s MOS 9 à 12 connectés deux à deux en miroirs et formant une boucle fermée dont le gain est limité par une résistance constituée par un cinquième
t r a n s i s t o r 13. Le c i r c u i t r é g u l a t e u r 3 et le t r a n s i s t o r 6 c o n s t i t u e n t e n s e m b l e u n c o n v e r t i s s e u r d'une tension a l t e r n a t i v e d ' e n t r é e en un courant continu. Ce c o n v e r t i s s e u r connu, de par sa conception, n é c e s s i - te un réseau de p o l a r i s a t i o n des t r a n s i s t o r s comportant des r é s i s t a n c e s 14, 15 de très haute valeur c o n s t i t u é e s par des diodes r é a l i s é e s dans le s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n . Il en r é s u l t e que ce c i r c u i t connu ne p e u t être r é a l i s é que dans une technologie dans laquelle les g r i l l e s des t r a n s i s t o r s MOS sont r é a l i s é e s en silicium p o l y c r i s t a l l i n f o r t e m e n t dopé.
C'est pourquoi la présente invention a notamment pour objet de proposer un c o n v e r t i s s e u r d'une t e n s i o n a l t e r n a t i v e en un c o u r a n t continu, pouvant être r é a l i s é dans n'importe quelle t e c h n o l o g i e .
Ce but est a t t e i n t conformément à l ' i n v e n t i o n du f a i t que l e c o n v e r t i s s e u r comprend un premier c o n v e r t i s s e u r élémentaire f o u r n i s s a n t en réponse à une t e n s i o n a l t e r n a t i v e d ' e n t r é e , un courant continu p u l s é i1 dont la valeur moyenne i1 est une f o n c t i o n fortement c r o i s s a n t e de l ' a m p l i t u d e A de l a d i t e t e n s i o n a l t e r n a t i v e , et un second c o n v e r t i s s e u r é l é m e n t a i r e f o u r n i s s a n t , en réponse au courant il, un courant i3 dont la valeur est une fonction fortement d é c r o i s s a n t e de il, fonction t e l l e que l'on a i t , dans un c e r t a i n domaine de valeurs de A, s e n s i b l e m e n t :
où
C1 est un paramètre constant et AM une valeur p a r t i c u l i è r e de A s i t u é e dans l e d i t domaine de v a l e u r s .
Avantageusement, le premier c o n v e r t i s s e u r é l é m e n t a i r e est agencé pour f o u r n i r un courant i1 tel que i1 = i10 exp A/Uc où i10 et Uc s o n t
des paramètres c o n s t a n t s ,
et le second c o n v e r t i s s e u r é l é m e n t a i r e est agencé pour fournir un courant i3 tel que i3 = i30 - C1 In (ii) où i30 est une c o n s t a n t e .
Il en r é s u l t e que l'on a : i 1 0
où C2 est une c o n s t a n t e .
Cette valeur de i3 est donc bien une fonction décroissant l i n é a i - rement en A.
Les c a r a c t é r i s t i q u e s respectivement e x p o n e n t i e l l e s et l o g a r i t h m i - ques de ces c o n v e r t i s s e u r s é l é m e n t a i r e s peuvent chacune être o b t e n u e s
en première approximation au moyen de t r a n s i s t o r s MOS t r a v a i l l a n t sensiblement en faible i n v e r s i o n , sans n é c e s s i t e r l ' u t i l i s a t i o n de r é s i s t a n c e s de haute valeur. Il est en effet bien connu qu'un t r a n s i s - tor MOS auquel on applique une tension de p o l a r i s a t i o n g r i l l e - s o u r c e dont la valeur est i n f é r i e u r e à celle du seuil t h é o r i q u e , ce t r a n s i s t o r f o u r n i t sur son t r a j e t d r a i n - s o u r c e un courant dont la valeur est une f o n c t i o n e x p o n e n t i e l l e de celle de l a d i t e tension de p o l a r i s a t i o n .
Selon un mode de r é a l i s a t i o n p a r t i c u l i e r , le premier c o n v e r t i s s e u r é l é m e n t a i r e comprend un premier t r a n s i s t o r MOS dont la g r i l l e e s t connectée à la borne d ' e n t r é e du c o n v e r t i s s e u r par l ' i n t e r m é d i a i r e d ' u n condensateur de découplage, et des moyens de p o l a r i s a t i o n de ce p r e m i e r t r a n s i s t o r . Ces moyens de p o l a r i s a t i o n comprennent avantageusement un c i r c u i t répondant à la tension a l t e r n a t i v e d ' e n t r é e pour a p p l i q u e r entre la g r i l l e et la source de ce t r a n s i s t o r MOS une tension de p o l a - r i s a t i o n dont la valeur moyenne est une fonction sensiblement l i n é a i r e de l ' a m p l i t u d e A de la tension a l t e r n a t i v e .
Ce c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n comprend avantageusement : un deuxième t r a n s i s t o r MOS dont l'une des bornes de canal est connectée à la g r i l l e du premier t r a n s i s t o r , et un c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n de ce deuxième t r a n s i s t o r , agencé pour appliquer entre la deuxième borne de canal e t la g r i l l e du deuxième t r a n s i s t o r , une tension constante choisie pour que l'impédance de ce deuxième t r a n s i s t o r soit é l e v é e .
Selon un exemple de r é a l i s a t i o n de l ' i n v e n t i o n , le second conver- t i s s e u r é l é m e n t a i r e comprend un t r o i s i è m e , un quatrième et un cinquième t r a n s i s t o r MOS, des moyens répondant au courant c i r c u l a n t dans l e quatrième t r a n s i s t o r pour appliquer entre la g r i l l e et la source du t r o i s i è m e t r a n s i s t o r une tension de commande qui est une f o n c t i o n l i n é a i r e de la valeur moyenne dudit courant c i r c u l a n t dans le quatrième t r a n s i s t o r , cette tension de commande étant t e l l e que le t r o i s i è m e t r a n s i s t o r fonctionne toujours en faible inversion, les quatrième e t cinquième t r a n s i s t o r s ayant leurs g r i l l e s connectées ensemble et l e u r s sources connectées à une même borne d ' a l i m e n t a t i o n , le drain du c i n - quième t r a n s i s t o r étant r e l i é à la borne de s o r t i e du c o n v e r t i s s e u r , e t des moyens répondant au courant il fourni par le premier c o n v e r t i s s e u r pour a p p l i q u e r sur le quatrième t r a n s i s t o r une tension de p o l a r i s a t i o n g r i l l e - s o u r c e t e l l e que la valeur moyenne du courant c i r c u l a n t dans l e t r o i s i è m e t r a n s i s t o r soit égale à la valeur moyenne il du courant i l .
Selon un mode p a r t i c u l i e r de r é a l i s a t i o n du second c o n v e r t i s s e u r é l é m e n t a i r e , les drains des premier et t r o i s i è m e t r a n s i s t o r s sont con- nectés entre eux ainsi qu'à la g r i l l e du quatrième t r a n s i s t o r et à une armature d'un condensateur dont l ' a u t r e armature est r e l i é e à une première borne d ' a l i m e n t a t i o n , la g r i l l e du t r o i s i è m e t r a n s i s t o r r e ç o i t un p o t e n t i e l constant tandis que la source dudit troisième t r a n s i s t o r est connectée au drain du quatrième t r a n s i s t o r et à une borne d ' u n e r é s i s t a n c e dont l ' a u t r e borne est r e l i é e à la deuxième borne d ' a l i m e n - t a t i o n , la source du quatrième t r a n s i s t o r étant r e l i é e à l a d i t e p r e m i è - re borne d ' a l i m e n t a t i o n , les composants du c o n v e r t i s s e u r étant dimen- sionnés de façon que le courant t r a v e r s a n t le quatrième t r a n s i s t o r s o i t généralement grand v i s - à - v i s de celui qui c i r c u l e dans le t r o i s i è m e t r a n s i s t o r .
Ce c o n v e r t i s s e u r est avantageusement u t i l i s é dans un c i r c u i t d ' o s c i l l a t e u r comprenant : une première et une deuxième borne d ' a l i m e n - t a t i o n ,
un c i r c u i t d ' e n t r e t i e n comportant une borne d ' e n t r é e , une borne de s o r t i e , une première et une deuxième borne pour le branchement d ' u n r é s o n a t e u r , au moins un élément a c t i f a m p l i f i c a t e u r et des moyens de p o l a r i s a t i o n de cet élément a c t i f , ce c i r c u i t d ' o s c i l l a t i o n é t a n t c a r a c t é r i s é en ce q u ' i l comprend en outre un c o n v e r t i s s e u r tel que d é c r i t ci-dessus, répondant à l'un des signaux d ' o s c i l l a t i o n s u i v a n t dit signal de pilotage (SP) : signal d ' e n t r é e et signal de sortie de l ' o s c i l l a t e u r , pour appliquer sur le t r a j e t de courant commandé de l ' é l é m e n t a c t i f un courant (i3) dont la valeur en fonction de l ' a m p l i - tude (A) du signal de p i l o t a g e (SP) est, dans un certain domaine de valeurs de A, de la f o r m e :
où
c1 est un paramètre constant et A m une valeur p a r t i c u l i è r e de A dans l e d i t domaine de v a l e u r s .
Les c a r a c t é r i s t i q u e s et avantages de l ' i n v e n t i o n seront mieux compris à la l e c t u r e de la d e s c r i p t i o n qui va suivre d'un mode de r é a l i s a t i o n de l ' i n v e n t i o n , d e s c r i p t i o n faite en référence aux f i g u r e s 2 et 3 des dessins annexés dans l e s q u e l s :
- la figure 1 déjà d é c r i t e r e p r é s e n t e le schéma é l e c t r i q u e d ' u n
c i r c u i t d ' o s c i l l a t e u r selon un art a n t é r i e u r
- la figure 2 est le schéma é l e c t r i q u e d'un c i r c u i t d ' o s c i l l a t e u r selon un mode de r é a l i s a t i o n de l ' i n v e n t i o n ; e t
- la figure 3 représente le diagramme du courant d r a i n - s o u r c e d ' u n t r a n s i s t o r du premier c o n v e r t i s s e u r en fonction de la d i f f é r e n c e de p o t e n t i e l e x i s t a n t entre les deux é l e c t r o d e s de canal de ce t r a n s i s t o r . Sur la figure 2, les éléments analogues à ceux du c i r c u i t de l a figure 1 sont repérés par les mêmes r é f é r e n c e s . Comme le c i r c u i t de l a figure 1, le c i r c u i t de la figure 2 comporte une première +V et une deuxième M borne d ' a l i m e n t a t i o n , un c i r c u i t d ' e n t r e t i e n 1 comprenant des bornes 16 et 17 pour le branchement d'un résonateur 2, u n e b o r n e d ' e n t r é e 8 et une borne de s o r t i e 18. Le c i r c u i t d ' e n t r e t i e n r e p r é s e n t é sur la figure 2 comporte deux t r a n s i s t o r s MOS complémentaires b r a n c h é s en i n v e r s e u r 19 et 20. Ce type de c i r c u i t à inverseur étant bien connu en soi, il ne sera pas davantage décrit i c i .
Tout comme dans le c i r c u i t de la figure 1, une source de c o u r a n t r é a l i s é e sous la forme d'un t r a n s i s t o r MOS 6 est branchée en série avec les t r a j e t s d r a i n - s o u r c e des éléments a c t i f s 19,20. La borne de comman- de ( g r i l l e 6a) de la source de courant 6 reçoit un signal de commande fourni par un c i r c u i t régulateur formant avec la source de courant 6 un c o n v e r t i s s e u r 300 d'une tension a l t e r n a t i v e d ' e n t r é e SP en un c o u r a n t continu i3' convertisseur dont la structure diffère fondamentalement de celle du c o n v e r t i s s e u r r e p r é s e n t é sur la figure 1.
Comme le montre la figure 2, le c o n v e r t i s s e u r 300 comprend t r o i s p a r t i e s : une p a r t i e c o n v e r t i s s e u r t e n s i o n - c o u r a n t 21, une p a r t i e
c o n v e r t i s s e u r c o u r a n t - c o u r a n t 22, et un c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n 23.
La p a r t i e 21 comprend un t r a n s i s t o r MOS 24 dont une borne de c a n a l 24a r e ç o i t , via un condensateur 7, le signal d ' o s c i l l a t i o n SP ou s i g n a l de p i l o t a g e présent sur la borne d ' e n t r é e 8 du c i r c u i t d ' e n t r e t i e n 1.
L ' a u t r e borne de canal 24b r e ç o i t un p o t e n t i e l constant U1 fourni p a r le c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n 23, et la g r i l l e 24c du t r a n s i s t o r 24 r e ç o i t un p o t e n t i e l constant D2 fourni par le c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n 23. La tension U1 est fournie par un t r a n s i s t o r MOS à canal P 25 dont l a g r i l l e est connectée au drain et dont la source est r e l i é e à la b o r n e +V. Le p o t e n t i e l U2 est, en valeur absolue, supérieur au p o t e n t i e l U1 d ' e n v i r o n une valeur de tension de seuil. Ce p o t e n t i e l U2 est f o u r n i par un second t r a n s i s t o r MOS à canal P 26 dont la g r i l l e est c o n n e c t é e
au drain, et dont la source est connectée au drain du t r a n s i s t o r 25.
Au repos, le signal SP est nul et le t r a n s i s t o r à canal P 24 e s t commandé par une tension g r i l l e - s o u r c e qui est de l ' o r d r e de grandeur de celle d'une tension de seuil, de sorte que ce t r a n s i s t o r 24 se com- p o r t e r a comme une r é s i s t a n c e de haute valeur parcourue par un t r è s f a i b l e courant. Lorsque l ' o s c i l l a t e u r o s c i l l e , le signal SP est d i f f é - rent de zéro et le fonctionnement du t r a n s i s t o r 24 sera d i f f é r e n t suivant le signe du signal SP qui lui est appliqué sur sa borne de canal 24a. Sur le diagramme de la figure 3, on a porté en abscisse l a d i f f é r e n c e de p o t e n t i e l entre le p o t e n t i e l UA de la borne 24a et l e p o t e n t i e l UB de la borne 24b du t r a n s i s t o r 24. En ordonnée du diagramme de la figure 3, on a représenté le courant I c i r c u l a n t dans le t r a j e t d r a i n - s o u r c e du t r a n s i s t o r 24.
Le fonctionnement du t r a n s i s t o r 24 est le s u i v a n t : durant l e s a l t e r n a n c e s négatives du signal SP, la borne 24a est négative p a r rapport à la borne 24b, de sorte que le t r a n s i s t o r 24 est parcouru p a r un f a i b l e courant sensiblement indépendant de la valeur du p o t e n t i e l de la borne 24a. Durant les a l t e r n a n c e s p o s i t i v e s du signal SP, la b o r n e 24a devient p o s i t i v e par rapport à la borne 24b, de sorte que le cou- r a n t i parcourant le t r a n s i s t o r 24 augmente exponentiellement en f o n c - tion du p o t e n t i e l de la borne 24a. Cependant en raison de la p r é s e n c e du condensateur 7, la charge f i d t durant une alternance négative d o i t être égale à la charge durant une alternance p o s i t i v e du signal SP. I l en r é s u l t e que la borne 24a ne devient p o s i t i v e par rapport à la borne 24b que pendant un temps très court coïncidant avec les pointes p o s i t i - ves du signal SP. Durant ce temps, le p o t e n t i e l de la borne 24a r e s t e v o i s i n de celui d e l a borne 24b, c ' e s t - à - d i r e que le p o t e n t i e l de l a borne 24a reste v o i s i n de la valeur U1. Ainsi, le signal de tension P1 p r é s e n t sur la borne 24a et r e p r é s e n t é sur la figure 3 p r é s e n t e une valeur moyenne P1 dont la valeur est une fonction sensiblement l i n é a i r e de l ' a m p l i t u d e A du signal SP.
Le signal P1 est appliqué sur la g r i l l e 27a d'un t r a n s i s t o r à canal P 27 dont la source 27b est r e l i é e à la borne d ' a l i m e n t a t i o n +V, et dont le drain 27c est r e l i é à la borne d ' e n t r é e 22a du c i r c u i t c o n v e r t i s s e u r c o u r a n t - c o u r a n t 22. Le t r a n s i s t o r 27 d é l i v r e au c o n v e r - t i s s e u r 22 un courant continu pulsé il dont la valeur moyenne il e s t fortement dépendante de l ' a m p l i t u d e A du signal a l t e r n a t i f d ' e n t r é e SP.
En raison de la c a r a c t é r i s t i q u e non l i n é a i r e du t r a n s i s t o r 27, l e courant il q u ' i l fournit croît comme une fonction exponentielle avec l a valeur absolue du signal de tension P1 appliqué sur sa g r i l l e 27a. En e f f e t , même si la valeur moyenne P1 du signal de tension P1 r e s t e c o n s t a n t e , l ' a u g m e n t a t i o n du courant il durant l ' a l t e r n a n c e négative du signal SP dépasse fortement la réduction de courant il pendant l ' a l t e r - nance p o s i t i v e de ce signal SP. Vu que, cependant, la tension moyenne P1 diminue également avec l ' a m p l i t u d e A du signal SP, le courant i1 augmente c o n s i d é r a b l e m e n t en fonction de cette amplitude A.
Le rôle du c o n v e r t i s s e u r c o u r a n t - c o u r a n t est de f o u r n i r , en répon- se au courant il fourni par le t r a n s i s t o r 27, un courant i3 dont l a valeur est une fonction d é c r o i s s a n t e de il. De plus, i3 doit d e v e n i r nul pour une valeur donnée AM de l'amplitude du signal d'entrée SP e t il doit, dans un large domaine voisin de zéro, diminuer à peu p r è s l i n é a i r e m e n t en fonction de l ' a m p l i t u d e A du signal d ' e n t r é e S P .
Il est à noter que le régulateur d'amplitude 300 est u t i l i s é dans un système bouclé qui ne doit pas ê t r e n é c e s s a i r e m e n t stable. Dans c e t ensemble, il est s o u h a i t a b l e que la fonction de t r a n s f e r t du c i r c u i t r é g u l a t e u r soit bien d é f i n i e et r e s t e r e p r o d u c t i b l e malgré l ' i n f l u e n c e des paramètres de procédé de f a b r i c a t i o n du c i r c u i t .
Le c o n v e r t i s s e u r c o u r a n t - c o u r a n t 22 comprend un t r a n s i s t o r MOS à canal N 28; la g r i l l e 28a du t r a n s i s t o r 28 reçoit un p o t e n t i e l c o n s t a n t U3 fourni par un t r a n s i s t o r MOS à canal N 29 dont la g r i l l e est connec- tée au drain et dont la source est connectée à la borne d ' a l i m e n t a t i o n M. Le drain 28b du t r a n s i s t o r 28 est r e l i é à l ' e n t r é e 22a du c o n v e r t i s - seur 22. Le t r a n s i s t o r 28 est donc commandé par une tension UR a p p l i - quée sur sa source 28c.
Comme cela est connu, lorsque le t r a n s i s t o r 28 t r a v a i l l e en f a i b l e i n v e r s i o n , il e x i s t e une dépendance e x p o n e n t i e l l e entre le c o u r a n t c i r c u l a n t dans ce t r a n s i s t o r 28 et la tension de commande UR de ce t r a n s i s t o r . La tension UR est produite par la chute de tension due à l a c i r c u l a t i o n d'un courant i2 dans une résistance 30, le courant i2 é t a n t fourni par un t r a n s i s t o r MOS à canal P 31 dont le t r a j e t d r a i n - s o u r c e est branché en série avec la r é s i s t a n c e 30 entre les bornes d ' a l i m e n t a - tion +V et M.
La g r i l l e 31a du t r a n s i s t o r 31 est connectée à l ' e n t r é e 22a du c o n v e r t i s s e u r 22, ainsi qu'à une armature d'un condensateur 32 dont
l ' a u t r e armature est connectée à la borne d ' a l i m e n t a t i o n +V. Le rôle du condensateur 32 est de maintenir à peu près constante pendant une période du signal d ' e n t r é e SP, la tension de la g r i l l e 31a et donc l a tension du drain 28b du t r a n s i s t o r 28.
Les composants du c i r c u i t 300 sont dimensionnés de t e l l e sorte que le courant c i r c u l a n t dans le t r a n s i s t o r 28 peut généralement ê t r e considéré comme négligeable par rapport au courant c i r c u l a n t dans l e t r a n s i s t o r 31.
Les t r a n s i s t o r s 28 et 31 forment un système bouclé à c o n t r e - r é a c - tion dont le fonctionnement est le s u i v a n t :
Un courant il injecté sur l ' e n t r é e 22a du convertisseur 22 déchar- ge le condensateur 32 de sorte que le p o t e n t i e l de la borne 22a c r o î t et le courant c i r c u l a n t dans le t r a n s i s t o r 31 d é c r o î t . En conséquence, la tension de commande UR devient plus faible, de sorte que le courant dans le t r a n s i s t o r 28 augmente, ce qui a pour effet que, à l ' é t a t d ' é q u i l i b r e du c i r c u i t , le courant c i r c u l a n t dans le t r a n s i s t o r 28 e s t égal au courant i n j e c t é il sur la borne 22a.
En raison de la c a r a c t é r i s t i q u e non l i n é a i r e du t r a n s i s t o r 28, pour une augmentation e x p o n e n t i e l l e du courant i1 alimenté, la t e n s i o n de commande UR doit diminuer de façon l i n é a i r e , ce qui signifie que l e courant c i r c u l a n t dans le t r a n s i s t o r 31 diminue également de f a ç o n l i n é a i r e .
Vu que le courant il fourni par le t r a n s i s t o r 27 croît lui a u s s i comme une f o n c t i o n e x p o n e n t i e l l e de l ' a m p l i t u d e A du signal d ' e n t r é e SP, il r é s u l t e que le courant i2 fourni par le t r a n s i s t o r 31 diminue à peu près l i n é a i r e m e n t en fonction de l ' a m p l i t u d e A c r o i s s a n t e du s i g n a l SP.
Le t r a n s i s t o r 6 peut être dimensionné par rapport au t r a n s i s t o r 31 de manière à f o u r n i r un courant i3 convenable pour commander le c i r c u i t d ' e n t r e t i e n 1.
Les t r a n s i s t o r s 25, 26 et 29 f o u r n i s s a n t les tensions c o n s t a n t e s U1, U2 et U3 font p a r t i e du c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n 23 qui comprend en o u t r e : une source de courant 33 branchée en s é r i e , entre les b o r n e s d ' a l i m e n t a t i o n +V et M, avec le t r a j e t drain-source du t r a n s i s t o r 29, et un quatrième t r a n s i s t o r 34 à canal N, dont le t r a j e t d r a i n - s o u r c e est branché entre la borne d ' a l i m e n t a t i o n M et le drain du t r a n s i s t o r 26.
Il est avantageux de r é a l i s e r le c i r c u i t 300 de la m a n i è r e s u i v a n - t e :
Les t r a n s i s t o r s 28, 29 et 34 ont même géométrie et le t r a n s i s t o r 25 e s t n fois plus large que le t r a n s i s t o r 27. Dans ce cas, on démontre que, lorsque A = 0, on a :
où 10 est le courant fourni par la source 33 et i4 est le courant c i r c u l a n t dans les t r a n s i s t o r s 25, 26 et 34.
Typiquement, il est m u l t i p l i é par 100 quant A varie de 0 à 400 mV;
il en r é s u l t e que n = 100, AM étant égal à 400 mV.
Les sources 6b et 31b des t r a n s i s t o r s 6 et 31 sont connectées à l a borne d ' a l i m e n t a t i o n +V tandis que le drain 6c du t r a n s i s t o r 6 e s t connecté à la borne de s o r t i e S du c o n v e r t i s s e u r 300. Le t r a n s i s t o r 6 est à canal P.
Par un dimensionnement convenable de la r é s i s t a n c e 30 et du t r a n - s i s t o r 6, on peut régler le courant de démarrage i30 fourni par l e t r a n s i s t o r 6 à la valeur d é s i r é e .
Il faut noter que la valeur Io du courant fourni par la source de courant 33 du c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n 23 ne joue aucun rôle tant que les t r a n s i s t o r s 28 et 29 et 34 t r a v a i l l e n t en faible inversion. Ce courant Io n'a donc pas besoin d'être s t a b i l i s é par exemple v i s - à - v i s des f l u c t u a t i o n s de la t e n s i o n d ' a l i m e n t a t i o n fournie par les bornes +V,M. Les tensions de s e u i l des t r a n s i s t o r s n ' i n t e r v i e n n e n t pas non plus. Seul i n t e r v i e n t dans la f o n c t i o n de t r a n s f e r t du c o n v e r t i s s e u r 300 la t r a n s c o n d u c t a n c e des t r a n s i s t o r s 24 et 27; cette t r a n s c o n d u c t a n - ce est cependant une c a r a c t é r i s t i q u e p r é s e n t a n t une bonne r e p r o d u c t i b i - l i t é qui est en tout cas s u f f i s a n t e pour l ' a p p l i c a t i o n envisagée i c i .
1. C o n v e r t i s s e u r d'une t e n s i o n a l t e r n a t i v e (SP) en un c o u r a n t continu (i3), du type comprenant une première (+V) et une deuxième (M) borne d ' a l i m e n t a t i o n , une borne d ' e n t r é e (E), une borne de sortie ( S ) , c a r a c t é r i s é en ce q u ' i l comprend un premier c o n v e r t i s s e u r é l é m e n t a i r e (21) f o u r n i s s a n t en réponse à la tension a l t e r n a t i v e (SP) un c o u r a n t continu pulsé (il) dont la valeur moyenne (i1) est une fonction f o r t e - ment c r o i s s a n t e de l ' a m p l i t u d e A de l a d i t e tension a l t e r n a t i v e (SP), e t un second c o n v e r t i s s e u r é l é m e n t a i r e (22) f o u r n i s s a n t en réponse au courant il un courant i3 dont la valeur est une fonction fortement d é c r o i s s a n t e de il telle que l'on ait dans un certain domaine de va- leurs de A, s e n s i b l e m e n t :
où
CI est un paramètre constant et AM une valeur p a r t i c u l i è r e de A dans l e d i t domaine de v a l e u r s .
2. C o n v e r t i s s e u r selon la r e v e n d i c a t i o n 1, c a r a c t é r i s é en ce que le premier c o n v e r t i s s e u r élémentaire (21) comprend un premier t r a n s i s - tor MOS dont la g r i l l e (27a) est connectée à la borne d ' e n t r é e (E) du c o n v e r t i s s e u r par l ' i n t e r m é d i a i r e d'un condensateur de découplage ( 7 ) , et des moyens de p o l a r i s a t i o n (24,25,26) de ce premier t r a n s i s t o r .
3. C o n v e r t i s s e u r selon la r e v e n d i c a t i o n 2, c a r a c t é r i s é en ce que l e s d i t s moyens de p o l a r i s a t i o n comprennent un c i r c u i t (24,25,26) répon- dant à la tension a l t e r n a t i v e (SP) pour appliquer entre la g r i l l e (27a) et la source (27b) du premier t r a n s i s t o r MOS (27) une tension de p o l a - r i s a t i o n dont la valeur moyenne est une fonction sensiblement l i n é a i r e de l ' a m p l i t u d e (A) de la tension a l t e r n a t i v e (SP).
4. C o n v e r t i s s e u r selon la r e v e n d i c a t i o n 3, c a r a c t é r i s é en ce que le c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n du premier t r a n s i s t o r (27) comprend : un deuxième t r a n s i s t o r MOS (24) dont l'une (24a) des bornes de canal e s t connectée à la g r i l l e (27a) du premier t r a n s i s t o r (27), et un c i r c u i t de p o l a r i s a t i o n (25,26) de ce deuxième t r a n s i s t o r agencé pour a p p l i q u e r entre la deuxième borne de canal (24b) et la g r i l l e (24c) du deuxième t r a n s i s t o r (24) une tension constante (U2-U1) choisie pour que l ' i m p é - dance du deuxième t r a n s i s t o r soit é l e v é e .
5. C o n v e r t i s s e u r selon l'une des r e v e n d i c a t i o n s 1 à 4, c a r a c t é r i s é
en ce que le second c o n v e r t i s s e u r élémentaire (22) c o m p r e n d
un t r o i s i è m e (28), un quatrième (31) et un cinquième ( 6 ) t r a n s i s - tor MOS, des moyens répondant au courant (i2) c i r c u l a n t dans le qua- trième t r a n s i s t o r (31) pour appliquer entre la g r i l l e (28a) et l a source (28c) du t r o i s i è m e t r a n s i s t o r (28) une t e n s i o n de commande (U3-UR) qui est une f o n c t i o n l i n é a i r e dudit courant (i2) c i r c u l a n t dans le quatrième t r a n s i s t o r (31), les quatrième et cinquième t r a n s i s t o r s ayant leurs g r i l l e s (31a, 6a) connectées ensemble et leurs s o u r c e s connectées à une même borne d ' a l i m e n t a t i o n (+V), le drain du cinquième t r a n s i s t o r (6) étant r e l i é à la borne de s o r t i e (S) du c o n v e r t i s s e u r , e t
des moyens répondant au courant (i1) fourni par le premier conver- t i s s e u r (21) pour appliquer sur le quatrième t r a n s i s t o r (31) une t e n - sion de p o l a r i s a t i o n g r i l l e - s o u r c e t e l l e que la valeur moyenne du courant c i r c u l a n t dans le t r o i s i è m e t r a n s i s t o r soit égale à la v a l e u r moyenne il du courant (il) fourni par le premier c o n v e r t i s s e u r élémen- t a i r e .
6. C o n v e r t i s s e u r selon la r e v e n d i c a t i o n 5, c a r a c t é r i s é en ce que les drains (27a), 28b) des premier (27) et troisième t r a n s i s t o r s (28) sont connectés entre eux ainsi qu'à la g r i l l e (31a) du quatrième t r a n - s i s t o r (31) et à une armature d'un condensateur (32) dont l ' a u t r e armature est r e l i é e à une première borne d ' a l i m e n t a t i o n (+V), la g r i l l e (28a) du t r o i s i è m e t r a n s i s t o r (28) r e ç o i t un p o t e n t i e l constant (U3) tandis que la source (28c) dudit troisième t r a n s i s t o r (28) est connec- tée au drain du quatrième t r a n s i s t o r (31) et à une borne d'une r é s i s - tance (30) dont l ' a u t r e borne est r e l i é e à la deuxième borne d ' a l i m e n - t a t i o n (M), la source du quatrième t r a n s i s t o r (31) étant r e l i é e à l a d i t e première borne d ' a l i m e n t a t i o n (+V).
7. C i r c u i t d ' o s c i l l a t e u r f a i s a n t a p p l i c a t i o n du c o n v e r t i s s e u r selon l'une des r e v e n d i c a t i o n s p r é c é d e n t e s , du type comprenant une première (+V) et une deuxième (M) borne d ' a l i m e n t a t i o n ,
un c i r c u i t d ' e n t r e t i e n (1), comportant une borne d ' e n t r é e ( 8 ) , une borne de s o r t i e (18), une première (16) et une deuxième (17) borne pour le branchement d'un r é s o n a t e u r (2), au moins un élément a c t i f a m p l i f i - cateur (19,20) et des moyens de p o l a r i s a t i o n de cet élément a c t i f , c a r a c t é r i s é en ce q u ' i l comprend en outre un c o n v e r t i s s e u r (300) s e l o n l'une des r e v e n d i c a t i o n s p r é c é d e n t e s , répondant à l'un des s i g n a u x
d ' o s c i l l a t i o n suivants dit signal de p i l o t a g e (SP) : signal d ' e n t r é e e t signal de s o r t i e de l ' o s c i l l a t e u r , pour appliquer sur le t r a j e t de courant commandé de l ' é l é m e n t a c t i f , un courant (i3) dont la valeur en fonction de l ' a m p l i t u d e (A) du signal de p i l o t a g e (SP) est, dans un c e r t a i n domaine de valeurs de A, de la f o r m e :
où
C1 est un paramètre constant et AM une v a l e u r p a r t i c u l i è r e de A dans l e d i t domaine de v a l e u r s .
