Portes linéaires à transistors

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Submitted on 1 Jan 1958

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Portes linéaires à transistors

Louis Penege

To cite this version:

PORTES LINÉAIRES A TRANSISTORS

Par LOUIS

_PENEGE,

Laboratoire de Synthèse Atomique, Ivry.

Résumé. 2014 La propriété qu’a _un transistor de

présenter, dans certaines _conditions, une résis-tance interne très faible _permet de l’utiliser dans les _{amplificateurs proportionnels} à _large bande :

1) Comme _porte linéaire de _grande efficacité

2) Pour la _suppression des _impulsions saturantes.

Abstract. 2014

Description of circuits making use of the _properties of transistors for the solution of some _problems in electronics for nuclear _physics.

1) Linear _gates of _{high efficiency.}

2)

Suppression

of _{saturating impulses} in linear _amplifiers.

APPLIQUÉE 19, 1956,

A.

_{Caractéristiques}

d’une

_porte.

- Nous

défi-nirons deux modèles de

_{portes :}

1)

Celles _{que l’on}

_peut

schématiser _par un

inter-rupteur

monté en série dans la liaison entre deux

étages

amplificateurs

- _{ou «}

porte

série »

-(fig. 1 a).

.

FIG. 1.

2)

Celles que l’on

peut

schématiser _par un

inter-rupteur

monté en

parallèle

sur la fuite de

_graille

d’un

étage

-

ou «

_portes

parallèle

-

( fig.1

b).

On

_peut

définir l’efficacité e d’une

_porte

comme

étant,

pour un

signal

d’entrée

donné,

le

_rapport

des

amplitudes

de celui-ci transmis

_porte

ouverte et

porte

fermée.

Pour des raisons dé

_simplicité

dans la

_{réalisation,}

lorsque

l’on veut

_respecter

la linéarité dans la

trans-mission des

_signaux.,

on est conduit à utiliser le

principe

des

_portes

_parallèles.

Dans le cas d’une

_porte

parallèle

Z

max

et Z

_rnin

étant les

_impédances

entre le

point

A et la masse

_{(fig. Ib), l’interrupteur}

étant

1 ouvert et fermé. « Z min o est peu différent de

la

résistance de court circuit r.

D’autre

_part,

dans un

_étage

amplificateur

devant

transmettre une bande de

fréquence

déterminée

d’où

largeur de bande x efiicacité =

Z min

.

Z min

Ce

_produit

-

largeur

de bande _par eflîcacité -est ce

_qui

caractérise le mieux une

_porte.

Ceci nous

conduit,

pour une efficacité de

_{porte donnée,}

à

chercher un « Z min o le

plus

faible

possible

si l’on

veut utiliser la

_porte

dans un ensemble à

_large

bande.

B. Résistance interne d’un transistor. -- Le

réseau des

_{caractéristiques}

de sortie d’un transistor

à

_jontion,

monté « en émetteur commun » est sem-blable à celui d’un tube à vide

_penthode

ou tétrode

Fic. 2. - Réseau des caractéristiques

d’un transistor connecté en « émetteur commun ». _Le

para-mètre est lé courant de base.

à faisceaux

_dirigés

_(fig.

_{2). Toutefois,}

les

caracté-ristiques

s’approchent beaucoup

plus

près

de l’axe vertical. Ce

_qui

revient à dire _que dans la

_région

des

faibles

tensions d’anode ou de

_collecteur,

la résistance

interne d’un transistor tombe

_beaucoup

_plus

_{bas que} celle d’un tube à vide. Elle

_peut

varier suivant le

type

de transistor de

quelques

ohms

(courant

de base

72 A

maximum)

à

_quelques

centaines de milliers d’ohms

(base

bloquée).

C’est cette

_propriété

de résistance interne très

faible

_qui

a été utilisée dans deux

_montages

d’élec-tronique,

employés

fréquemment

dans les

expé-riences de

_physique

_nucléaire,

_que nous

_allons

décrire.

Remarquons que

les transistors

_présentent

sur les tubes

_penthodes

ou tétrodes

_l’avantage

suivant :

la

_dissipation

d’écran limite le fonctionnement de

ces tubes dans la

région

de forts courants et faibles

tensions d’anode.

FIG. 3.

C.

_Description

des circuits utilisés. - 1. PORTE A COÎNCIDENCE

_(fig.

3

_a).

- On

applique

en permanence, sur la base du

_transistor,

une tension telle que le courant de base soit

près

du maximum

admissible.

_{L’impulsion}

d’entrée Ve est court-circuitée à la masse du fait de

_{l’impédance}

très faible

_présentée

_{par le transistor.} Le

_signal

de

commande a _pour effet de neutraliser la

polari-sation

_appliquée

sur la base et de

_bloquer

cette

dernière. Pendant la durée de ce

_signal,

le

tran-sistor se

_présente

comme une

_{impédance élevée.}

Il

_permet

à

_{l’impulsion}

d’entrée Ve d’être

trans-mise à

_l’étage

suivant.

2. PORTE A

_{ANTI-COÏNCIDENCE}

_(fig.

3

_b).

-Le transistor a son

_point

de fonctionnement situé en _{permanence dans} la

_région

de « base

_bloquée

».

Il se

_présente

comme une

_impédance

élevée. Toute

impulsion

d’entrée Ve est transmise à

_l’étage

suivant. Le

_signal

de commande amenant une

polarisation positive

sur la base

_reporte

le

_point

de

fonctionnement dutransistor dans la

_région

où il se

présente

comme une faible

_impédance.

L’impulsion

d’entrée Ve en coïncidence avec le

_signal

de com-mande est court-circuitée à la masse.

Ces deux

_montages

ont été réalisés avec des transistors SYLVANIA 2N94A du

_type

N. P. N.

L’impulsion

d’entrée Ve ne doit _pas

_dépasser

20 volts

_positifs

entre émetteur et

_collecteur,

sinon elle

_risque

de détériorer le transistor. Le

_signal

de

commande est de l’ordre de

_0,5

volt. Pour une

bonne stabilité dans les

_{caractéristiques}

des

_portes,

la

_température

des transistors doit être maintenue constante aux environs de 25°C.

Fie. -- 4. PM - _{Photomultiplicateur.}

AR - _{Amplificateur} à _temps de montée _rapide.

CR - Sélecteur à coïncidence rapide.

AP - _{Amplificateur proportionnel.} SA - Sélecteur _{d’amplitude} à bande. TC - Sélecteur à _triple coïncidence. SM - Sélecteur d’amplitude multicanaux.

R - Retard.

P - Porte linéaire.

D.

_Première

_{application :}

Porte linéaire montée

dans

un

_{amplificateur}

à

_large

bande. -

La

figure

4 a

_représente

une installation de

_physique

nucléaire à deux

_{photomultiplicateurs}

en coïnci-dence

_rapide

avec sélection

_d’énergie

dans’les deux

canaux. z

Pour

_permettre

un

_grand

taux de

_comptage

dans

chaque

canal et

_l’analyse

du

_spectre

en coïncidence

par un sélecteur

_multicanal,

_{l’appareillage}

de la

figure

4 a a été

_remplacé

_par celui de la

figure

4 b dans

_lequel

les

_portes

ne sont ouvertes

que lors d’une coïncidence

rapide.

Les sélecteurs ne

recevant que peu

d’impulsions

peuvent

présenter

73 A

un

_temps

de résolution

important,

ce

_qui

est

géné-ralement le cas des sélecteurs multicanaux.

Le schéma des

_portes

utilisées est le circuit à coïncidence de la

_figure

3 _{a, monté à} l’intérieur des

_{amplificateurs proportionnels}

sur un

_étage

où

l’amplitude

des

_impulsions

à

_analyser

_{n’est que} de

quelques

volts

_positifs..

Le schéma

_partiel

de la réalisation est _{donné par}

la

_figure

5. Les deux

_portes

sont semblables. Les

_{amplificateurs}

utilisés

_permettent

_d’analyser

à leur sortie des

_{impulsions proportionnelles jusqu’à}

100 volts

_{d’amplitude.}

La

_{partie comprise}

entre

l’étage

où est montée la

_porte

et la sortie a un

gain

de 50.

Les

_portes

_possèdent

les

_{caractéristiques}

sui-vantes :

a)

Elles conservent la linéarité en

_amplitude

des

signaux

transmis.

b)

Elles conservent la forme de ces

signaux.

Temps

de montée :

_1,5.10-7

seconde.

c)

Portes

_bloquées,

on relève à la sortie des

amplificateurs

une

_amplitude

résiduelle maximum de 1 volt.

d)

Également

à la sortie des

_{amplificateurs,}

l’impulsion

de commande seule laisse subsister une

impulsion

parasite

de l’ordre de

_0,5

volt.

Le seuil des sélecteurs

_d’analyse

utilisés est de

2 volts.

Remarque.

-- On constate

l’apparition

d’un seuil dans la transmission des

_signaux,

seuil dû à la

porte,

qui

peut

être de l’ordre de 2 à 3 volts à la sortie des

_{amplificateurs.}

E. Deuxième

application : Suppression

des

impulsions

saturantes dans un

amplificateur

pro-portionnel.

- Un

problème

qui

se

_présente

souvent

en

_physique

nucléaire est

_{l’analyse d’impulsions}

de

faible

_am,plitude

en

_{présence d’impulsions}

d’ampli-tude

_{beaucoup plus}

_grande.

Les

_grandes

_impulsions

se saturent dans les

_étages,

créent des rebondis-sements et interdisent ainsi

_l’analyse

des

impul-sions non saturées de basse

_énergie.

Plusieurs

solu-tions ont été

_proposées

_{pour remédier} à ce

défaut,

et ont donné lieu à la réalisation

_{d’amplificateurs}

non

_saturables.

Nous avons

utilisé,

_pour notre

_compte,

le

mon-tage

à anti-coïncidence de la

_figure

3 b. Ce circuit est monté à l’intérieur de

_{l’amplificateur}

propor-tionnel sur

_{un etage}

où

l’amplitude’des impulsions

à

_{analyserrne dépasse}

_pas

quelques

volts

_positifs.

Le transistor est _{commandé par} un

_trigger

Fie. 6.

74 A

tube 6.111 - lui-même déclenché

par les

impul-sions saturantes. Le

_trigger

délivre une

_impulsion

positive

à flancs raides que l’on

applique

sur la base

du transistor comme

signal

de commande.

L’impul-sion saturante

_qui

a déclenché le

trigger

_ayant été

retardée convenablement dans

_{l’amplificateur,}

est

alors court-circuitée à la _masse, au niveau de cet

étage.

Pour

_pouvoir

_choisir

dans le

_spectre

des

impul-sions celles

_{qui doivent}

être

_supprimées,

un discri-minateur à diodes

_D1

et

_D2

est

_placé

entre la

_partie

amplificatrice

- tube 5.840 - et le

trigger.

Toute

impulsion

dépassant

le seuil du discriminateur déclenche le

_trigger.

On

_prélève

une

_partie

du

signal

délivré _par celui-ci _{que l’on} envoie sur une sortie

_séparée,

ce

_qui

_permet

de

_compter

à

_part

les

impulsions

supprimées

et de

_contrôler,

à tout

Fie. 8.

moment,

le taux de

_comptage

_enregistré

_par le

compteur.

La

_figure

6

_représente

le schéma de

_principe

de la réalisation décrite. La

_figure

7 est la réalisation de

_la,partie

en

_pointillé

de la

_figure

6. Les

_photos

d’oscillographe

8 A et

_{8 B,}

_prises

à la sortie

de

_{l’amplificateur,}

montrent la raie de 6 keV du

_55Fe,

relevée

avec

un

_compteur

_{proportionnel,}

en

_présence

d’un

_grand

nombre de coups dus au 4 6°Co. La

_photo

8 A a été

_prise

sans le

dispo-sitif décrit. La

_photo

8

_B,

dans les mêmes

condi-tions,

mais avec ce

dispositif,

montre la

suppression

de toutes les

_impulsions

saturées. F. Conclusion. -

L’emploi

des transistors comme

_portes

linéaires a

permis

d’améliorer les

caractéristiques

de deux installations de

_physique

nucléaire existantes et

_d’élargir

leurs

_{possibilités.}

Ce

_principe

_{de porte peut}

recevoir d’autres

appli-cations. Nous

_comptons,

entre

_autres,

l’utiliser

pour la

réalisation

d’un sélecteur

d’amplitude

à une bande

_permettant

de forts taux de

_comptage

(1).

Ce travail a été effectué au Laboratoire de

Synthèse

Atomique

dépendant

du Centre National

de la Recherche

_{Scientifique, partiellement}

_grâce

à

une subvention accordée par le Commissariat à

l’Énergie

Atomique.

Nous tenons à remercier M. le Pr Joliot et

M.

_Suzor,

Directeur et Sous-Directeur du

labora-toire,

pour les moyens

qu’ils

ont mis à notre

dispo-sition. Nous remercions

_également

MM. M.

_Spighel,

G.

_Charpak

et R. _{Merinis pour} les conseils

_qu’ils

nous ont donnés.

Manuscrit reçu le 26 mars 1958.