Miroir de courant à tension de sortie élevée

Abstract

 Un miroir de courant comporte une première branche présentant en série une diode (D₁) et le trajet de courant principal d'un transistor (T₁), et une deuxième branche pré­sentant en série le trajet de courant principal d'un transis­tor (T₂) et une diode (D₂).
Pour augmenter la tension Vs disponible en sortie, on dispose dans la première branche une diode (D₃) et dans la deuxième branche un transistor (T₃). Une électrode de la diode (D₃) est connectée à la base d'un transistor (T₄) dont le col­lecteur reçoit une tension d'alimentation (U) et dont l'émet­teur est connecté à la base du transistor (T₂). La base du transistor (T₁) est connectée à une électrode de la diode (D₂) et à l'émetteur du transistor (T₂). Une diode (D₄) est dispo­sée en direct entre la source de tension d'alimentation U et la base de transistor (T₃). Une diode Z est disposée en inver­se entre la base du transistor T₃ et l'émetteur du transistor (T₂) de manière à permettre lors de sa mise en conduction, de faire fonctionner le transistor T₃ en mode B_VCBO.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un miroir de courant comportant une première branche pour recevoir un courant d'entrée à recopier et comportant en série une pre­mière diode dans le sens direct et le trajet de courant prin­cipal d'un premier transistor dont l'émetteur est connecté à un pôle de mode commun, et une deuxième branche pour délivrer un courant de sortie recopiant ledit courant d'entrée et comportant en série le trajet de courant principal d'un deuxième transistor et une deuxième diode dans le sens direct, ayant une première électrode connectée à la base du premier transistor et à l'émetteur du deuxième transistor, et une deuxième électrode connectée au pôle de mode commun.

[0002] Un tel miroir de courant, dans lequel la première électrode de la première diode est connectée à la base du deu­xième transistor, est connu sous la dénomination "miroir de courant du type WILSON". La tension de sortie qui peut produi­re un tel miroir de courant est limitée, car la recopie du courant d'entrée n'est précise tant que le deuxième transistor n'est pas en mode d'avalanche.

[0003] L'invention propose un miroir de courant dans le­quel le courant de sortie recopie avec une bonne précision le courant d'entrée pour des tensions de sortie nettement plus élevées.

[0004] Dans ce but, un miroir de courant selon l'invention est caractérisé en ce que la première branche comporte, en sé­rie et dans le sens direct, une troisième diode avec une pre­mière électrode pour recevoir le courant d'entrée à recopier, en ce que la deuxième branche comporte le trajet de courant principal d'un troisième transistor dont l'émetteur est con­necté au collecteur du deuxième transistor et dont le collec­ teur délivre le courant de sortie, ainsi qu'une diode de pré­férence Zener connectée en inverse entre la base du troisième transistor et l'émetteur du deuxième transistor, en ce qu'il comporte une quatrième diode dans le sens direct dont une pre­mière électrode est connectée à un pôle de tension d'alimenta­tion et une deuxième électrode à la base du troisième transis­tor ainsi qu'un quatrième transistor dont la base est connec­tée à la première électrode de la troisième diode, dont le collecteur est connecté audit pôle de tension d'alimentation, et dont l'émetteur est connecté à la base du deuxième transis­tor.

[0005] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suive, donnée à titre d'exemple non limita­tif, en liaison avec les dessins qui représentent :

- la figure 1 un miroir de courant du type WILSON de l'art an­térieur.

- la figure 2 un miroir de courant selon l'invention.

[0006] Selon la figure 1, un miroir de courant de type WILSON comporte une branche d'entrée recevant un courant d'en­trée I_E et comportant le trajet de courant principal d'un transistor T₁, et une branche de sortie traversée par un cou­rant de sortie I_s et comportant le trajet de courant princi­pal d'un transistor T₂. La première branche comporte en outre, en série avec le trajet de courant principal du transistor T₁, et en direct, une diode D₁, représentée ici sous la forme d'un transistor npn dont la base et le collecteur sont court-cir­cuités et connectés à la base du transistor T₂, et dont l'é­metteur est connecté au collecteur du transistor T₁ dont l'é­metteur est connecté au pôle de mode commun.

[0007] La deuxième branche comporte en outre, en série avec le trajet de courant principal du transistor T₂, et en direct, une diode D₂, représentée ici sous la forme d'un tran­sistor npn dont la base et le collecteur sont court-circuités et connectés à la base du transistor T₁ et à l'émetteur du transistor T₂, et dont l'émetteur est connecté au pôle de mode commun. Soient I_b1 et I_b2 les courants de base respective­ment des transistors T₁ et T₂.

[0008] Le courant arrivant au collecteur de T₁ a pour va­leur I_E-I_b2 et donc le courant circulant dans l'émetteur de T₁ a pour valeur I_E-I_b2+I_b1. Ce dernier courant, du fait de l'interconnection entre la base du transistor T₁ et l'anode de la diode D₂, est le même que celui qui traverse la diode D₂ si on suppose que cette diode est réalisée à partir d'un transistor de mêmes dimensions que le transistor T₁.

[0009] Le courant qui traverse l'émetteur du transistor T₂ a donc pour valeur I_E-I_b2 + 2 I_b1 d'où :
    I_s = I_E + 2(I_b1 - I_b2) ≃ I_E
Par contre, la tension de sortie maximale qui peut être obte­nue au collecteur du transistor T₂ est limitée par la structu­re de la branche de sortie à une valeur de l'ordre de B_VCEO + V_BE, car lorsque la tension collecteur-émetteur de T₂ at­teint la valeur B_VCEO, le fonctionnement n'est plus linéaire (régime d'avalanche), et Is ne recopie plus I_E que de maniè­re approximative.

[0010] Or, il est en général souhaité que la précision de recopie soit de l'ordre de quelques %, ce qui implique de re­considérer le montage si l'on veut obtenir des tensions de sorties supérieures à B_VCEO.

[0011] L'idée de base de l'invention consiste à permettre un fonctionnement en régime de B_VCB par mise en conduction d'une diode induisant un courant de base négatif dans un transistor de la deuxième branche.

[0012] La figure 2 montre comment une telle fonction peut être réalisée avec des transistors npn.

[0013] La première branche comporte en série et successi­vement, un transistor D₃ monté en diode par mise en court-cir­cuit de sa base et de son collecteur qui reçoit le courant d'entrée I_E, un transistor D₁ monté en diode par mise en court-circuit de sa base et de son collecteur qui sont connec­tés à l'émetteur de D₃, est un transistor T₁ dont le collec­teur est connecté à l'émetteur de D₁, et dont l'émetteur est connecté à la masse.

[0014] La deuxième branche comporte en série et successi­vement, un transistor T₃ dont le collecteur fournit le cou­ rant de sortie Is recopiant le courant d'entrée I_E, et dont l'émetteur est connecté (point A) au collecteur d'un transis­tor T₂ dont l'émetteur est connecté à la base et au collecteur interconnectés d'un transistor D₂ monté en diode et dont l'é­metteur est connecté à la masse. La base et le collecteur de D₂ sont également connectés à la base du transistor T₁.

[0015] La deuxième branche comporte également au moins une diode en inverse, par exemple une diode Zener, connectée entre la base du transistor T₃ et l'émetteur du transistor T₂. La base du transistor T₂ est connectée à l'émetteur d'un transis­tor T₄ dont le collecteur est connecté à une source de tension U et la base, au collecteur et à la base interconnectés de D₃. Un transistor D₄ monté en diode par mise en court-circuit de sa base et de son collecteur, connectés à la source de ten­sion d'alimentation U, a son émetteur connecté à la base du transistor T₃.

[0016] Soit U la valeur de la tension d'alimentation, et V_BE la valeur de la tension émetteur-base d'un transistor (environ 0,7V). Soit Vs la tension de sortie prise sur le col­lecteur du transistor T₃.

[0017] On distingue trois zones de fonctionnement.

1) Vs < U - 2V_BE + B_VCEO(T₃)

[0018]     ^BVCEO (T₃) désigne la tension d'avalanche du transistor T₃.
    La tension V_A au point A est constante et vaut :
    V_A = U - 2V_BE
car la tension collecteur-émetteur VCE (T₃) est inférieure à ^BVCEO(T₃).

[0019] La tension aux bornes de la diode Z vaut également U-2V_BE.

[0020] Si la tension Zener V_Z de la diode Z est supé­rieure à U-2V_BE, la diode Z est bloquée et le miroir de cou­rant fonctionne de manière classique.

[0021] On a alors Is = I_E en négligeant le courant de base du transistor T₄ qui est très voisin de

β désignant le gain en courant d'un transistor.

2) Vs>U - 2V_BE + B_VCEO(T₃) et Vs<V_Z+ BV_CEO(T₃)+ V_BE.

[0022] Dans ce cas, on a :
V_CE(T₃) = B_VCEO(T₃).
Le courant de base de T₃, I_b(T₃) s'annule et la tension V_A suit Vs :

VA = Vs - B_VCEO(T₃).

La tension aux bornes de la diode Z est voisine de Vs - B_VCEO(T₃) - V_BE et reste donc inférieure à V_Z, ce qui implique que la diode Z reste bloquée
On a : Is = I_E + I_B car I_B (T₃) = 0

3) Vs>V_Z + B_VCEO (T₃) + V_BE

[0023] La diode Z se met à conduire. Un courant I_B(T₃)<0 peut s'établir et le transistor T₃ commence à travailler dans la zone de B_VCB
Plus la tension de sortie Vs augmente, plus le courant Is re­monte la jonction collecteur-base du transistor T₃ à travers la diode Z.
Le courant de sortie Is tend vers I_E + 2I_B.
La valeur maximale de Vs est soit B_VCBO(T₃) + V_Z + V_BE, soit la tension de claquage collecteur-substrat du transistor T₃ si cette dernière est plus faible.

[0024] On notera également que Vz doit être tel que le BV_CEO du transistor T₂ ne soit pas atteint.

Exemple:

[0025] B_VCEO = 27V      B_VCBO = 67V      B_VCS = 72V
V_Z = 7,2V      U = 3V      I_E = 100µA

[0026] Les mesures ont été effectiées avec des résistances de 1kΩ dans les émetteurs de T₁ et D₂.

[0027] L'invention ne se limite pas aux modes de réalisa­tion décrits et représentés. Ainsi, la diode Zener mentionnée peut être remplacée par une diode en inverse, ou par plusieurs diodes en série et en inverse. Dans cette éventualité, il en résultera simplement que les modes de fonctionnement décrits seront séparés de manière moins nette.

Revendications

1. Miroir de courant comportant une première branche pour recevoir un courant d'entrée à recopier et comportant en série une première diode dans le sens direct et le trajet de courant principal d'un premier transistor dont l'émetteur est connecté à un pôle de mode commun, et une deuxième branche pour délivrer un courant de sortie recopiant ledit courant d'entrée et comportant en série le trajet de courant principal d'un deuxième transistor et une deuxième diode dans le sens direct, ayant une première électrode connectée à la base du premier transistor et à l'émetteur du deuxième transistor et une deuxième électrode connectée au pôle de mode commun caractérisé en ce que la première branche comporte, en série et dans le sens direct, une troisième diode (D₃) avec une première électrode pour recevoir le courant d'entrée (I_E) à recopier, en ce que la deuxième branche comporte le trajet de courant principal d'un troisième transistor (T₃) dont l'émetteur est connecté au collecteur du deuxième transistor (T₂) et dont le collecteur délivre le courant de sortie (Is), ainsi qu'une diode (Z) connectée en inverse entre la base du troisième transistor (T₃) et l'émetteur du deuxième transistor (T₂), en ce qu'il comporte une quatrième diode (D₄) dans le sens direct dont une première électrode est connectée à un pôle de tension d'alimentation et une deuxième électrode à la base du troisième transistor (T₃) ainsi qu'un quatrième transistor dont la base est connectée à la première électrode de la troisième diode (D₃), dont le collecteur est connecté audit pôle de tension d'alimentation, et dont l'émetteur est connecté à la base du deuxième transistor (T₂).

2. Miroir de courant selon la revendication 1 caracté­risé en ce que la diode (Z) est une diode Zener.

Dessins