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.
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.
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.
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.
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.
Selon la figure 1, un miroir de courant de type WILSON comporte une branche d'entrée recevant un courant d'entrée IE et comportant le trajet de courant principal d'un transistor T₁, et une branche de sortie traversée par un courant de sortie Is 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.
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 Ib1 et Ib2 les courants de base respectivement des transistors T₁ et T₂.
Le courant arrivant au collecteur de T₁ a pour valeur IE-Ib2 et donc le courant circulant dans l'émetteur de T₁ a pour valeur IE-Ib2+Ib1. 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.
Le courant qui traverse l'émetteur du transistor T₂ a donc pour valeur IE-Ib2 + 2 Ib1 d'où :
Is = IE + 2(Ib1 - Ib2) ≃ IE
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 BVCEO + VBE, car lorsque la tension collecteur-émetteur de T₂ atteint la valeur BVCEO, le fonctionnement n'est plus linéaire (régime d'avalanche), et Is ne recopie plus IE que de manière approximative.
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 BVCEO.
L'idée de base de l'invention consiste à permettre un fonctionnement en régime de BVCB par mise en conduction d'une diode induisant un courant de base négatif dans un transistor de la deuxième branche.
La figure 2 montre comment une telle fonction peut être réalisée avec des transistors npn.
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 IE, 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.
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 IE, 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.
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.
Soit U la valeur de la tension d'alimentation, et VBE 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.
On distingue trois zones de fonctionnement.
1) Vs < U - 2VBE + BVCEO(T₃)
BVCEO (T₃) désigne la tension d'avalanche du transistor T₃.
La tension VA au point A est constante et vaut :
VA = U - 2VBE
car la tension collecteur-émetteur VCE (T₃) est inférieure à BVCEO(T₃).
La tension aux bornes de la diode Z vaut également U-2VBE.
Si la tension Zener VZ de la diode Z est supérieure à U-2VBE, la diode Z est bloquée et le miroir de courant fonctionne de manière classique.
On a alors Is = IE 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 - 2VBE + BVCEO(T₃) et Vs<VZ+ BVCEO(T₃)+ VBE.
Dans ce cas, on a :
VCE(T₃) = BVCEO(T₃).
Le courant de base de T₃, Ib(T₃) s'annule et la tension VA suit Vs :
VA = Vs - BVCEO(T₃).
La tension aux bornes de la diode Z est voisine de Vs - BVCEO(T₃) - VBE et reste donc inférieure à VZ, ce qui implique que la diode Z reste bloquée
On a : Is = IE + IB car IB (T₃) = 0
3) Vs>VZ + BVCEO (T₃) + VBE
La diode Z se met à conduire. Un courant IB(T₃)<0 peut s'établir et le transistor T₃ commence à travailler dans la zone de BVCB
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 IE + 2IB.
La valeur maximale de Vs est soit BVCBO(T₃) + VZ + VBE, soit la tension de claquage collecteur-substrat du transistor T₃ si cette dernière est plus faible.
On notera également que Vz doit être tel que le BVCEO du transistor T₂ ne soit pas atteint.
Exemple:
BVCEO = 27V BVCBO = 67V BVCS = 72V
VZ = 7,2V U = 3V IE = 100µA
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Les mesures ont été effectiées avec des résistances de 1kΩ dans les émetteurs de T₁ et D₂.
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.