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" CIRCUITS AMPLIFICATEURS A TR4i'I3TEUItâ
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La présente invention est relative à des circuits électriques et plus particulièrement à des circuits électri- ques à transisteurs.
Des amplificateurs d'impulsions à transisteurs sont souvent employés dans des systèmes électriques, tels que des calculateurs synchrones à chiffres dans lesquels les opérations logiques sont exécutées par des circuits à diodes au germanium et d'autres types, pour régénérer les impulsions d'informàtion positive en amplitude, dans le temps et dans leur forme. Un tel amplificateur d'impulsions est décrit dans le brevet de la demanderesse n 2.670.445 du 23 février 1954 dans lequel une réaction est obtenue dans le circuit de base du transisteur. Il est connu qu'un amplificateur dtimpul- sions à transisteur peut utiliser une réaction régénérative en employant une réaction extérieure au transisteur lui- même pour le reréglage dans le temps des impulsions.
La ten- sion de réaction est appliquée, ensemble avec les impulsions d'entrée, à une barrière à diode qui applique une impulsion à l'émtteur du transisteur sous le contrôle d'une impulsion "d'horloge;" réglée dans le temps.
Un objet général de la présente invention est de procurer un amplificateur à transisteur perfectionné, avec réaction extérieure.
Un autre objet de cette invention estd'augmen- ter le gain d'un amplificateur à transisteur.
Un autre objet encore de l'invention est d'aug- menter les marges de sécurité d'un amplificateur d'impul- sions à transisteur et de permettre l'utilisation de transis. teurs ayant un plus grand champ de caractéristiques qu'il n'é-
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'Avec un gain d'amplification plus grand possible par des circuits suivant la présente invention, il faut moins d'amplificateurs, dans un système ou calculateur puisque plus d'opérations logiques en tandem peuvent être exécutées dans l'amplification des impulsions d'information. En plus, la .plus grande amplitude d'impulsion et un gain d'amplificateur plus grand rendent possibles des marges de circuit plus gran- des avec une augmentation résultante de souplesse.
Dans des circuits suivant la présente invention, (le primaire) le premier enroulement/d'un transformateur de sortie est relié au collecteur d'un transisteur. Le transformateur de sortie a deux enroulements secondaires, le premier de ceux- ci étant un enroulement de réaction et l'autre un enroule- , ment de charge. Un élément de courant unidirectionnel ou diode est relié à l'enroulement de réaction et barré de tel- le sorte que pendant l'établissement du courant par le tran- sisteur, l'enroulement de réaction est relié à une impédance faible mais après que le courant de réaction a atteint une valeur prédéterminée, l'enroulement de réaction est relié à une impédance élevée.
Le dernier courant de réaction dans les circuits suivant la présente invention est déterminé par les valeurs des résistances et des tensions d'alimentation dans le cir- cuit amplificateur et n'est pas une fonction des paramètres du transisteur ou de la tension ou du 'courant de sortie de l'amplificateur. Ainsi, une fois que la réaction a été éta- blie et qu'un courant de réaction prédéterminé a été atteint le courant de réaction ne change pas avec les variations de la tension du collecteur du transisteur mais reste constant jusqu'à la fin de l'impulsion.
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Ainsi, dans les circuits suivant les aspects de ]!invention, un trajet de réaction barré (ou à barrière)est procuré directement entre le collecteur et l'émetteur du transisteur, le courant de réaction n'étant pas appliqué à un circuit barrière pour contrôler le réglage dans le temps du transisteur, mais étant, 'au lieu de cela, appliqué à l'é- metteur lui-même pour obtenir un gain accru dû à un fonc- tionnement à réaction positive.
Dans des formes de réalisation spécifiques de cet- te invention, le courant s'écoule dans l'enroulement secon- daire de réaction entre les impulsions d'entrée et agit com- me courant d'aimantation pour le transformateur: Ce courant césse pendant la présence de l'impulsion positive de tension sur le collecteur du transisteur et le flux est maintenu par un courant dans l'enroulement primaire. La puissance fournie par le transisteur pendant l'impulsion doit, par conséquent, établir du courant d'aimantation dans l'enroulement primai- re du transformateur.qui est équivalent à celui qui s'écou- lait dans l'enroulement secondaire de réaction.
Dams une forme de réalisation spécifique de la présente invention, la réaction du transformateur à travers une barrière à diode est utilisée de telle sorte que, comme décrit plus haut, le courant moyen renvoyé pendant l'inipulsioi est contrôle et est indépendant des paramètres du transis- teur. Dans une autre forme de réalisation spécifique ceci est combiné à la réaction à travers une paire de condensa- teurs dans le circuit d'entrée ou d'émetteur pour améliorer le déclanchement du transiste-ur.
' Ç'est une particularité de l'invention qu'un am- plificateur à transisteur com:renne un transformateur de sortie ayant un enroulement primaire relié au collecteur du
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transisteur et une paire d'enroulements secondaires, l'un , des enroulements secondaires étant un enroulement de réac- - tion et.L'autre un enroulement de charge.
Une autre particularité de l'invention est que le trajet ou boucle de réaction comprend un élément conducteur à sens unique ou asymétrique, tel qu'une diode à semi-don- ducteur, en sorte que l'enroulement de réaction est relié à une impédance faible'pendant l'établissement du courant de réaction, mais à une impédance élevée après que le courant . de, collecteur a atteint une valeur prédéterminée. Par suite, c'est ,une particularité de l'invention d'employer une réac- tion à barrière avec un trajet de réaction à transformateur comprenant un deuxième enroulement secondaire ou de réaction, du transformateur de sortie.
C'est encore une autre particularité de la pré- sente invention quelle courant s'écoule normalement à tra- vers la diode dans le trajet de réaction et à travers l'en- roulement de réaction, le courant de réaction déplaçant cet écoulement de courant normal dans l'enroulement de réaction forçant le courant déplacé d'être appliqué directement à ,l'émetteur du transisteur .
C'est une particularité d'une forme de réalisation; illustrant l'invention que la réaction du transformateur à barrière soit combinée à la=réaction à travers des conden- sateurg dans le circuit d'entrée ou d'émetteur .
Une compréhension complète de l'invention et de ,ces particularités et d'autres peut être obtenues en consi- dérant la description détaillée suivante et le dessin annexée dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de forme de réalisation spécifique de l'inven- tion ;
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- la figure 2 est un graphique, en fonction du temps, d'un cycle de la tension d'horloge décrivant l'arrivée de l'impulsion d'entrée par rapport à la tension d'horloge, et - la figure 3 est une représentation schématique d'une autre forme de réalisation illustrative de l'invention.
Se référant à présent au dessin, la forme de réa- lisation spécifique illustrative de l'invention décrite à la figure 1 comprend un transisteur 10 ayant un émetteur 11, un collecteur 12 et une base 13, 'le transisteur étant du type contact ponctuel et ayant des caractéristiques semblables à celles décrites dans le brevet du demandeur n 2.670.445 du 23 février 1954. Dans cette forme de réalisation, les diverses polarisations supposent"que le transisteur 10 est un transisteur à contact ponctuel de type n. Une tension " d'horloge" qui est,avantageusement sinusoïdale bien que d'autres formes puissent être employées est appliquéeà la base 13 d'une source "d'horloge" 15 par une diode 16.
La ba- se 13 est également reliée à la terre par une résistance 17 et la combinaison en parallèle de la résistance 18 et de la diode 19.
L'émetteur 11 est relié à la borne d'entrée 21 par une diode 22. Une résistance 24 reliée à une source 25 de potentiel négatif est avantageusement reliée à la borne d'entrée 21. Une résistance 27 reliée à une source 28 de potentiel positif est reliée à un point 30 entre l'émetteur 11 et la diode 22. Egalement relié électriquement au point 30, il y a un condensateur 31, dont l'autre plaque est reliée à la terre, et une diode 32. L'autre c8té de la diode est re- lié à un point 34 auquel est reliée également une résistance 35 polarisée par une source 36 de potentiel positif, un con-
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densateur 37, dont l'autre plaque est reliée à la terre, et une diode 38 qui est également reliée à l'enroulement de ré- action 40 du transformateur de sortie 41.
Le circuit de sortie d'un amplificateur à transis- teur suivant cette forme de réalisation de l'invention com- prend le transformateur de sortie 41, ayant un enroulement primaire 43 relié au collecteur 12 et à une source 44 de po- tentiel ,négatif et une paire d'enroulements secondaires com- prenant un enroulement de réaction 40 auquel est appliqué une petite polarisation provenant d'une source 46, et un l'enroulement secondaire de charge 48, dont une borne est reliée à une source 49 de potentiel négatif et dont l'autre borne est reliée à la borne de sortie 50.
Une diode 52 etune résistance 53 peuvent avantageusement être montés aux bornes de' l'enroulement secondaire de charge 48 et servent à dissiper dans les intervalles entre les impul- sions d'entrée, l'énergie emmagasinée dans l'inductance mu- tuelle du transformateur et la capacité de dispersion qui y est associée.
Chacune des diodes peut être avantageusement un quelconque d'un certain nombre de.dispositifs conducteurs à un seul sens ou asymétrique connu dans la technique et
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peut en particulier comprendre des -diodes Ii!i!IK:Jl7"C1arlcYllCl11Y:l.ll'li1z à semi-conducteur telles que des.diodes à cristal de silicium ou de germanium. --.'
Le fonctionnement de cette forme de réalisation spécifique à l'invention peut facilement être compris par la considération de son fonctionnement dans les deux états d'une impulsion d'entrée non appliquée à la borne d'entrée 21, et d'une impulsion d'entrée appliquée à la borne d'entrée 21.
Lorsqu'il n'y a pas d'impulsion d'entrée appliquée, lors- que l'onde "horloge" provenant de la source 15 devient posi-
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tive, la base 13 devient également positive 13. Naturelle- ment, le transisteur reste au cut-off. Lorsque "l'horloge" devient négative, la diode 16 est ouverte et le transisteur demeure au cut-off à cause du fonctionnement du circuit émet- teur comme décrit plus bas. Le courant venant de la source 36 et de la résistance 35 est choisi en sorte que les diodes
32 et 38 soient conductrices. La tension au point 30 est par suite déterminée par la source 46, la tension sur l'enroule- ment de réaction 40 les chutes de tension vers l'avant des diodes 32 et 38.
'Une impulsion d'entrée 55 est avantageusement appliquée à la borne d'entrée 21 tandis que l'onde "horloge" venant de la source, 15 est encore positive, la relation étant, telle que décrite à la figure*2 ,, où . l'impulsion d'entrée 55 et un cycle 56 de l'on de "horloge" sont montrées., en suppo- sant l'onde horloge sinusoïdale. Lorsque l'impulsion d'entrée
55 est appliquée, la diode 22 est au cutt-off et la diode 32 est également au eut-off en sorte d'interrompre l'écoulement du'courant des sources2$ et 36 à'la source 25. Le conduc- teur31 parconséquent, commence à se charger du fait du cou- rant s'écoulant de la source 28 au point 30.
Le courant ve- nant de la source 36 s'écoule encore par la diode 38 à l'en- roulement de'réaction 40 mais ne s'écoule plus en retour dans le circuit d'entrée. La constante de temps pour charger le condensateur 31, qui est déterminée par la capacité du con- densateur 31 et la valeur de la résistance 27, est avantageu- sement telle qu'elle exige un temps représenté par la distan- ce 60 à la figure 2, ou légèrement moins pour que le condensa-' teur se charge à une tension telle que le transisteur puisse conduire cette tension étanc ainsi le point de pointe ou, comme on l'appelle parfois, le point de cassure du transisteur Lorsque l'onde "horloge" commence à devenir négative,
l'émet-
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teur peut commencer à tirer du courant de la source 28 et du condensateur 31. Le transisteur 10 a avantageusement un gain - de courant suffisant et une réponse de fréquence telle qu'une oscillation commence, dans laquelle la tension d'émetteur devient . négative et le transisteur commence à donner du courant dans le circuit de base. Lorsque l'émetteur commence à prendre du courant à la source 28 et au condensateur'31, le point 30 est plus positif que le point 34 en sorte que la diode 32 est au cut-oof. Cependant, lorsque l'émetteur de- vient négatif et que le courant est pris à travers le circuit de base, le point 30 devient plus négatif que le point'34 et la diode 32 peut conduire à nouveau.
En raison de l'amorçage, de cette oscillation li- bre dans le transisteur, le collecteur 12 devient positif.
Le problème est' maintenant de conserver le transisteur blo- qué dans son'état de grande oonductivité. Suivant la présen- te invention, ce ci est assuré en bloquant la diode 38 en sorte que le courant provenant de la source 36 peut passer seulement par la diode 32 maintenantouverte, vers l'émetteur
11. Spécifiquement,, suivant un aspect de la présente inven- tion, ceci est obtenu en utilisant un enroulement secondaire sur le transformateur de sortie 41et spécifiquement, un en- ,roulement de réaction 40.
Un épurant commençant à s'écouler dans l'enroulement primaire 43 du transformateur de sortie 41 on peut considérer qu'un courant est induit dans l'enroule- ment de sortie 40 par cette impulsion qui remplace le cou- rant s'écoulant précédemment dans l'enroulement de réaction de la source 36. La diode est polarisée en sens inverse, em- pêchant ainsi du courant venant de la source 36 de s'écouler dans l'enroulement de réaction.
Dans.la forme de réalisation de la figurel, une
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diode 61 peut être montée entre l'émetteur 11 et la terre pour assurer l'empêchenent d'un déclenchement prématuré. Si le transisteur particulier 10 employé dans le circuit est spécialement facile à déclencher, il estpossible d'avoir une accumulation de tolérances des valeurs des éléments telle que le condensateur 31 se charge en sens positif très rapide- ment lorsqu'une impulsion d'entrée est appliquée.
Le tran- sisteur peut alors déclencherlorsque l'onde "horloge" 56, vue à la figure 2, est à une tension d'environ 2 volts et de- venant négative en sorte que le transisteur commence son os- cillation et que l'émetteur 11 prend du courant du condensâtes
31 bien que la base 13 du transisteur soit encore maintenue positive par rapport à laterre par la tension "d'horloge", qui lui est appliquée par la diode 16. Lorsque ceci se pro- duit, la tension au point 30 devient plus négative et, parce que la base 13 est maintenue. positive, l'émetteur 11 ne peut prendre du courant à travers la diode 32. Le transisteur retourne par conséquent à son état de courant faible.
Lorsqu'une diode 61 est utilisée, l'écart de ten- sion positive du point 30 est limité et le déclenchenmnt ne peut se produire 'qu'au moment convenable, savoir lorsque l'onde "horloge" 56, qu'on voit à la figure 2, atteint à peu près le potentiel du sol. Cependant, un déclenchement prématuré comme décrit plus haut dépend du transisteur par- ticulier employé dans le circuit et de l'accumulation des tolérances des valeurs des divers éléments de circuit. Ainsi, tandis que la diode 61 peut être employée pour assurer qu'un déclenchement prématuré ne se produit pas, elle peut n'être pas nécessaire et peut être omise dans diverses formes de ré-- alisation..
Dans la forme de réalisation spécifique de la pré-. sente invention décrite à la figure 3, les condensateurs 31
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et 37 ne sont pas reliés à la terre comme dans la forme de réalisation de la figure 1, mais au point 62 de la connexion entre'la diode 38'et l'enroulement de réaction 40. L'impul- sion 63 induite dans l'enroulement de réaction 40 a une par- tie en excès 64;suivant la cessation de l'impulsion au col- lecteur 12. Cette partie en excès 64 fait que les points 62,
34 et 30 deviennent négatifs immédiatement après la cessa- tion de la conduction par.le transisteur, empêchant ainsi les condensateurs 31 et 37 de se charger suffisamment de manière positive.
Cependant, en reliant les plaques préalablement à la terre, les condensateurs 31 et 37 au point 62, alors pen- dant cet'excès négatif de l'impulsion 63 ces plaques devien- nent égale,ment négatives en même temps que les points 3o et
34 et, par suite, il n'y a pas de retarda dans le chargement des condensateurs et la réponse en fréquence du circuit est
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.f améliorée. Dans cette forme.de réalisation de l'invention, la réaction venant d'un enroulement 1 secondaire du transfor- mateur de sortie 41 ne sert pa seulement à bloquer le transis; teur dans son état de forte conductivité pendant le fonction- nement du transisteur, mais sert aussi à charger la capacité due aux deux condensateurs 31 et 37 et à aider au déclanche, ment du circuit.
Dansla forme de réalisation de la figure 3, la résistance de base 17 a été remplacée par une inductance 66.
Ceci permet de contrôler le point de pointe de la caractéris- tique du transisteur. Tandi.s que l'impédance dans la base doit initialement exister pour d éclancher le transisteur, l'utilisation d'une inductance diminue la consommation d'é- nergie dans le circuit de base.
Dans une forme de réalisation illustrative de ce circuit tel que décrit à la figure 1 où on employait un tran- sistour à contact pontuel et des diodes au germanium, les pa-
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ramètres des circuits étaient les suivants : Résistance-17 470 ohms " 18 2. 000
24 @ 12.000
27 22.000 " " 35 2.700 " 53 2. 000 Source 25 - 8 volts " 28 6 volts " 36 6 volts " 44 - 8 volt$ " 46 - 2 volts " 49 - 2 volts Condensateur 31 15 micromicrofarads
37 300 id.
,La source d'onde.. horloge 15 fournissait des im- pulsions 56 de $ volts de valeur quadratique moyenne à une 'fréquence de 1 mégacycle. Le courant d'émetteur total, avec la diode 38 dans le trajet de réaction @u cut-off, était de 3,5 milliampères, et des gains d'impulsions de 8,5 déci- bels étaient obtenus.
Il faut comprendre que les agencement, décrits plus haut sont des illustrations d'application des principes de l'invention. De nombreux autres agencements peuvent être conçus par les techniciens sans s'écarter de l'esprit et du cadre de l'invention.
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