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EP1102148B1 - Dispositif générateur de tension corrigé à basse température. - Google Patents

Dispositif générateur de tension corrigé à basse température. Download PDF

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Publication number
EP1102148B1
EP1102148B1 EP00403128A EP00403128A EP1102148B1 EP 1102148 B1 EP1102148 B1 EP 1102148B1 EP 00403128 A EP00403128 A EP 00403128A EP 00403128 A EP00403128 A EP 00403128A EP 1102148 B1 EP1102148 B1 EP 1102148B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
resistor
low temperature
generator
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00403128A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1102148A1 (fr
Inventor
Paolo Migliavacca
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SA
Original Assignee
STMicroelectronics SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SA filed Critical STMicroelectronics SA
Publication of EP1102148A1 publication Critical patent/EP1102148A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1102148B1 publication Critical patent/EP1102148B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/30—Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities

Definitions

  • a “band gap” generator is illustrated by US 5,291,122. It includes in series with a transistor Q1 whose collector is connected to an input of an amplifier 2 and whose base is connected to the output 4 of the amplifier, a set of resistors with resistance R2 down temperature coefficient connected in series with a parallel assembly having a low resistance R4 temperature coefficient and a resistance R3 to high temperature coefficient. Another transistor Q2 has the same editing except that it is connected to the other input of amplifier 2.
  • V OUT V REF .
  • R 1 + R 2 R 2 is
  • the reference voltage generator 10 can be adjusted so that the voltage V REF is substantially constant with the temperature in a fairly wide temperature range. However, it is observed that the value V REF of the reference voltage has a linearity defect due to a second-order term of development in temperature, which is characterized by a temperature behavior called "bell".
  • the object of the invention is to propose a voltage generator device for which the fault linearity of the second order mentioned above is corrected, especially at low temperatures.
  • the serial element with the first resistance may be a passive element, such as example, a second resistor presenting a temperature coefficient different from that of the first resistance.
  • the divisor of voltage may also include at least one active element whose characteristic with the temperature is different from that of resistance.
  • the divider of voltage produces a feedback voltage that varies with the temperature and which allows to correct partially or totally the behavior in "Bell" of the reference generator.
  • the value of the first resistance of the divisor, as well as the characteristics of the reference voltage generator can be adjusted from such as to obtain an optimal correction.
  • the first resistance of the divider voltage can present a value that is adjusted in function of the second-order fault of the generator of reference voltage, so as to obtain at the terminal of output, a quasi-constant voltage with the temperature (only the third order remains).
  • this may include one or more bipolar transistors.
  • the transistors are then connected in series with the first resistance of the voltage divider by the collector and transmitter terminals. They are by elsewhere polarized to operate in saturated mode for temperatures greater than or equal to temperatures in the low temperature range.
  • the active element may have several transistors in chain or in parallel, the following description refers, for reasons of simplification, to only one of these transistors.
  • the non-linear temperature character of the bipolar transistor is due to the fact that bipolar transistor fed to collector current constant has a higher saturation when its operating temperature is higher.
  • the transistor can be polarized so as to be at the limit of the regime of saturation in the low temperature range, and way to be highly saturated when the temperature is above the low temperature range.
  • the polarization of the bipolar transistor can use, for example, a power source, which is connected to its base and which fixes its point of operation.
  • Figure 3 shows in a simplified way the main elements of a device generating constant voltage according to the invention.
  • the divider bridge 130 always has a first resistor 132 that connects the ground terminal 122 to the inverting input 124 of the amplifier 126.
  • the first resistance is however connected in a node 134 to an element 150; in series between the output terminal 128 and the ground terminal 122.
  • the element 150 presents an impedance with an addictive behavior in temperature different from that of the first resistance.
  • the impedance of the element 150 is denoted R X and the voltage at its terminals is denoted V X.
  • V OUT V REF + V X is
  • the value R X decreases less rapidly than the value R 1 when the temperature decreases.
  • the voltage V X provided by the elements R X and R 1 against reaction tends to decrease less rapidly when the temperature decreases, and in particular in a low temperature range, as will appear later in the description.
  • FIG. 4 indicates in arbitrary scale, and as a function of temperature, the output voltage V OUT delivered by the device of FIG. 3 at its output terminal 128.
  • the output voltage is indicated by a solid line.
  • variations of the voltage V OUT for a temperature excursion between -40 ° C. and 85 ° C. is of the order of 3 mV with a device of the prior art according to FIG.
  • V OUT can be limited to 1.5 mV with the device of the invention according to Figure 3, for the same nominal value of the output voltage.
  • Amplifier 226 is simply indicated with a transistor 227 which forms the output stage.
  • the input stage of the amplifier is formed by an input transistor 211 which is common to amplification and to a voltage generator of reference 210.
  • the reference voltage generator comprises a voltage generator 212 delivering a voltage denoted ⁇ V BE , and across which is connected a first resistor 213, referred to as reference, and having a value R B.
  • the voltage generator 212 is not described here in detail since its structure is in itself known in the state of the art. We can refer, for example, to the document (1) referred to in the introductory part of the description.
  • the generator 212 and the first reference resistor 213 are in series with a second reference resistor 214, of value R A and an adjustable resistor 215 of value R C.
  • the resistors are connected between the emitter of the input transistor 211 and the ground terminal 222.
  • the assembly formed by the generator of voltage 212, the resistors 213, 214, 215 and the transistor 211 form a band-gap generator.
  • V REF V BE211 + ⁇ V BE .
  • R AT + R B + R VS R B R AT + R B + R VS R B .
  • V BE211 is the base-emitter voltage of the input transistor 211.
  • the voltage V REF is therefore entirely defined by the bias of the input transistor 211 which depends on the values of ⁇ V BE , R A , R B and R C.
  • the temperature behavior of V REF can be modified by adjusting the R C value of the adjustable resistor 215.
  • the behavior is substantially linear, with linearity defects close ("bell").
  • Reference 229 generally refers to a feedback loop that connects the terminal of output 218 of the amplifier 226 to an input terminal 224 constituted by the base of the input transistor 211.
  • the feedback loop 229 includes a voltage divider 230 with a resistor 232 in series with a bipolar transistor 250 which constitutes here an active element with dependence coefficients in different from those of resistance 232.
  • the emitter of the transistor 250 is connected to the output terminal 218 and its collector is connected to the resistor 232 via a node 234, connected to the input 224 of the amplifier 226.
  • the resistor 232 connects node 234 to the ground terminal 222.
  • a current source 260 built around four transistors 261, 262, 263, 264 and of a resistor 265, is powered between the terminal of output 218 and the ground terminal.
  • the power source 260 is connected to the base of the bipolar transistor 250 according to a current mirror type mounting which allows to set a determined base current. This current is set to run the transistor 250 in regime saturated.
  • V CE of the transistor is illustrated by the parts A and B of FIG. 6, described hereinafter.
  • Part A indicates on the ordinate the values of the collector current of the transistor 250, the voltage divider, expressed in 10 -6 amps, as a function of the emitter-collector voltage (V EC ) expressed in volts.
  • curves 301, 302, 303 are represented and correspond respectively to the characteristic of transistor 250 for temperatures of -60 ° C, + 50 ° C and + 160 ° C.
  • Operating points are set by the basic current of the transistor, so that the operating point 311 at a temperature of -60 ° C is at the limit of the saturation zone of the transistor 250. Other operating points, corresponding at higher temperatures, are in areas of high saturation of the transistor.
  • Part B of FIG. 6 shows the evolution of the emitter-collector voltage (V EC ) of transistor 250 as a function of temperature.
  • the scale of the voltages of the part B is identical to that of the part A and the voltages corresponding to the points of operation 311, 312 and 313 are reported there.
  • Part B of Figure 6 allows to put highlight the non-linear evolution of the voltage at terminals of transistor 250 as a function of temperature, for a constant current in first approximation.
  • This non-linear evolution is set profit, thanks to the invention to correct the defect of second-order linearity (that is, the second order of development in temperature) of the generator of reference voltage 210.
  • This correction can be finely adjusted by modifying the values R 1 and R C of the first resistor in the voltage divider and in the reference voltage generator.

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Description

DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif générateur de tension constante, corrigé à basse température, et plus particulièrement un tel dispositif incluant un générateur de tension de référence de type « band-gap ».
On entend par générateur de type « band-bap » un générateur présentant une tension sensiblement linéaire, et en particulier constante avec la température. Un tel générateur met à profit une dépendance en température de la tension existant aux bornes d'une ou de plusieurs jonctions de semiconducteurs. La dénomination « band-gap » provient du fait que cette tension est fonction de la largeur de la bande interdite (band-gap) du ou des semiconducteur(s).
Un générateur de type « band gap » est illustré par le document US 5 291 122. Il inclut en série avec un transistor Q1 dont le collecteur est relié à une entrée d'un amplificateur 2 et dont la base est reliée à la sortie 4 de l'amplificateur, un ensemble de résistances avec une résistance R2 a bas coefficient de température montée en série avec un ensemble parallèle ayant une résistance R4 à bas coefficient de température et une résistance R3 à haut coefficient de température. Un autre transistor Q2 possède le même montage à l'exception du fait qu'il est relié à l'autre entrée de l'amplificateur 2.
Tout comme les générateurs de type « band-gap », le dispositif de l'invention trouve des applications dans les domaines de la microélectronique et de l'électronique intégrée. A titre d'exemple, le dispositif de l'invention peut être utilisé comme générateur de tension de consigne pour un convertisseur analogique-numérique ou pour des systèmes superviseurs de tension d'alimentation et de batteries.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les générateurs de tension de référence et en particulier les générateurs de type band-gap ne sont généralement pas en mesure de débiter des courants forts. Aussi, ces générateurs sont-ils souvent associés à un amplificateur, de. façon à former un dispositif capable de fournir un courant plus important à tension constante.
Un tel dispositif est illustré schématiquement par la figure 1.
Sur ce schéma, la référence 10 désigne un générateur de tension de référence de type « band-gap ». La description détaillée d'un tel générateur n'est pas donnée ici dans la mesure où de tels générateurs sont bien connus en soi. On peut se reporter à titre d'illustration, par exemple, au document (1), du même inventeur, dont la référence est précisée à la fin de la description.
Le générateur de tension de référence 10, est connecté entre une borne de masse 22 et une entrée d'un amplificateur. Dans l'exemple de la figure, le générateur 10 est connecté à une entrée non inverseuse 24+ d'un amplificateur opérationnel 26. Dans la suite du texte, la tension délivrée par le générateur de tension de référence est notée VREF.
La tension délivrée par le dispositif générateur de tension constante complet est disponible en une borne de sortie 28 de l'amplificateur et est notée VOUT.
Un pont diviseur 30 est formé d'une première résistance 31 de valeur R1 en série avec une deuxième résistance 32 de valeur R2. Il est connecté entre la borne de sortie 28 et la borne de masse 22. Un noeud 34, entre les première et deuxième résistance est reliée à l'entrée inverseuse 24- de l'amplificateur 26, pour y délivrer la tension divisée en tant que tension de contre réaction (feedback).
La tension de sortie VOUT disponible est telle que : VOUT = VREF.R1 + R2 R2 soit
Figure 00040001
Le générateur de tension de référence 10 peut être ajusté pour que la tension VREF soit sensiblement constante avec la température dans une gamme de température assez large. Toutefois, on observe que la valeur VREF de la tension de référence présente un défaut de linéarité dû à un terme de deuxième ordre du développement en température, qui se caractérise par un comportement en température dit « en cloche ».
Ce comportement est illustré par la figure 2 qui indique, en échelle arbitraire, la valeur de la tension VREF, en ordonnée, en fonction de la température, reportée en abscisse.
On peut observer que le comportement en cloche se manifeste notamment par une inflexion négative de la courbe de tension pour des températures faibles. Une telle inflexion se produit aussi pour des températures élevées.
La figure 2 indique également la valeur de la tension de sortie VOUT du dispositif complet. Celle-ci reproduit, à une translation près, le comportement en cloche de la tension VREF. Ce comportement de la tension de sortie VOUT peut être expliqué par l'évolution identique avec la température des première et deuxième résistances qui présentent sensiblement les mêmes coefficients de température. En d'autres termes, le rapport R2 / R1 dans l'équation (1) reste constant quelle que soit la température.
Le défaut de linéarité du deuxième ordre du générateur de tension de référence (VREF) et de la tension de sortie (VOUT) du dispositif générateur de tension complet, est finalement répercutée sur les appareils qui sont équipés d'un tel dispositif, et qui sont susceptibles de fonctionner, non seulement à des températures ambiantes, mais aussi dans une gamme de températures basses.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour but de proposer un dispositif générateur de tension pour lequel le défaut de linéarité du deuxième ordre évoqué ci-dessus est corrigé, notamment à basse température.
Pour atteindre ce but, l'invention a plus précisément pour objet un dispositif générateur de tension constante, corrigé à basse température tel que défini dans la revendication 1 - Il comprend:
  • un générateur de tension de référence présentant dans une gamme de températures basses un défaut de linéarité du deuxième ordre,
  • un amplificateur connecté entre le générateur de tension de référence et une borne de sortie,
  • un diviseur de tension, connecté à la borne de sortie et relié à une entrée de l'amplificateur pour fournir à l'amplificateur une tension de contre-réaction.
Le diviseur de tension comprend au moins une première résistance en série avec un élément présentant, au moins dans ladite gamme de températures basses, une impédance avec un comportement de dépendance en température différent de celui de la première résistance, de façon à fournir une contre-réaction plus faible dans ladite gamme de températures basses, et une contre-réaction plus forte en dehors de ladite gamme.
L'élément en série avec la première résistance peut être un élément passif, tel que, par exemple, une deuxième résistance présentant un coefficient de température différent de celui de la première résistance.
Selon une autre possibilité, le diviseur de tension peut aussi comporter au moins un élément actif dont la caractéristique avec la température est différent de celui de la résistance.
Grâce à ces caractéristiques le diviseur de tension produit une tension de contre-réaction qui varie avec la température et qui permet de corriger partiellement ou totalement le comportement en « cloche » du générateur de référence.
La valeur de la première résistance du diviseur, de même que les caractéristiques du générateur de tension référence peuvent être ajustés de telle façon à obtenir une correction optimale.
En particulier, la pente, et donc le terme du premier ordre de dépendance en température de la tension de référence délivrée par le générateur de tension de référence, peuvent être ajustés de telle façon que la tension de référence soit constante avec la température, aux erreurs de linéarité des deuxième et troisième ordres près.
La première résistance du diviseur de tension peut présenter une valeur qui est ajustée en fonction du défaut de deuxième ordre du générateur de tension de référence, de façon à obtenir à la borne de sortie, une tension quasi-constante avec la température (il ne reste que le troisième ordre).
Selon une réalisation particulière du dispositif, dans lequel l'élément en série avec la première résistance est actif, celui-ci peut comporter un ou plusieurs transistors bipolaires. Le ou les transistors sont alors connectés en série avec la première résistance du diviseur de tension par les bornes de collecteur et d'émetteur. Ils sont par ailleurs polarisés pour fonctionner en régime saturé pour des températures supérieures ou égales aux températures de la gamme de température basse.
Bien que l'élément actif puisse comporter plusieurs transistors en chaíne ou en parallèle, la description qui suit se réfère, pour des raisons de simplification, à un seul de ces transistors.
Le caractère non-linéaire en température du transistor bipolaire, mis à profit dans le cas de la réalisation évoquée ci-dessus, tient au fait qu'un transistor bipolaire alimenté à courant de collecteur constant présente une saturation plus forte lorsque sa température de fonctionnement est plus grande.
Idéalement, le transistor peut être polarisé de façon à se trouver à la limite du régime de saturation dans la gamme de températures basses, et de façon à être fortement saturé lorsque la température est supérieure à la gamme de températures basses.
La gamme de températures basses considérée est, par exemple, comprise entre -60°C et +25°C. D'autres gammes de températures peuvent être prises en compte en modifiant de façon correspondante la polarisation du transistor.
La polarisation du transistor bipolaire peut faire appel, par exemple, à une source de courant, qui est connectée à sa base et qui fixe son point de fonctionnement.
Lorsque plusieurs transistors sont utilisés comme élément non-linéaire, les bases de l'ensemble de ces transistors peuvent être pilotées par la source de courant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • La figure 1, déjà décrite, est une représentation schématique simplifiée d'un dispositif générateur de tension de type connu.
  • La figure 2, déjà décrite, est un graphique indiquant en échelle arbitraire, l'évolution de la tension délivrée par un générateur de tension de référence et par le dispositif complet de la figure 1, en fonction de la température.
  • La figure 3 est une représentation schématique amplifiée d'un dispositif générateur de tension conforme à l'invention.
  • La figure 4 est un graphique indiquant, en échelle arbitraire, l'évolution de la tension délivrée par le dispositif de la figure 3.
  • La figure 5 est une représentation schématique simplifiée d'une réalisation particulière du dispositif de l'invention.
  • La partie A de figure 6 est un graphique indiquant, pour différentes températures, les caractéristiques du courant de collecteur en fonction d'une tension émetteur-collecteur d'un transistor bipolaire utilisé dans le dispositif de la figure 5.
  • La partie B de la figure 6 est un graphique indiquant les variations de la tension émetteur-collecteur du transistor bipolaire de la figure 5, en fonction de sa température de fonctionnement.
    • EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
    La figure 3 montre de façon simplifiée les principaux éléments d'un dispositif générateur de tension constante conforme à l'invention.
    Sur cette figure, des parties identiques, similaires ou équivalentes à celles de la figure 1 portent les mêmes références auxquelles on a ajouté 100.
    La description détaillée de ces parties n'est pas reprise ici, mais il est possible de se reporter à la description qui précède en relation avec la figure 1.
    On peut observer que le pont diviseur 130 comporte toujours une première résistance 132 qui relie la borne de masse 122 à l'entrée inverseuse 124 de l'amplificateur 126. La première résistance est cependant reliée en un noeud 134 à un élément 150 ; en série entre la borne de sortie 128 et la borne de masse 122. Conformément à l'invention, l'élément 150 présente une impédance avec un comportement de dépendance en température différent de celui de la première résistance.
    Dans la suite du texte l'impédance de l'élément 150 est notée RX et la tension à ses bornes est notée VX.
    En considérant que l'amplificateur 126 est un amplificateur opérationnel idéal, on peut noter : VOUT = VREF + VX soit
    Figure 00110001
    Cette expression est à rapprocher de l'équation (1) donnée en référence à la figure 1.
    Toutefois, il convient de noter que, contrairement au rapport R2 / R1 de l'équation (1), qui reste constant, le rapport RX / R1 varie avec la température en raison de la différence des comportements de dépendance en température.
    En particulier la valeur RX diminue moins rapidement que la valeur R1 lorsque la température décroít. La tension VX, apportée par les éléments RX et R1 de contre réaction tend ainsi à diminuer moins rapidement lorsque la température décroít, et en particulier dans une gamme de températures basses, comme cela apparaítra plus loin dans la description.
    Cette contribution de la contre réaction dans le comportement en température permet de compenser au moins en partie le défaut de linéarité du générateur de tension de référence 110. La compensation peut être ajustée en fonction du générateur de référence 110, notamment en modifiant la valeur R1 de la première résistance 132. La tension de référence VREF (élément 110) développée en température, présente un terme du premier ordre et un terme du deuxième ordre. Il en va de même pour la tension VX en raison du rapport RX/R1. En agissant sur R1, il est possible de modifier les coefficients du premier et du deuxième ordres (ensembles) de VX de façon à compenser, voire annuler, le terme du deuxième ordre de VREF. (En agissant sur la résistance ajustable 215 de la figure 5 décrite ultérieurement, il est possible d'agir seulement sur le premier ordre de VREF pour compenser le premier ordre trouvé de VX).
    La figure 4 indique en échelle arbitraire, et en fonction de la température, la tension de sortie VOUT délivrée par le dispositif de la figure 3 en sa borne de sortie 128. La tension de sortie est indiquée par un trait plein.
    A titre de comparaison, la tension de sortie délivrée par un dispositif conforme à la figure 1 est reportée en trait discontinu.
    On constate que le dispositif de l'invention permet de maintenir une tension sensiblement constante dans une gamme de températures basses, en corrigeant, pour ces températures, le comportement « en cloche », mis en évidence à la figure 2.
    Selon un exemple chiffré, des variations de la tension VOUT pour une excursion de température entre -40°C et 85°C est de l'ordre de 3 mV avec un dispositif de l'art antérieur conforme à la figure 1. Cette variation de VOUT peut être limitée à 1,5 mV avec le dispositif de l'invention conforme à la figure 3, pour la même valeur nominale de la tension de sortie.
    La figure 5 décrite ci-après correspond à une réalisation particulière du dispositif de la figure 3, dans lequel un élément non-linéaire est formé pour l'essentiel par un transistor bipolaire de type pnp.
    Sur cette figure, des éléments équivalents à ceux de la figure 3 portent les mêmes références auxquelles on a encore ajouté 100.
    L'amplificateur 226 est simplement indiqué avec un transistor 227 qui en forme l'étage de sortie.
    L'étage d'entrée de l'amplificateur est formé par un transistor d'entrée 211 qui est commun à l'amplification et à un générateur de tension de référence 210.
    Le générateur de tension de référence comporte un générateur de tension 212 délivrant une tension notée ΔVBE, et aux bornes duquel est connectée une première résistance 213, dite de référence, et ayant une valeur RB.
    Le générateur de tension 212 n'est pas décrit ici de façon détaillée dès lors que sa structure est en elle-même connue dans l'état de la technique. On peut se référer, par exemple, au document (1) évoqué dans la partie introductive de la description.
    Le générateur 212 et la première résistance de référence 213 sont en série avec une deuxième résistance de référence 214, de valeur RA et une résistance ajustable 215 de valeur RC. Les résistances sont connectées entre l'émetteur du transistor d'entrée 211 et la borne de masse 222.
    L'ensemble formé par le générateur de tension 212, les résistances 213, 214, 215 et le transistor 211 forment un générateur de type "band-gap".
    La tension de référence VREF délivrée par le générateur de tension de référence 210 est donc telle que : VREF = VBE211 + ΔVBE.RA + RB + RC RB .
    Dans cette expression VBE211 est la tension base-émetteur du transistor d'entrée 211.
    La tension VREF est donc entièrement définie par la polarisation du transistor d'entrée 211 qui dépend des valeurs de ΔVBE, RA, RB et RC.
    Le comportement en température de VREF peut être modifié en ajustant la valeur RC de la résistance ajustable 215. Le comportement est sensiblement linéaire, aux défauts de linéarité près (« en cloche »).
    La référence 229 désigne de façon générale une boucle de contre-réaction qui relie la borne de sortie 218 de l'amplificateur 226 à une borne d'entrée 224 constituée par la base du transistor d'entrée 211.
    La boucle de contre-réaction 229 comprend un diviseur de tension 230 avec une résistance 232 en série avec un transistor bipolaire 250 qui constitue ici un élément actif à coefficients de dépendance en température différents de ceux de la résistance 232.
    L'émetteur du transistor 250 est relié à la borne de sortie 218 et son collecteur est relié à la résistance 232 par l'intermédiaire d'un noeud 234, connecté à l'entrée 224 de l'amplificateur 226. La résistance 232 relie le noeud 234 à la borne de masse 222.
    En agissant sur la valeur de Rc et sur la valeur de la résistance 232, il est possible de compenser, c'est-à-dire sensiblement annuler les premier et deuxième termes d'un développement en température de la tension de sortie VOUT.
    Une source de courant 260, construite autour de quatre transistors 261, 262, 263, 264 et d'une résistance 265, est alimentée entre la borne de sortie 218 et la borne de masse. La source de courant 260 est connectée à la base du transistor bipolaire 250 selon un montage de type miroir de courant qui permet de fixer un courant de base déterminé. Ce courant est fixé pour faire fonctionner le transistor 250 en régime saturé.
    Le caractère non-linéaire de la tension VCE du transistor est illustré par les parties A et B de la figure 6, décrites ci-après.
    La partie A indique en ordonnée les valeurs du courant de collecteur du transistor 250, du diviseur de tension, exprimé en 10-6 Ampère, en fonction de la tension émetteur-collecteur (VEC) exprimée en Volt.
    Trois courbes 301, 302, 303 sont représentées et correspondent respectivement à la caractéristique du transistor 250 pour des températures de -60°C, +50°C et +160°C.
    Trois points de fonctionnement 311, 312 et 313 sont considérés pour un courant IC fixé par la source de courant. On constate que le courant IC n'est pas rigoureusement identique pour les différentes températures. Ses variations sont cependant suffisamment faibles et linéaires pour pouvoir être négligées en première approximation.
    Les points de fonctionnement sont fixés par le courant de base du transistor, de telle façon que le point de fonctionnement 311 à une température de -60°C est à la limite de la zone de saturation du transistor 250. Les autres points de fonctionnement, correspondant à des températures plus élevées, sont dans des zones de forte saturation du transistor.
    La partie B de la figure 6 montre l'évolution de la tension émetteur-collecteur (VEC) du transistor 250 en fonction de la température. L'échelle des tensions de la partie B est identique à celle de la partie A et les tensions correspondant aux points de fonctionnement 311, 312 et 313 y sont reportés.
    La partie B de la figure 6 permet de mettre en évidence l'évolution non-linéaire de la tension aux bornes du transistor 250 en fonction de la température, pour un courant constant en première approximation.
    Cette évolution non-linéaire est mise à profit, grâce à l'invention pour corriger le défaut de linéarité du second ordre (c'est-à-dire le deuxième ordre du développement en température) du générateur de tension de référence 210.
    Cette correction peut être ajustée finement en modifiant les valeurs R1 et RC de la première résistance dans le diviseur de tension et dans le générateur de tension de référence.
    Document cité :
  • (1) FR-A-2 767 207

    • Claims (7)

    1. Dispositif générateur de tension corrigé dans une gamme de températures basses comprise entre - 60°C et +25°C comprenant :
      un générateur de tension de référence (110, 210) présentant dans la gamme de températures basses un défaut de linéarité,
      un amplificateur (126, 226) connecté entre le générateur de tension de référence et une borne de sortie (128, 228),
      un diviseur de tension comportant au moins une première résistance (132, 232) en série avec un élément (150, 250), le diviseur étant relié à une entrée de l'amplificateur,
         caractérisé en ce que le diviseur de tension est monté entre la borne de sortie (128, 228) et une borne de masse (122, 222) pour fournir à l'amplifcateur une tension de contre-réaction, et en ce que l'élément présente au moins dans ladite gamme de températures basses, une impédance avec un comportement de dépendance en température différent de celui de la première résistance de façon à fournir une contre-réaction plus faible dans ladite gamme de température basses.
    2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit élément (150) est une deuxième résistance avec un coefficient de température différent de celui de la première résistance.
    3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit élément (250) présente au moins dans la gamme de températures basses un comportement en tension non-linéaire avec la température.
    4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première résistance (132, 232) du diviseur de tension présente une valeur ajustée en fonction du défaut de linéarité du générateur de tension de référence (110, 210), de façon à obtenir à la borne de sortie une tension sensiblement linéaire avec la température.
    5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le générateur (210) de type « band-gap » délivre une tension sensiblement linéaire avec la température.
    6. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'élément actif (250) comprend au moins un transistor bipolaire connecté en série avec la première résistance du diviseur de tension par ses bornes de collecteur et d'émetteur, le transistor fonctionnant en régime saturé pour des températures supérieures ou égales aux températures de la gamme de températures basses.
    7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant une source de courant (260), connectée à la base du transistor bipolaire pour fixer un point de fonctionnement du transistor.
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