SYSTEMES ELECTRONIQUES I PREMIERE PARTIE

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1 Haue Ecole d géierie e de Gesio du cao du Vaud SYSEMES EEONQES PEMEE PAE Marc orrevo

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3 A B E E S M A E E S PAGE. NOON...-. B...-. FS ONES E HAPES OS ONSÉAONS EHNOOGQES Gééraliés NOES APPAONS AVESSEMEN ÉFÉENES E ENSON NOON Gééralié éférece de esio de ype «badgap» éférece de esio de ype «diode Zeer eerrée» ÉFÉENE E ENSON SSE NE OE ZENE Gééraliés iode Zeer eerrée (buried Zeer) éféreces de esio iégrée ÉFÉENE E ENSON PA EXPOAON E A BANE NEE Gééraliés Pricipe éférece de esio badgap de Widlar éférece de esio badgap de Brokaw ÉFÉENE E ENSON EN EHNOOGE XFE Gééraliés Pricipe ÉFNONS ES PAAMÈES POPE AX ENSONS E ÉFÉENE éfiiio des paramères EE E A ÉFÉENE E ENSON EF escripio du circui Exemple de dimesioeme ÉGAES NÉAES E ENSON NOON Focioeme sadard Focioeme e mode O Boucle de réglage e sabilié mporace de la référece de esio OPOOGES ES ÉGAES NÉAES E ENSON escripio du focioeme SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

4 3.. Srucure de l éléme de ballas es régulaeurs sadards es régulaeurs O SABÉ ES ÉGAE O roducio Modèle simplifié par accroisseme des composas du régulaeur O Modèle peis sigaux du régulaeur O Eude de la focio de rasfer e boucle ouvere Paramères des régulaeurs O MAON OAN E SOE Gééraliés aracérisique recagulaire de la limiaio de coura aracérisique réerae (foldback) de la limiaio de coura POEON HEMQE AMENAONS À ÉOPAGE À NANE SMPE NOON Gééraliés éfiiio des sources e des récepeurs Semicoduceurs dispoibles comme focio ierrupeur NOAONS SÉES éfiiio AMENAONS À ÉOPAGE NON ÉVESBES À ASON EE Gééraliés AMENAON SÉE O ABASSESE E ENSON oducio coiue Odulaio du coura i e de la esio u. hoix de e de Aalyse fréqueielle Froière ere le mode coiu e iermie oducio iermiee aracérisique saique avec esio de sorie cosae iagramme srucurel AMENAON E YPE PAAÈE O ÉÉVAE E ENSON oducio coiue Odulaio du coura i e de la esio u. hoix de e de Odulaio de la esio u. hoix de Froière ere le mode coiu e iermie oducio iermiee aracérisique saique avec esio sorie cosae iagramme srucurel AMENAON À ÉOPAGE NON ÉVESBE A ASON NEE Gééraliés Hacheur à sockage iducif oducio coiue Odulaio du coura i e de la esio u. hoix de e de Froière ere le mode coiu e iermie oducio iermiee aracérisique saique avec esio de sorie cosae

5 4.6.8 iagramme srucurel ANSFOMAES PO AMENAONS À ÉOPAGE NOON elaios de base ircuis magéiques MOÈE ANSFOMAE Gééraliés rasformaeur idéal Modélisaio du rasformaeur idéal rasformaeur avec iducace magéisae PEES ANS ES S MAGNÉQES Gééraliés AMENAONS À ÉOPAGE À ANSFOMAE ONVESSE À SOKAGE NF AVE SOAON GAVANQE Moage FYBAK oducio coiue imie de la coducio coiue Focioeme e coducio iermiee osidéraio sur le rasfer d éergie imesioeme du rasformaeur d u moage Flyback ONVESSE E YPE SÉE AVE SOAON GAVANQE Moage FOWA Eude du focioeme ONVESSE E YPE SYMÉQE AVE SOAON GAVANQE Moage PSH-P (po comple) Eude de focioeme ÉVAAON E MENSONNEMEN ES ONVESSES Gééraliés Sress e aux d uilisaio des semicoduceurs (rasisor) MENSONNEMEN ES ÉÉMENS ES AMENAONS À ÉOPAGE NOON ES ONENSAES Pricipe de focioeme Paramères caracérisiques d u diélecrique Modèle équivale es pricipales echologies es codesaeurs das les alimeaios à découpage ES MAEAX MAGNEQES es maériaux Gradeurs caracérisiques des maériaux magéiques es maériaux magéiques e les corps de bobies imesioeme d ue iducace imesioeme d u rasformaeur ES SEMONES E PSSANE es MOFSE... 7-

6 7.4. es GB es diodes

7 BBOGAPHE [ AE EEE Volume V : Elecroique Aueurs : J.. haelai e.essoulavy SBN : [ E SYSEMES EEONQES EEONQE, PAE Aueur : M. eclercq [3 HE A OF EEONS Aueurs : P. Horowiz, W. Hill SBN : [4 iear ad Swichig Volage egulaor Fudameals Naioal Semicoducor heser Simpso Member of echical Saff Power Maageme Applicaios [5 Fudameal heory PMOS ow ropou Volage regulaor Applicaio repor SVA68 [6 AN-8 (PM) hermomeer applicaio of he EF [7 echical review of ow ropou Volage egulaor Operaio ad performace Applicaio epor SVA7 [8 dersadig he erms ad efiiios of O Volage egulaors Applicaio epors exas srumes, corporaed SVA79 [9 igial esiger's Guide o iear Volage egulaors & hermal Mgm Applicaio epor SVA8 [ Advaages of usig PMOS-ype low-dropou liear regulaors i baery applicaios Aalog applicaios, power maageme SY6

8 [ ES ONVESSES E 'ÉEONQE E PSSANE Volume 3 : a coversio coiue coiue (ème édiio) Aueurs : ober Bausière, Fracis abrique, Guy Seguier hapire 3 SBN : [ POWE EEONS overers, Applicaios ad esig Aueurs : Ned Moha, ore M. delad, William P. obbis hapire 5 SBN : [3 FNAMENAS OF POWE EEONS Aueur : ober W.Erickso hapire & 5 SBN :

9 HAPE : NOON Page -. roducio. B e cours «Sysèmes Elecroiques» es ue descripio des focios élémeaires de l élecroique idusrielle. E effe, pour pouvoir réaliser u sysème élecroique sur la base d u cahier des charges, il es écessaire de bie maîriser l esemble des focios cosiua le sysème. l fau o seuleme avoir de boes coaissaces e élecroique mais égaleme de l esemble du problème à résoudre. Par exemple pour ue commade de moeur, il fau êre capable de dimesioer les composas e focio de la puissace à fourir, du iveau de esio, de coura e pour fiir des coraies d eviroeme (empéraure, vibraios, humidié, ). es progrès echologiques des circuis iégrés e des semicoduceurs de puissace permee de réduire oujours plus l ecombreme de l élecroique, les coraies hermiques e la eue des diélecriques éa le derier obsacle à la miiaurisaio. e cocepeur de cares élecroiques doi avoir ue rès boe coaissace des composas dispoibles, il es doc impora qu il sache, de maière efficace, ou chercher l iformaio sur les plus réces développemes e produis des fabricas.. FS ONES E HAPES OS oues cares élecroiques possède aux mois ue alimeaio sous la forme d u régulaeur de esio ou d u coverisseur /. asservisseme de ces composas écessie l uilisaio de référeces de esio. Pour les composas ravailla e commuaio, la commade des commuaeurs élecroiques (semicoduceurs) es u poi impora à compredre e à mairiser. Selo les coraies, il peu s avérer écessaire de réaliser ue séparaio galvaique ere divers focios. as ce cas, les sigaux aalogiques e logiques devro êre découplés de maières opoélecroique, capaciive ou iducive. Pour les alimeaios avec séparaio galvaique, l uilisaio d u rasformaeur es écessaire. a praique more que la compréhesio du rasformaeur e so dimesioeme so e gééral mal cous e mal maîrisés. Afi de répodre au mieux aux divers pois soulevés ci-dessus, les chapires du cours so orgaisés selo la logique décrie ci-dessous. e chapire éféreces de esio es ue descripio du desig permea la réalisaio d ue référece de esio e ea compe de sa sesibilié à la empéraure. e chapire 3 égulaeurs de esio doe u aperçu des composas réalisa u asservisseme de la esio d alimeaio e des limies hermiques liées à la srucure même de ces composas. e chapire 4 Alimeaios à découpage à iducace simple doe les bases héoriques du focioeme des coverisseurs / sas séparaio galvaique. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

10 HAPE : NOON Page - ype oura impulsioel de sorie Alimeaio ui/bi-polaire eue e esio Proecio... Sadard ou plaar ype de maériau aille du circui magéique Nombre de spires... opologie Effe de la empéraure Précisio... rasformaeur Opo-élecroique river de gae rasformaeur éférece de esio Erée overisseurs / égulaeurs liéaires are(s) élecroique(s) overisseurs / esios e couras d erée e de sorie Séparaio galvaique ype de coverisseur oraies hermiques Proecio... esios e couras d erée e de sorie Précisio de la esio de sorie oraies hermiques Proecio Sabilié... écouplage des sigaux rasformaeur Opo-élecroique ype de découplage Viesse eue e esio Proecio... Figure - : Srucure de l alimeaio d ue care élecroique SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

11 HAPE : NOON Page -3 e chapire 5 rasformaeurs à impulsios doe les bases écessaires à la réalisaio o seuleme des rasformaeurs uilisés pour les coverisseurs / avec séparaio galvaique mais aussi pour la rasmissio découplée de sigaux aalogiques ou logiques. Puis das la logique du dérouleme du cours. e chapire 6 Alimeaios à découpage à rasformaeur es ue descripio o exhausive des coverisseurs / avec séparaio galvaique. e chapire 7 omposas des alimeaios à découpage cocere le dimesioemes d ue iducace ou d u rasformaeur pour les alimeaios à découpage. l doe égaleme ue brève descripio des divers composas passifs uilisables pour ce ype d applicaio. e chapire 8 ommade des élémes de commuaio es ue descripio des opologies les plus couraes pour réaliser des commades pour MOSFE e GB e ea compe des coraies de l applicaio..3 ONSÉAONS EHNOOGQES.3. Gééraliés élecroique peu êre soumise à des coraies sévères. haque composa doi êre choisi de maière opimale au iveau de ces caracérisiques, de so boiier, de sa dispoibilié e de so coû. esemble de ces exigeces es pas simple à mairiser. ee secio doe descripio succice des coraies auxquelles il fau faire face. as le cadre de ce cours, les composas suivas sero abordés. Amplificaeurs opéraioels. éféreces de esio e de coura. égulaeurs liéaires (O) ircuis dédicacés aux abaisseurs (sep-dow) e aux élévaeurs de esio (sep-up) ircuis dédicacés aux alimeaios Flyback, Forward, push-pull river de gae ircuis magéiques. Semicoduceurs dédiés à la commuaio, MOSFE, GB, iode hacu de ces composas doi répodre à des exigeces dépeda de l applicaio. es référeces de esio doive fourir des esios idépedaes de la esio alimeaio e de la empéraure. es régulaeurs de esio e les coverisseurs / doive êre sables (asservisseme de esio) sous ceraies codiios bie mairisée, ils doive êre proégés core les cours-circuis e core les surcharges hermiques. es rasformaeurs doive ravailler das leur zoe liéaire, la sauraio du circui magéique e doi jamais se produire Efi la commade des semicoduceurs de puissace (driver de gae) doi êre réalisée de maière à opimiser le ombre e le coû des composas. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

12 HAPE : NOON Page -4.4 NOES APPAONS e cours a pour bu de vous faire découvrir la héorie qui se cache derrière chaque focio cosiua u sysème élecroique. es oes d applicaios, basées sur des exemples cocres so aussi à disposiio pour illusrer le cours par des aspecs plus praique..5 AVESSEMEN e cours se base sur les cours suivas : ENA : Elecroique aalogique SES : Sigaux e sysèmes SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

13 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -. éféreces de esio.. NOON.. Gééralié a majorié des référeces de esio moderes so cosruies selo rois pricipes différes. es caracérisiques pricipales d ue référece de esio so la précisio absolue de la esio, la dérive e empéraure, le iveau de brui, la cosommaio e la sabilié au vieillisseme... éférece de esio de ype «badgap» a référece de esio de ype badgap es basée sur l exploiaio des caracérisiques de la esio hermodyamique V. a Figure - doe le schéma de pricipe de ce ype de référece Figure - : Archiecure des référeces de esio «Badgap»..3 éférece de esio de ype «diode Zeer eerrée» a référece esio de ype «diode Zeer eerrée» es basée sur l uilisaio de Zeer eerrée (buried Zeer diode) das le bu de miimiser le brui, la dérive hermique e d améliorer la sabilié das le emps. a Figure - illusre le pricipe de base de ce ype de référece de esio SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

14 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page - Figure - : Archiecure des référeces de esio «Zeer eerrée»..3. éférece de esio de ype «XFE» a référece esio de ype XFE es basée sur l uilisaio de la esio de piceme des rasisors à effe de champ (XFE : exra implaed FE). a Figure -3 me e évidece la srucure de base d ue référece de esio de ype XFE. Figure -3 : Archiecure des référeces de esio «XFE» SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

15 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -3. ÉFÉENE E ENSON SSE NE OE ZENE.. Gééraliés e diode Zeer présee, das le ses passa, des caracérisiques ideiques à celles d ue diode ormale. Par core das le ses iverse, u coura peu circuler si la esio appliquée aux bores de l éléme semicoduceur es suffisamme élevée. a esio iverse permea la coducio brusque de la diode es appelée esio Zeer. Pour obeir ue esio Zeer, il fau foreme doper la jocio p- de la diode de maière à permere u passage «facile» des élecros de la bade de valece de la zoe dopée p à la bade de coducio de la zoe dopée. es poreurs de charges (des élémes de dopage) aisi libérés so assez ombreux pour que le coura augmee brualeme e pour que la esio aux bores de la diode e varie praiqueme pas. e effe, appelé «effe Zeer» a éé découver par u physicie américai du om de larece Melvi Zeer. Pour d aures diodes Zeer, il es possible que sous l acio du champ élecrique iere, les poreurs de charges mioriaires (du silicium) de la zoe isolae acquière ue éergie elle qu il puisse y avoir ioisaio par choc, provoqua u effe d avalache, le coura croî exrêmeme vie. a esio aux bores de la diode e varie praiqueme pas o plus. es ce qui es appelé effe d avalache. a Figure -4 more claireme que le coura croi plus vie pour l effe avalache. E réalié ces deux effes so préses das ue diode Zeer. Pour ue diode Zeer au silicium, jusqu à 5.V, c es l effe Zeer qui es qui es prédomia. es diodes présee ue esio Zeer avec ue dérive e empéraure égaive. Au dessus de 5.V, c es l effe avalache qui devie le plus impora e du même coup la esio Zeer présee u dérive e empéraure posiive Effe Zeer z [ma 5 j 5 4.4V.7V 3.3V Effe d avalache 3.9V 5.6V 4.7V 6.8V 8.V 3 oura de es 5mA V z 5 [V Figure -4 : aracérisique de diodes Zeer pour u coura de polarisaio cosa de 5mA effe de la empéraure sur la esio Zeer peu êre aulé, ou foreme dimiué, e ajoua ue diode e série (dérive e empéraure de 7 ) das le ses passa. O parle alors de diode Zeer compesée e empéraure. as ce cas la esio Zeer es de 6.V au lieu des 5.V (correspoda au coefficie de empéraure le plus faible). SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

16 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -4 ΔV z [V.8 V z 5mA.7 5V 5V.6 V V 7V 6.V 5.9V. 5.6V. 5.V V 4.7V j [ Figure -5 : érive de la esio Zeer e focio de la empéraure... iode Zeer eerrée (buried Zeer) a diode Zeer es u éléme abodamme uilisé das les applicaios o criiques. es desigers de circuis iégrés uilise les jocios Base Emeeur des rasisors NPN, polarisées e iverse, comme diode Zeer de référece. effe Zeer apparai à la surface de la puce, là où les effes de coamiaio e les charges d oxyde so les plus imporaes. es jocio so bruyaes e souffre de dérives e empéraure e das le emps qui e so pas prédicibles. es diodes Zeer eerrées place la jocio e dessous de la surface du silicium, loi des effes de coamiaio e d oxydaio. e résula es ue diode Zeer avec ue grade sabilié das le emps, u faible brui e ue boe précisio iiiale. a Figure -6 more le débu de la fabricaio d ue diode Zeer eerrée. e régio eerrée dopée + es siuée sous la srucure Zeer afi de la proéger des prochaies diffusios de coac avec le subsra. Après croissace de la couche épiaxiale -, ue diffusio p + es répadue par ue peie ouverure au cere de la srucure Zeer. E même emps, la diffusio p + es répadue à la périphérie pour former u caisso isolé coea la srucure Zeer eière. OVEE E OXE + PO FFSON p SO p + SO EP p + SO EP p + SO + BE AYE p SBSA SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE Figure -6 : Srucure iiiale lors de la fabricaio d ue diode Zeer eerrée a diffusio p + cerale es proégée d u coac avec le subsra p - par la couche eerrée +, alors qu o perme aux diffusios laérales p + d aeidre le subsra e de former u caisso d isoleme.

17 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -5 l es impora de oer que la coceraio la plus élevée p + se produi direceme sous l ouverure du masque e que la coceraio de dopa es la plus faible aux frages d ue diffusio. es derières éapes iclue ue diffusio de base p - e ue diffusio d émeeur +, siuées au cere de la srucure Zeer (voir la Figure -7). émeeur + devie la cahode, adis que l isoleme combié e la diffusio de base p - ser d aode. a jocio foreme dopée se rouve au fod de la cahode, là où l émeeur + e la diffusio p + présee les coceraios les plus riches. es coceraios laérales, plus légères o comme coséquece ue esio Zeer plus élevée e par coséque ces zoes e so pas acives. e résula es ue esio Zeer exrêmeme sable de rès faible brui e isesible aux effes exérieurs de coamiaio ou d oxydaio. ZONE AVE E A ZENE AHOE SOAON ANOE p + SO EP p BASE + EMEE p + SO + OHE ENEEE p SBSA Figure -7 : Srucure d ue diode Zeer eerrée... Exemple d ue référece de esio basée sur ue diode Zeer e diode Zeer es polarisée par ue source de coura. diviseur résisif perme d exraire ue fracio de la esio Zeer. amplificaeur de esio à gai posiif perme d ue par de préseer ue haue impédace du côé du diviseur de esio résisif e d aure par de fourir ue source de esio de référece avec ue faible impédace de sorie. Pour avoir ue faible dérive e empéraure, la diode Zeer, de 6.V, es compesée e empéraure (ajou d ue diode série). Figure -8 : Srucure de base d ue référece de esio de ype «buried Zeer» SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

18 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -6 V +. 4 ou V Z éféreces de esio iégrée Pour obeir des référeces de esio précises, il exise des circuis iégrés das lesquels o rouve ue diode Zeer compesée e empéraure, alimeée par ue source de coura. Pour des performaces accrues, cee diode Zeer es eerrée afi de la proéger des impureés, des coraies mécaiques e des imperfecios de surface qui coribue à accroîre le brui e à dégrader la sabilié à log erme. Si les performaces globales (précisio, brui, coefficie de empéraure, sabilié à log erme) so suffisamme boes pour auoriser leur emploi das les sysèmes à haue résoluio, elles so plus coûeuses que les référeces de ype badgap. e plus, elles so peu adapées aux sysèmes basse esio, ce qui pred à coreses la edace géérale des sysèmes élecroiques embarqués. ela ie au fai que les meilleurs résulas e sabilié das le emps e e empéraure so obeus avec des Zeer de 6.V, qu il es écessaire d alimeer à parir d ue source de esio d au mois.5v à V supérieure. a esio de 6.V es esuie rapporée à ue valeur plus faible par le biais d u réseau résisif, puis es ajusée à la valeur souhaiée par l iermédiaire d u amplificaeur opéraioel, qui fai par ailleurs office d adapaio d impédace. es réseaux plus ou mois complexes so chargés de compeser la variaio o liéaire de la esio de sorie e focio de la empéraure. Aisi, das ses différees séries VE à diode Zeer, haler fai usage d u réseau de compesaio o liéaire du roisième ordre formé de hermisaces e de résisaces ajusées au laser. Avec les référeces à diode Zeer eerrée, les caracérisiques suivaes peuve êre aeies : précisio comprise ere ±. e ±.4%, dérive e empéraure de à ppm/ (das la gamme commerciale à + 7 ), dérive sur le log erme ere 6 e ppm/hrs. Figure -9 : Zeer avec réseau de compesaio SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

19 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -7.3 ÉFÉENE E ENSON PA EXPOAON E A BANE NEE.3. Gééraliés uilisaio das les circuis iégrés de sources de esio de référece, sables e empéraure, es capiale. l exise des circuis de esio de référece appelés «badgap» rès sables vis-à-vis des variaios de la empéraure..3. Pricipe e pricipe d ue référece de esio badgap es de compeser le coefficie de empéraure égaif d ue jocio p par le coefficie de empéraure posiif de la esio hermodyamique doée par la relaio avec : k V. q k J/K q : cosae de Bolzma (8.6-5 ev/k) : empéraure exprimée e degrés Kelvi : charge élémeaire e schéma syopique d u el circui es doé e Figure -. e bu es d obeir ue esio de référece avec ue sabilié e empéraure de l ordre de ppm/. as ce cas la dérive e empéraure de V BE doi êre coue de maière plus précise que simpleme V BE / -mv/. Σ k V q K Figure - : Schéma syopique d ue référece de esio «badgap» SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

20 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page éermiaio de la dérive e empéraure a desié de coura de colleceur J es défiie comme B VBE V q po J e.3 W avec : J /A E : desié de coura de colleceur, : cosae moyee de diffusio pour les élecros, W B : largeur de la base, V BE : esio Base Emeeur, / N : coceraio d élecro à l équilibre das la Base, po i i A V G 3 V e : coceraio irisèque de poreurs, : cosae idépedae de la empéraure, V G.5V : esio «badgap» pour le silicium, N A : coceraio e dopage d accepeur. J q N W A B VBE VG q ( V ) 3 BE V V G γ k e AE e.4 avec γ3. A la empéraure de référece J q ( V ) BE V G k γ S e.5 e rappor ere les desiés de coura de colleceur à ue empéraure quelcoque e la empéraure de référece s écri sous la forme suivae : J J γ q V ( k e BE V G V V BE G ).6 fialeme J V V q VBE VG BE G l γ l +.7 J k e la relaio précédee, il es possible d exprimer la esio Base Emeeur e focio de la empéraure. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

21 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -9 SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE l l BE G BE J J q k q k V V V γ.8 O peu maiea calculer la dérive de V BE e focio de la empéraure l l l l BE G BE J J q k J J q k q k q k V V V γ γ.9 A la empéraure de référece J J l l BE G BE J J q k q k V V V γ. Noos que l. e, sacha que la desié de coura de colleceur es proporioelle à α. J J J J J J α l. a dérive e empéraure de la esio Base Emeeur devie ( ) q k V V V BE G BE γ α es valeurs ypiques de α e γ so α e γ3.. E supposa que V V BE 6. à la empéraure ambiae de 7 (3 K), o obie : mv V BE /. 7.4

22 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page - SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE.3.. éalisaio d ue esio de référece compesée e empéraure Soi deux jocios p de surfaces différees A E e A E. es jocios so raversées par des couras différes. Figure - : ircui de base permea la mesure de la dérive e empéraure A parir de la Figure -, o peu écrire Δ l l l J J q k A J A J q k q k V V V S E S E S S BE BE BE.5 e pour la dérive e empéraure Δ l J J q k V BE.6 Pour avoir ue dérive e empéraure ulle à la empéraure omiale de ravail, il fau saisfaire à la relaio suivae : '' Δ + V K V V BE BE EF.7 Où ' ' K es à défiir pour saisfaire l égalié. A parir des relaios.3,.6 e.7 o peu écrire l '' + + G BE V V V J J V K γ α.8 E posa ''l J J K K, o obie ) ( BE G V V V V K γ α.9

23 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page - J AE Pour, VBE. 6V e 3 K, o a K a esio de sorie de la J AE source de référece «badgap» vau doc V EF V V BE G + KV ( α γ ) V V BE + V G V BE ( α γ ) V. Soi pour ue empéraure de ravail de 7, V EF V Pour ue empéraure de ravail différee de, la dérive e empéraure de V EF e sera pas ulle ( V EF / )..8 Variaio de la esio de référece e focio de la empéraure K δv EF /δ V EF [V.65.6 δv EF /δ 3 K.55 δv EF /δ.5 5 K [ Figure - : Variaio de la esio de référece e focio de la empéraure de focioeme.3.3 éférece de esio badgap de Widlar a Figure -3 illusre ue source de esio classique appelée Widlar. E observa cee figure, o peu écrire la relaio suivae : V BE VBE + 3. a différece ere les esios Base - Emeeur de Q e Q 3 correspod à la chue de esio aux bores de 3 Δ V. BE VBE VBE 3 a esio Base Emeeur d u rasisor es reliée au coura d émeeur. Par coséque o peu écrire : S ΔV BE V l V l V l.3 S S S SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

24 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page - Supposos la même chue de esio aux bores de e ( ), alors V BE V BE3. Par coséque ΔV BE V S V S l l S 3 S e fialeme la esio de référece vau S V EF + VBE3 V l VBE3 KV VBE S Figure -3 : éférece de esio «Badgap» de Widlar Exemple : hoisissos K5 e S S e par coséque kω. O peu écrire 3 K Ω k 3.84 l() S l S éférece de esio badgap de Brokaw a Figure -4 more ue aure srucure de référece de esio di de Brokaw. as cee srucure, les deux rasisors NPN so réalisés das la même puce de silicium e présee des caracérisiques que l o peu cosidérer comme ideiques. amplificaeur impose des esios de colleceur ideiques V Q V Q. O peu doc écrire SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

25 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -3.7 a esio de référece es défiie comme V EF VBE + 4,5 ( + ).8 Figure -4 : éférece de esio «BadGap» de Brokaw a différece ere les esios Base Emeeur es liée à la chue de esio das la résisace 3. e plus, les rasisors aya des caracérisiques ideiques, leurs couras de sauraio so ideiques S S. ΔV BE 3 3 VBE VBE V l V l.9 E égligea les couras de base, o peu dire que :.3 3 Fialeme, la esio de référece vau e V EF VBE + 4,5 V VBE + KV + l.3 3 V EF V BE k + 4,5 + l.3 3 q SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

26 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -4 Exemple : hoisissos 5 e sacha que V BE.6V, V BE / -.mv/ e V EF / à 3 K, il es possible de défiir le rappor ere 4,5 e 3. VBE 3 K 3 ( 4,5.4 3).33 k + l q 4,5 Puis la valeur de la esio de référece à 3 K V. V 3 K.34 EF SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

27 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -5.4 ÉFÉENE E ENSON EN EHNOOGE XFE.4. Gééraliés roduie il y a ciq as par Aalog evices, la echologie bipolaire bapisée XFE (exra implaed FE) a pour ambiio de réaliser le meilleur compromis ere brui e cosommaio. a echologie me e œuvre des rasisors à effe de champ do les drais so parcourus par des couras ideiques. a esio de piceme de l u des Fe es acceuée par implaaio d u caal addiioel. a esio de référece e sorie es proporioelle à la différece amplifiée ere les esios de piceme des deux rasisors. e coefficie de empéraure irisèque d u XFE (ppm/ ) es eviro ree fois plus faible que celui d ue référece «badgap», e la courbe de variaio es praiqueme liéaire jusqu aux empéraures exrêmes de la gamme idusrielle éedue. Fialeme, il e résule u desig de correcio e empéraure simplifié e, par coséque, mois bruya. ee correcio s effecue par le biais d u coura proporioel à la empéraure absolue (PA : Proporioal o Absolue emperaure curre). argume de la liéarié du coefficie de empéraure, mis e exergue par le fabrica, es jusifié par le fai qu aux empéraures exrêmes les phéomèes o liéaires so sas cohérece d u produi à l aure. e qui exclu l uilisaio d u circui de compesaio. Efi, à la différece d ue référece à Zeer eerrée, u circui XFE se saisfai d ue esio d alimeaio réduie. Si les caracérisiques géérales des premiers composas XFE les siuaie à mi-chemi des badgap e des Zeer eerrées, ils so aujourd hui plus proches des secodes ciées. Aisi, les circuis de derière gééraio so caracérisés par u brui e sorie dige des meilleures référeces à Zeer eerrée, ou e cosomma u coura ciq fois plus pei..4. Pricipe a opologie de base de la echologie XFE es illusrée à la Figure -5. e cœur de la référece de esio es cosiuée des rasisors JFE Q e Q. eux sources de couras e appairées (mached curre sources) alimee les rasisors JFE. e rasisor Q possède u secod caal, ce qui explique la différece de 5mV ere les esios de piceme V p des deux rasisors pour des couras e ideiques. avec Δ V V V.35 P P P V GS SS.36 VP orsque la empéraure de focioeme d u JFE augmee effes aagoises ierviee : la esio de seuil des jocios Grille-caal dimiue, doc l épaisseur des zoes déserées dimiue, le caal devie plus large, le coura augmee, ou das le cas prése la esio V GS à dimiue, la mobilié des poreurs µ des poreurs dimiue, doc le coura devrai dimiuer. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

28 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -6 V VV Q Q VP PA VEF 3 Figure -5 : opologie de base d ue source de référece basée sur la echologie XFE Pour des faibles valeurs de coura de drai, c es le premier phéomèe qui l empore e par coséque la dérive e empéraure es égaive pour la esio de commade V GS / <. Pour de plus fores valeurs de coura de drai, c es le deuxième phéomèe qui es prédomia e doc V GS / >. Pour les référeces de esio de ype XFE, les couras de drais so rès faible, la dérive e empéraure correspod doc à u coefficie égaif. e source de coura proporioelle à la empéraure compese les effes de la empéraure sur les esios de commade des JFE. Fialeme, la esio de sorie es doée par la relaio + + PA.37 3 VEF Vp + 3 Δ a echologie XFE offre des amélioraios sesibles par rappor aux echologies «badgap» e de diodes zeer eerrées, e pariculier pour des sysèmes où le coura de focioeme es criique e plus la dérive hermique e le brui présee d excellees caracérisiques. es valeurs ypiques so : dérive e empéraure liéaire de l ordre de 3 à 8 ppm/, hysérésis hermique iférieur à 5 ppm sur la plage -4 à +5, dérive sur le log erme excellee, ypiqueme. ppm/ heures. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

29 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -7.5 ÉFNONS ES PAAMÈES POPE AX ENSONS E ÉFÉENE.5. éfiiio des paramères e ableau - more quelques paramères peries d ue référece de esio. l perme oamme ue comparaiso ere les divers echologies de référeces de esio Paramères haler corp. VE35 emperaure age 4 o +85 Maxim MAX65 Aalog evices A93 esio de sorie 5. V 5. V 5. V Erreur iiiale. %.4 %.6 % oefficie de empéraure.6 ppm/ 3. ppm/ 8. ppm/ Brui (. Hz) 3. μv p-p 3. μv p-p 5 μv p-p Hysérésis hermique ppm ppm 5 ppm Sabilié log erme 6. ppm/hrs. ppm/hrs. ppm/hrs Alimeaio 8.V 36V 8.V 36V 6.V 5V emps de sabilisaio à l eclecheme égulaio de lige 8V V i V égulaio de charge ma ou 5mA μs μs < μs 5 ppm/v 35 ppm/v ppm/v 5 ppm/ma 7 ppm/ma ppm/ma ableau - : omparaiso ere rois référeces de esio.5.. Erreur iiiale (iial error) orrespod à l erreur sur la valeur de la esio de sorie après la mise sous esio du circui e la sabilisaio de la empéraure de focioeme. ee mesure se fai sas charge. as la plupar des applicaios cee mesure es la plus imporae des spécificaios..5.. oefficie de empéraure (emperaure coefficie ()) orrespod à ue variaio de la esio de sorie avec u chageme de la empéraure de focioeme exprimée e ppm/. ee valeur es, après l erreur iiiale, la secode plus imporae spécificaio doée par le fabrica. Parmi oues les maières de défiir le coefficie de empéraure, la plus uilisée ie compe des valeurs miimale, maximale e omiale de la esio de sorie aisi que des exrémums de la empéraure de focioeme. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

30 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -8 VMAX VMN 6 [ ppm /.38 V ( ) NOMNA MAX MN ee méhode perme de garair les spécificaios e ermes d erreur pour ue plage de empéraure doée. Néamois elle e doe pas d idicaios sur la forme de la courbe d erreur du composa esé. MN MAX V [V EF imie supérieure imie iférieure V V MAX V NONMA MN SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE empéraure [ Figure -6 : esio de référece e focio de la empéraure A ire d exemple la Figure -6 more le comporeme e empéraure d ue source de esio de référece de 5V avec u coefficie de empéraure de.6 ppm/ sur ue plage de empéraure correspoda à la plage idusrielle (-4 à 85 ). Pour u coverisseur A/N de 4 bis avec ue empéraure idusrielle, le coefficie de empéraure doi êre de ppm/ pour ue erreur de coversio de SB Hysérèse hermique (hermal hyseresis) Sas modificaio de la esio d alimeaio e de la charge, u chageme de la esio de sorie es provoqué par u chageme de la empéraure de focioeme. ors d u cycle de empéraure, c es-à-dire lorsque la empéraure passe d ue valeur iiiale à ue empéraure maximum e revie à sa valeur iiiale, la esio de sorie e repred pas oujours la valeur correspoda à la empéraure de dépar. e comporeme correspod à ue hysérèse hermique. hysérèse hermique es difficile voir impossible à corriger Brui large bade e /f (Noise /f ad broadbad) e brui hermique compred ue parie large bade e ue parie e /d de bade éroie. e brui hermique large bade peu êre filré par u simple réseau. e brui e /f, iéviable pour ue référece de esio e peu pas êre filré. E gééral le brui e /f es spécifié das la bade.hz Hz. e paramère es impora pour le desiger érive sur le log erme (og-erm drif) orrespod à e variaio lee de la esio de sorie sur plusieurs mois de focioeme. a dérive à log erme es e gééral défiie e ppm/hrs. Pour ces diodes Zeer, la dérive à log erme es

31 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -9 de l ordre de 6ppm/hrs. ee dérive décroi expoeielleme avec le emps. es cycles hermiques sur le composa peuve accélérer la sabilisaio de la diode Zeer de référece. Pour des référeces de esio XFE, la dérive à log erme es de l ordre de -.ppm/hrs emps de sabilisaio à l eclecheme (ur-o seig ime) orrespod au laps de emps écessaire pour que la sorie aeige sa valeur omiale (valeur fiale) avec ue olérace défiie. E gééral la olérace es défiie comme les. % de la valeur fiale égulaio de lige (ie regulaio) orrespod à ue modificaio, coiue das le emps, de la esio de sorie lorsque la esio d erée (alimeaio) es modifiée. ee spécificaio iclu pas les rasioires ou les odulaios de la esio d erée égulaio de la charge (oad regulaio) orrespod à ue modificaio, coiue das le emps, de la esio de sorie lorsque la charge es modifiée. ee spécificaio iclu pas les rasioires lors de modificaios de la charge esig du circui imprimé (PB layou) e mauvaise qualié du rouage du circui imprimé peu affecer les performaces de la référece de esio e ermes de brui e de comporeme hermique. es coraies sur le suppor du PB peuve provoquer ue dérive de la esio de sorie. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

32 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page -.6 EE E A ÉFÉENE E ENSON EF.6. escripio du circui PM es à l origie du circui iégré EF. e desig de ce circui a éé repris par Aalog evices e Burr Brow (exas srumes). e schéma simplifié doé par le fabrica es doé à la Figure -7. a base de la référece badgap es cosiuée des rasisors Q e Q aisi que des résisaces,, 3, 4, e. es rasisors Q 3 e Q 4 représee ue paire différeielle suivi d u moage amplificaeur. O peu doc remplacer la parie droie du schéma par u amplificaeur opéraioel classique. poi iéressa à relever es l exisece d ue capacié de compesaio permea ue boe sabilié de la sorie de la référece. e rasisor Q 5 e la résisace 5 permee de limier le coura de sorie (limiaio recagulaire). OP ESSOS EF OPON PO 8kΩ kω 6.kΩ P, S, J, Z PAKAGES 8kΩ 4.5kΩ 5kΩ Q8 Q7 Q4 Q3 Q5 5 NP Q9 Q Q6 Q5 Q Q Q Q7 3 Q Q6 Q9 * 6 OP Q 5 Q Q4 Q Q3.3V 9* M 5 EMP 3 *SEE OP ESSOS * GON 4 Figure -7 : EF, schéma simplifié doé par Aalog evices as le bu de facilié la compréhesio, o peu ecore simplifier le schéma de la Figure -8. Figure -8 : EF : schéma simplifié SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

33 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page - e coefficie de empéraure sur les esios Base Emeeur des rasisors Q e Q es de -.mv/. omme démoré au..3, la différece ere les deux esios Base Emeeur des rasisors Q e Q pred la forme suivae : k J ΔV BE VBEQ VBEQ l.39 q J orsque ΔV BE es amplifiée e ajouée à V BE, o obie ue esio de référece V Z avec u coefficie de empéraure ul ( mv/ ) si : k VZ VG ({ α { γ ). 5 q.4 3. e circui simplifié de la Figure -8, more que la desié de coura d émeeur das Q es 6 fois supérieure à celle de Q, produisa ue esio ΔV BE de 7.mV à 5. ee esio, aux bores de, es amplifiée d u faceur 9.3 pour que le coefficie de empéraure (-.mv/ ) de V BEQ soi compesé par le coefficie de empéraure de +.mv/ de V EMP. a esio V EMP es alors égale à 9.3 fois la esio ΔV BE. a esio de référece de sorie V EF correspod à la esio V Z amplifiée du faceur e ableau - doe u aperçu des esios e focio de la empéraure. empéraure ambiae esio A -75 A 5 A 5 k Δ V BE l(6) 47.3mV 7.mV 95.mV q V 9. 3Δ 44mV 66mV 884mV EMP V BE V BE(Q) 8mV 6mV 39mV V V + V.5V.6V.74V Z BE EMP V EF 3.96V Z 4.95V 5.V 5.45V ableau - : esios omiales.6. Exemple de dimesioeme A l aide du circui préseé ci-dessous, o désire réaliser ue mesure de empéraure do les caracérisiques so les suivaes : Echelle de empéraure de mv/, mv/ ou mv/ F ie direce ere la esio mesurée e la empéraure, par exemple -.55V correspod à -55, V à e.5v à 5. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

34 HAPE : ÉFÉENES E ENSON Page - Figure -9 : Mesure de empéraure es poeiomères permee d ajuser l offse e le gai. V ou + a b c + c VEMP VEF a.4 b a e ableau -3 doe u exemple de valeurs pour les résisaces exeres. es dérives e empéraures so prises e compe lors de la calibraio. Plage de empéraure e sesibilié A -55 à 5 A -55 à 5 A -67 F à 57 F mv/ mv/ mv/ F Plage de V ou -.55V à.5v -.55V à.5v -.67V à.57v Offse V@ V@ V@ F a (±%) 9.9kΩ 5kΩ 8.5kΩ b (±%).5kΩ.8kΩ.kΩ bp (poeiomère) Ω Ω Ω c (±%) 5.kΩ 84.5kΩ 7.5kΩ ableau -3 : Valeurs des composas (série E96) 9 Noe : coversio degrés elsius Fahrehei : F SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

35 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page 3-3. NOON 3. égulaeurs liéaires de esio. 3.. Focioeme sadard es circuis élecroiques e peuve focioer que sous ue ou plusieurs alimeaios délivra des esios coiues. es régulaeurs liéaires de esios so des élémes qui peuve remplir ce rôle. e régulaeur liéaire es cosiué d ue source de coura corôlée e esio e do la sorie es asservie de maière à fourir ue esio coiue sable. Figure 3- : Asservisseme de la esio sur ue charge par asservisseme d ue source de coura 3.. Focioeme e mode O as ce mode de focioeme, le régulaeur ravaille comme ue résisace variable. a valeur de la résisace es corôlée e esio de maière à garair ue esio coiue sable aux bores de la charge (diviseur résisif). Figure 3- : Asservisseme de la esio sur ue charge par asservisseme d ue résisace série e mode de focioeme es appelé O (ow ropou) pour désiger ue faible différece de esio ere l erée e la sorie. Pour des charges demada u coura faible, cerais régulaeurs e mode de focioeme O peuve avoir ue chue esio ere 3mV e mv. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

36 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page Boucle de réglage e sabilié Malgré sa facilié d uilisaio, il e fau pas perdre de vue qu u régulaeur liéaire de esio es dépeda de la qualié de sa boucle de réglage iere. l es primordial de bie compredre le focioe de chaque éléme de la boucle afi d assurer ue core-réacio (réacio égaive), codiio idispesable pour assurer la sabilié d u sysème asservi. es variaios de la esio d erée, du coura de sorie (variaio de la charge) aisi que la empéraure de focioeme so aua de perurbaios agissa sur le régulaeur. Figure 3-3 : Mise e évidece de la boucle de core-réacio das u régulaeur liéaire 3..4 mporace de la référece de esio a qualié de la esio de sorie e ermes de sabilié es foreme dépedae de la qualié de la référece de esio. E effe cee derière doi êre aussi idépedae que possible des variaios de la esio d erée e de la empéraure de focioeme. Pour plus d iformaio, se référer au chapire éféreces de esio. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

37 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page OPOOGES ES ÉGAES NÉAES E ENSON 3.. escripio du focioeme a forme la plus géérale d u régulaeur liéaire de esio es illusrée à la Figure 3-4. A l erée du régulaeur es appliqué ue esio variable das le emps V i. e régulaeur délivre à sa sorie ue esio sable e cosae das le emps. poi commu ere l erée e la sorie more qu il y a pas de séparaio galvaique ere elles. a charge doi êre u éléme dissipaif qui peu êre représeé par ue source de coura ou plus simpleme par ue résisace. a puissace oale élecrique fourie au circui es doée par la relaio : P V V + ) 3. i i i i ( GN ou a puissace fourie à la charge vau : P V 3. ou ou ou E par coséque, la puissace dissipée das le régulaeur : P P P ( V V ) + V 3.3 i ou i ou ou i GN O voi que la puissace dissipée das le régulaeur es direceme proporioelle à la différece ere les esios d erée V i e de sorie V ou e le coura circula das la charge ou. e secod erme de la relaio 3.3 more qu ue parie de la puissace dissipée es direceme dépedae du coura de masse GN, c'es-à-dire le coura de polarisaio iere au régulaeur. Figure 3-4 : Forme de base d u régulaeur de esio ors de l uilisaio de rasisor ballas bipolaire le coura de masse GN peu deveir soudaieme rès impora lors de la sauraio dudi rasisor ballas. Par core si le rasisor ballas es u MOSFE, ce phéomèe exise pas car les MOSFE so commadés e esio e o e coura. a Figure 3-5 more plus e déail le coeu d u régulaeur liéaire de esio. esemble des élémes cosiua le régulaeur doi êre cosidéré comme écessaire, excepio faire de la déecio de la surcharge (Overload Sauraio Sesor) e de la commade d acivaio / désacivaio (Shudow orol) du régulaeur. poi impora d u régulaeur es la sabilié e esio. l es doc primordial d avoir ue référece sable das le emps, le plus idépeda possible de la empéraure e de faible brui (voir hapire éféreces de esio :.). SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

38 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page 3-4 Figure 3-5 : Srucure de base d u régulaeur liéaire amplificaeur d erreur, qui joue le rôle de régulaeur de esio es u amplificaeur de esio classique ou u amplificaeur à rascoducace. E focioeme saique ormal, la esio de sorie es liée à la esio de référece par la relaio suivae : V ou V EF O voi que la esio de sorie, e première approximaio, es idépedae de la esio d erée. Pour limier le coura de masse GN, il fau que le coura circula das le circui doa la esio de référece, le coura de commade du rasisor ballas aisi que le coura das le diviseur résisif soie les plus peis possibles. Pour la echologie bipolaire, le coura de masse es de quelques milliampères (ma) alors que pour du MOS, ce coura es rédui à quelques microampères (μa). a commade de désacivaio du régulaeur doi permere o seuleme de supprimer le coura de charge mais égaleme de limier au maximum le coura de masse GN. a limiaio de coura es e gééral cosiué d ue résisace shu pour la mesure suivi d u circui permea de limier le coura à ue valeur maximum (limiaio de coura recagulaire) ou de réduire le coura maximum e focio des codiios de charges (limiaio réerae (foldback). a mesure de la empéraure à l iérieur de semicoduceur peu se faire de plusieurs maières (voir hapire éféreces de esio :..6) 3.. Srucure de l éléme de ballas éléme de ballas (pass devices) es cosiué de u ou plusieurs rasisors bipolaires ou MOS. a Figure 3-6 doe, de maière o exhausive, quelques opologies couramme uilisées. e ableau 3- es ue comparaiso ere les diverses opologies d élémes de ballas. O voi que les opologies NPN e arligo NPN so des élémes suiveurs, ce qui sigifie qu ils o ue relaiveme grade largeur de bade e so peu sesibles aux caracérisiques des codesaeurs de sorie e raiso de leur basse impédace de sorie. Par core ils présee ue chue de esio ere l erée e la sorie relaiveme élevée. a raiso es due à la présece de la esio Base Emeeur V BE e série avec l erée. SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

39 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page 3-5 NPN arligo NPN Vi PNP NPN Vmi.5V Vou PNP PNP/NPN MOSFE N MOSFE P Figure 3-6 : Elémes ballas e moage iverseur propre aux opologies PNP e MOSFE perme à l éléme de ballas de ravailler à la limie de la zoe de sauraio. l es doc possible de miimiser la différece de esio ere l erée e la sorie e par coséque d augmeer les performaces du régulaeur e ermes de redeme. a opologie MOSFE perme d obeir ue esio miimale aux bores de l éléme ballas. e rasisor MOSFE peu êre dimesioé pour ravailler das la régio liéaire. NPN arligo NPN PNP PNP/NPN MOSFE P V i -V ou > V i -V ou > V i -V ou >. V i -V ou >.5 V i -V ou > SON ou ou < A ou > A ou < A ou > A ou > A Suiveur Suiveur verseur verseur verseur Z ou faible Z ou faible Z ou grade Z ou grade Z ou grade Grade largeur de bade Grade largeur de bade Faible largeur de bade Faible largeur de bade Faible largeur de bade sesible à ou sesible à ou Sesible à ou Sesible à ou Sesible à ou ableau 3- : omparaiso ere élémes de ballas SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

40 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page 3-6 as ce cas il es impora de miimiser la résisace SON. Pour des raisos d opimisaio, il exise des circuis iégrés permea le corôle d u MSOFE exere. as ce cas o parle de corôleurs de esio par opposiio aux régulaeurs ou l éléme de ballas es iégré. es opologies PNP, PNP/NPN e MOSFE, e focioeme ormal (source de coura) présee des impédaces de sorie élevées, écessia la présece d u codesaeur sur la sorie. es valeurs e ermes de capacié e de résisace série équivalee (ES : equivale serial resisor) du codesaeur de sorie doive êre prises e cosidéraio par le desiger afi d assurer la sabilié de la esio de sorie. e poi es exrêmeme impora e doi êre raié avec soi, ces valeurs dépeda de la empéraure e des oléraces de fabricaio. uilisaio d u MOSFE N impose ue esio V GS supérieure à la esio de seuil V H. as ce cas il es écessaire d avoir ue esio de commade plus élevée que la esio d erée V i pour pouvoir ravailler avec ue faible différece de esio ere l erée e la sorie 3..3 es régulaeurs sadards as le cas des régulaeurs sadards, le rasisor de ballas (Q 5, Q 6 es u moage arligo) ravaille e source de coura corôlée (zoe saurée) e esio. e régulaeur liéaire M37, es u grad classique du gere. a Figure 3-7 représee le schéma simplifié de ce régulaeur. Figure 3-7 : Schéma simplifié du régulaeur M37 E examia sa srucure o voi que la référece es basée sur la cellule de esio de référece badgap de Brokaw (Q 8,Q 6, Q 9, Q 7, 5, 4 ). a esio de référece V EF es fixée à.5v avec u coura de sorie de la cellule de P 5μA. es résisaces exere e B permee d ajuser la esio de sorie à la valeur désirée. + P 3.5 Vou VEF + SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

41 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page 3-7 E choisissa u coura de polarisaio de 5mA, das le diviseur résisif composé de e, le coura de polarisaio P peu êre égligé das les calculs es régulaeurs O escripio a esio di ropou volage correspod à la différece de esio ere l erée e la sorie V i -V ou du régulaeur pour laquelle l asservisseme de la esio de sorie es plus possible. ee siuaio se produi lorsque la esio d erée décroi pour s approcher de la esio de sorie qui elle doi reser cosae. a Figure 3-8 more u régulaeur uilisa u rasisor MOSFE P comme rasisor ballas. uilisaio d u MOSFE N es pas possible car il faudrai alimeer le circui de corôle avec ue esio supérieure à la esio d erée V i. -V S V i -V ou V i S MOSFE aal P G V i ircui de corôle V ou ch Figure 3-8 : Schéma simplifié d u régulaeur O e focioeme d u régulaeur O peu êre expliqué e observa la caracérisique f(v S,V GS ) d u rasisor MOSFE caal P. a Figure 3-9 (a) illusre les deux régios das lesquelles le rasisor MOSFE caal P peu ravailler. as la régio liéaire, le rasisor se compore, e première approximaio, comme ue résisace variable. as la régio saurée, il peu êre assimilé à ue source de coura commadée. es régulaeurs de esio o leurs pois de focioeme das la régio saurée. a Figure 3-9 (b) représee le circui équivale du rasisor lorsqu il ravaille das la zoe liéaire alors que la Figure 3-9 (c) correspod à u poi de focioeme das la zoe saurée. as la zoe saurée, le coura de drai es doé par la relaio : ( V V ) β 3.6 GS H Pour u rasisor MOSFE caal P, β,, V GS e V H so des valeurs égaives. V H représee la esio de seuil (hreshold). orsque V GS < V H le rasisor es bloqué. O voi que pour ue esio V GS doée, le rasisor ravaille comme ue source de coura idéale (pas de résisace iere). a esio V GS ser doc de esio de commade pour la source de coura. as la zoe liéaire, o peu écrire : β β ( VS ( VGS VH )) + ( V S ( V GS V H )) V S β ( V GS V H ) 3.7 SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE

42 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page 3-8 E focioeme sadard, les pois de focioe se rouve das la zoe saurée. - S (égio liéaire) Mode résisace (égio saurée) Mode source de coura - S -V GSMax P - S - S P V (ropou) P - Smi -V GSMi -V GS -V GSMax -V GS -V GSMi -V H -V S -V S -V S (a) : aracérisique f(v S, V GS ) -V -(V -V ) S i ou (b) : ésisace variable (égio liéaire) SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE Figure 3-9 : aracérisiques du MOSFE aal P (c) : Source de coura (égio saurée) e rasisor de ballas ravaille das le mode source de coura. E focioeme ormal, la esio sorie V ou es cosae. P représee u poi de focioeme à coura miimal. e poi de focioeme P correspod u coura de sorie maximum. a esio d erée V i es supérieure pour le P e regard de P. e passage ere les pois de focioeme P e P e pose aucu problème excepé ue augmeaio de la puissace dissipée das le rasisor ballas. Si par core, pour u coura de sorie compris das la plage de focioeme, la esio d erée dimiue, le ouveau poi de focioeme peu se rouver das la régio liéaire. e rasisor ballas ravaille comme ue résisace variable. e cas es représeé par le poi de focioeme P. orsque la esio V GS aei sa valeur maximum, le circui d asservisseme e peu maieir la esio de sorie à sa valeur omiale. e régulaeur e focioe doc plus correceme rajecoire du poi de focioeme e focio de la esio d erée a descripio qui sui se réfère à la Figure 3-. omme poi de dépar (P ), o adme que la esio d erée es égale à la valeur maximale admissible. e coura de sorie es focio de la esio de sorie V ou, qui es cosae, e de la résisace de charge ch, qui es égaleme cosae. a esio d erée V i es esuie dimiuée, eraîa ue dimiuio de la esio V S aux bores du MOSFE P. omme ce derier ravaille e mode source de coura, e que la esio de sorie V ou e la résisace de charge de varie pas, la esio V GS e chage pas e par coséque le poi de

43 HAPE 3 : ÉGAES NÉAES E ENSON Page 3-9 focioeme se déplace horizoaleme pour aeidre P puis P. E P le poi de focioeme se rouve à la limie ere les modes source de coura e résisace variable. Si la esio d erée V i coiue à dimiuer, il fau que la esio -V GS augmee pour maieir le coura de sorie cosa. E P 3, la esio -V GS es égale à la esio d alimeaio V i. Par coséque, ue dimiuio de V i provoque ue dimiuio de -V GS. e coura de sorie va dimiuer e par coséque la esio de sorie aussi puisque la résisace de charge es cosae. epuis P 4, le coura de sorie es proporioel à V GS. a esio de sorie dimiue doc plus vie que la esio d erée. l e résule ue augmeaio de la esio -V S. orsque la esio d erée V i aei la valeur de la esio de seuil -V H de la esio -V GS (P OFF ), le MOSFE P se bloque e la esio de sorie devie ulle. - S Mode résisace variable Mode source de coura -V GSMax - S P 3 P P P -V GS3 -V GS{,,} P 4 P 5 -V GS4 P 5 -V GS5 -V S -V S -V S P OFF -V H -V -(V -V ) S i ou Figure 3- : éplaceme du poi de focioeme pour ue dimiuio de la esio d erée à ch ce a Figure 3- more l évoluio des esios de sorie V ou e rai Source V S e focio de la esio d erée V i. O voi sur cee figure que dès que la esio d erée es plus élevée que la esio de seuil du MOSFE P (V i > V H ), la esio de sorie sui la esio d erée jusqu à ce qu elle aeige sa valeur omiale. V i,v ou,-v S V i V imi Zoe de blocage -V S V ou Zoe d'asservisseme -V S -V H V i Figure 3- : esios V S,e de sorie V ou e focio de la esio d erée V i pour ue résisace ch ce SYSÈMES ÉEONQES, ÈE PAE