III POLARISATION DES COMPOSANTS ACTIFS 3. POLARISATION PAR LIGNE QUART D’ONDE La polarisation des composants actifs est extrêmement importante pour le bon fonctionnement des circuits. A très hautes fréquences, cette polarisation doit être effectuée avec précaution. En effet, l’impédance ramenée par le générateur n’est jamais infinie et il faut placer un système de découplage entre le générateur continu et le signal microondes qui se propage à travers le circuit, sous peine de présenter des conditions suffisantes à l’oscillation du composant par exemple. 1. POLARISATION DE BASE D’UN TRANSISTOR : INDUCTANCE DE CHOC Dans ce cas, les inductances sont remplacées par lignes d’impédance élevée (faible largeur) et de longueur λ/4, qui n’est autre qu’un inverseur d’impédance. Ainsi la capacité parallèle qui courtcircuite l’impédance du générateur continue devient infinie à l’extrémité de la ligne quart d’onde, sur la grille ou le drain du transistor. L’inconvénient de cette méthode est l’encombrement occupé par ces lignes qui ne peuvent être utilisées que en bande millimétrique, au-delà de 30 GHz. De plus ces dispositifs sont à bande étroite. Pour pallier à ce dernier inconvénient, on peut utiliser un stub radial (figure 2). La figure 1 présente le schéma de base de la polarisation d’un transistor. Une inductance, dite de choc, placée au plus près de la base (grille) et du collecteur (drain) permet de présenter une impédance infinie en ces nœuds et ainsi de ne pas perturber le signal hyperfréquence en évitant de changer la valeur de l’impédance d’adaptation du circuit. Les capacités parallèles, quand à elles, ont pour but de court-circuiter l’impédance des générateurs continus. Les capacités séries permettent d’isoler la tension continue du reste du circuit afin de polariser correctement le transistor. Vds Vgs 360.cos (θ1 − ψ 2 ) Z1 = j h Z 0 ( R 1 ) 2 πR 1 α.sin (ψ 1 − ψ 2 ) tan θ1 = CP LC CP L’impédance ramenée au point R1 est : N 0 (kR 1 ) J 0 (kR 1 ) tan ψ i = J (kR 1 ) + N 0 (kR 1 ) Z 0 (R 1 ) = 120 π 02 ε r J 1 (kR 1 ) + N 12 (kR 1 ) 2 avec − J 1 (kR i ) ; i = 1, 2 N 1 (kR i ) k= 2 2π ε r λ0 Ji(x) et Ni(x) sont les fonctions de Bessel de première et deuxième espèce d’ordre i. L4impédance Z1 s’annule si : LC N 1 (kR 2 ) N 0 (kR 1 ) θ1 − ψ 2 = π soit tan θ i = 1 = entrainant 2 tan ψ 2 J 1 (kR 2 ) J 0 (kR 1 ) CS CS En traçant graphiquement ces deux expressions en fonction du rapport R1/R2, on obtient des valeurs numériques des rayons pour différents substrats. Figure 1 : Polarisation du transistor par self de choc. Ce type de circuit fonctionne, tant que la valeur de l’inductance n’est pas trop élevée et est réalisable en technologie MMIC. A certaines fréquences et en fonction des impédances de sortie du composant, l’inductance sera irréalisable et ce circuit ne pourra pas fonctionner correctement. Il faudra alors changer de circuit de polarisation ou bien amener une seconde self de choc sous forme d’inductance bobinée par des technologies hybrides. Ceci est également utilisé lorsque des amplificateurs très large bande sont réalisés et que les circuits de polarisation intégrés ne sont pas suffisants pour découpler les basses fréquences. 2. POLARISATION PAR DES RESISTANCES R1 w α R2 Figure 2 : Stub radial. Le schéma de principe est le même que celui de la figure 1, sauf que les inductances sont remplacées par des résistances. Cette solution convient très bien pour la grille ou la base d’un transistor dans lesquelles les courants sont très faibles et entraînent ainsi une très faible chute de tension de polarisation. En revanche, côté drain ou collecteur, le courant peut être élevé et seule un faible valeur de résistance peut convenir tant qu’elle est suffisante pour découpler le signal microondes. Ces stubs sont utilisés pour amener des impédances particulières en parallèle sur des lignes de transmission. POLARISATION DES COMPOSANTS ACTIFS _ C.Algani POLARISATION DES COMPOSANTS ACTIFS _ C.Algani 37 4. POLARISATION PAR LES CIRCUITS D’ADAPTATION Dans ce cas, on utilise les circuits d’adaptation en entrée et en sortie des transistors pour le polariser. On diminue ainsi l’encombrement et la surface du circuit. Les circuits de polarisation ainsi intégrés dans les circuits d’adaptation conservent la schématique de la figure 1. Il faut veiller à ajouter une capacité en parallèle du générateur continu. Dans certains cas, ces systèmes ne 38 fonctionnent pas compte tenu des valeurs des composants du circuit d’adaptation ou de leur topologie. 5. POLARISATION PAR CHARGE ACTIVE Dans cette configuration (figure 3), le transistor T2 est polarisé à VGS2=0V, si VGS1=0V pour le transistor T1 (figure 4), le transistor T2 présente, sur le drain de T1, une conductance gds2 en alternatif et gm2 en continu (cf schéma équivalent). L’inconvénient de ce montage est que T1 peut être uniquement polarisé à VGS1=0V. T2 R CS Vds0 T2 Vgs0 VDS2 CS Vds0 T3 VDS2 R1 T1 CS VDS1 R2 Figure 5 : Polarisation du transistor par charge active avec variation de VGS1. T1 CS VDS1 IDS gm2 gds2 Figure 3 : Polarisation du transistor par charge active. VGS1=0 IDS VGS2=-0.5 gm2 gds2 VGS3 VGS1=0 VDS VDS1 VDS2 Vds0 Figure 6 : Polarisation par charge active : courants et charges présentées au transistor T1 (drain). VDS VDS1 VDS2 Vds0 Figure 4 : Polarisation par charge active : courants et charges présentées au transistor T1 (drain). Afin de pouvoir polariser T1 à différentes tensions de grille, on peut utiliser le montage de la figure 5, c’est un montage cascode. Un troisième transistor de petite taille est utilisé comme source de courant. Les résistances R1 et R2 étant traversées par constant quelque soit la valeur de la tension Vgs0, la chute de tension dans ces résistances est toujours la même. Si cette chute de tension est 3V, il suffit d’appliquer une tension Vds0 de 6V pour obtenir les points de polarisation de la courbe en figure 6. La tension VDS2 du transistor T2 suit systématiquement la tension VGS1 du transistor T1 . POLARISATION DES COMPOSANTS ACTIFS _ C.Algani 39 POLARISATION DES COMPOSANTS ACTIFS _ C.Algani 40