Устройство для защиты транзисторов от перенапряжений Советский патент 1990 года по МПК H02H7/10 

3

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть применено для защиты транзисторов и мнтеграль- йых схем от перенапряжений.

Целью изобретения является повышение надежности защиты при улучшени воспроизводимости порога срабатывани устройства ..

На чертеже представлена схема уст ройства для защиты транзисторов от перенапряжений.

1 Устройство содержит источник тока 1, подключенный между отрицательной шиной питания 2 и эмиттером пер- вого транзистора 3 коллектором подключенного к положительной шине пита ния 4, эмиттеру второго транзистора р коллектору транзисторного датчика 6, база которого подключена к коллектору шунтирующего транзистора 7 база которого подключена к эмиттеру транзисторного датчика 6, и через первый резистор 8 - к базе исполнительного транзистора 9 и эмиттеру шунтирующего транзистора 7, подключенного через второй резистор 10 к эмиттеру исполнительного транзистора Э и отрицательной шине питания 2. База первого транзистора 3 подклю- чена к базе и первому коллектору второго транзистора 5 второй коллектор

которого подключен к коллектору тирующего транзистора 7. | Устройство работает следующим образом.

I

В исходном состоянии источник тока

т - - LSs л„Н

(1)

S3

- ток базы транзистора 3.

Ток 15з поступает на базу и коллектор второго транзистора 5. При этом.

0

1 задает ток 1$э в эмиттерной цепи .первого транзистора 3, а в цепи его дд базы устанавливается ток, определяв- мый выражением

1 /V

где /з3- статический коэффициент пере-45 дачи тока первого транзистора 3;

ток в цепи второго коллектора можно записать в следующем виде

К5 15ъ N

(2)

- соотношение площадей первого и второго коллекторов транзистора 5.

эмиттерной цр.пи транзистора 6

записать

ь t/v 1.

(3)

где pt - статический коэффициент передами тока транзистора 6;

1зе - ток эмиттера транзистора 6.

Подставляя выражение (1) в выражение (2), а потом - в уравнение (3), можно получить следующее

IS5(/J«+1) N

36 Первый транзистор 3 и ный датчик 6 выполняются

(4)

транзистор- в одном кармане, поэтому можно принять, что РЗ:- pi,, тогда выражение СО принимает вид

Ы 193

N.

(5)

5 0

0

5

5

д

Таким образом, ток эмиттера транзисторного датчика 6 зависит от только от соотношения коллекторных площадей N второго транзистора 5 и не зависит от f транзисторов первого 3 и транзисторного датчика 6, ток эмиттера которого на первом и втором резисторах 8 и 10 создает падения напряжения, равные соответственно U,

R9 ,„

где UR8(6) (7) на перR

падение напряжения вом резисторе 8; падение напряжения на втором резисторе 10; сопротивление первого и второго резисторов 8 и 10 соответственно.

При максимально допустимом напряжении питания для данной интегральной схемы

URl.R.«T

и

R8

:U

БЭ75

(8) (9)

де U

537

БЭ9

URIO ибэ9;

напряжение, база-эмиттер шунтирующего транзистора 7; напряжение база-эмиттер исполнительного транзистора 9.

Как следует из выражений (8) и (9) эти транзисторы при допустимом питающем напряжении закрыты и на работу защищаемой схемы не влияют.

При повышении питающего напряжения выше допустимого, коэффициент лавинного размножения носителей М трэд- зистора транзисторного датчика 6 увеличивается и достигает значения при котором

м

10

15

20

где - коэффициент передачи тока транзисторного датчика 6 в схеме с общей базой. Дальнейшее повышение напряжения приводит к быстрому нарастанию тока и повышению напряжения на первом и втором резисторах 8 и 10 и открыванию шунтирующего 7 и исполнительного 9 транзисторов. Исполнительный транзистор 9 шунтирует базовую цепь защищаемого транзистора (не показан), а шунтирующий транзистор 7 ограничивает ток через транзисторный датчик 6. Поскольку защищаемый транзистор сформирован в одном кристалле с транзисторным датчиком 6, максимальное его напряжение U , при котором

К Э ЛИКС

становится действительным соотношение (10), равно соответствующему напряжению транзисторного датчика 6. Для надежности защиты ток, создаваемый источником тока 1, выбирается 25 согласно соотношению (5) при условии, что через первый транзистор 3, транзистор 3, транзисторный датчик 6 протекает ток, соответствующий максимальному статическому коэффициенту JQ передачи тока, который в свою очередь определяется из конкретных топологических и технологических параметров транзисторов.

В устройстве, в цепи управления режима транзистора-датчика напряжения пинч резистор, имеющий низкую воспроизводимость сопротивления, заменен транзисторной схемой. Напряже- 4Q ния на первом и втором резисторах 8 и 10, как следует из выражений (5), (6) и (7), не зависит от транзисторов, а лишь от хорошо воспроизводимого соотношения площадей коллекторов ,

158226/+

(10} транзистора 5 и сопротивлений резисторов. Поэтому увеличивается воспроизводимость величины падения напряжения на первом и втором резисторах 8 и 10, и тем самым, как следует, из выражения (8) и (9), воспроизводимость порога срабатывания устройства, что обуславливает увеличение надежности защиты.

Формула изобретения

Устройство для защиты транзисторов,от перенапряжений, содержащее источник тока, транзисторный датчик, предназначенный для подключения коллектором к положительной шине питания, исполнительный транзистор, подключенный базой к одному выводу первого резистора, а эмиттером - к одному выводу второго резистора, предназначенного для подключения к отрицательной шине питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты при улучшении воспроизводимости порога срабатывания устройства, оно снабжено первым и вторым транзистором, причем, другой вывод второго резистора подключен к эмиттеру транзисторного датчика и базе шунтирующего транзистора, эмиттер которого подключен к базе исполнительного транзистора, а коллектор - к базе транзисторного датчика, коллектор первого транзистора подключен к эмиттеру второго транзистора и коллектору транзисторного датчика, эмиттер первого транзистора через источник тока подключен к эмиттеру исполнительного транзистора, и база первого транзистора подключена к базе второго транзистора и первому его коллектору, второй коллектор которого- подключен к коллектору шунтирующего транзистора.

10

5

0

5 Q

Q

Формула изобретения

Устройство для защиты транзисторов,от перенапряжений, содержащее источник тока, транзисторный датчик, предназначенный для подключения коллектором к положительной шине питания, исполнительный транзистор, подключенный базой к одному выводу первого резистора, а эмиттером - к одному выводу второго резистора, предназначенного для подключения к отрицательной шине питания, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты при улучшении воспроизводимости порога срабатывания устройства, оно снабжено первым и вторым транзистором, причем, другой вывод второго резистора подключен к эмиттеру транзисторного датчика и базе шунтирующего транзистора, эмиттер которого подключен к базе исполнительного транзистора, а коллектор - к базе транзисторного датчика, коллектор первого транзистора подключен к эмиттеру второго транзистора и коллектору транзисторного датчика, эмиттер первого транзистора через источник тока подключен к эмиттеру исполнительного транзистора, и база первого транзистора подключена к базе второго транзистора и первому его коллектору, второй коллектор которого- подключен к коллектору шунтирующего транзистора.

Изобретение относится к микроэлектронике. Цель - повышение надежности защиты при улучшении воспроизводимости порога срабатывания устройства. Поставленная цель достигается благодаря тому, что при повышении питающего напряжения выше допустимого коэффициент лавинного размножения носителей транзисторного датчика 6 увеличивается и достигает значения, при котором произведение его с коэффициентом передачи тока в схеме с общей базой достигает значения единицы. Дальнейшее повышение напряжения приводит к быстрому нарастанию тока и повышению напряжения на первом 8 и втором 10 резисторах и открыванию шунтирующего 7 и исполнительного 9 транзисторов. Исполнительный транзистор 9 шунтирует базовую цепь защищаемого транзистора, а шунтирующий транзистор 7 ограничивает ток через транзисторный датчик 6. 1 ил.