Устройство с вольт-амперной характеристикой S-типа Советский патент 1993 года по МПК H03H11/44 

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться в качестве элемента в устройствах аналоговой и импульсной техники, работающих в широком температурном диапазоне.

Цель изобретения - повышение температурной стабильности устройства.

На фиг. 1 показана схема устройства с вольт-амперной характеристикой S-типа; на фиг. 2 - вольт-амперная характеристика S-типа; на фиг. 3 а - вольт-амперные характеристики S-типа не термостабилизированного устройства, где ломаной ОАВС обозначена В АХ S-типа устройства при температуре Т0 +20°С; OMNP- ВАХ устройства при температуре Т Т0 + ДТ, (где ДТ - приращение температуры); на фиг. 3 б - вольт-амперные характеристики термостабилизировзнного устройства, где ломаной OAMN обозначена ВАХ устройства при температуре Т0 +20°С, ломаной OFKN - ВАХ устройства при температуре Т Т0 + ДТ.

На фиг, 1 приняты следующие обозначения:

1, 8, 9, 10, 11 - транзисторы п-р-п-типа;

2,7- транзисторы р-п-р-типа;

3 - первая выходная шина;

4 - вторая выходная шина;

5, 12, 13, 14, 15, 16-резисторы;

6- положительный полюс источника питания.

Устройство с вольт-амперной характеристикой S-типа, содержащее транзистор 1 n-p-n-типа и транзистор 2 p-n-p-типа, включенные между двумя выходными шинами 3, 4 и первый резистор 5 между выходной шиной 3 и соответствующим положительным полюсом источника 6 питания, Кроме того, в устройство введены второй транзистор 7 p-n-p-типа, второй 8, третий 9, четвертый 10, пятый 11 транзисторы n-p-n-типа и второй 12, третий 13, четвертый 14, пятый 15 и шестой 16 резисторы. При этом эмиттер второго транзистора 7 p-n-p-типа соединен с первой выходной шиной 3. Его коллектор и база соединены между собой и подключены к базе первого транзистора 2 p-n-p-типа, а также - к коллектору второго транзистора 8 n-p-n-типа и второму резистору 12. Второй конец резистора 12 соединен с базой второго транзистора 8 n-p-n-типа, в первом конце третьего резистора 13 и коллекторами первого транзистора 2 p-n-n-типа и третьего транзистора 9 n-p-n-типа. Эмиттер второго

00

ю

Qs

транзистора 8 n-p-n-типа соединен со вторым концом третьего резистора 13, базой третьего транзистора 9 n-p-n-тила и коллектором первого транзистора 1 п-р-п-типа. Эмиттер третьего транзистора 9 п-р-п-типа соединен с коллектором и базой четвертого транзистора 10 n-p-n-типа и базой первого транзистора 1 n-p-n-типа. Эмиттер четвертого транзистора 10 n-p-n-типа соединен с эмиттером первого транзистора 1 n-p-n-ти- па и с четвертым резистором 14, второй конец которого соединен со второй выходной шиной 4, Эмиттеры четвертого 10 и первого 1 транзисторов n-p-n-типа через пятый резистор 15 соединен с базой пятого транзистора 11 n-p-n-типа. Эмиттер пятого транзистора 11 n-p-n-тила соединен с базой третьего транзистора 9 n-p-n-типз. Коллектор пятого транзистора 11 n-p-n-типа соединен с коллектором третьего транзистора 9 n-p-n-тира, а между коллектором и базой пятого транзистора 11 n-p-n-типа еключен шестой резистор 16.

Экспериментальные исследования проводились с устройством, выполненным на транзисторных сборках 198НТ1А, 198НТ8А. Для использования данного устройства на токи, порядка сотен мА, достаточно заменить тип транзистора (вместо транзисторных сборок использовать транзисторы средней мощности типа KTS19A, Б).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии транзисторы закрыты. Повышение питания напряжения Еп вызывает увеличение тока, протекающего через токовые зеркаяа, выполненные на транзисторах 1,10 n-p-n-типа и транзисторах 7,2, выполненных не транзисторах р-п- р-типа. При идентичности технологических параметров транзисторов ток (отклик), протекающий через транзистор 1 (или 2), всегда будет равен току, протекающему через транзистор 10 (или 7)(фмг. 1).

При определении напряжений м токов включения и выключения в устройствах с вольт-амперной характеристикой (SAX) S- типа, как показано на фиг. 2, выделяется три участка, соответствующие трем режимам работы транзисторов. На участке ОА тран- зисторы работают в области до включения, на участке АВ - в линейном режиме, на участке ВС - в режиме насыщения. Поэтому при анализе режимов работы таких устройств составляется три схемы замещения. Увеличение питающего напряжения Еп 6 вызывает увеличение тока, протекающего через токовые зеркала, выполненные на транзисторах 1,10 и 7,2, а также тока, протекающего через резисторы 12, 13, 14, 16,

15. Причем сопротивление резистора 14 выбирается много меньше остальных сопротивлений (Ri4 « Ri2, Ria) устройства:

Ri4 « Ri2, Ri4 « Ri3, Ri4 Ris.

RH Ri6.

При работе в первом режиме (фиг. 2) до включения транзисторов следует учитывать, что вначале общей ток 10бщ протекает через резистор 5, переход база-эмиттер транзистора 7, резисторы 12, 16, 15. 14. При дальнейшем увеличении питающего напряжения все большая часть тока начинает протекать через резисторы 12, 13, переходы база - эмиттер транзисторов 7, 9, 10. Ток, протекающий через резисторный делитель 16,15,14, создает на резисторах 14, 15 падение напряжения, которое еще больше открывает транзистор 11. При этом транзистор 11 оказывает шунтирующее влияние на резистор 13, Эквивалентное сопротивление Рэкв1 находится из соотношения: Ris R)oii

RSKBI-

(1)

(Rn+Ric3ii) где RK311 -сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора 11.

Транзисторы 2 и 8 образуют эквивалент p-n-p-n-структуры, обладающей положительной обратной связью по току, По мере повышения питающего напряжения Еп 6 увеличивается ток, протекающий через токовые зеркала, резисторы 12,13 и переход база - эмиттер транзистора 9. Это приводит к повышению падения напряжения на резисторе 12. В результате этого транзистор 8 еще больше открывается, увеличиваются его базовый и коллекторный ток. Потенциал коллектора транзистора 8 уменьшается, что вызывает еще больше открывание транзистора 2 р-п-р-типа.

После включения устройства (фиг. 2) ток через резистор 12 практически не протекает, а затем ( по мере увеличения падения напряжения не резисторе 13) изменяет направление на противоположное, так как изменяется знак разности потенциалов на резисторе 12. Напряжение включения устройства находится из соотношения:

Ue

-3U63+ Убэ

aita + Ua,)

Ri2(Ri3 + RK3n) + Ri3RK3ii3 Ri3Rit3ii(Ri3 + RKSH )

(2)

где Убэ - напряжение на переходе база- эмиттер транзистора. Ток включения, при котором устройство переходит в линейный режим работы (фиг. 2), определяется как

вкл

3 11бэ «12

Рэкв ( Rl2 + КэквО

3U63R12(RK311 +Rt3J

R13 Нкэц t R12 ( R13 + R«11 ) + R« Rian

(3)

Дальнейшее повышение напряжения приводит к еще большему открыванию транзисторов 2 и 8, составляющих эквива- лент p-n-p-n-структуры. При определенном питающем напряжении за счет действия положительной обратной связи по току транзисторы из линейного режима переходят в режим насыщения. Напряжение выключе- ния устройства практически не зависит от резисторов 12, 13, так как при этом общий ток, в основном, протекает через коллекторные цепи транзисторов, образующих токовые зеркала. Напряжение выключения определяется как

UBb.Kn 3U63+ УкЭН,(4)

где 11кэн 0,2 В - напряжение коллектор- эмиттер транзистора в режиме насыщения

Ток выключения устройства находится из соотношения:

Цбэн

1Е

(5)

где Р - коэффициент усиления транзистора по току;

11бэн - напряжение на переходе база - эмиттер транзистора в режиме насыщения

При повышении температуры окружающей среды напряжение на переходе база - эмиттер транзисторов уменьшается по за- кону:

Ј А Т,(6)

где 1)бэ0- напряжение на переходе база- эмиттер транзистора при температуре Т0 - +20°С; Ј 2,5-3,0 мВ/град - скорость температурного дрейфа напряжения на переходе база-эмиттер транзистора,

ДТ- приращение температуры Поэтому при повышении температуры окружаю- щей среды транзисторы открываются при меньшем питающем напряжении, а выходная вольт-амперная характеристика S-типа устройства смещается вдоль оси напряжений влево (фиг За). С увеличением темпера- туры возрастает ток, протекающий через резистор 14, в результате чего повышается падение напряжения на резисторе 14 вызванное повышением температуры Это температурное приращение напряжения подается на базу транзистора 11, еще больше открывая его В результате этого сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора 11 уменьшается, а, следовательно, уменьшается и эквивалентное со5

10 15 20

25

30

лп лгCQ55 противление , определимое is соотношения (1), Повышение TfMii nfi Vpw окружающей среды припадет т:.- « - дрейфу коэффициентов усилений net то V РЛпасторов Д/3, . 1 «Apefvbv Xv переходе коллечтор-змигтер A J,, т| 1ччзисторов. Повышение температуры окоу аюшеч среды приводит к уменьшению нзпрч ений и токов включения и выключения Как следует из анализа соотношений (2), 13),(4), (5), уменьшение (с повышением температуры) эквивалентного сопрстивлегиг позволяет компенсировать дрейф напояженип и тока включения и ТРХЗ выкто1- 1 (Фиг 36) Таким образом, в г,ре1п .аггчс5.юм устройстве с вопьт-аиперно хзоактористичо S- типа, по сравнению с готсп тс-- , повысить температурную стаГшлъмость напряжений и токов включет т лоюния, во-первых за счет испольэовя:-,. токовых отражателей (в результате 1 его ния и токи включения ивыкт - енчя R ме-на- чительной степени зависят от параметров 1 транзисторов), во-вторь х зл :пе введения цепи термокомпенсаци иг тртчз тторе 11 и трех резисторах 14,15 16 г известных устройствах с чот-т-змгсрнгй аоакте- ристикой S-типа вьпот чт о токовых отрэжатепей прочн , осуи1естегять регл лиоовччпо рртячо им и

ТОКОВ ВК/ ЮиеНИЯ И ВЫЧЛ., Э СЧСТ dpn

ации сопротивлений рчеижи4 re по существу из их основе прзктт ие/ ьзя выполнять электронно-ym тгясм-. с ства что ограничивает область -ix -, иче- ского использованич В продтм гемом устройстве удалось не только уг ньшигь дрейф напряжения и тока включения и тока выключения но и за счет Banrdu i- сопротивлений резисторов 12 i3, u VHTiinveMi транзисторами 8 11, мо чно з 1лгочи пределах изменять эти пзрзмстпы В Х S-тыпг ито значительно расширяет поач ясского использования устройся - Э 1 nnikisecTRa, а именно выселяя , i рчят с чбиль- ность в широком ом чиг прзоме

И ВОЗМОЖНОСТИ t.

дифференциального ссппотп ie 4-is ляют использовать прегг| чс ii f г- ойст- во как в импульсных, так ч - устройствах (имитаюои г -, i п г i для гашения паразитных кс лео- г- -«,, зопре- образовзтелях, порогами т. - ГР с ос- гулируемыми пopoгз 1 согблт1 , отпускания и гистерезисом, в разнообразных генераторах и т д. Г рр,пчгэо сс устройство может бытк сто - п качестве упргрлчемсГ т сстг для гашения паразитных . 0 nii п оОъемн х

пьезопреобразователях, используемых при акустико-эмиссионном методе контроля прочности авиационных конструкций.

Формула изобретения Устройство с вольт-амперной характеристикой S-типа, содержащее первый и второй транзисторы p-n-p-типа, первый и второй транзисторы n-p-n-типа, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой резисторы, при этом эмиттер первого транзистора р-п-р-типа является первой выходной шиной и через первый резистор соединен с шиной питания, а второй выходкой шиной является первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу пятого резистора, коллектор и база второго транзистора n-p-n-типа соединены с первыми выводами соответственно второго и третьего резисторов,отличающееся тем,что, с целью повышения температурной стабильности, введены третий, четвертый и пятый транзисторы n-p-n-типа, причем коллектор первого и эмиттер второго транзисторов п-р-п-тила подключены к второму выводу

третьего резистора, к базе третьего и эмиттеру пятого транзистора n-p-n-типа, эмиттер третьего транзистора n-p-n-типа соединен с базой и коллектором четвертого и базой первого транзисторов n-p-n-типа, эмиттеры

которых подключены к первому выводу пятого резистора, второй вывод которого соединен с базой пятого транзистора n-p-n-типа и через шестой резистор - с базой второго и коллектором пятого транзисторов n-p-n-типа, с вторым выводом второго резистора и с коллектором первого транзистора p-n-p-типа. база которого подключена к коллектору второго транзистора n-p-n-типа и к базе и коллектору второго

транзистора p-n-p-типа, эмиттер которого соединен с эмиттером первого транзистора р-п-р-типа.

Изобретение относится к электронной технике. Цель - повышение температурной стабильности устройства. Для этого в устройство введены третий, четвертый и пятый транзисторы n-p-n-типа. Устройство позволяет получать термостабилизированное в большом температурном диапазоне и изменяемое в широких пределах отрицательное дифференциальное сопротивление. 3 ил.

6 О Јп

Ь,к&

Зо Х

i5

05 л ос Те %о

6йЛК ҐСмУЯ

Фиг /

о / бо йл/ ченс..я

JlliHQU НО

оЗлсзсто

я

и,ь

Фиг2

1,мй

U.b