Аттенюатор тока Советский патент 1977 года по МПК H03F3/34 H03G3/20 

I

Изобретение отйбсится к усипителям тока и может быть использовано при проектировании и изготовлен:ш интегральных схем.

Известен аттенюатор тока в интегральном исполнении, содержащий источник входкого тока, входной транзистор в диодном включении, подключенный параллельно переходу база-эмиттер выходного транзистора, при этом эмиттеры транзисторов соединены с общей шиной l.

В таком устройстве выходной ток, текущий в цепи коллектор-эмиттер выходного транзистора, пропорционален входному току в отношений равном отношению эффективны площадей перехода база-эмиттер выходного и входного транзисторов, что обуславливает занятие значительных эффективных площадей на монолитных интегральных схемах.

Цепь изобретения - упрощение устройств при интегральном исполнении.

i Для этого в аттенюаторе тока в интегральном исполнении, содержащем источник входного тока, входной транзистор в диодном включении, подключенный параллельно переходу база-эмиттер выходного транзистора, при этом эмиттеры транзисторов соединены с общей шиной, между источником входного тока и базой входного транзистора введен первый дополнительный транзистор в диодном включении, эффективная площадь перехода база-эмиттер кйторого в m раз больше где m - целое положительное число, эффективной площади перехода база-эмиттер входндго транзистора, а между коллектором |хййН9ге,в базой еыходного транзисторов Be,efngH 85чэрой доцолдательный транзистор, §( площадь которого равна эффекГ1 йой площади пфехода база-эмиттер первого дополнительного транзистора, прв этом коллектор второго дополнительного транзистора соединен с источником входного тока через третий дополнительный травзнстор в диодном включении, эффективная площадь перехода база-эмиттер которого равна эффективной площади перехода база-эмиттер входного транзистора.

На фиг. 1 приведена принцкшаапьная электрическая схема аттенюатора тока} на фиг, 2прИ1Щ1тиальная электрическая схема с транзис ijopoM в коллекторной цепи выходного тра зкстора| на фиг. 3 - принципиальная электри ческая схема с последоватепъным вкпючени- ем и транзисторов,, вместо каждого из транзисторов в диодном включении. Аттенюатор тока в интегральном испопнеНИИ содержит источник 1 входного тока, входной транзистор 2 в диодном вкгпочении, подключенный параппепьно переходу базаэмиттер выходного транзистора 3, при этом эмиттеры транзи торов 2 и 3 соединены с общей шиной. Между источником 1 входного тока и базой входного транзкстора 2 введен первый дополнительный транзистор 4 в диодном включении, эффективная площадь перехода база-эмиттер которого в ии раз бопьше эффективной площади перехода база-эмич тер входного транзистора 2., Между коллектором входного транзистора 2 и базой выходнйго транзистора 3 введен второй допопнитепьный транзистор 5, эффекг тная площад которого равна эффективной плошацн пбрехо-да база-эмиттер первого дополнитепыюго тра 1зистора 4, при этом коллектор второго допопнительного транзистора 5 соединен с источником 1 входного тока через третий дополнительный транзистор 6 в диодном вк чении, эффективная ппощадь пере;:ода базл эмиттер которого равна эффективной паоша- ди перехода база-эмиттер входного rpaii3HC тора 2, Атте1поатор гокй работает спе.оз ющЕтл образом. В-10рой допог1а1гтег1Ы-{ый транзистор о упровляет налряжешгем jnpHKnaabiBaei-- bi v к перехо;:1у база-эм г тер выходиого трлнзисгпр/ 3. За счет действтш транзисторов 2, 4 и 6 Б диодном включении мэжцу напряжеШ1яг«1а база-эмиттер транзисторов 5 и 3 и Ug g ) поддерживается разность потении аловГ |3 7 Ш1Тие базовых токов не. обтдка токк, тек -шЕю ртл :ч;;1ых ответвлениях скемы обычно пренебрежимо мало, как коэффИ. циент усиления по току и схеме с общам эмиттером сссгавгс:: гщих транзисторов обычно ттревьгшает ЗО, Для проведения более подробного анализа работ -, схемы, приведанной н-Г; с1даг Is восно зуемся кзв.стным уравнением. Капряжение бааа-эмиттер vJg.g транзиС тора является логарифмической функплой плотности тока в его переходе база-эмиттер и выражается в cnenyjomeM виде u,,.sle.2«,,„ О ч Н н где К - постоянная Больцмана} Т - абсолютная температура; CJ - заряд| коллекторный ток транзистора 3.,- зок ивсыщения транзистора. Лругое хорошо известпое уравнение выражает зависимость между напряжениями база-вмиттер первого и второго транзисторов, имеющих соответственно аналогичные диффузио шые профили для одной и той же велкчинь коллекторного тока Зо , где эффективная площадь перехода база-эмиттер первого транзистора в щ раз больше площади вгорого транзистора, т.е. Us-3;-UB-3,--f Из этого уравнения может быть выведена зависимость между величиной tJ, различных транзисторов. Еспи транзисторы имеют аналогичную геометрию структуры и имеют одну и ту же температуру, их величины 3 рав11Ы„ В предложенном аттенюаторе тока тран- зйсторь 4 и 5 имеют аналогичную геометрию. Предполагается тшсже аналопгчность между собой геометрии транзисторов 2., 3 и 6. Эффективная ппош.адь перехода базаэмиттер каждого из транзисторов 4 и 5 предпопагается в m раз больше эффективной площадп перехода база-эмиттер каждого из тр-.ЗЕ зксгоров 2, 3 и 6, Ток f тюсгупаюш.нй от источшша входного тока tf j дет :т-сл на составгаяюшую Э. , теKyiHyio через поспедозатепьно соединенные ь-опиектор-эмиттерные цепи транзисторов 2 к 4 в диодном BKrao-ieifflHj и сос1 авляющую 6 текутдую через последовательно соединенные, -коппектор-эмиттер ые цепи транзистора 6 в диодном вкпгоне гйи, Так как эф deicTHBHS-H ппощаль перехода база-эмиттер транзистора 5 в m раз больше площади перекода база-эмиттер транзистора 2 то -Dg Hin/.iСЗ) Это следует из того, что параллельно го соединения переходов беза-эмиттер трав- зисторов 2 и 5 напряжения на нихдогглгнь i быть paBHbtMBs таким .образом вызывая разенство плотностей тока в их переходах 63. за-эмнттер. Согдасно уравнению (1) напряжение база -эмиттер для транзистора 2 может быть записано спедующЕМ об)разом ° 2 Я, . также течет через транзистор 4 в диодном включетга вызывая падение напряжейня бааа-эмиттер.Ufg.q Исхода из уравнения (2) иб-э,) Ь1агфяжение база-эмиттер транзистора 6 выражается следующим образом: 2и Из-за аналогичности геометрии трянзнсторов Ч-. Подставпяя уравне Г 1Я (3) и (7) в уравнение (6), получим llEH + и. , л:е, ,iie,, (g, S-Эб Я Напряжение база-эмиттер транзистора 3 определяется регулирующим действием транзисторов 2, 4 и 6 в диопном включении ивырай ается через напряжения база-эмиттер этих транзисторов, опрецепяемых по ура неюшм (4), (5) и (8). кТ У 2 - - И и Ill Из уравнения 2 следует, что коллекторный ток J транзистора 3 догокен быть равен коллекторному току транзистора, имеющего напряжение база-эмиттер иц такое же, как у транзистора 2, но имеющего эффективную площадь перехода база-эмиттер в Ш раз меньшую, чем у транзистора 2. Таким обраагом, плотность тока в переходе база-эмиттер транзистора 3 составляет только i/m часть плотности тока в переходе база-эмиттер транзистора 2, Поэтому Так как ток 5 источника 1 входного тока равен сумме составляющих 3 н 3 , то (11) Подставляя уравнешш (3) в уравнение (11) и нроизведл перестановку членов полученного уравнения,получим , Заменяя о j из уравнения (12) в уравнение (10), получим Bbll. 2(.j)(13) Транзисторы 4 и 5 могут быть составлв ны из. № параллельно включенных транзисторов, имеющих геометрию, аналогичную ге ометрии тр.-: : зксторов 2, 3 и 6, еспк Hi представляет собой положительное целое число. Транзисторы 2, 3 и 6 могут быть составпв ны из., .ш параллельно соединенных транзнсторов, имеющих геометрию,:аналогичную ге ометрии транзисторов 4 и 5, если m представляет собой еаиницу, деленную на це-пое попоиштельное число. Анализируя эквивалентные схемы прсдпа гаемого и известного атте Ж1аторов тока, построенных на транзисторах со стандартной геометрией, можь-о сравнивать плснцаци в интегральных схемах, необхоан лые для размещения различных усилителей, имеющих заданный коэффициент усиления по току 3 ./3 . ..БЬ1 Из сопоставительного анализа сле.1ует, что для получения матгых токов . по срапнеоых. 1тю с током J источника входного тока предлагаемый аттенюатор тока требует значительно моньщей площади по сравнению с известшз м. Па фиг. 2 показа го, как транзистор 7 может быть соединен для работы в качестве усилителя с оби1ей базой коллекторного тока транзистора 2 для получения тока Коэффициент усиления по току усилителя с общей базой равен практпчс-ски сгишице. Напряжение сдвига база-э пп-тер трапзисгора 7 смещает коллектор транзистора 3 так, что его напрпжеш1е коллбктор-эч{1;ттер стшювится равным практически напряжению U с , аналогичнок{у напряжению трапзисторор 2, 4, 5 и 6. Благодаря эток-гу работу реальноП схемы приближается к теоретически предсказываемой выше работе, так как сильно у;пвньщаются незначительные изменения в коаффпциенге усипею Я по току среди транзисторов, вызываемью разлтием в напряжениях коллектор-эмиттер. Нафиг. 3 показан аттенюатор го.ча, s котором вместо транзистора 4 вдиолном включе}ши используется п последовагепьно соединенных транзнсторов -I-I - 4- п в диодном включении, каждый из которых имеет эффективную площадь перехода база-эг-литтер аналогичную площади перехода базаэмиттер транзистора 5. Kposis roroj вместо транзистора 6 в диодном включении и-спользуется и последовательно соеднненз1ых транзисторов 6-1 -.6- И в диодном включении, каждый из ко1чзрых имеет одинаковую эффективную площадь перехода база-эмиттер, составляющую l/tti часть такой же площади, транзистора 5. Схема приведенная н& фи. 3, может быть применена в аттенюаторах тока, имеющих коэффиаиент усилетш по току больщий единицы за счет аналогичной геометрии тра зистороь 8, 5 и 4-1 - 4- м и выбора транзнсторов с эффективными площадями базаэмиттер в т- раз больше, чем у транзисторов 2 в 6-1 - 6-и. Теоретически такой аттенюатор тока имеет коэффициент усиления Збыу ЭБХ Однако экономия места при исполг зованин предлагаемого аттенюатора тока по сраг.-тг;HHKJ с о&лчнымн аттенюаторами тока ПОЛУ: : ется менее ощутимой в случае коэффицне :га усиления по току, большего 1, чем в сгг, ;ве соэффицненга усиления меньшего 1, Кроме

того войянвв базовых токов при этом не яв ляется 1п{жвеб| ежвмо малым.

Формула изобретения

Аттвй ато|Е тока в интегральном исполме НИИ, сопержаший источник входного токе, вход ной транзистрр в диодном подкто«ченный аараппвпьво. перехопу баэа -8мнттер выходиого 1раизистсфа, при этом эмиттеры Ш транзисторов соедввены с общей шиной о т личаюшвйсв тем, что, с цепью упрощенна устройства при интегрвпьном йсполг нешт ежДу источником входнштх) тока и базой вхоино1Ч) транзистора введб1а первый is допоянитепышй транзистор в ДЕОДНОМ вкгарчёнии, эффёктйвнаа ппощадь перехода база-эмиттер Koiroporo и W рагз.большэу пде ftf-

цепов положительное число, эффективной площади перехода база-эмиттер входного транэио торена коллектором входного и базой выходного транзисторов введен йторой дополнитепышй TpajQHCTqj, эффективная площадь которого эффективной площади перехода ба эа-эмиттер первого дополнительного тра эистора при 9Tov коллектор второго дополmT jfoHoro транзистора соединен с источником входного тока через третий дополнитель ный трагезистор в диодном включении, эффекгйвная площадь перехода баэа-эмиттер которого равна эффективной площади перехода база-эмиттер входного транзистора.

Источники инфс маоии, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США№ 3382 342, кп.330-2а, 1968.

Фиг.г