Устройство для повышения рабочего напряжения нелинейных элементов с высоким выходным сопротивлением-мультитрон Советский патент 1980 года по МПК G05F1/56 H01L27/02 

(54) МУЛЬТИТРОН

Изобретение относится к области электротехники и электроники, в частности к высоковольтным нелинейным устройствам с высоким выходным сопротивлением. Известные современные полупроводниковые нелинейные элементы с высоким выходным сопротивлением: биполярные и полевые транзисторы, трабилизаторы тока (корректоры), диоды Ганна и др. имеют, как правило, допустимое рабочее напряжение не более 100 В, и только у немногих специальных высоковольтных биполярных транзисторов оно достигает нескольких сот вольт (у лучших 1,5 ... ...2,5 кВ) 1. Высоковольтные транзисторы имеют следующие недостатки: малый козффивдент передачи тока, низкая граничная частота, высокое сопротивление насыщения, опасность вторичного пробоя, невозможно создать транзисторы на напряжение выше 3...5 кВ. Известны устройства для повышения рабочего напряжения транзисторов в стабилизаторах напряжения, вьшолненные в виде цепочки после довательно соединенных биполярных транзисторов с резистивным или резистивно-транзисторным делителем напряжения в базовых цепях транзисторов 2. Недостатком таких устройств является снижение выходного сопротивления из-за шутирования его делителем. Это приводит к снижению КПД,, увеличению коэффициента обратной связи по напряжению и исключению возможности работы и режимах о-гсечки и насьпцения, а следовательчо и в ключевом режиме. Кроме того, наличие резистивного делителя затрудняет применение интегральной технологии при изготовлении. Известно устройство для повышения рабочего напряжения нелинейных элементов с высоким выходным сопротивлением, содержащее диоды и группу последовательно соединенных транзисторов с йстбчниками Тока в цепях управляющих электродов 3. Недостатками такэго устройства являются ограниченный диапазон выходного тока, исключающий режим отсечки. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет расти3728

рения диапазона рабочих токов при одновременном снижении тока холостого хода и упрощении схемы.

Цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено цепочкой последовательно соединеных стабилитронов, один крайный вывод которой соединен с общим выходным электродом устройства, а остальные отводы соединень с управляющими электродами транзисторов. Устройство может содержать биполярные транзисторы, в цепи коллекторов которых включены параллельно соединенные диоды и переходы эмиттер-база транзисторов дополнительного типа проводимости, коллекторы которых присоединены к базам соответствующих транзисторов. Устройство может содержать нолевые транзисторы, между затворами и истоками которых включены диоды в обратной полярности.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 - случай использования полевых транзисторов. « -

Последовательно с нелинейным элементом 1 (биполярным или полевым транзистором, стабилитроном тока и т.д.) включены одинаковые ячейки 23,4, состоящие из транзисторов. 5, диода 6 и транзистора 7 обратного типа проводимости. Стабилитроны 8, 9, 10 соединены последовательно в цепочку, один крайний вьгоод которой является общим выходным электродом устройства, а остальные отводы соединены с базами транзисторов 5.

Рассмотрим работу устройства в случае, когда элеп ентом 1 является биполярный транзистор в режиме заданного тока базы т.е. с общим, эмиттером. Когда ток базы больше границы насыщения, транзистор 1 насыщен, а транзисторы 5 в ячейках 2,3, 4 нжыщены токами коллекторов транзисторов 7, поскольку соотношение площадей переходов эмиттер-база транзисторов 7 и диодов 6 выбрано так, что ток коллектора транзистора 7 превышает ток базы транзистора 5 на границе насыщения во всем допустимом диапазоне токов коллектора транзистора 5. Напряжение в режиме насьпцения транзисторов мало, стабилитроны 8, 9, 10

заперты и не оказьгоают влияния на работу схемы, так как их обратные токи меньше обратных токов транзисторов (за счет соответствующего соотношения площадей переходов).

При уменьшении тока базы ниже границы насыщения, транзистор 1 переходит в активный режим, и напряжение на нем растет. Когда напряжение на транзисторе 1 приближается к напряжению щзобоя стабилитрона 8, последний про&1вается и уменьшает ток базы транзистора 5 в ячейке 2, транзистор 5 переходит в активный режим и далее напряжение на транзисторе 1 остается неизменным, а напряжение на транзисторе 5 в ячейке 2 растет, пока не приблизится к пробойному напряжению стабилитрона 9, и т.д., пока ток базы транзистора 1 не снизится до нуля и начнет изменять знак, при этом транзистор I и все устройство переходят в режим отсечки. В этом режиме почти все напряжение питания приложено к устройству и делится между транзисторами 1 и 5 благодаря стабилитронам 8, 9, 10. При этом ток через устройство близок к току запертого транзистора.

В случае, показанном на фиг.2, последовательно с нелинейным элементом включены последовательно соединенные полевые транзисторы 11, 12, 13. Между затворами и истоками последних включены обратносмещенные шоды 14, 15, 16.

Работа этого устройства мало отличается от рассмотренного выше.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить допустимое напряжение в п+1 раз, где п - число ячеек, при сохранении основных параметров транзистора 1.

Действие устройства с другими нелинейными элементами I аналогично описанному.

Следовательно, предложенное устройство преобразует низковольтный нелинейный элемент с высоким выходным сопротивлением в высоковольтный. Нащ5имер, с помощью низковольтных бипотярных транзисторов можно получить аналог высоковольтного транзистора, но с высоким коэффициентом передачи тока, высокой граничной частотой, высоким выходным сопротивле шем и низким коэффициентом обратной связи по напряжению в отличие от специального высоковольтного транзистора, у которого эти параметры невысокие. А при использовании в устройстве специальных высоковольтных транзисторов, можно получить аналог транзистора на напряжения в десятки киловольт , у которого только граничная частота будет ограничена высоковольтными транзисторами, а остальные основные параметры как у транзистора 1.

Устройство имеет простую схему, состоит только из активных элементов, что дает возможность его выполнения в виде микросхемы.

Формула изобретения

1. Устройство для повыщения рабочего напряжения нелинейных элементов с высоким выходным сопротивлением, содержащее диоды и группу последовательно соединенных транзисторов с истрчниками тока в цепях управляющих электродов, отличающееся тем, что, с целью расширения ф нкциональш 1Х возможностей за счет расширения диашзона рабочих токов при одновременном снижении тока холосто