Способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей Советский патент 1980 года по МПК H03K17/60 

сторах р-п-р проводимости; в, г - схемы ключей на транзисторах п-р-п проводимости); на фиг. 2 показана эквивалентная схема транзисторных ключей обеих проводимостей р-п-р и п-р-п; на фиг. 3 и 4 показаны экспериментально снятые зависимости /оэ l(ff,iA const ключей иа кремниевых транзисторах п-р-п проводимости и р-п-р проводимости соответственно; на фиг. б показаны экспериментально снятые зависимости /„ f(If,)i,, 0 для этих же типов транзисторов с управлением по переходу база-коллектор.

На фиг. 1 и 2 нриняты следующие обозначения: / - переход коллектор-эмиттер (эмиттер-коллектор) транзистора, 2 - электрод транзистора, к которому подсоединен резистор 3 нагрузки, 4 - электрод транзистора, относительно которого производится управление, 5 - база транзистора, 6 - базовый резистор, 7 - точка подсоединения резистора 3 нагрузки к источнику питания, 8 - точка подсоединения базового резистора 6 к источнику управления, 9 - собственное остаточное напряжение IQ, 10 - падение напряжения /с соответственно на объемном сопротивлении эмиттера (э) или коллектора г к-/в (к), 1 - остаточное сопротивление перехода эмиттер-коллектор Г{, 12 - напряжение /„, соответствующее падению сопротивления на остаточном сопротивлении ri от протекания тока нагрузки /„, 13 - напряжение Л/ г,, соответствующее изменению падения напряжения на объемном сопротивлении.эмиттера г,-Afg (э) или коллектора Л/б(к), при изменении тока управления /б 14 - эквивалентное остаточное напряжение 1и- между электродами 2 и 4 транзистора.

Все пояснения, соотношения и формулы приведены для двух типов проводимостей и двух схем включения транзисторов, показанных на фиг. 1 а, в, (схема включения транзисторов с общим эмиттером) и фиг. 1 б, г, (с общим коллектором, соответственно в первом случае с управлением по переходу база-эмиттер, т. е. относительно эмиттера, и во втором случае с управлением по переходу база-коллектор, т. е. относительно коллектора).

Пояснение данного способа компенсации транзисторных ключей произведено на эквивалентной схеме транзисторного ключа, показанной на фиг. 2.

1

При подсоединении источника напряжения с резистором 3 нагрузки или генератора тока к электроду 2 транзистора так, чтобы ток нагрузки протекал через переход эмиттер-коллектор или коллектор-эмиттер в направлении от управляемого электрода 4 к электроду 2, между электродами 2 -л 4 получаем эквивалентное остаточное напряжение 14 для схемы включения с общим змиттером

/„(э)/о(э)+/Лэ)-/,„

(1)

1

где /о(э) -ср.г 111 фг тепловой потенциал транзистора;

а/ - коэфс|)ициент передачи тока эмиттора транзистора;

., гЛ и /в(э)/б г,

где /6 - ток управления базы. Соответственно для схемы включения с общим коллектором имеем

/.э(к)/о(к)+/б(к)-/,„

(2)

где /о(к) Ф1(1-cc,v) и сл- коэффициент передачи тока эмиттера,

/с(к)/б-г..

Соотпощения (1) и (2) показывают, что значения /оэ(э) и /о(к) зависят от величины 1й(э) или Го(к), 1(,(э) или /о (к) и /нПрИ задаином токе нагрузки /„, изменяя ток управления /с., можно получить различные з«ачен1ия «апряжения 14 /о(5) и /оэ(к). Зависимости эквивалентного остаточного напряжения 14 /оэ /(б)|/б const, полученные экспериментально на кремниевых транзисторных ключах типа л-р-п и р-

п-р с включением по схеме с общим коллектором, приведены на фиг. 3 и 4. Например, при равенстве падения напряжения 10/6 сумме напряжений собственного остаточного напряжения 9 и падения напряпряжения 12, т. е.

J

/б(э) hpr /„

(3)

/

соответственно

V(K).(l-a.v)-b/«

(4)

и эквивалентные остаточные напряжения 14 /О9(э) и /оэ (к) равны нулю. Здесь и далее индексом ° обозначены эквивалентные остаточные напряжения при значениях, близких к нулю.

Из соотпощений (3) и (4) следует, что при дальнейщем изменении тока управления в сторону увеличения или уменьщения, т. е. ,б±А/б изменяется падение напряжения н объемном сопротивлении эмиттера или коллектора 10 на величину .

;б(э) (/б±А/б).Гэ(5)

/б(к) аб±-Д/б)гк.

(6) При увеличении напряжения 10 относительно значения напряжения 14 близкого к нулю знак эквивалентного остаточного напряжения транзисторного ключа соответствует знаку падения напряжения 10, при уменьшении соответствует противоположному знаку, что соответствует соотношениям -f,.ln-iV--/ А/оэ(э)/%(э)±А/б(э)-(ср,1п---) -/„ (7) Д/оэ(к)Гб(к)±.Д/б(к)Чф.(1-«л-)-Гн Если ток нагрузки постоянный /„ const, то можно получить эквивалентное остаточное сопротивление близким к нулевому значению Газ (Э) Гоз (К) Щ п При изменении тока управления /е на величину ±Л/б, учитывая соотношения (5) и (6), получим ,. +диэ) -J, , . +Д/оз(к) оэ(К) Соотношения (11) и (12) показывают, что можно получить при заданном токе нагрузки /„ эквивалентное остаточное сопротивление различного значения как по абсолютной величине, так и по знаку. При компенсации остаточных параметров транзисторных ключей по данному способу существенно уменьшается их температурный коэффициент oi /оэ, что подтверждается соотношением, полученным при дифференцировании соотношений (1) н (2) по температуре

)

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Арховский А. Ф. Схемы переключения аналоговых сигналов, «Энергия, 1970, 55 с. 59-60, 73-80 (прототип). Из соотношения (13) и (14) следует, что значение а уменьшается на величину , по сравнению с обычным транзисторным ключом. Этот вывод подтверждается экспериментально снятыми данными для транзисторных ключей, компенсированных по данному способу. Данный способ компенсации транзисторных ключей независимо от типа проводимости транзистора н схемы его включения (с обшим эмиттером или общим коллектором) позволяет получить различное значение эквивалентных остаточных параметров в их замкнутых состояниях (эквивалентного остаточного напряжения, эквивалентного остаточного сопротивления), как по абсолютной величине, так и по знаку, в пределе близких к нулевому значению, сушественно уменьшить температурный коэффициент остаточных параметров. Среднее значение температурного коэффициента остаточных параметров в замкнутых состояниях ключа уменьшается не менее чем в 2-3 раза, а при определенных соотношениях токов управления и нагрузки не менее, чем на порядок. Формула изобретения Способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей в замкнутом состоянии, заключающийся в управлении по базовым переходам транзистора, отличающийся тем, что, с целью осуществления полной компенсации, получения остаточных параметров требуемой величины н знака, уменьшения их температурного коэффициента, на переходе коллектор-эмиттер создают падение напряжения путем пропускания тока нагрузки положительного знака для транзисторов п-р-п нроводимости и отрицательного знака для транзисторов р-п-р проводимости относительно электрода, по которому производится управление, изменяют ток управления транзисторного ключа до момента получения остаточного напряжения требуемой величины и знака.

ilLj

и I ,,

I k

IJ

Vi-t

Qf

-0

г,т

r.f(

п-р-п.

гни

мК 10

5

ti-p-n.

.-0,

0,01

/

1мйД

1(«кД

Р-п-р

V

м

ЮмА

гзэмкй