Инвертор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Вхо

Ьца

2 (21) 4919841/21 (22) 18.03.91 (46) 23.05.93. Бюл. 1Ф 19 (71) Научно-исследовательский институт молекулярной электроники (72) С.М,игнатьев, В.А.Неклюдов, B.H.Савенков и Г.C.Tåìêèí (56) Кроуфорд P. Схемные применения

МОП-транзисторов. — М.; Мир, 1970, с,24, 25, рис.1,12.

lEEE Journal of Solid-State Circuits, v. SC-2;; Q 5, 198F., р. 682, 683, tlg. 7.

„„ Ы,, 1817240 А1 (рц Н 03 К 19/0948 (54) ИНВЕРТОР (57) Использование: в электронных логических устройствах на биполярных и комплементарных МДП-транзисторах. Сущность изобретения: устройство содержит три р-канальных транзистора 1-3, четыре и-канальых транзистора 4-7 и два биполярных транзистора 8,9. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

ОО М

ЬЭ фь.

1817240

Изобретение относится к электронным логическим устройствам на биполярных и комплементарных МДП-транзисторах, Целью изобретения является повышение быстродействия и уменьшение длительности фронта при переключении выходного напряжения с верхнего уровня в нижний.

На чертеже приведена принципиальная . электрическая схема предлагаемого инвертора.

Инвертор содержит первый, второй и третий р-канальные МДП-транзисторы 2 и 3 обогащенного типа, с первого по четвертый и-канальные МДП-транзисторы 4-7 обогащенного тапа и первый и второй биполярные транзисторы 8 и 9 типа п-р-п, Истоки транзисторов 1-3 и коллектор транзистора

8 подключены к шине 10 положительного напряжения питания. Сток транзистора 1 соединен с базой транзистора 8 и со стоком транзистора 4, затвор которого соединен с затворами транзисторов 1,3,5 и подключен к входу 11 инвертора. Коллектор транзистора 9 соединен со стоками транзисторов 3,5, затворами транзисторов 2,7, эмиттером транзистора 8 и подключен к выходу 12 инвертора. Исток транзистора 5 соединен со стоком транзистора 6 и с базой транзистора

9, эмиттер которого и истоки транзисторов

4,6,7 подключены к шине 13 отрицательного напряжения питания. Затвор транзистора 6 соединен со стоками транзисторов 2 и 7.

Инвертор работает следующим обра, зом, Если на входе 11 инвертора установлено напряжение высокого логического уровня, и-канальные МДП транзисторы 4,5 имеют низкоомные индуцированные каналы, соединяющие их области истока и стока.

При этом на базу биполярного транзистора

8 по каналу и-канального МДП-транзистора

4 передается потенциал вины 13 отрицательного напряжения питания, запирающий данный транзистор 8, а у биполярного транзистора 9 базовый и коллекторный выводы оказываются соединенными каналом и-канального МДП транзистора 5, что превращает его в диод, анодом подключенный к выходу 12 инвертора и катодом соединенный с шиной 13 отрицательного напряжения питания. Таким образом, биполярный транзистор 8 и р-канальный МДП транзистор 3 не оказывают влияния на выходное напряжение, а биполярный транзистор 9 не позволяет ему подниматься выше потенциала вины 13 отрицательного напряжения питания плюс пороговое напряжение базаэмиттер биполярного транзистора 9, этим задавая ему низкий логический уровень. низкое напряжение с выхода 12 инвертора, поступая на затвор р-канального МДП-транзистора 2, обусловливает наличие у него ка- нала сток-исток, что при отсутствии канала у и-канального транзистора 7 приводит к

5 формированию высокого напряжения на затворе и-канального МДП-транзистора 6, создающего канал в этом транзисторе 6, Канал транзистора 6 вместе с каналом транзистора 5 соединяют выход 12 инвертора с шиной

10 13 напряжения питания, задавая тем самым выходному напряжению минимальный возможный уровень.

В процессе понижения входного напряжения с верхнего уровня до нижнего после

15 достижения порогового значения напряжения затвор-исток у р-канальных МДП-транзисторов 1 и 3 между областями истока и стока возникают каналы, вначале имеющие высокое сопротивление, но падающее эа20 тем с ростом напряжения затвор-исток. В то же время у и-канальных транзисторов 4 и 5 с приближением соответствующих напряжений затвор — исток к пороговым значениям сопротивления каналов возрастают, а

25 затем каналы исчезают. Изменения в данных МДП-транзисторах 4 и 5 приводят к разрыву связи база-коллектор биполярного транзистора 9, после чего этот транзистор 9 и и-канальный МДП транзистор 6 прекраща30 ют оказывать влияние на уровень напряжения на вы де 12 инвертора и к повышению базового уровня биполярного транзистора 8 от потенциала шины 13 отрицательного напряжения питания до потенциала шины 10

35 положительного напряжения питания, После того как в результате роста базового потенциала напряжение база-эмиттер биполярного транзистора 6 достигнет порогового значения, его эмиттерный р-и-переход

40 открывается и-эмиттерный ток, складываясь ! 1У с током стока р-канального МДП-транзистора 3, увеличивает ток заряда нагрузочной емкости выхода 12 инвертора, тем самым ускоряя начатый р-канальным МДП-тран45 зистором 3 процесс повышения выходного напряжения, В результате повышения уровня на выходе 12 инвертора канал р-канального МДП-транзистора 2 исчезает; а у и-канального МДП-транзистора 7 появляется. Это приводит к снижению напряжения на затворе и-канального МДП транзистора

6 от потенциала шины 10 положительного напряжения питания до потенциала шины

13 отрицательного напряжения питания. У

55 и-канального МДП-транзистора 6 исчезает канал исток-сток, шунтируюший змиттерный р-и-переход биполярного транзистора

9. После достижения выходным напряжени ем инвертора уровня, равного потенциалу шины 10 положительного напряжения пита1817240 ния минус пороговое напряжение базаэмит ар биполярного транзистора 8, эмиттерный р-и-переход транзистора 8 закрывается и процесс заряда нагрузочной емкости выхода 12 инвертора до напряжения шины 10 завершает ток стока р-канального МДП-транзистора 3, канал которого соединяет выход 12 с шиной 10 положительного напряжения питания с самого начала переходного процесса до его завершения, При повышении напряжения на входе

11 инвертора от низкого логического уровня до высокого канал появляется у и-канальных МДП-транзисторов 4, 5 и исчезает у р-канальных МДП транзисторов 1,3. Вызванное этим йонижение потенциала на базе биполярного транзистора 8 приводит к запиранию его эмиттерного р-п-перехода.

Выход 12 инвертора, в начале имеющий потенциал шины 10 положительного напряжения питания, оказывается отключенным от этой шины 10, Высокий потенциал выхода

12 инвертора через канал и-канального

МДП-транзис-.ора передается на базу биполярного транзистора 9, в результате чего транзистор 9 входит в активный режиМ и в его ко ; зкторе появляется ток, разряжающий ннгруэочную емкость выхода 12 инвертора, таким образом снижая выходное напряжение, Б процессе понижения выходно;о напряжения, г1оступающего также на затворы МДП-транзисторов 2 и 7, после дости>кения соответствующих пороговых зна чений у р-канального МДП-транзистора 2 появляется канал, а у и-канального МДПтранзистора 7 канал исчезает. Напряжение на затворе и-канального МДП-транзистора

6 возрастает от потенциала шины 13 отрицательного напряжения питания до потенциала шины 10 положительного напряжения питания и между его областями истока и стока возникает канал, соединяющий базу биполярного транзистора 9 с шин8й 13 отрицательного напряжения питания. В это время напряжение на выходе

12 инвертора достигает уровня, равного потенциалу шины 13 отрицательного напряжения питания плюс пороговое напряжение база-эмиттер биполярного транзистора 9, эмиттерный р-и-переход транзистора 9 запирается и ток в его коллекторе прекращается, поэтому шунтирование эмиттерного р-и-перехода транзистора 9 не вызывает замедление процесса понижения выходного напряжения, а наоборот препятствует этому, так как канал МДП-транзистора бсовместно с каналом МДП-транзистора 5 образуют цепь, необходимую для дальнейшего разряда нагрузочной емкости выхода

12 инвертора и снижения выходного напряжения до потенциала шины 13 отрицательного напряжения питания. Канал МДРтранзистора 6 на данном этапе работы инвертора осуществляет также рассасыва5 ние заряда неосновных носителей, накопленного в базовой области биполярного транзистора 9, работающего в начале процесса переключения при высоком уровне инжекции, что необходимо для быстрой под10 готовки инвертора к последующему переключению выходного напряжения с нижнего логического уровня в верхний.

Предлагаемый инвертор обладает высоким быстродействием при переключении

15 выходного напряжени с верхнего логического уровня в нижний, с нижнего — в верхний и при передаче коротких импульсов.

Перепад выходных логических уровней до- стигает максимально возможной величины:

20 разности потенциалов шин положительного и отрицательного напряжений пи ания. Названные положительные качества достигаются благодаря повышению эффективности работы биполя рнйх и МДП-транзисторов во

25 время переключений, Формула изобретения

1. Инвертор, содержащий первый р-канальный МДП-транзистор обогащенного типа. первый биполярный транзистор

30 п-р-п-типа, коллектор которого и исток первого р-канального МДП-транзистора подключены к. шине положительного напряжения питания, первый и-канальный

МДП-транзистор обогащенного типа, сток

35 которого соединен с базой первого биполярного транзистора и со стоком первого р-канального МДП-транзистора, второй иканальный МДП-транзистор обогащенного типа, затвор которого соединен с затворами

40 первого р-кайального и первого и-канального МДП-транзисторов и подключен к входу инвертора, второй биполярный транзистор п-р-п-типа, коллектор которого соединен со стоком второго п-канального МДП-транзи45 стора, с эмиттером первого биполярного транзистора и подключен к выходу инвертора, третий и-канальный МДП-транзистор обогащенного типа, сток которого соединен с истоком второго и-канального МДП-тран50 эистора и с базой второго биполярного транзистора, а исток вместе с эмиттером второго биполярного транзистора и истоком первого и-канального МДП-транзистора подключены к шине отрицательного

55 напряжения питания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения длительности фронта при переключении выходного напряжения с высокого логического уровня в низкий, в инвертор введены второй, р-канальный

1817240 8

Составитель C.È гнатьев

Техред M.Moðãåíòàë Корректор С.Шекмар

Редактор Т,Зубкова

Заказ 1902 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

МДП-транзистор обогащенного типа и четвертый и-канальный МДП-транзистор обогащенного типа, истоки которых соответственно подключены к шинам положительного и отрицательного напряжений питания, затворы соединены с выходом инвертора, а стоки подключены к затворам третьего п-канального МДП-транзистора, 2. Инвертор по п.1, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия при переключении выходного напряжения с низкого логического уровня в верхний и повышения напряжения высокого уровня, в него введен третий р-канальный МДП5 транзистор обогащенного типа, затвор которого подключен к входу инвертора, исток соединен с шиной положительного напряжения питания, а сток подключен к выходу инвертора..