Интегральная схема высокочастотного диодного тиристора

 

Использование: в полупроводниковой микроэлектронике. Сущность изобретения: интегральная схема диодного тиристора содержит силовой p-n-p-транзистор, силовой n-p-n-транзистор, полевой транзистор, резистор и две входные клеммы, причем база силового p-n-p-транзистора соединена с коллектором силового p-n-p-транзистора, эмиттерный переход силового p-n-p- транзистора зашунтирован полевым транзистором, каждый эмиттер соединен с входной клеммой. Интегральная схема дополнительно содержит два n-p-n-транзистора, цепочку стабилитронов и второй резистор, силовой p-n-p-транзистор выполнен двухколлекторным. Первый коллектор соединен с базой силовой n-p-n-транзистора и с коллектором первого дополнительно введенного n-p-n-транзистора, база которого соединена с коллектором второго дополнительно введенного n-p-n-транзистора и с истоком и затвором полевого транзистора, сток которого соединен с эмиттером двухколлекторного силового p-n-p-транзистора. Второй коллектор соединен с базой второго дополнительно введенного n-p-n-транзистора, которая через дополнительно введенный резистор соединена со своим эмиттером и с анодом цепочки стабилитронов, катод которой соединен с коллектором силового n-p-n-транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттерами дополнительно введенных n-p-n-транзисторов. 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и может быть использовано в интегральной схемотехнике для создания структур диодных тиристоров с высоким быстродействием в широком диапазоне напряжений и температур.

Известно техническое решение [1] которое представляет собой несимметричный динистор с близким к заявляемому пороговым напряжением переключения. Предельная скорость нарастания напряжения у аналога равна 0,1 В/мкс, что как минимум на два порядка меньше, чем в заявляемом решении.

Наиболее близким к заявляемому является техническое решение [2] которое обеспечивает термостабилизацию порогового напряжения включения в широком диапазоне напряжений. Однако предельная скорость нарастания напряжения на входе не позволяет иметь максимальную частоту коммутации более нескольких килогерц.

Техническим результатом заявляемого изобретения является высокое быстродействие, обеспечивающее максимальную частоту коммутации в диапазоне сотен килогерц. При этом стабилизировано пороговое напряжение включения.

Технический результат достигается тем, что первый коллектор двухколлекторного силового р n р-транзистора, соединенный с базой силового n p n-транзистора, соединен с коллектором первого дополнительного транзистора, база которого соединена с коллектором второго дополнительного транзистора, а также соединена с истоком и затвором полевого транзистора, сток которого соединен с эмиттером силового p n p-транзистора, второй коллектор которого соединен с базой второго дополнительного транзистора, база которого также соединена с анодом цепочки стабилитронов, катод которой соединен с коллектором силового n p n-транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттерами первого и второго дополнительных транзисторов.

На чертеже представлена электрическая схема предложенного устройства: 1 силовой двухколлекторный p n p-транзистор; 2 силовой n p n-транзистор; 3 первый дополнительный n p n-транзистор; 4 полевой транзистор; 5 второй дополнительный n p n-транзистор; 6 цепочка стабилитронов; 7, 8 резисторы; 9, 10 клеммы.

Устройство работает следующим образом.

При нарастании входного положительного напряжения на клемме 9 по отношению к общей шине (клемма 10) силовой двухколлекторный транзистор 1 и силовой n p n-транзистор 2 закрыты, так как емкостной ток их коллекторно-базовых переходов шунтируется резистором 7 и открытым дополнительным транзистором 3, тем самым обеспечивается достижение высоких скоростей нарастания входного напряжения.

Первый дополнительный транзистор 3 открыт базовым током, получаемым от генератора тока на полевом транзисторе 4, а второй дополнительный транзистор 5 закрыт, так как входное напряжение еще не достигло пробивного напряжения стабилитронов 6 и емкостные токи цепочки стабилитронов 6 (или одного из них) и одного коллектора транзистора 1 шунтируются резистором 8. При дальнейшем нарастании входного напряжения стабилитроны 6 пробиваются и появляется ток базы транзистора 5, что приводит к открыванию транзистора 6 и закрыванию транзистора 3. Одновременно появляется ток базы транзистора 1 и транзистора 2, что вследствие положительной обратной связи приводит к переходу силовых транзисторов 1 и 2 в открытое состояние, возрастанию тока через них и спаду напряжения на клеммах 9 и 10 при наличии внутреннего сопротивления источника входного напряжения.

Небольшая часть тока силового двухколлекторного транзистора 1, отраженная в другой его коллектор, попадая в базу транзистора 5, удерживает его в открытом состоянии после прекращения тока через стабилитроны 6 из-за спада напряжения на клеммах 9 и 10, тем самым силовые транзисторы 1 и 2 остаются в открытом состоянии после переключения.

Выполнение элементов схемы устройства методами интегральной топологии позволяет уменьшить размеры силовых и дополнительных транзисторов до оптимальной величины и обеспечить высокое быстродействие этих элементов, которое реализуется в заявляемом устройстве наряду со схемотехническими методами увеличения быстродействия.

Расчет схемы устройства с применением реальных физических моделей элементов показал достижение скоростей нарастания входного напряжения порядка 70 В/мкс и времен выключения порядка 0,5 мкс, что обеспечивает рабочую частоту коммутации более 1 МГц.

Стабильность порогового напряжения обеспечивается напряжением стабилизации цепочки стабилитронов 6, обладающей малыми паразитными емкостями, и выбором напряжения стабилизации с любой зависимостью от температуры, а также высоким быстродействием при включении структуры вследствие сильной положительной обратной связи между силовыми транзисторами 1 и 2.

Таким образом, технико-экономическая эффективность заявляемого тиристора определяется: его высокой помехоустойчивостью в закрытом и открытом состоянии;
отсутствием эффекта самовключения;
небольшими токами включения;
способностью работать в статическом режиме.

Использование ИС высокочастотного диодного тиристора позволяет упростить схемы формирователей импульсов, генераторов импульсов, счетчиков импульсов и др. при одновременном увеличении надежности и снижении массы и габаритов радиоэлектронной аппаратуры.

Формула изобретения

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИОДНОГО ТИРИСТОРА, содержащая силовые p-n-p- и n-p-n-транзисторы, полевой транзистор, резистор и две входные клеммы, причем база силового n-p-n-транзистора соединена с коллектором силового p-n-p-транзистора зашунтирован резистором, эмиттерный переход силового n-p-n-транзистора зашунтирован полевым транзистором, каждый эмиттер соединен с входной клеммой, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит два n-p-n-транзистора, цепочку стабилитронов и второй резистор, силовой p-n-p-транзистор выполнен двухколлекторным, причем первый коллектор двухколлекторного силового p-n-p-транзистора соединен с базой силового n-p-n-транзистора и с коллектором первого дополнительно введенного n-p-n-транзистора, база которого соединена с коллектором второго дополнительно введенного n-p-n-транзистора и с истоком и затвором полевого транзистора, сток которого соединен с эмиттером двухколлекторного силового p-n-p-транзистора, второй коллектор которого соединен с базой второго дополнительно введенного n-p-n-транзистора, которая через дополнительно введенный резистор соединена со своим эмиттером и с анодом цепочки стабилитронов, катод которой соединен с коллектором силового n-p-n-транзистора, эмиттер которого соединен с эмиттерами дополнительно введенных n-p-n-транзисторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1