Способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей
Ь2 i (, - т -,л, К(- Тi - ц
О П И Н И Е;»»769738
ИЗОБРЕТЕН ИЯ;
Сова Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ui) Дополшггельное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.04.75 (2!) 2118700 18-21, (5! ).11,К,I. " Н 03 К 17/60
I ! ! ! 53) 5, ДК 621.382. .333.3 (088.8) с присоед;п сиисх2 заявки—
Государственный комитет
СССР (23) Приоритст— (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень ¹ 37 (45) Дата опубликования описапия 20.02.81 оо делам иаобретений и открытий (72) Автор изобретения
В. И. Котельников (71) Заявитель Краснодарский завод электроизмерительиых приборов (54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ОСТАТОЧ НЫХ
ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРНЫХ КЛЮЧЕЙ
В ЗАМКНУТОМ СОСТОЯНИИ
Изобретение относится к способам компенсации остаточных параметров транзисторных ключей в измерительной технике и может быть использовано в точных цифровых измерителях сопротивления, аналогоцифровых и цифро-аналоговых преобразователях.
Известные способы компенсации и уменьшения остаточных параметров транзисторных ключей в замкнутом их состоянии можно разбить на два основных способа — естественный и искусственный 11).
Естественный способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей в замкнутом состоянии заключается во встречном включении идентичных элементов, имеющих остаточные параметры противоположного знака. Погрешность этого способа состоит, во-первых, в том, что при его реализации необходим подбор пар тран- 2G зисторов по основным параметрам и температурному коэффициенту, что является нетехнологичным и трудоемким процессом, и во-вторых, при компенсации уменьшение одних параметров ведет к увеличению дру- 25 гих. Кроме того, реализующие данный способ устройства, а также схемы их управления являются сложными.
Искусственный способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей заключается во введении в коммутируемую цепь последовательно с транзисторным ключом компенсирующего напряжения с помощью делителя напряжения встречно с остаточным напряжением. Этот способ так же, как и естественный, имеет те же погрешности, Целью изобретения является осуществление полной компенсации и получение остаточных параметров требуемой величины и знака, а также уменьшение их температурного коэффициента.
Достигается это тем, что при управлении транзисторных ключей в замкнутом состоя22ии, заключающемся в улравлении ото базовым переходам транзистора, на переходе коллектор-эмиттер создают падение напряжения путем пропускания тока нагрузки положительного знака для транзисторов и — р — и проводимости и отрицательного знака для транзисторов р — и — р проводимости относительно электрода, по которому производится управление, изменяют ток, управления транзисторного ключа до момента получения остаточного напряжения требуемой величины и знака.
На фиг. 1 показаны схемы транзисторных ключей, пояспяющих способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей (а, б — схемы ключей на транзи769738 сторах р — и — р проводимости; в, г — схемы ключей на транзисторах и — р — и проводимости); иа фиг. 2 показана эквивалентная схема транзисторных ключей обеих проводимостей р — и — р и и — р — и; на фиг. 3 и
4 показаны экспериментально снятые зависимости l„, = f(Ip) r,, =- const ключей ца кремниевых транзисторах и — р — и проводимости и р — и — р проводимости соответственно; на фиг. 5 показаны экспериментально снятые зависимости 1„=! (1б) 1„, = О для этих же типов транзисторов с управлением по переходу база-коллектор.
На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 — переход коллектор-эмиттер (эмиттер-коллектор) транзистора, 2 электрод транзистора, к которому подсоединен резистор 8нагрузки,,4 — электрод транзистора, относительно которого производится управление, 5 — база транзистора, 5 — базовый резистор, 7 — точка подсоединения резистора 3 нагрузки к источнику питания, 8 — точка подсоединения базового резистора б к источнику управления, 9— собственное остаточное напряжение lp, 10— падение напряжения lp соответственно на объемном сопротивлении эмиттера r,— l; (э) или коллектора r,— !б(к), 11 — остаточное сопротивление перехода эмиттер-коллектор
r;, 12 — напряжение l„, соответствующее падению сопротивления на остаточном сопротивлении r; от протекания тока нагрузки
I„, И вЂ” напряжение Л! б, соответствующее изменению падения напряжения на объемном сопротивлении эмиттера t, — Иб (э) или коллектора Жб(к), при изменении тока управления Ip; 14 — эквивалентное остаточное напряжение l„, 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, (c 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.
При подсоединении источника напряжения с резистором 8 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 и 4 получаем эквивалентное остаточное напря?KcHHc 14 для схемы включения с общим э., иттером
l „, (э) = б (э) + б (э) — l „, (1)
1 где l p(ý) = — — ср,!и - и l, =»,IД и !б(э) =Iб где 1б — ток управления базы. 15 Соответственно для схемы включения с общим коллектором имеем 1>,э(к) l 0(к) +!б(к) l„> (2) 20 где l,(к) = — ср,(1 — г.;;) и с; — коэффициент псредачи тока эмиттера, lс,(s<) 1б 1б (э) 1 >>т l>> + l» 1 (3) и соответственно и эквивалентные остаточные напряжения 5О 14 1„(э) и l „, (к) равны нулю. Здесь и далее индексом обозначены эквивалентные остаточные напряжения при значениях, близких к нулю. Из соотношений (3) и (4) следует, что 55 при дальнейшем изменении тока управления в сторону увеличения или уменьшения, т. е. /б— б+ AI< изменяется падение напряжения на объемном сопротивлении эмиттера или коллектора 10 на величину 1б(э) = (Ip+ Л1б) r, (5) 1б(K) = (Ip+ËIp)» (6) 25 Coornошения (1) и (2) показывают, что значсния l (э) и 1„(к) зависят от величины l p(3) или p(K) > !б(э) I!ли 1б (к) При заданном токе нагрузки I„, изменяя ток управления Iб, мож>HO получить различные значе>ния напряжения 14 l„(9) и l, (ê). Зависимости эквивалентного остаточного напряжения 14 l„= f(!p1,rp =const, полученные экспериментально на кремниевых транзисторных ключах типа и — р — и и р— 35 и — р с включением по схеме с общим коллектором, приведены на фиг. 3 и 4. Например, при равенстве падения напряжения 1О lp сумме напряжений собственного остаточного напряжения 9 и падения напря4о пряжения 12, т. е. 769738 При увеличении напряжения 10 относитсльно 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 AEoэ (S) = l о(Э) Л4(Э) — >г) 0 — — — l í „(7) 10 а у 1оэ(к) =l о(к) 1о(к) "Ач(1 а: )) 1 э, (8) Если ток нагрузки постоянный 1„= const, то можно получить эквивалентное остаточное сопротивление близким к нулевому значению l„, (э) алоэ (э) I„ (9) о, 1оэ (к) оэ (r ) = I„„ (10) 25 При изменении тока управления 1б на величину Al<, учитывая соотношения (5) и (6), получим Зо г„, (э) =: ", (11) - - Ы„(э) 1„ + 1.,(к) Гоэ(к) 1к (12) З5 50 д1,,(э), дlо(э) дl„ дТ дТ дТ дl,,(к) д4(к) д1„ — + ) Т вЂ” (14) Соотношения (11) и (12) показывают, что можно получить при заданном токе нагрузки 1„эквивалентное остаточное сопро- «> тивление различного значения как по абсолютной величине, так и по знаку. При компенсации остаточных параметров транзисторных ключей по данному способу существенно уменьшается их темпе- 45 ратурный коэффициент а l. ÷òî подтверждается соотношением, полученным при дифференцировании соотношений (1) и (2) по температуре Из соотношения (13) и (14) следует, что д1„ 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 п схемы его включения (с общим 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, существенно 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 иа порядок. Формула изобретения Способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей в замкнутом состоянии, заключающийся в управлении по базовым переходам транзистора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью осуществления полной компенсации, получения остаточных параметров требуемой величины и знака, уменьшения их температурного коэффициента, на переходе коллектор-эмиттер создают падение напряжения путем пропускания тока нагрузки положительного знака для транзисторов и — р — и проводимости и отрицательного знака для транзисторов р — и — р проводимости относительно электрода, по которому производится управление, изменяют ток управления транзисторного ключа до момента получения остаточного напряжения требуемой величины и знака. Источник информации, принятый во внимание при экспертизе: 1. Арховский А. Ф. Схемы переключения аналоговых сигналов, «Энергия», 1970, с. 59 — 60, 73 — 80 (прототип). 769738 О1 1мкА 10мк А 1иА Редактор Е. Гончар Заказ 1760/134 Изд. № 125 Тираж 999 Подписное НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Тип. Харьк. фил. пред. «11атент» мА ИмкЯ Фпа 5 Составитель П. Винокуров Техред А. Камышникова Корректор И. Осиповская
