Устройство с вольт-амперной характеристикой s-типа

(72) Л,Н,Степанова56) Авторское свидетеМ 1290491, кл, Н 03 Н ПЕРНОЙ тронной ратурной оюзный Сибирс кий институт ав тво СССР/44, 06.09.85,па; ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) САНИЕ ИЗО Изобретение относится к электроннойтехнике и может использоватьсяв качествеэлемента в устройствах аналоговой и импульсной техники, работающих в широкомтемпературном диапазоне,Цель изобретения - повышение температурной стабильности устройства.На фиг.показана схема устройства свольт-амперной характеристикой Я-типа; нафиг. 2 - вольт-амперная характеристика Я-типа; на фиг, 3 а - вольт-амперные характеристики Я-типа не термостабилизированногоустройства, где ломаной ОАВС обозначенаВАХ 3-типа устройства и ри температуре То =+20 С; ОММР - ВАХустройства при температуре Т = Т + ЛТ, (где ЬТ - приращениетемпературы); на фиг. 3 б - вольт-амперныехарактеристики термостабилизированногоустройства, где ломаной ОАМИ обозначенаВАХ устройства и ри температуре То = +20 С,ломаной ОРКИ - ВАХ устройства при температуре Т = Т, + ЛТ.На фиг, 1 приняты следующие обозначе 1, 8, 9, 1 О, 11 - транзисторы и-р-и-т2, 7 - транзисторы р-и-р-типа;3 - первая выходная шина; 1826125 А 1(57) Изобретение относится к электехнике. Цель - повышение темпестабильности устройства, Для этого в устройство введены третий, четвертый и пятыйтранзисторы и-р-и-типа. Устройство позволяет получать термостабилизированное вбольшом температурном диапазоне и изменяемое в широких пределах отрицательноедифференциальное сопротивление. 3 ил.- вторая выходная шина;12, 13, 14, 15, 16 - резисторы;- положительный полюс источн Устройство с вольт-амперной характеристикой Я-типа, содержащее транзистор 1 и-р-и-типа и транзистор 2 р-п-р-типа, включенные между двумя выходными шинами 3, 4 и первый резистор 5 между выходной шиной 3 и соответствующим положительным полюсом источника 6 питания, Кроме того, в устройство введены второй транзистор 7 р-п-р-типа, второй 8, третий 9, четвертый 10, пятый 11 транзисторы и-р-и-типа и второй 12, третий 3, четвертый 14, пятый 15 и шестой 16 резисторы. При этом эмиттер второ.ьЭ го транзистора 7 р-и-р-типа соединен с О первой выходной шиной 3. Его коллектор и в база соединены между собой и подключены Я к базе первого транзистора 2 р-п-р-типа, а также - к коллектору второго транзистора 8 и-р-и-типа и второму резистору 12. Второй конец резистора 12 соединен с базой второго транзистора 8 п-р-п-типа, в первом конце третьего резистора 13 и коллекторами первого транзистора 2 р-и-и-типа и третьего транзистора 9 п-р-п-типа, Эмиттер второго5 10 15 20 транзистора 8 и-р-и-типа соединен со вторым концом третьего резистора 13, базойтретьего транзистора 9 п-р-и-типа и коллектором первого транзистора 1 п-р-п-типа.Эмиттер третьего транзистора 9 и-р-и-типасоединен с коллектором и базой четвертоготранзистора 10 и-р-и-типа и базой первоготранзистОра 1 п-р-п-типа, Эмиттер четвертого транзистора 10 и-р-и-типа соединен сэмиттером первого транзистора 1 и-р-и-типа и с четвертым резистором 14, второйконец которого соединен со второй выходной аиной 4, Эмитгеры четвертого 10 ипервого 1 транзисторов и-р-и-типа через пятый резистор 15 соединен с базой пятоготранзистора 11 и-р-п-типа. Эмиттер пятоготранзистора 11 и-р-и-типа соединен с базойтретьего тоанэистора 9 и-р-и-типа. Коллектор пятого транзистора 11 и-р-и-типа соединен с коллектором третьего транзистора 9п-р-п-тира, а между коллектором и базойпятого транзистора 11 и-р-и-типа включеншестой резистор 16,Экспериментальные исследования проводились с устройством, выполненным на 2транзисторных сборках 198 НТ 1 А, 198 НТЗА.Для использования данного устрОйства натоки, порядка сотен мА, достаточно заменить тип транзистора (вместо транзисторных сборок использовать транзисторы 3средней мощности типа КТ 819 А, Б).Устройство работает следующим Образом.В исходном состоянии транзисторы закрыты, Повышение питания напряжения Еп 3вызывает увеличение тока, протекающегочерез "токовые зеркала", выполненные натранзисторах 1,10 и-р-и-типз и транзисторах 7,2, выполненных на транзисторах р-ир-типа, При идентичности технологических 4параметров транзисторов ток (отклик), протекающий через транзистор 1 (или 2), всегдабудет равен току, протекающему черезтранзистор 10 (или 7) (фиг, 1).При определении напряжений и токов 4включения и выключения в устройствах свольт-амперной характеристикой (БАХ) Ятипа, как показано на фиг. 2, выделяется триучастка, соответствующие трем режимамработы транзисторов. На участке ОА транэисторы работают в области до вкл 1 очения,на участке АВ - в линейном режиме, научастке ВС - в режиме насыщения. Поэтомупри анализе режимов работы таких устройств составляется три схемы замещения. 5Увеличение питающего напряжения Ел 6 вызывает увеличение тока, протекающего через "токовые зеркала", выполненные натранзисторах 1,10 и 7,2, а также тока, протекающего через резисторы 12, 13, 14, 16,15, Причем сопротивление резистора 14 выбирается много меньше остальных сопротивлений (Й 14 Й 1 г, Й 1 з) устройства: Й 14 Й 12, Й 14 Й 1 З, Й 14 Й 1 б. Й 14Й 1 б При работе в первом режиме (фиг. 2) до включения транзисторов следует учитывать, что вначале общей ток 1 Общ протекает через резистор 5, переход база-эмиттер транзистора 7, резисторы 12, 16, 15, 14. При дальнейшем увеличении питающего напряжения все большая часть тока начинает протекать через резисторы 12, 13, переходы база - эмиттер транзисторов 7, 9, 10. Ток, протекающий через реэисторный делитель 16, 15, 14, создает на резисторах 14, 15 падение напряжения, которое еще больше открывает транзистор 11, При этом транзистор 11 оказывает шунтирующее влияние на резистор 13, Эквивалентное сопротивление Йэкв 1 НаХОДИтСЯ ИЗ СООТНОШЕНИЯ:Й 1 зЙкэ 11 Йэкв 1 ГДЕ Йкэ 11 - СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЕРЕХОДа КОЛЛЕК- тор-эмиттер транзистора 11,Транзисторы 2 и 8 образуют эквивалент р-п-р-п-структуры, обладающей положительной обратной связью по току, По мере повышения питающего напряжения Еп 6 увеличивается ток, протекающий через "токовые зеркала", резисторы 12, 13 и переход база - эмиттер транзистора 9. Это приводит к повышению падения напряжения на резисторе 12, В результате этого транзистор 8 еще больше открывается, увеличиваются его базовый и коллекторный ток, Потенциал коллектора транзистора 8 уменьшается, что вызывает еще больше открывание транзистора 2 р-п-р-типа.После включения устройства (фиг. 2) ток через резистор 12 практически не протекает, а затем ( по мере увеличения падения напряжения не резисторе 13) изменяет направление на противоположное, так как изменяется знак разности потенциалов на резисторе 12. Напряжение включения устройства находится из соотношения: Овкл = 30 бэ+ ОбэЙэка 1(2) ГдЕ Обэ - НаПряжЕНИЕ На ПЕрЕХОдЕ баЗаэмиттер транзистора, Ток включения, при котором устройство переходит в линейный режим работы (фиг. 2), определяется как3 Обэ812 вэкв 1 Р 12 Ф Йэкв 1 123 Обэ 812 ( Йкэ 11 + 813 ) 813Йкэ 11Й 12 813 + Йкэ 11 + 813 Йкэ 11,Дальнейшее повышение напряжения приводит к еще большему открыванию транзисторов 2 и 8, составляющих эквивалент р-и-р-и-структуры. При определенном питающем напряжении за счет действия положительной обратной связи по току транзисторы из линейного режима переходят в режим насыщения. Напряжение выключения устройства практически не зависит от резисторов 12, 13, так как при этом общий ток, в основном, протекает через коллекторные цепи транзисторов, образующих "токовые зеркала". Напряжение выключения определяется какОвыкп=ЗОбэ+ Окзн (4) где Окэн = 0,2 В - напряжение коллекторэмиттер транзистора в режиме насыщения.Ток выключения устройства находится из соотношения:выкл - где Р - коэффициент усиления транзистора по току;Обзн - НаПРЯжЕНИЕ На ПЕРЕХОДЕ база - эмиттер транзистора в режиме насыщения,При повышении температуры окружающей среды напряжение на переходе база - эмиттер транзисторов уменьшается по закону;Обз=Обэо ЕЬ Т, (б) ГдЕ Обэ, - НаПряжЕНИЕ На ПЕрЕХОдЕ баэаэмиттер транзистора при температуре Т, =- +20 С; е = 2,5-3,0 МВ/град - скорость температурного дрейфа напряжения на переходе база-эмиттер транзистора;ЛТ - приращение температуры, Поэтому при повышении температуры окружающей среды транзисторы открываются при меньшем питающем напряжении, а выходная вольт-амперная характеристика 5-типа устройства смещается вдоль оси напряжений Влево (фиг, За). С увеличением температуры возрастает ток, протекающий через резистор 14, в результате чего повышается падение напряжения на резисторе 14, вызванное повышением температуры, Это температурное приращение напряжения подается на базу транзистора 11, еще больше открывая его, В результате этого сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора 11 уменьшается, а, следовательно, уменьшается и эквивалентное со 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ПрОтИВЛЕНИЕ Бэкв 1, ОПрвдЕ 1 я МОЕ ИЗ СООТНО- шения (1), Повышение емп. Оа рь (экгэужа- ющеЙ среды и рилоди1 а(х(;: ( л рейфу козффициентоБ усигВГНя п( то".у тэаЗисторов М, и к дрейфу ВГ ря: л на псреходе коллектор-эми ггер ". ОКз тоанзисторов. Повышение температуры окаужаюцей среды приводит к ум 8 ньшению напряГкении и токов включения и выключения, Как следует из анализа соотношений (2), 31,4), (5), уменьшение (с повышением температуры) ЭКВИВаЛЕНтНОГО СОПРОТИВЛЕН 1 Л ГЬкв 1 ПОЭВО- ляет компенсировать дрейф напряжения и тока включения и тока Вык Очея (фиг, Зб),Таким образом, в г;ред,агаемом устройстве с вольт-амперной характеристи(ой Я- типа, по сравне иго с поо, ст 1 пом:,дается повьсить т 8 мператуэную стебЛьность напряжений и токов ВклОченя н эь,(лО-ения, во-первых, за счет использования "токовых отражателей" (в результате чего напряжения и тОки Включения и ВыклРче 1 я Р езачительной степени зависят от параметров транзисторов). во-Вторь х, за с Вт Введения цепи термокомпенсации на транзсторе 11 и трЕХ рЕЭИСтараХ 14, 15, 16. ;рОКС ТОГО, я ИЗВЕ- стных устройствах с Вольт-ампарной хаоакте- ристикОЙ Я-типа, ВыполенЭьх на Основе ТОКОВЫХ ОТРРЖВТЕЛЕ(1, ПРВКИЯЕСК( НЕЛЬЗЯ осуществлять регулрова е Впря.;О й и тОкОВ Включения и Вы(лООн", за счст лар" ации сопротивлений Внешних Спей, т,е, по суцестВу на их Основ 8 Гра( и;.с(1 1 Ользя выполнять электронно-управляем:, е устройСтва, Чта ОГраНИЧИВавт ОбЛВСтЬ ИХ Лр;КТИЧЕ- ского использования. Б 1 редлагаемом устройстве удалась не только уменьшить дрейф напряжения и тока Вкла ения и тока Выключения, но и за счет варна( сопротиьлений резисторов 12, 13, шунтируемых транзисторами 8, 11, можно В широких пределах изменять эти параметры ВАХ Я-типа, что значительно расширяет область практического использования устройства Эт 1,1,.з качества, а именно Высокая томпорст рВя стабильность в широко;. те 1 ГерЗт р;ом дапазоне И ВОЗМОЖНОСТЬ ЗМЕНЯ. . О. Э(Л."ТЕЛЬОГО дифференциального с(эп эотив,е;,ия позволяют использовать ГэедгО;:;е -, тройство как в импульсных, так:.: в аГ-,эговых устройствах (имитаторы .;-ду . .,:ест.:, для гашения параэитных колебан : в в -зопреобразователях, пороговые ст-;ства с ОеГулируемыми порОГЗм: с)Ооатыланил, отпускания и гистереэисом, В разнообраз- НЫХ ГЕНЕратОраХ И т д Пр-ЛГ=-"1-8 устОойство может ОьТь.:.с-ол.зовано в качества управляемой и: л, ГЭВ,:ссти для ГВШВНИЯ ПВРазТНЬХ ХОЛ ЭаН В ЙОЬЕМНЫХ1826125 6,и ы; пьезопреобразователях, используемых приакустико-эмиссионном методе контроляпрочности авиационных конструкций. Формула и зоб ретен ия 5 Устройство с вольт-амперной характеристикой Я-типа, содержащее первый и второй транзисторы р-п-р-типа, первый и второй транзисторы п-р-п-типа, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой 10 резисторы, при этом эмиттер первого транзистора р-и-р-типа является первой выходной шиной и через первый резистор соединен с шиной питания, а второй выходной шиной является первый выводчетвер того резистора, второй вывод которого подключен к первому выводу пятого резистора, коллектор и база второго транзистора и-р-и-типа соединены с первыми выводами соответственно второго и третье го резисторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения температурной стабильности, введены третий, четвертый и пятый транзисторы п-р-п-типа, причем коллектор первого и эмиттер второго транзисторов и-р-и-типа подключены к второму выводу третьего резистора, к базе третьего и эмиттеру пятого транзистора п-р-п-типа, эмиттер третьего транзистора и-р-и-типа соединен с базой и коллектором четвертого. и базой первого транзисторов п-р-п-типа, эмиттеры которых подключены к первому выводу пятого резистора, второй вывод которого соединен. с базой пятого транзистора и-р-и-типа и через шестой резистор - с базой второго и коллектором пятого транзисторов п-р-п-типа, с вторым выводом второго резистора и с коллектором первого транзистора р-и-р-типа. база которого подключена к коллектору второго транзистора и-р-и-типа и к базе и коллектору второго транзистора р-п-р-типа, эмиттер которого соединен с эмиттером первого транзистора р-п-р-типа,1826125 Фиг. 3 Составитель Л.СтепановаТех ред М.Моргентал Коррект ешеля едакт роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 2322 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 11303 б Москва Ж-Зб Рааскав наб. 4 Я