Аттенюатор тока

Союз Советскин Социалистически и Республик) 20,07,73 Гасударственный комитет Совета Министров СССР на делам изобретений н аткрытий(45) Дата оп я описания 27,10.7 кона Иностране Адель Абдель Азиз(72) Автор иаобретени 1 ед г ностранная фирмРКА КорпорейССША) 71) аявнтель 54) АТТЕН ОР ТО дей тва г,2 ан Изобретение относится к усилителям тока и может быть использовано при проектировании и изготовленчи интегральшх схем,Известен аттенюатор тока в интегральном исполнении, содержшций источник входного тока, входной транзистор в диодномвключении, подключенный параллельно переходу база-эмиттер выходного транзистора,при этом эмиттеры транзисторов соединеныс обшей шиной 111,В таком устройстве выходной ток, текущий в цепи коллектор-эмиттер выходноготранзистора,. пропорционален входному токув отношении, равном отношению эффективныхплощадей перехода база-эмиттер выходногои входного: транзисторов, что обуславливаетзанятие значительных эффективных площана монолитных интегральных схемах,Цель изобретения - упрощение устройспри интегральном исполнении,Для этого в аттенюаторе тока в интегральном исполнении, содержащем источниквходного тока, входной транзистор в диодном .включении, подключенный параллельнопереходу база-эмиттер выходного транзистора, при этом эмиттеры транзисторов соединены с общей шиной, между источникомвходного тока и базой входного транзисторавведен первый дополнительный транзистор вдиодном включении, эффективная плошадь перехода база-эмиттер которого в т раз больше, где тп - целое положительное число, эффективной площади перехода база-эмиттервходного транзистора, а между коллектором 1 О ввхйдиргр,н базой выходного транзистороввведен верой доФидительный транзистор,эЩЬктКная площадь которого равна эффективной площади перехода база-эмиттер первого дополнительного транзистора, при этом 15 коллектор второго дополнительного транзистора соединен с источником входного токачерез третий дополнительный транзистор вдиодном включении, эффективная плошадь перехода база-эмиттер которого равна эффекро тивной плошади перехода база-эмиттер входного транзистора.На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема аттенюатора тока;на фипринципиальная электрическая схема с тр 2 а зцстором в коллекторной цепи выходного травзисгорее на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема с последовательным включением и транзист эрои,. вместо каждого изтранзисторов и диодном включении.Лттенюатор токе в интегральном исполнении содержит исто Ник 1 входного тока,входной транзистор 2 в диодном включении,подключенный параллельно переходу безеэмиттер выходного транзистора 3, при этомэмиттеры транзи,торов 2 и 3 соединены собшей шиной, Между источником 1 входноготоке и базой входного трее 1 зистора 2 ВВеденпервый дополнительный транзистор 4 в диодном включении, эффективная плошадь перехода базе-эмиттер которого в 1 о раз больше эФфективной плошади перехода база-эмиттер входного транзистора 2. Между коллектором входного транзистора 2 и базой выходного транзистора 3 введен второй дополнительный транзистор 5, эффективная плоп 1 адв Окоторого раина эффективно 11 плошади керехо:де беза-эмиттер первого дополнительноготранзистора 4, при этом коллектор второгодополнительного транзистора 5 соединен систочником 1 входного токе через третийдополнительный транзистор 6 в диоднол 1 вкпении, эффективная плошадь переходе база=эмиттер которого равна эф 1 ект 1 вной плошади перехода база-.эмиттер входного транзистора 2.Лтгенюагор ;ск,л работает следуюпц 1 и -б.:г,азом,Б. эрой до 11 о,1 геть 1 ъ 1 й твакз 11 с ор;. управляет апрже. П 1 ем прикледываель 1 м к Неффрехоеу база-э.;и . Тер вь 1 ходпо"о то;:нз 11 стоп,"3, За счет действия транзисторов 2, 4 и 6в диодном вкл 1 оче 11 ии меекду напряжеки(11,1 ибазе-эмитев тоанзисторов 5 и 3 . и0 ) поддепживеется резность потекп 1 -алов, Зл Якие базовых токов на об 1 цие токи,ТЕКуШ 1(Е И .ЗЪП Ч 11 Х ОТВЕТВЛЕ 111 я.-: СХЕЛь 1,обычно пренебрежил(о мало, тек как коэффи"циекг усилеепя но токусхеме с общимэмиттэвом состав;.; - ,.:ших транзисторов обычно превы 111 ает 3,:1%Дляпроведения более подробного анализаработь 1 схемы, приведзекой .". фиг. 1, воспользуемся 1.Ои-.стным уравнением,Напряжение база-эмиттер Бтрапзистора яВляется логарифмической фуец(ц 11 иплотности тока в его переходе база-эмиттери выражается в следуЕоаем видеО = - 1 и - 1к к6-э (1)55где К - постоянная Больцмаке;Т - абсолютная температура;заряде3- коллекторный ток транзисторе;Э -:ок кас шекия транзистореДругое хорошо известное уравнение выражает зависимость между напряжениями база-емиттер первого и второго транзисторов, имеющих соответственно аналогичные диффузионные профили для одной и той же величины коллекторного тока Кгде эффективная плошадь перехода база-эмиттер первого транзистора в 1 Т раз больц 1 е пло 1 цади второгоо тракзис тор е, т.е.(2)к 1"ц: -- О щб-эб-э 1)Из этого уравнения может бь 1 ть выведеназависимость между величиной . различныхНтранзисторов, Если транзисторы имеют аналогичную геометрию структуры и имеют од-"ну и ту же температуру, их величины,1равпЫ,В предложеепюм агтен 1 оаторе тока транзисторы 4 и 5 имеют аналогичную геометрию. Предполагается также еналогичностьмежду собой геометрии транзисторов 2, 3и 6, Эффективная плошадь перехода базаэмиттер каждОГО из транзисторов 4 и 5 преДполагается в П 1 раз больше эффективной площади перода база-эмиттер каждого из тран.зисторов 2, 3 и 6,ТОК ПОСТУпа 1 ОШий От ИСТОЧЕПКа ВХОДНОГО тоьа Д, це 1 г(тсп на состдвляюшу 1 О Д те:дую через последовательно соединенные .оллектор-эмиттерные цепи транзисторов 2 И 4 в диодном вк 1 почении, и составляюшуютекущую через последовательно соедипецные. Котиекгор-эл(иттеркые це 1 п: транзистора 6 в диодном в 1(л 1 О.1 ейии, Так как эффжтивная плошадь перехода база-эмиттер транзистора 5 в 1 г раз больше плошади перехода база-эл(иттер транзистора 2, то,"=.3Это следует из того, что кз:-зе параллельно го соединения переходов база-эл:иттер тран- эисторОВ 2 и 5 напряжениЯ на них долл(кь 1 быть ревнымитаким,образом вызывая раВенство плотностей тока в их переходах база=эмиттер.Согласно урав 11 ению (1) непряжение база-эмиттер для транзистора 2 может быть записано следу 1 ошим образом.5: - 1 и" (418-э с ,")Токтакже течет через транзистор 4 в диодном включении, вызывая падение непря жения базе-эмиттер. ОЩИсходя из уравнения Л)ц =1) -- 0 п щ (5)к 1Ьэ 1 Бэ 2 Ч, 578024(7) Анализируя эквивалептные схемы предлагаемого и известного аттенюаторов тока, построенных на транзисторах со стандартной Напряжение база-змиттер транзистора 6 выражается следующим образом:13 = - 1 ц --кТ(6)6- эс( 7Из-за аналогичности геометрии транзисторов 2 ибННьПодставляя урввнеепея (Э) и (7) в уравнение (6), получимТ Зе кЧЕ.1 = - 1 И - + - 1 ЕЕ Ю (8)Л,Напряжение база-эмиттер транзистора 3 Ц определяется регулирующим действием6-азтрайэисторов 2, 4 и 6 в диодном включении и выражается через напряжения бвэа-змиттер этих таапзисторов, определяемых по уравеееепеям (4), (5) и (8)ИТ 2П =1 Х -- Рц 1 и (9)ба бэ е)Иэ уравнения 2 следует, что коллекторный ток Э транзистора 3 должен бытьВЬ 1 хравен коллекторному току транзистора, имеющего напряжение баэв-змиттер П 6 такое6-э же, как у транзистора 2 но имеюецего зффективегую плошадь перехода база-змиттер в еи рвз меееьцеую, чем у транзистора 2. Таг. ким образом, плотность тока в переходе баэв-эмиттер транзистора 3 составляет только 1 /еее часть плотности тока в переходе2база=эмиттер транзистора 2, ПоэтомуЯ 1 х Я (10) Так квк токисточника 1 входного тока равен сумме составляющих 3 и 3, то31 Э Э 2 (11) Подставляя уравнение (3) в уравнение (11) и произведя перестановку членов полученного уравнения, получим",(:Э-етеЗ = (12)п 1Заменяя 3 из уравнения (12) в уравненив (10)получим3ВЫх. ,2(д+ е) (13)Транзисторы 4 и 5 могут быть составлены из йе параллельно включенных транзисторов, имеющих геометрепо, аналогичную ге ометриц тр:. зисторов 2, 3 и 6, есло л представляет собой положительное целое число. Транзисторы 2, 3 и 6 могут быть составлены ичтле параллельно соединенных транзисторов, имеющих геометриеоаналогичнуео Геометрии транзисторов 4 и 5, если щ пред- ставляет собой единицу, деленную на целоеположительное число. геометрией, можно сравнивать плопеади в интвгральееых схемах, необходимые дпя размепееция различных усилителей, имеюпеих заданный коэффициент усилекия по току 3 /Д,ВЬИз сопоставительного вцвлиэд следует, чтодля получения леалых токов 1 по срввце Вых.епею с тОкОм ( источника входцОГО токапредлагаемый аттеиеоатор тока требует значительно меньшей площади по срввцецпю с10 и гестнычНв фиг. 2 показано, как транзистор 7 л 1 ожет быть соединен для работы в качествеусилителя с обшей базой коллекторцого тока транзистора 2 для получения тока в ,1ВЬх.15 Коэффициент усиления по току усилителя собшей базой ранец практпчоскп еппцпце. Напряжецие сдвига бвэа-зльчттер ерапэпстора 7слеешает коллектор трацзпсторв 3 так,его е 1 апряжеепее коллектор-змпттер ОГапоцит 20 ся равееьем практически папряжееппо ОО заналогичному напряжению трвееэпсторо 2,4, 5 и 6, Благодаря этому работа реальнойсхемы приближается к теоретически предсквэываемой выше работе так как сп,цо улеецьЕ25 швются пеэнвчцтельцьее изменения е козф 1 цециенте усиления по току среди трапэстопоп,вызываемые раэлцчиеле в ееапряехепцях коллектоп-змиттер.На фиг, 3 показан аттецюат Ор тока, вЗО, котором вместо трацэистэра 4 вдиоИолевключении используется ц последовательно соединейньех транзисторов 1-1 - 4- 1 е вдиодцом включении, каждый из которых имеет эффективную плошадь перехода база-змц35 тер, аналогичную плошали перехода бвэвэмиттер транзистора 5. Кроме того, вместотранзистора 6 в диодном включешш псполь -зуется и последовательно соедцнеепеых транзисторов 6-1 - 6 - и в диодном включе 4 нии, каждый из которых илееет одиееаковуюэффективную плошадь перехода база-змиттер,состввляюшую 1/и часть 1 акой же площади транзистора 5,Схема приведенная яь фиг. 3, может45 быть применена в аттенюаторах тока, имеющих коэффициент усиления по току большчйедиееицы за счет аналогичной геометрии транэистороь 8, 5 и 4-1 - 4- и и выбора транзисторов с эффективными площадями бвэа 50 эмиттер в ее раз больше, чем у транзисторов 2 и 6-1 - 6-И, Теоретически такойаттенюатор тока имеет коэффициент усиления ых щйп.1 (1 4)Ьх Еи ф ЕОднако экономия места при использовании предлагаемого аттенюатора тока по срвг,".- иик с обычными аттенюаторами тока по:п ется менее ощутимой в случае козффицц"та усиления по току, большего 1, чем в слуае коэффициента усиления. меньшего 1, Кроме7того, ва 1 яние базовых токов при этом не яв-ляется пренебрежимо малым.Формула изобретенияАттещоатор тока в интегральном исполне нии, содержащий источник входного тока, вход ной транзистор в диодном вкаочении, подкао ченный параллельно переходу база-эмиттер выходного транзисторе, при етом емиттеры 1 О транзисторов соединены с общей шиной, ол и ч и ю щ и Й с я тему чтоу с далью уп рощения уетройств 6 при интегральном йспол 1 ненни, Между встоЪником входного тока и базой входного транзистора введен первый 15 дополнительный транзистор в диодном вклзрчении эффективная площадь перехода база.1емиттер когороч в РИ рав.больше, где И- ч целое положительное число, эффективной площади перехода база-эмиттер входного транэиотора а между коллектором входного и базойвыходного транзисторов введен второй дополнительный транзистор, эффективная площадь которого равна эффективной площади перехода база-эмитвр первого дополнительного транзистора, при этсв коллектор второго дополнительного транзистора соединен с источником входного тока через третий дополнительный транзистор в диодном включении, эффективная плошадь перехода база-эмиттвр которого Ранна эффективной площади переходабаза-эмиттер входного транзистора.Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе 11, Патент СШАМ 3392342, кл,330-2 Я,1968,/5 лнал ППГ фПатент, г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 10осударственногопо делам изо3035, Москва, Ж-,З Подписное ета Совета Минис ий и открытий ушская наб д,