Способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей

Согоз Советских Социалистических Республик/60 тггсоеди 1 пнем заявкг Государстаеииык комите СССР оо делам изобретеиий и открытий.333.3пия 20 О 81(088,8) иковано 07.10.80. Бю Дата опубликования опи(71) Заявител нодарскии завод электроизмерительиых приборо(54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ОСТАТОЧ НЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРНЫХ КЛЮЧЕЙ В ЗАМКНУТОМ СОСТОЯНИИИзобретение относится к способам компенсации остаточных параметров транзисторных ключей в измерительной технике и может быть использовано в точных цифровых измерителях сопротивления, аналого цифровых и цифро-аналоговых преобразователях.Известные способы компенсации и уменьшения остаточных параметров транзисторных ключей в замкнутом их состоя- г 0 нии 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 трап С зисторов по основным параметрам и температурному коэффициенту, что является не- технологичным и трудоемким процессом, и во-вторых, при компенсации уменьшение одних параметров ведет к увеличению дру гих. Кроме того, реализующие данный способ устройства, а также схемы их управления являются сложными.Искусственный способ компенсации остаточных параметров транзисторных клю чеи заключается во введении в кмую цепь последовательно с траключом компенсирующего напрямощью делителя напряженияостаточным напряжением. Этотже, как и естественный, имеетгреш ности,Целью изобретения является осуществление полной компенсации и получение остаточных параметров требуемой величины и знака, а также уменьшение их температурного коэффициента.Достигается это тем, что прп управлении транзисторных ключей в замкнутом состоянии, заключающемся в улравлении до 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, пояспяющпх способ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей (а, б - схемы ключей на транзисторах р - п - р проводимости; в, г - схемы ключей на транзисторах и - р - д проводимости); на фиг. 2 показана эквивалентная схема транзисторных ключей обеих проводимостей р - и - р и п - р - и; на фиг. 3 и 4 показаны экспериментально снятые зависимости 1, =1(1 б), =-сопй ключей па кремниевых транзисторах и - р - п проводимости и р - л - р проводимости соответственно; на фиг. 5 показаны экспериментально снЯтые зависимости =1(Уб) 1 э=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 3 нагрузки, 4 - электрод транзистора, относительно которого производится управление, б - база транзистора, б - базовый резистор, 7 - точка подсоединения резистора 3 нагрузки к источнику питания, 8 - точка подсоединения базового резистора б к источнику управления, 9 - собственное остаточное напряжение 1 10 - падение напряжения 1 б соответственно на объемном сопротивлении эмиттера г, - 1 б(э) или коллектора г, - 1 б(к), 11 - остаточное сопротивление перехода эмиттер-коллектор г;, 12 - напряжение , соответствующее падению сопротивления на остаточном сопротивлении г; от протекания тока нагрузки /, И - напряжение Л 1 б, соответствуощее изменению падения напряжения на объемном сопротивлении эмиттера г, - Иб (э) или коллектора Жб(к), при изменении тока управления 1 б; 14 - эквивалентное остаточное напряжение 1, 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, (с 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 жснис 4 для схемы включения с общимэ. иттером 1., (э) =1. (э)+1, (э) - 1(1)51где 1 б(э) = - с,и и р, - тепловой посциал транзистора;я, - коэффициент передачи гока эмит- О т;ра транзистора;=гА и 1 б(э)1 б где Уб - ток управления базы.15 Соответственно для схемы включения с общим коллектором имеем 1 э(к) 1 0(к) +1 б(к) 1 (2) 20 где 1,(к) -- ср,(1 - г,.) и с,. - коэффициент псредачи тока эмиттера,1 с(к) =б1,-(э) = , 1) +11(3) 45соответственно 1,(к) =,(1 - сс, )- :, - 1 (4) и эквивалентные остаточные напряжения 50 14 1(э) и 1 оэ (к) равны нулю, Здесь и далее индексомобозначены эквивалентные остаточные напряжения при значениях, близких к нулю.Из соотношений (3) и (4) следует, что 55 при дальнейшем изменении тока управленияв сторону увеличения или уменьшения, т. е./б -б +Мб изменяется падение напряжения на объемном сопротивлении эмиттера или коллектора 10 на величину601 б(э) = (1 бЛб) гэ (5) 1 б(к) = (1 б+ЬУб)г.(6) 25 Соотношения (1) и (2) показывают, чтозначсния 1 (э) и 1 (к) зависят от величины 1 б(э) или 1 б(к), 1 б(э) пли 1 б (к) и 1 а.При заданном токе нагрузки 1, изменяя ток управления Уб, можно получить различные значения напряжения 14 1(э) и 1 э(к).Зависимости эквивалентного остаточногонапряжения 14 1=1%),1 =сопз 1, полученные экспериментально на кремниевых транзисторных ключах типа п - р - и и р - 35 п - р с включением по схеме с общим коллектором, приведены на фиг. 3 и 4. Например, при равенстве падения напряжения 1 О 1 б сумме напряжений собственного остаточного напряжения 9 и падения напря пряжения 12, т. е.При увеличении напряжения 10 относительно 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 1 1Л 1 оэ (э) = б(э) - 1 б(э) 9 " и 1 1 н ( ) 10а алоэ (э)г;э (э) =1 н(10) При изменении тока управления 1, навеличину +Л 1 б, учитывая соотношения (5)и (6), получим30 гоэ (э) =: , (11) +1 (э) оэ - 1(12) З 5 Соотношения (11) и (12) показывают, что можно получить при заданном токе нагрузки 1 н эквивалентное остаточное сопротивление различного значения как по абсолютной величине, так и по знаку.При компенсации остаточных параметров транзисторных ключей по данному способу существенно уменьшается их темпе ратурный коэффициент а 1, что подтверждается соотношением, полученным при дифференцировании соотношений (1) и (2) по температуре 50т д 1(э), д 1 б(э) д 1 н (13)дТ дТ дТ д 1(к) дУб(к) дУн 1 ОЭ(к) --- д Т + - д Т -Т (14) 55(8)15Если ток нагрузки постоянный 1 н = сопз 1, то можно получить эквивалентное остаточное сопротивление близким к нулевому значению20 Из соотношения (13) и (14) следует, чтод 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 н нагрузки не менее, чем иа порядок.Формула изобретенияСпособ компенсации остаточных параметров транзисторных ключей в замкнутом состоянии, заключающийся в управлении по базовым переходам транзистора, отл и. ч а ю щ и й с я 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 мА 10 10 мк АСоставитель П. Винокуровехред А. Камышникова Корректор И. Осиновска Редактор Е. Гаказ 1760/134 Изд.125 Тираж 999 Подписное ПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5