KR880002637B1 - 트랜지스터 보호회로 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따른 보호회로를 합체한 회로망을 포함하는 텔레비젼 수상기의 일부분을 도시한 개요도.
제2도 내지 제5도는 본 발명에 따른 보호회로와 보호될 회로의 실시예를 도시한 회로도.
제6도는 제2도 내지 제5도에 도시된 회로들의 작동을 이해하는데 도움이 되는 도면.
본 발명은 고전압 과도에 의하여 발생된 전기적 과부하에 의하여 반도체 접합소자가 손상받는 것을 방지하기 위한 회로에 관한 것이다.
트랜지스터와 같은 반도체 접합소자를 손상시킬 수 있는 고전압 과도는 여러가지 경우에 생길 수 있다.
예를 들어 영상 재생 키네스코프를 포함하는 텔레비젼수상기에 있어서, 이러한 과도는 고전압 키네스코프가 아크될때 생길 수 있다. 이러한 과도는 트랜지스터들의 역방향 항복전압을 초과하거나 지나치게 높은 역방향 접합전류가 흐르게 되므로써 수상기의 신호처리 회로들내에 포함된 트랜지스터들을 손상시키거나 파괴하는데 충분한 진폭, 극성 및 지속기간일 수 있다. 이러한 효과는 통상적으로 트랜지스터가 접속되는 회로점들 즉 단자들에서 고전압 과도가 유도될때 관찰되며 감도가 좋은 1개 또는 그 이상의 집적회로들을 포함하는 시스템 즉 낮은 레벨신호를 처리하는 트랜지스터회로에 있어서는 특히 귀찮은 것이다. 바이폴라 트랜지스터의 경우에 있어서, 과도한 역방향 베이스-에미터 접합부 전류는 트랜지스터를 파괴할 수 있으며 트랜지스터의 전류이득 특성을 영구적으로 감쇄시킨다.
고전압 과도의 효과를 억제하는 여러가지 보호장치가 사용될 수 있다.
적당히 극화된 반도체 다이오드들은 감도가 좋은 보호될 트랜지스터 회로들로 부터 과도를 멀리 바이패스시키기 위하여 회로점들에 사용될 수 있다. 비표준방법 또는 비표준 구성으로 제조된 다이오드들이 이러한 목적에 필요할 수 있다. 이러한 요구조건을 갖춘 다이오드들은 가끔 바람직하지 않는 경우가 있는데 특히 집적회로의 관계에 있어서, 이러한 요구조건은 집적회로의 제조공정을 복잡하게 하기 때문이다. 이러한 경우에 있어서도. 다이오드들은 파괴되지 않고 과도에 따른 전기적 과부하를 견디는 충분한 전력소비 능력을 갖도록 고려되어야 하며 이러한 다이오드들은 다이오드 그 자체 또는 연관된 임계전압을 결정하는 바이어스 회로망들과 함께 보호될 신호회로들의 필요한 응답특성들 또는 고주파수 응답특성을 손상시키지 않도록 고려되어야 한다.
특히 고전압 과도를 억제하도록 설계된 저항 또는 임피던스 장치도 사용될 수 있다. 그러나 이러한 장치들은 가격이 너무 비싸거나 회로를 설계할때 실시할 수 없으며 이들이 사용되는 신호처리 회로들의 임피던스 특성 및 고주파수 응답을 손상시킬 수 있다.
능동 트랜지스터 보호회로는 고전압 과도가 나타나는 회로점 및 보호될 회로에 접속된 감지 임피던스와 결합하여 사용되어 왔다. 이러한 장치에 있어서, 보호 트랜지스터가 감지 임피던스 양단에서 발생된 임계전도 전압에 응답하여 구동될때 보호 트랜지스터는 전이유도된 전류를 보호될 회로로 부터 멀리 전환시킨다. 감지 임피던스가 임피던스를 변화시키며 그렇지 않으면 보호된 신호 처리회로에 연관되기 때문에 신호 처리 회로를 보호하는데 이러한 장치가 사용되는 것은 바람직하지 않으며 또한 이러한 장치는 단자에서 나타날 수 있는 어떠한 기생 캐패시턴스와 함께 저역통과 필터를 형성하므로써 단자에서 정상적으로 나타나는 고주파수 신호를 감쇄시킬 수 있다.
본 발명에 따라 배열된 과도 보호회로는 상기 언급된 바와 같은 결점이 없으며 특히 보호될 회로를 포함하는 집적회로로 제조하는데 적합하다. 여기서 설명된 보호회로는 최소한의 부품들을 필요로하며 보호된 회로의 고주파수 응답 또는 임피던스 특성에 역으로 악영향을 미치지 않는다.
본 발명에 따른 장치는 스퓨리어스 고전압 과도에 기인하는 전기적 과부하 손상으로 부터 반도체 소자를 보호한다. 반도체 소자는 과도가 나타나는 회로점에 접속된, 그리고 과도가 주어지 레벨을 초과할때 전기적 과부하에 의하여 손상을 받을 수 있는 1개의 반도체 접합부를 포함한다. 보호장치는 1개의 보호 트랜지스터를 포함하며 이 보호 트랜지스터는 작동전위에 접속된 콜렉터 전극, 베이스전극 및 회로점에 접속된 에이터 전극을 갖는다. 기준 바이어스 전압은 베이스 전극의 바이어스가 반도체 장치의 바이어스 및 회로점에서의 바이어스에 무관하게 결정되는 이러한 방법으로 베이스 전극에 인가된다. 기준전압은 보호 트랜지스터를 정상적으로 비도전상태로 만들기 위해 과도가 없을때 보호 트런지스터의 콜렉터와 베이스 접합부를 역방향 바이어스시키며 보호 트랜지스터의 에미터와 베이스 접합부를 역방향 바이어스시킨다. 기준 바이어스 전압의 레벨은 과도 전류가 반도체 소자로 부터 멀리 전환되도록 보호 트랜지스터의 콜렉터-에미터 통로를 도전상태로 하기 위하여 과도가 주어진 레벨밑의 임계 레벨을 초과하는 것에 응답하여 보호 트런지스터의 베이스-에미터 접합부를 순방향으로 바이어스한다.
본 발명의 톡징에 따라, 보호 트랜지스터의 에미터는 회로점과 반도체 장치 사이에 오프셋 전압이 없는 반도체 소자에 접속된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 보호된 반도체 소자는 과도한 역방향 입력 접합부 도전전류에 대하여 보호된 보호 트랜지스터와 유사한 바이플라 트랜지스터를 포함한다.
이하 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도에 있어서, 영도신호원(10)으로 부터의 명도신호들과 색도신호원(12)으로 부터의 색도신호들은 칼라 텔레비젼 수상기내에 포함된 명도 및 색도 신호처리기(15)의 분리된 입력신호 단자들 Ti에 공급된다. 처리기(15)(예를 들어 집적회로)는 공지된 바와같은 입력 명도신호 및 색도신호에 응답하여 R, B, B칼라 영상신호들을 발생시킨다. 칼라 신호들은 비데오출력단(도시되지 않음)을 통하여 칼라 키네스코프(18)의 분리된 강도 제어 캐소드 전극들에 공급된다. 작동 전압 공급원(19)은 키네스코프(18)에 다수의 작동 전압들을 인가한다. 이들 전압들은 키네스로프(18)의 애노드전극을 바이어스 하기 위한 25,000볼트 정도의 고전압과 키네스코프(18)의 다른 전극들을 바이어스 하기 위한 몇백볼트 정도의 전압을 포함한다.
처리기(15)는 입력단자들 Ti에 접속된 입력회로들을 포함하며 이들 입력회로는 처리기(15)의 단자들 상에 고전압이 발생할때 손상되거나 파괴될 수 있다. 칼라 텔레비젼 수상기에 있어서 이러한 고전압이 발생하는 주된 원인은 키네스로프의 아크에 의하여 발생된 과도이다. 키네스로프 아크는 예를 들어 수상기가 작동되고 있을때 고전압 애노드 전극과 수상기 샤시 사이에서 발생할 수 있다. 또한 키네스코프 아크는 수상기가 정상적으로 작동하고 있을때 키네스코프의 애노드 전극과 한개 또는 그 이상의 키네스코프 전극들 사이에서 불규칙적으로 발생할 수 있다. 어떠한 경우에 있어서도, 키네스코프 아크는 고전압 과도를 유발하며 고전압 과도는 회로단자에서 백볼트 이상의 정극성 및 부극성 피크전압으로 자연적으로 진동하며 1 내지 수 마이크로초의 지속기간을 갖는다.
고전압 과도에 기인한 손상으로 부터 처리기(15) (제1도)내의 회로들을 보호하기 위한 회로가 제2도에 도시되어 있다.
제2도는 NPN 소신호 증폭기 트랜지스터(22)와 이와 연관된 베이스 바이어스 저항(24)을 포함하는 신호 처리회로(20)를 도시한 것이다. 증폭될 입력신호는 단자 Ti를 통하여 트랜지스터(22)의 베이스 전극에 인가된다. 트랜지스터(22)의 콜렉터 출력에서 증폭된 신호들이 나타나며 차례로 다음의 신호 전달단(도시되지 않음)에 인가된다.
또한 제2도의 장치는 보호회로(25)를 포함하며 이 보호회로(25)는 단자 Ti에 직접 접속된 에미터 전극, 바이어스 기준전압(예를 들어 접지전위)에 접속된 베이스 전극 및 정극성 작동 공급전압 +Vcc에 접속된 콜렉터 전극을 갖는 NPN 트랜지스터(28)를 포함한다. 이러한 예에 있어서 트랜지스터 (28)는 트랜지스터(22)와 유사한 것이다. 트랜지스터(28)의 콜렉터 회로 내에 있는 저항(29)은 트랜지스터(28)의 분포된 콜렉터 영역 저항을 나타낸 것이다. 트랜지스터(28)는 정상적으로 비도전상태이며 이 실시예에 있어서는 신호 처리장치로 작동하지 않으며 신호 처리통로에 포함되지 않는다. 회로(20)과(25)는 일반적으로 한개의 집적회로로 쉽게 제조될 수 있으며 이 경우에 있어서 단자 Ti는 집적회로의 외부접속단자에 해당한다.
제2도는 설명하기 전에 제6도를 설명한다.
제6도는 제2도의 트랜지스터(22)와 (28)대신에 사용될 수 있는 반도체 트랜지스터 장치의 횡단면도이다. 이 장치는 P형 반도체 재질로 형성된 접지된 기판, 기판위에 분포된 N형 재질을 포함하는 콜렉터영역, 콜렉터 N형 재질내로 확산된 P형 재질을 포함하는 베이스 영역 및 베이스 영역내로 확산된 N+형 재질을 포함하는 에미터 영역을 포함한다. 외부 접촉단자들이 베이스, 에미터 및 콜렉터 영역들과 제각기 연관되어 있다. 절연층이 반도체 재질위에 덮여진다. 저항 Vc는 콜렉터 영역과 연관된 분포된 반도체 저항을 나타낸 것이다.
제2도와 제6도는 함께 고찰하면, 신호 트랜지스터(22)는 큰 진폭이 나타날때 손상받거나 파괴될 수 있으며 부극성 과도전압이 키네스코프 아크에 의하여 입력단자 Ti에 유도될 수 있다는 것을 알 수 있다. 트랜지스터(22)의 역방향 에미터-베이스 항복 전압을 초과하는 이러한 부극성 과도(가끔 100볼트 이상의 피크-피크 진폭)는 짧은 기간의 관도한 접합부 전력 소비를 유발하여 트랜지스터(22)의 에미터-베이스 접합부를 파괴시킨다. 특히 트랜지스터(22)는 대략 7볼트의 역방향 에미터-베이스 항복전압을 초과하는 과도의 양에 비례하는 큰 부극성 과도에 응답하여 에미터에서 베이스 방향인 역방향으로 크게 도전한다. 제 6도는 참조하면, 이러한 예에 있어서 에미터-베이스 접합부의 영역"d"에서는 큰 밀도의 에미터와 베이스간 역방향 전류가 도전되어 이 영역이 가열되므로 보호장치가 없다면 이점에서의 접합부는 열적으로 과괴된다. 작은 영역을 갖는 집적회로 저항들은 큰 과도에 의하여 유도된 전류들에 의하여 발생할 수 있는 많은 양의 열 에너지를 빨리 방출할 수 없기 때문에 트랜지스터(22)와 저항(24)이 동일한 집적회로 내에 형성될때 베이스 바이어스 저항(24)은 파괴될 수 있다.
큰 부극성 과도에 의하 신호 트랜지스터(22)의 파괴는 보호 트랜지스터(28)에 의하여 방지된다. 트랜지스터(28)의 주전류 도전통로(콜렉터-에미터 통로)는 정극성 DC 공급 전위원 +Vcc와 입력단자 Ti사이에 다른 소자를 사용하지 않고 직접 접속된다(저항(29)이 제 6도의 저항 Vc로 도시된 분포된 콜렉터 영역저항을 나타낸다는 것을 상기). 선정된 진폭의 기준전압은 트랜지스터(28)의 필요한 임계 도전 레벨을 설정하도록 트랜지스터(28)의 콜렉터-베이스 접합부를 역방향으로 바이어스시키며 보호 트랜지스터(28)의 베이스 전극을 바이어스한다.
예를 들어 트랜지스터(28)에 인가된 바이어스 기준전압이 접지전위(0전위)에 해당할때, 트랜지스터(28)는 트랜지스터(28)의 에미터 전압이 바이어스 기준전압과 트랜지스터(28)의 베이스-에미터 접합부 오프젯 전압(대략 0.7볼트)을 더한 합보다 작거나 같을때 도전한다. 따라서, 단자 Ti에서 나타나며 -0.7볼트를 초과하는 진폭을 갖는 부극성 과도전압은 트랜지스터(28)를 도전시킨다. 트랜지스터(28)가 도전할때 트랜지스터(28)는 과도와 연관된 전류를 신호 트랜지스터(22)로 부터 멀리 전환시키기 위한 전류통로를 제공한다. 이 전류통로내의 전류는 작동 전위원 +Vcc로 부터 트랜지스터 (28)의 콜렉터-에미터 통로 및 단자 Ti를 통하여 과도 전압원으로 흐른다. 작동 전압공급원으로 부터의 전류를 도전시키는 이러한 방법은 이 방법이 공통 기판 재질을 통하여 집적회로의 다른 영역들내에 발생할 수도 있는 갑작스런 과도효과를 최소화하므로 집적회로로 실시될때 매우 유익하다.
이 실시예에 있어서, 트랜지스터(28)는 신호 트랜지스터(22)가 신호 트런지스터(22)의 에미터-베이스 접합부의 역방향 항복전압(대략 7볼트)으로 되기전에 도전되도록 바이어스된다. 신호 트랜지스터(22)가 역방향 항복전압으로 될때 까지 신호 트랜지스터(22)에는 역방향 에미터-베이스 전류가 흐르지 않으므로 신호 트랜지스터(22)는 보호 트랜지스터(28)가 도전될때 과도에 의하여 유도된 전류를 도전시키지 않는다. 보호 트런지스터(28)가 도전할때 단자 Ti에서의 전압 즉 신호 트랜지스터(22)의 베이스 전압은 트랜지스터(28)의 에미터-베이스 접합부 오프셋 전압보다 작으며 트랜지스터(28)의 베이스 바이어스 기준전압의 진폭과 같은 전압 레벨로 고정된다. 트랜지스터(28)에 인가된 바이어스 기준 전압 레벨은 역방향 손상 전류 레벨이 신호 트런지스터(22)내에 나타나기 전에 보호 트랜지스터를 작동시키면서 특정 시스템의 요구사항들을 충족시키도록 만들어질 수 있다.
제 2도의 보호회로는 몇개의 장점을 갖고 있다.
보호회로는 한개의 트랜지스터만이 필요하므로 최소한의 소자를 포함한다. 이 트랜지스터는 큰 장치이거나 고전력 장치일 필요가 없으며 소신호 트랜지스터(22)와 같은 형태일 수 있다. 그러므로 보호회로는 제한된 이용영역을 갖는 집적회로로 유익하게 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 보호 트런지스터(28)는 포화상태 및 비포화상태에서 도전할때 고전압 과도에 응답하여 자체 제한된 과도전류를 도전시킨다는 것을 주지해야 한다. 이렇게 제한된 과도 전류 도전은 트랜지스터(28)의 분포된 콜럭터 저항(제 6도의 저항 Vc)에 기인한 것이며 종래의 베이스-에미터 영역 구성으로 된 보호 트랜지스터를 사용할 수 있게 한다. 그러나 필요하다면 된리된 전류제한 콜렉터 저항이 사용될 수 있다.
또한, 보호 트랜지스터(28)의 임계 도전 레벨을 결정하는 베이스 바이어스 기준전압은 보호된 회로로 부터 떨어진 보호회로에 인가되며 본 실시예에 있어서는 보호 트랜지스터(28)의 임계도전 레벨은 보호된 트랜지스터(22)의 (베이스)바이어스로 부터 따로 결정될 수 있다. 그러므로 보호 트런지스터(28)의 임계 기준전압의 레벨온 보호될 회로의 바이어스 요구조건에 무관하게 결정될 수 있다.
또한 보호회로(25)는 신호회로(20)의 고주파수(입력)응답특성을 변화시키지 않으며 신호를 처리하기 위한 신호회로의 입력 임퍼던스를 변화시키지도 않는다. 보호회로(25)는 보호회로(28)가 도전상태가 아닌 정상 상태하에서 단자 Ti와 보호된 회로에 필요한 높은 임피던스가 나타나도록 배치된다. 이 임피던스는 트랜지스터(28)의 역방향으로 바아어스된 베이스-에미터 접합부와 연관된 임피던스를 포함하며 이 연관된 임피던스는 트랜지스터(28)의 매우 작은 기생 에미터 캐패시턴스(즉 매우 큰 기생 콜렉터 캐패시턴스와 비교할때)를 포함한다. 보호회로는 단자 Ti와 회로(20) 사이에 추가적인 임피던스를 제공하지 않는다. 그러므로 설명된 보호회로는 회로(20)의 입력과 연관된 임퍼던스를 변경시키는 임피던스를 제공하지 않으며 단자 Ti와 연관될 수 있는(통상적으로 연관된다)기생 캐패시턴스와 함께 저역 통과 여파기를 형성할 수 있는 임피던스도 제공하지 않는다.
제2도에 도시된 장치와 작동 및 특징에 대한 고찰은 제3,4도 및 5도에 도시된 다른 실시예들에도 실제로 적용된다.
제3도는 신호 처리 회로망(30)에 포함된 PNP신호 증폭기 트랜지스터(32)와 보호회로(35)에 포함된 PNP 보호 트랜지스터(38)의 실시를 도시한 회로도이다. 이 장치는 역방향 도전항복을 유발할 수 있는 진폭을 갖는 큰 정극성 과도전압이 단자 Ti에 나타날때 역방향 에미터-베이스 접합부 항복에 의하여 PNP 신호 트랜지스터(32)가 손상을 받지 않도록 작동한다.
제4도는 NPN 신호 트랜지스터(42)를 포함하는 신호 처리 회로망(40)을 도시한 것이며 트랜지스터(42)는 정극성 및 부극성 고전압 과도에 의하여서도 손상되지 않는다. 이러한 목적상, 제 4도의 장치는 신호 트랜지스터(42)가 큰 부극성 과도 전압 때문에 손상받는 것을 방지하기 위한 NPN 보호 트랜지스터(46)를 포함하는 제 1보호회로(45)와 큰 부극성 과도전압 때문에 신호 트랜지스터(42)가 손상받는 것을 방지하기 위한 PNP 보호 트랜지스터(49)를 포함하는 제2보호회로(48)를 포함한다. 보호회로(45)와 (48)는 제 2도 및 제3도의 보호회로(25)와 (35)에 제각기 대응한다.
제5도는 전위차계(59) (예를 들어 조정할 수 있는 이득제어 전위차계)의 와이퍼가 신호 처리회로(50)내의 NPN 트랜지스터(52)의 이득을 제어하기 위한 단자 Ti에 접속되는 장치를 도시한 것이다. 이러한 장치에 있어서, 전위차계 와이퍼 전압은 전위차계에 인가된 작동전압의 전체범위 또는 0볼트(접지전위)와 +12볼트 사이에 걸쳐서 실제로 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 제어장치 또는 등가적인 장치는 가끔 텔레비젼 수상기의 신호처리 회로들과 연관된다.
이 실시예에 있어서, NPN 트랜지스터(56)과 (57)를 포함하는 보호회로(55)는 회로(50) 및 단자 Ti와 연관된다. 트랜지스터(56), (57)의 베이스-에미터 접합부는 0볼트(접지전위)의 바이어스 기준전위 및 단자 Ti사이에 직렬로 접속된다. 트랜지스터(56), (57)의 콜렉터는 서로 접속되어 작동 공급전압 +Vcc에 접속된다. 보호회로(55)는 전위차계(59)로 부터의 필요한 범위의 제어전압(0볼트에서 +12볼트)이 보호회로에 의하여 방해받지 않고 단자 Ti에 제공되도록 한다. 이 경우에 있어서. 각 트랜지스터(56), (57)가 대략 7볼트의 역방향 에미터-베이스 항복전압을 가지므로 장치 (56)과 (57)가 결합에 대한 결합된 역방향 항복전압은 대략 14볼트이다. 그러므로 정상 작동상태(즉 과도가 없는 상태)하에서, 전위차계(59)의 와이퍼가 12볼트의 (최소)정극성 제어전위를 나타낼때 결합된 역방향 항복전압을 초과하지 않으므로 트랜지스터(56)과 (57)는 역방향으로 도전되지 않는다.
상술된 보호회로는 고전압 과도에 의하여 발생될 수 있는 많은 양의 에너지를 안전하게 방출하거나 제한할 수 없는 비교적 작은 크기를 갖는 어떠한 반도체 집합장치(예를 들어, 트랜지스터, 다이오드, 그리고 특히 집적회로내의 저항들을 포함한다)를 보호하는 데 적합하다. 또한 상술된 보호회로들은 입력 및 출력 회로점들과 단자들에 이용될 수 있다.
Claims (1)
- 과도가 나타날 수 있는 회로점 (Ti)에 접속된 반도체 접합을 포함하며 과도가 반도체 접합에 손상을 줄 수 있는 주어진 레벨을 초과할때 전기적 의사 고전압 과도로 부터 반도체 소자(22)를 보호하기 위하여 상기 회로점에 접속된 보호 트랜지스터(28)를 포함하는 보호회로에 있어서, 보호 트랜지스터 (28)는 작동전위 (+Vcc)에 접속된 콜렉터 전극과, 상기 회로점 (Ti)에 접속된 에미터 전극을 가지며, 상기 보호 트랜지스터(28)의 베이스 전극의 바이어스가 상기 반도체 소자(22)의 바이어스와 상기 회로점(Ti)의 바이어스에 무관하게 결정되는 방법으로 기준 바이어스 전압을 상기 베이스 전극에 인가하기 위한 장치를 포함하며, 상기 과도가 없을때 상기 보호 트랜지스터를 정상적으로 비도전상태로 유지하기 위하여 상기 기준 바이어스 전압이 상기 보호 트랜지스터(28)의 콜렉터-베이스 접합부를 역방향으로 바이어스하며 상기 보호 트랜지스터의 베이스-에미터 접합부를 역방향으로 바이어스시키고, 상기 기준 바이어스 전압의 레벨이 과도전류를 상기 반도체 소자(22)로 부터 멀리 전환시키기 위하여 상기 보호 트랜지스터의 에미터-콜렉터 통로가 도전되도록 상기 보호 트랜지스터의 베이스-에이커 접합부가 주어진 레벨밑의 임계 레벨을 초과하는 과도에 응답하여 순방향으로 바이어스되도록 하는 레벨인 것을 특징으로 하는 트랜지스터 보호회로.
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