NL8601646A

NL8601646A - Antiverzadigingscircuit voor geintegreerde pnp-transistoren.

Info

Publication number: NL8601646A
Application number: NL8601646A
Authority: NL
Original assignee: Sgs Microelettronica Spa
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1987-01-16
Also published as: GB2176960A; JPS61296803A; DE3619346A1; FR2583922A1; GB2176960B; DE3619346C2; IT1209647B; FR2583922B1; JP2560010B2; US4701638A; GB8609406D0; IT8521272A0

Description

P & C ,

E 3099-39 Ned.M/EvF

Korte aanduiding: "Antiverzadigingscircuit voor geïntegreerde PNP-transistoren" .

De uitvinding heeft betrekking öp een antiverzadigingscircuit voor PNP-transistoren in monolitische geïntegreerde schakelingen. Dergelijke geïntegreerde schakelingen worden gevormd op een enkele chip van half-geleidermateriaal, meestentijds silicium, via een geschikte opeenvolging 5 van fabrikagefasen bevattende oppervlakoxidatie, fotolitografie, epitaxiale groei, onzuiverheidsdiffusie, metallisering. Bij deze processen worden diodes, transistors en passieve componenten gevormd, die onderling verbonden zijn op de chip zelf door middel van geschikte metalliseringen.

Geïntegreerde PNP-transistoren, gevormd op het substraat, d.w.z.

10 op de chip van halfgeleidermateriaal, bieden in bedrijf een speciaal probleem. Wanneer de PNP-transistor gebracht wordt tot werken in de verzadigingszone van zijn karakteristiek, kan het aanleiding geven tot een lekstroom naar het substraat, dat ontoelaatbaar kan blijken voor de juiste werking van de gehele geïntegreerde schakeling. Onder verzadigings-15 condities, d.w.z. bij de aanzienlijke daling tot nul van de V__ spanning van de transistor, kan de basis zichzelf komen vinden op een lagere potentiaal met betrekking totde potentiaal van de collector, en vandaar kan de basis-collectorovergang in de doorlaatrichting ingesteld worden.

Dit feit geeft aanleiding tot de vorming van een parasitaire PNP-transistor 20 via de basis-collectorovergang van de reële transistor, waarvan de collector fungeert als de emitter van de parasitaire transistor, waarvan de collector op zijn beurt wordt gerepresenteerd door het substraat van halfgeleidermateriaal van het plaatje (chip).

Dit probleem wordt natuurlijk in het bijzonder gevoeld in het 25 geval van geïntegreerde PNP-vermogenstransistoren zowel voor de niveaus van de stromen alsook voor de verhoogde kans, dat zulke transistoren toevallig naar de verzadiging gedreven worden, bijvoorbeeld bij variatie van de belastingsimpedantie van de transistor.

De uitvinding beoogt derhalve het verschaffen van een beschermings-30 circuit, dat in staat is te vermijden dat de basis-collectorovergang van een geïntegreerde PNP-transistor in de doorlaatrichting wordt ingesteld, en dat dientengevolge in staat is aanzienlijke lekstromen naar het substraat te voorkomen.

Een verder oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van 35 een anti-verzadigingscircuit voor een geïntegreerde PNP-transistor, die zich vrijwel ongevoelig gedraagt voor temperatuurvariaties.

8601646 V-v · - 2 -

Deze oogmerken en voordelen worden verkregen door het bijzonder eenvoudige en doelmatige circuit volgens de uitvinding, dat gemakkelijk geïntegreerd wordt op de chip, bevattende de PNP-transistor, die desgewenst niet verzadigd dient te worden of niet te diep verzadigd dient te 5 worden in het geval van toevallige condities van het ingangssignaal of van de belasting.

Derhalve verschaft de uitvinding een circuit ter voorkoming van verzadiging bij een geïntegreerde PNP-transistor met een generieke stroomgenerator in de basistak van zijn 'bias'-circuit, dat in staat is de 10 maximale basisstroom te begrenzen, met het kenmerk, dat het antiver- zadigingscircuit essentieel twee PNP-transistoren, nl. QNl resp. QN2 bevat, welke beide met hun emitter verbonden zijn met de stroomgenerator, waarbij QNl in serie geschakeld is met de stroomgenerator tussen laatstgenoemde en de basis van de PNP-transistor via zijn collector, terwijl 15 de collector van QN2 verbonden is met de emitter van de PNP-transistor, waarbij de basis van QN2 verbonden is via een diode Dl met de collector van de PNP-transistor; en een spanningsdeler aanwezig is, gevormd door twee weerstanden Rl en R2, die een voorspanning aanleggen aan de basis van QNl, zodat de spanning V van QNl instelbaar is door Rl en R2 zodanig 20 te dimensioneren, dat voldaan wordt aan een vergelijking van het type: V = V + V „ - V + (v )

=¾ “«2 D1 “„AX E

waarin V de maximaal toelaatbare spanning tussen collector en basis 25 van de m PNP-transistor is, waarbuiten transistor QN2 geleidt, hetgeen dus de basisstroom van de PNP-transistor begrenst en de verzadiging ervan voorkomt.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een in de bijgaande tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.

30 In de figuur wordt de PNP-transistor, QP1, weergegeven, terwijl hij verbonden is met een belastingsweerstand R en voorzien van een generieke stroomgenerator ΙΜΑχ in de basistak van het 'bias'-circuit.

De generator is in het algemeen in staat de basisstroom van de transistor te begrenzen tot een maximaal vooringestelde waarde. Het antiverzadigings- 35 circuit volgens de uitvinding wordt weergegeven door de beide NPN-transis- toren, QNl resp. QN2, door de diode Dl en door de deler gevormd door de twee weerstanden R^ en R^, die geschakeld zijn zoals is weergegeven.

Daarom zal de maximale stroom door de I „„„ generator worden weergegeven

MAX

860 1 β4 δ - 3 - nagenoeg door de som van de basisstroom van de PNP-transistor, QP1, en van de uiteindelijke stroom I via transistor QN2.

Cn2

In het geval dat voor een zekere waarde van de belasting R , of om een andere reden de transistor QP1 de verzadigingscondities nadert, 5 is het voldoende dat transistor QN2 geleidt om te maken dat de basisstroom 1^ positief begrend wordt onder de maximale waarde die vooraf ingesteld is door de generator 1^^.

Daarom wanneer tijdens normale bedrijfscondities, de transistor

QPl buiten verzadiging is, d.w.z. zijn collector-emitterspanning V

CFPl 10 lager is dan een bepaalde vooraf ingestelde maximum spanning V ,

CBMAX

voldoet de spanning tussen collector en emitter van de transistor QNl (in serie met de basisstroomgenerator) aan de vergelijking:

V = V + V , - V

l5 =¾ =¾ D1 “m

Door een zekere toelaatbare vooraf ingestelde maximum waarde toe te wijzen aan de collector-basisspanning van de transistor QPl, nl. v , is het vervolgens mogelijk Rt en R op geschikte wijze te ^MftX * dimensioneren om te maken dat de spanning tussen collector en emitter 20 van detransistor QNl voldoet aan de vergelijking:

V = v + V - V

CE „ BE „ Dl CB

Nl N2 MAX

De transistor QN2 bevindt zich normaal in uitgeschakelde toestand, 25 d.w.z. hij is niet geleidend, wegens het grote spanningverschil dat bestaat over zijn basis en zijn collector. Indien de PNP-transistor, QPl, de verzadigingszone binnentreedt (bijvoorbeeld bij een plotselinge toename van de belastingsimpedantie), zal de plotselinge daling van de spanning tussen zijn emitter en zijn collector en de daaruit volgende 30 stijging van de spanning over de belastingsweerstand R , de basisspanning

O

van de transistor QN2 er toe brengen de spanning van zijn collector, die de geleiding door de transistor bepaalt, te naderen totdat hij deze bijna bereikt.

Daarom wordt door de stroom I een behoorlijk gedeelte CN2 35 afgetrokken van de door de generator bepaalde maximale basistroom I / ΜΑλ hetgeen drastisch de effectieve basisstroom 1^ van de PNP-transistor, QPl, reduceert waardoor verzadiging voorkomen of de mate ervan begrensd wordt.

Met de terugstelling van de normale belastingscondities keert 8601848 - 4 - de transistor QN2 terug in de uitgedoofde toestand, volgende op de afname van zijn basisspanning, waarbij de stroom I weer daalt naar nul.

CN2

Het antiverzadigingscircuit volgens de uitvinding biedt het bijkomstige voordeel om nagenoeg ongevoelig te zijn voor variaties in 5 temperatuur.

In feite presenteren alle termen van de hierboven besproken vergelijking hetzelfde type afhankelijkheid van de temperatuur, waarbij alle spanningen relatief zijn aan keerlaagovergangen van hetzelfde

karakter, daardoor bij toenemende temperatuur daalt de spanning V

CBMAX

10 waarbij het antiverzadigingscircuit tussen beide komt om verzadiging van de transistor QPl te voorkomen of de mate ervan te begrenzen.

Niettegenstaande het feit dat de uitvinding beschreven is onder verwijzing naar het elektrische schema van de voorkeursuitvoeringsvorm, wordt beoogt dat variaties en wijzigingen in zo'n schema door een des-15 kundige kunnen worden aangebracht zonder daarbij buiten de beschermings-omvang van de uitvinding te geraken.

Als voorbeeld diene dat het circuit volgens de uitvinding andere elementen kan bevatten. Bijvoorbeeld passieve elementen, zoals weerstanden, kunnen worden opgenomen in diverse takken van het circuit, 20 d.w.z. weerstanden kunnen worden opgenomen, om verschillende redenen, in de basistak van één of meer der transistoren QPl, QNl en QN2, of in de collectortak van de transistor QN2, zonder het gedrag van het circuit volgens de uitvinding wezenlijk te wijzigen.

Daarom anders dan hetgeen wordt weergegeven in de figuur, zal 25 is het geval dat één of meer passieve elementen worden opgenomen in de beschouwde maas van het circuit met betrekking tot de hierboven besproken vergelijking, zoals duidelijk is de vergelijking zelf een term, V ,

R

bevatten die representatief is voor de spanningsval ten opzichte van één of meer der passieve elementen, die aanwezig zijn in de circuitmaas 30 bij de conditie corresponderend met de vooraf ingestelde toelaatbare cbmsx 860164»

Claims

1. Antiverzadigingscircuit voor geïntegreerde PNP-transistoren met een generieke stroomgenerator in de basistak van zijn 'bias'-circuit, dat in staat is de maximale basisstroom te begrenzen, met het kenmerk, dat het antiverzadigingscircuit essentieel twee NPN-transistoren, nl.

5 QNl resp. QN2 bevat, welke beide met hun emitter verbonden zijn met de stroomgenerator, waarbij QNl in serie geschakeld is met de stroomgenerator tussen laatstgenoemde en de basis van de PNP“transistor via zijn collector, terwijl de collector van QN2 verbonden is met de emitter van de PNP- transistor, waarbij de basis van QN2 verbonden is via een diode Dl met 10 de collector van de PNP-transistor; en een spanningsdeler aanwezig is, gevormd door twee weerstanden Rl en R2, die een voorspanning aanleggen aan de basis van QNl, zodat de spanning V van QNl instelbaar is door CE Rl en R2 zodanig te dimensioneren, dat. voldaan wordt aan een vergelijking van het type: 15 V = V + 7 , - V + (V ) CE , BE „ Dl CB R Nl N2 MAX waarin V de maximaal toelaatbare spanning tussen collector en basis ^flAX van de PNP-transistor is, waarbuiten transistor QN2 geleidt, 20 hetgeen dus de basisstroom van de PNP-transistor begrenst en de verzadiging ervan voorkomt, en waarin (V ) een generieke totale spanningsval is ten XV opzichte van één of meer passieve elementen, aanwezig in de beschouwde maas van het circuit onder de condities, overeenkomend met V cbmax

2. Circuit colgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 25 (V) nagenoeg gelijk is aan nul, waarbij de beschouwde maas van het circuit vrij is van enig passief element. 30 8601646