Pierwszenstwo: Opublikowano: 04.VIII.1965 (P 110 328) 04.VIII.1964 Niemiecka Republika Demokra¬ tyczna 10.VIII.1968 55851 KI. 21 a \ 36/18 MKP H 03 k //.9/iO SIBLlOTHKA Twórca wynalazku: inz. dypl. Dietrich Armgarth Wlasciciel patentu: Halbleiterwerk Frankfurt (Oder), Frankfurt n. Odra (Niemiecka Republika Demokratyczna) Uklad logiczny na pólprzewodnikowych elementach konstrukcyjnych do odtwarzania róznych funkcji Wynalazek dotyczy ukladu logicznego na pól¬ przewodnikowych elementach konstrukcyjnych do odtwarzania róznych funkcji w szczególnosci do realizowania funkcji logicznych „i — nie" w ukla¬ dzie scalonym.W przypadku specjalnego zastosowania tego ro¬ dzaju ukladów, jak na przyklad w maszynach przetwarzajacych dane, istnieje dazenie do opra¬ cowania takich obwodów logicznych, które wyka¬ zywalyby wielka szybkosc przelaczenia i mialy zwarta konstrukcje.Znane uklady na pólprzewodnikach zawieraja bardzo duzo elementów konstrukcyjnych wraz z wymaganymi polaczeniami elektrycznymi i przejs¬ ciami pólprzewodnikowymi o róznorakim charak¬ terze. Z tego wzgledu uklady te zajmuja jeszcze dosc duza objetosc. Do wykonywania ukladów sa potrzebne skomplikowane urzadzenia i skmopliko- wane srodki do opanowania technologii, zwlasz¬ cza w wykonaniu mikroelektronicznym. Oprócz tego do dzialania elementów pólprzewodnikowych sa potrzebne oddzielne napiecia wstepne.Szybkosc przelaczenia w urzadzeniach wyposa¬ zanych w takie uklady jest znacznie zmniejszona, gdyz jest ona zalezna od liczby i rodzaju zasto¬ sowanych elementów pólprzewodnikowych. Nawet jezeli te elementy sa zaprojektowane na najwyz¬ sze czestotliwosci, to jednak sumowanie czasów laczenia poszczególnych elementów, zwlaszcza gdy w jednym procesie uczestniczy duza liczba ukla¬ dów tego rodzaju, powoduje zwiekszenie czasu przelaczania w stopniu niepozadanym.Proponowano juz uklad logiczny o zwiekszonej predkosci laczenia, który nadaje sie do scalenia 5 iw którym do realizacji funkcji logicznych po¬ trzebne sa tylko nieliczne elementy pólprzewod¬ nikowe lub przejscia pólprzewodnikowe, a nie sa potrzebne zadne oddzielne napiecia wstepne. W przeciwienstwie do tego wynalazek niniejszy 10 stwarza dalsza mozliwosc rozwiazania podobnego zagadnienia.Celem wynalazku jest stworzenie ukladu logicz¬ nego, który moze byc wykonany malym nakladem srodków przy zapewnieniu lepszej wydajnosci 15 i korzystniejszych warunków technologicznych.Wynalazek ma za zadanie realizacje okreslo¬ nych funkcji logicznych przy pomocy ukladu, do którego sa potrzebne tylko nieliczne elementy konstrukcyjne lub przejscia pólprzewodnikowe, 20 przy czym elementy pólprzewodnikowe pracuja bez odzielnych napiec wstepnych i sa wykonane z tego samego materialu pólprzewodnikowego.Oprócz tego uklad dobrze nadaje sie do scalania i wykazuje wielka szybkosc przelaczania. 25 Wedlug wynalazku zagadnienie jest rozwiazane w ten sposób, ze z kazdego z pozadanych wejsc prowadzi dioda wejsciowa na punkt wezlowy opo¬ ru wstepnego bazy i diod wstepnych. Te diody wejsciowe maja tak nadane bieguny, ze z chwila 30 przylozenia sygnalu wejsciowego lub napiecia 5585155851 3 wejsciowego wykazuja duzy opór, a gdy potencjal jest zblizony do potencjalu ziemi, wówczas maja bardzo maly opór.Punkt pracy tranzystora jest sprowadzony do wymaganej wartosci za pomoca oporowych ele¬ mentów konstrukcyjnych. Diody wejsciowe i tran¬ zystor sa wykonane z tego samego materialu pól¬ przewodnikowego, na przyklad z krzemu.Pomiedzy baza tranzystora i diodami wejscia jest wlaczona dioda wstepna lub kilka diod po¬ laczonych w szereg, majacych takie bieguny, ze moze plynac prad bazy. Te diody wstepne sa zbocznikowane dioda równolegla o biegunach na¬ danych w kierunku zatkania.Polaczone w szereg diody wstepne daja zwiek¬ szenie oporu wejsciowego, powodujac przez to niezawodne zatkanie tranzystora. Gdy tranzystor zostaje przelaczony ze stanu przewodzenia na stan zatkania, to dioda równolegla dziala jako pojem¬ nosc i szybciej odprowadza ladunek nagromadzo¬ ny w obszarze bazy, co daje znaczne podwyzsze¬ nie czestotliwosci granicznej. Wykonanie takiego ukladu pomimo dodatkowych diod dla zwieksze¬ nia oporu wejsciowego i polepszenia czestotliwosci granicznej jest proste i oplacalne. Scalanie ze wzgledu na tozsamosc materialu, jak równiez ze wzgledu na mala liczbe elementów konstrukcyj¬ nych i polaczen elektrycznych moze byc techno¬ logicznie latwo opanowane zwlaszcza dlatego, ze nie jest konieczne wykonywanie najmniejszych powierzchni epitaksjalnych dla przejsc niejedno¬ rodnych, ani tez nie sa wymagane oddzielne na¬ piecia wstepne.Przy pomocy tego obwodu realizuje sie funkcje logiczna „i—nie". Inne funkcje mozna stworzyc przez zestawienie podobnych ukladów.Na rysunku przedstawiono przykladowy uklad wedlug wynalazku w ujeciu schematycznym.Wejscia dla sygnalu wejsciowego lub napiec 1, 2 i 3 prowadza przez diody 4, 5 i 6 na punkt wezlowy 18. Tranzystor 8 pracuje w ukladzie wspólnego emitera. Za pomoca oporowych ele¬ mentów 7 i 9, które od zródla napiecia w punk¬ cie 10 prowadza na wezlowy punkt 18 i na ko¬ lektor 14 jest nastawiany punkt pracy tranzystora 8. Miedzy baza 13 tranzystora 8, który jest wy¬ konany z takiego samego materialu pólprzewod¬ nikowego jak diody 4—6 i punktem wezlowym 18 sa polaczone w szereg jedna lub kilka wstepnych diod 16. Wstepne diody 16 maja tak ustawione 15 20 25 30 40 45 50 4 bieguny, ze moze plynac prad bazy. Do diod wstepnych 16 jest przylaczona równolegle dioda 17 o biegunach ustawionych w kierunku zatyka¬ nia dajac przy przelaczaniu pojemnosciowe zbocz- nikowanie.W stanie spoczynkowym tranzystor 8 przewodzi, a w punkcie wyjsciowym 11 wystepuje prawie potencjal ziemi 12. Gdy jedno z wejsc 1—3 ma potencjal ziemi 12, to punkt wezlowy 18 jest po¬ laczony z potencjalem ziemi 12 przez odpowiednia diode 4, 5 lub 6, a najwieksza czesc pradu ply¬ nie przez diody 4, 5 lub 6 gdyz opornosc wejscio¬ wa diod wstepnych 16 polaczonych w szereg i diody emiterowej tranzystora 8 jest wieksza niz opornosc przepustowa diod 4—6.Tranzystor 8 wobec niskiego napiecia miedzy baza 13 i emiterem 15 jest zatkany, gdyz nie moze plynac prad bazy.Aby przelaczanie tranzystora 8 ze stanu prze¬ wodzenia na stan zatkania odbywalo sie szybciej, równolegle do wstepnych diod 16 jest przylaczona, ustawiona przeciwnie, jedna lub kilka równole¬ glych diod 17, które zwiekszajac pojemnosc ob¬ szaru bazy, pozwalaja na szybsze odprowadzenie z niej nagromadzonego ladunku i tym samym na skrócenie czasu zaniku pradu kolektora. PL