RU2727704C1 - Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом - Google Patents
Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727704C1 RU2727704C1 RU2020105695A RU2020105695A RU2727704C1 RU 2727704 C1 RU2727704 C1 RU 2727704C1 RU 2020105695 A RU2020105695 A RU 2020105695A RU 2020105695 A RU2020105695 A RU 2020105695A RU 2727704 C1 RU2727704 C1 RU 2727704C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- equivalent
- field
- gate
- drain
- transistor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/45—Differential amplifiers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в качестве активного (усилительного) элемента (трёхполюсника) в различных аналоговых и аналого-цифровых устройствах (активных RC-фильтрах, операционных усилителях, стабилизаторах напряжения, электронных ключах и т.п.). Технический результат: создание радиационно-стойкого и низкотемпературного составного транзистора на комплементарных полевых транзисторах, эквивалентного по своим стоко-затворным характеристикам КМОП транзистору, обеспечивающего высокое выходное сопротивление по цепи эквивалентного стока устройства. Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом содержит эквивалентный затвор (1) устройства, эквивалентный исток (2) устройства, согласованный с первой (3) шиной источника питания, эквивалентный сток (4) устройства, согласованный со второй (5) шиной источника питания, первый (6) входной полевой транзистор, затвор которого подключен к эквивалентному затвору (1) устройства, второй (7) полевой транзистор. Сток первого (6) входного полевого транзистора соединен с эквивалентным истоком (2) устройства, исток первого (6) входного полевого транзистора соединен с истоком второго (7) полевого транзистора, затвор которого связан с эквивалентным истоком (2) устройства, причем в схему введен дополнительный полевой транзистор (8), исток которого соединен со стоком второго (7) полевого транзистора, затвор подключен к затвору первого (6) входного полевого транзистора, а его сток соединен с эквивалентным стоком (4) устройства. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.
Description
Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в качестве активного (усилительного) элемента – (трехполюсника) в различных аналоговых и аналого-цифровых устройствах (АRC-фильтрах, операционных усилителях, стабилизаторах напряжения, электронных ключах и т.п.).
В современной микроэлектронике находят применение так называемые составные транзисторы (СТ), которые содержат несколько элементарных транзисторов, в том числе с разными принципами работы [1-25]. Такое схемотехническое решение рекомендуется использовать в том случае, когда элементарные транзисторы не позволяют самостоятельно обеспечить то или иное требуемое качество, например, большое усиление по току (схема Дарлингтона [21,22,23], схема Линна [22,23], схема Шиклая [23]), более широкий частотный диапазон (каскодные СТ, СТ с компенсацией емкости коллектор-база), повышенное выходное сопротивление (каскодные СТ), улучшенный коэффициент ослабления входных синфазных сигналов (СТ со «следящим» питанием), повышенные рабочие напряжения (последовательное включение элементарных транзисторов), повышенный уровень максимального тока стока (параллельное включение нескольких элементарных транзисторов) и т.п. [7-9]. Данные схемотехнические приемы [1-9,11,12] являются основой современной микросхемотехники [23,24].
Для решения задач космического приборостроения (низкие температуры, проникающая радиация) перспективно использование полевых транзисторов с управляющим pn-переходом (JFet) [25,26], которые также обеспечивают экстремально низкий уровень шумов. Однако, в активном режиме, JFet имеют полярность напряжения между затвором и истоком, которая противоположна по знаку полярности напряжения между стоком и истоком. Указанные выше особенности JFet транзисторов не позволяют применять в аналоговой микроэлектронике известные схемотехнические решения СТ, которые эффективны для КМОП и биполярных транзисторов.
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является каскодный составной транзистор (фиг. 1), представленный в патенте US № 4.121.169 fig.4-fig.5, 1978 г. Он содержит эквивалентный затвор 1 устройства, эквивалентный исток 2 устройства, согласованный с первой 3 шиной источника питания, эквивалентный сток 4 устройства, согласованный со второй 5 шиной источника питания, первый 6 входной полевой транзистор, затвор которого подключен к эквивалентному затвору 1 устройства, второй 7 полевой транзистор.
Существенный недостаток известного устройства состоит в том, что области его практического использования ограничиваются усилительными каскадами, работающими в режиме класса А. В то же время для многих задач преобразования сигналов необходимы CJFET составные транзисторы, которые по своим свойствам эквивалентны КМОП транзисторам, т.е. имеют (в зависимости от напряжения на эквивалентном затворе) закрытое (выключенное состояние) и далее переходят в активный режим при увеличении напряжения на эквивалентном затворе больше некоторого порогового уровня Uп.
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании радиационно-стойкого и низкотемпературного составного транзистора на комплементарных полевых транзисторах с управляющим pn-переходом, эквивалентного по своим стоко-затворным характеристикам КМОП транзистору и обеспечивающего экстремально высокое выходное сопротивление Rвых по цепи эквивалентного стока устройства.
Поставленная задача решается тем, что в составном транзисторе фиг. 1, содержащем эквивалентный затвор 1 устройства, эквивалентный исток 2 устройства, согласованный с первой 3 шиной источника питания, эквивалентный сток 4 устройства, согласованный со второй 5 шиной источника питания, первый 6 входной полевой транзистор, затвор которого подключен к эквивалентному затвору 1 устройства, второй 7 полевой транзистор, предусмотрены новые элементы и связи – сток первого 6 входного полевого транзистора соединен с эквивалентным истоком 2 устройства, исток первого 6 входного полевого транзистора соединен с истоком второго 7 полевого транзистора, затвор которого связан с эквивалентным истоком 2 устройства, причем в схему введен дополнительный полевой транзистор 8, исток которого соединен со стоком второго 7 полевого транзистора, затвор подключен к затвору первого 6 входного полевого транзистора, а его сток соединен с эквивалентным стоком 4 устройства.
На чертеже фиг. 1 представлена схема составного транзистора-прототипа по патенту US 4.121.169 fig. 4-fig. 5, 1978 г., а на чертежах фиг. 2а и фиг. 2б показаны схемы заявляемого устройства в соответствии с п. 1 формулы изобретения.
На чертеже фиг. 3 показана схема заявляемого составного транзистора в соответствии с п. 2 формулы изобретения, где затвор второго 7 полевого транзистора связан с эквивалентным истоком 2 устройства через цепь смещения потенциалов 10.
На чертеже фиг. 4 представлен статический режим составного транзистора фиг. 3 при t=27°C и напряжении на цепи смещения потенциалов V4=0 в среде LTSpice на моделях CJFet интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г. Минск).
На чертеже фиг. 5 приведены стоко-затворные характеристики составного транзистора фиг. 4 в среде LTSpice при V4=0.
На чертеже фиг. 6 приведен статический режим составного транзистора фиг. 3 при t=27°C и напряжении на цепи смещения потенциалов V4=2В в среде LTSpice на моделях CJFet интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г. Минск).
На чертеже фиг. 7 представлены стоко-затворные характеристики составного транзистора фиг. 6 в среде LTSpice при V4=2В.
На чертеже фиг. 8 показан статический режим составного транзистора фиг. 3 при t=27°C и напряжении на цепи смещения потенциалов V4=3В в среде LTSpice на моделях CJFet интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г. Минск)
На чертеже фиг. 9 приведены стоко-затворные характеристики составного транзистора фиг. 8 в среде LTSpice при V4=3В.
На чертеже фиг. 10 представлен статический режим составного транзистора фиг. 3 при t=27°C и напряжении на цепи смещения потенциалов V4=4В в среде LTSpice на моделях CJFet интегральных транзисторов ОАО «Интеграл» (г. Минск).
На чертеже фиг. 11 показан стоко-затворные характеристики составного транзистора фиг. 10 в среде LTSpice при V4=3В.
Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом фиг. 2 содержит эквивалентный затвор 1 устройства, эквивалентный исток 2 устройства, согласованный с первой 3 шиной источника питания, эквивалентный сток 4 устройства, согласованный со второй 5 шиной источника питания, первый 6 входной полевой транзистор, затвор которого подключен к эквивалентному затвору 1 устройства, второй 7 полевой транзистор. Сток первого 6 входного полевого транзистора соединен с эквивалентным истоком 2 устройства, исток первого 6 входного полевого транзистора соединен с истоком второго 7 полевого транзистора, затвор которого связан с эквивалентным истоком 2 устройства, причем в схему введен дополнительный полевой транзистор 8, исток которого соединен со стоком второго 7 полевого транзистора, затвор подключен к затвору первого 6 входного полевого транзистора, а его сток соединен с эквивалентным стоком 4 устройства.
На чертеже фиг. 3, в соответствии с п. 2 формулы изобретения, затвор второго 7 полевого транзистора связан с эквивалентным истоком 2 устройства через цепь смещения потенциалов 10.
Рассмотрим работу предлагаемого составного транзистора фиг. 2а.
Компьютерное моделирование предлагаемого составного транзистора для разных напряжениях на цепи смещения потенциалов 10 (фиг. 2), представленное на чертежах фиг. 5, фиг. 7, фиг. 9, фиг. 11, показывает, что в зависимости от численных значений E0=V4 статические токи активных элементов схем транзисторов могут изменяться в широких пределах. Это является необходимым условием практического использования заявляемого СТ в аналоговых и аналого-цифровых схемах. Так, если V4 выбрать близким к нулю (фиг. 4), то стоко-затворная характеристика СТ (фиг. 5) будет иметь зону нечувствительности Uп≈2В. Аналогично, при V4=2В пороговое напряжение Uп близко к нулю. Если V4 выбрать на уровне 3В при нулевом напряжении на эквивалентном затворе, то все транзисторы СТ переходят в активный режим (фиг.9, фиг. 11). При этом выходное дифференциальное сопротивление предлагаемого СТ по цепи эквивалентного стока имеет экстремально высокое значение
где gm.i – крутизна стоко-затворной характеристики первого 6 входного и второго 7 полевых транзисторов;
μ=10-3÷10-4 – коэффициент внутренней обратной связи второго 7 и дополнительного 8 полевых транзисторов, учитывающий влияние изменений напряжений на стоках этих транзисторов на их стоко-затворные характеристики при постоянном токе стока Ic=const:
Таким образом, предлагаемый составной транзистор имеет ряд преимуществ в сравнении с СТ-прототипом и может найти широкое применение в качестве элементной базы современных устройств автоматики и вычислительной техники, работающих в условиях низких температур и проникающей радиации. Последнее свойство СТ обеспечивается за счет применения JFET транзисторов [26].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент US 4.121.169 fig.4-fig.5, 1978 г.
2. Патент US 6.150.852, 2005 г.
3. Заявка на патент US 2004/0227573, fig.1, 2004 г.
4. Заявка на патент US 2004/0124892, 2004 г.
5. Заявка на патент US 2005/0179500, 2005 г.
6. Заявка на патент US 2005/0275453, 2005 г.
7. Патент US 4.806.877, 1989 г.
8. Патент US 4.496.908, 1985 г.
9. Патент US 6.774.699, fig69, 2004 г.
10. Патент US 4.079.336, fig.3, 1978 г.
11. Заявка на патент US 2008/0122541, fig.2, 2008 г.
12. Патент US 6.573.784, fig2-fig3b, 2003 г.
13. Патент US 5.065.043, 1991 г.
14. Патент US 5.422.563, 1995 г.
15. Патент EP 0 854 570, 2001 г.
16. Патент US 4.291.316, 1980 г.
17. Патент US 4.422.563, 1995 г.
18. Патент US 5.008.565, 1991 г.
19. Патент RU 2519563, 2014 г.
20. Патент RU 2536672, 2014 г.
21. Заявка на патент US 2004/008085, fig. 3, 2004 г.
22. Патент FR 2227574, fig. 4b, fig. 5a, 1974 г.
23. Схемотехника биполярно-полевых аналоговых микросхем. Часть 6. Составные схемы включения биполярных и полевых транзисторов / О.В. Дворников // Chip News #6(99) Аналоговая схемотехника, 2005г., С. 42-49. Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 12, Fig. 13, Fig. 14.
24. Основы микросхемотехники: учеб. пособие для студ. вузов / А.Г. Алексеенко. 3-е изд. М.: ЛБЗ; М.: Физматлит; М. : ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002. 448с. Fig. 2.26, Fig. 2.27
25. Элементная база радиационно-стойких информационно-измерительных систем: монография / Н.Н. Прокопенко, О.В. Дворников, С.Г. Крутчинский; под общ. ред. д.т.н. проф. Н.Н. Прокопенко; ФГБОУ ВПО «Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса». - Шахты: ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2011. - 208 с.
26. O. V. Dvornikov, V. L. Dziatlau, N. N. Prokopenko, K. O. Petrosiants, N. V. Kozhukhov and V. A. Tchekhovski. The accounting of the simultaneous exposure of the low temperatures and the penetrating radiation at the circuit simulation of the BiJFET analog interfaces of the sensors // 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Astana, Kazakhstan, 2017, pp. 1-6. DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998507.
Claims (2)
1. Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом, содержащий эквивалентный затвор (1) устройства, эквивалентный исток (2) устройства, согласованный с первой (3) шиной источника питания, эквивалентный сток (4) устройства, согласованный со второй (5) шиной источника питания, первый (6) входной полевой транзистор, затвор которого подключен к эквивалентному затвору (1) устройства, второй (7) полевой транзистор, отличающийся тем, что сток первого (6) входного полевого транзистора соединен с эквивалентным истоком (2) устройства, исток первого (6) входного полевого транзистора соединен с истоком второго (7) полевого транзистора, затвор которого связан с эквивалентным истоком (2) устройства, причем в схему введен дополнительный полевой транзистор (8), исток которого соединен со стоком второго (7) полевого транзистора, затвор подключен к затвору первого (6) входного полевого транзистора, а его сток соединен с эквивалентным стоком (4) устройства.
2. Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом по п. 1, отличающийся тем, что затвор второго (7) полевого транзистора связан с эквивалентным истоком (2) устройства через цепь смещения потенциалов (10).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020105695A RU2727704C1 (ru) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020105695A RU2727704C1 (ru) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2727704C1 true RU2727704C1 (ru) | 2020-07-23 |
Family
ID=71741425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020105695A RU2727704C1 (ru) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2727704C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4121169A (en) * | 1976-01-19 | 1978-10-17 | Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha | Amplifier device |
| RU2331971C1 (ru) * | 2007-05-14 | 2008-08-20 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы |
| RU2333593C1 (ru) * | 2007-05-21 | 2008-09-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы |
| RU2536672C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Составной транзистор с малой выходной емкостью |
-
2020
- 2020-02-06 RU RU2020105695A patent/RU2727704C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4121169A (en) * | 1976-01-19 | 1978-10-17 | Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha | Amplifier device |
| RU2331971C1 (ru) * | 2007-05-14 | 2008-08-20 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы |
| RU2333593C1 (ru) * | 2007-05-21 | 2008-09-10 | ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ЮРГУЭС) | Дифференциальный усилитель с расширенным диапазоном активной работы |
| RU2536672C1 (ru) * | 2013-06-18 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Составной транзистор с малой выходной емкостью |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2624565C1 (ru) | Инструментальный усилитель для работы при низких температурах | |
| EP0045841A1 (en) | Linear voltage-current converter | |
| RU2566963C1 (ru) | Дифференциальный входной каскад быстродействующего операционного усилителя для кмоп-техпроцессов | |
| RU2710917C1 (ru) | Выходной каскад аналоговых микросхем на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом | |
| RU2736548C1 (ru) | Компенсационный стабилизатор напряжения на полевых транзисторах для работы при низких температурах | |
| RU2727704C1 (ru) | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом | |
| Nagar et al. | Single OTRA based two quadrant analog voltage divider | |
| RU2741056C1 (ru) | Радиационно-стойкий и низкотемпературный операционный усилитель на комплементарных полевых транзисторах | |
| EP2518900A1 (en) | Current steering circuit with feedback | |
| RU2710846C1 (ru) | Составной транзистор на основе комплементарных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом | |
| RU2741055C1 (ru) | Операционный усилитель с «плавающим» входным дифференциальным каскадом на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом | |
| RU2390916C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель | |
| RU2346388C1 (ru) | Дифференциальный усилитель | |
| EP0367330A1 (en) | Linear-gain amplifier arrangement | |
| RU2732583C1 (ru) | Низкотемпературный операционный усилитель с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом | |
| RU2784047C1 (ru) | Быстродействующий двухтактный буферный усилитель на комплементарных полевых транзисторах | |
| RU2721943C1 (ru) | Низкотемпературный входной каскад операционного усилителя с повышенным ослаблением входного синфазного сигнала на комплементарных полевых транзисторах с управляющим p-n переходом | |
| RU2770916C1 (ru) | Операционный усилитель на комплементарных полевых транзисторах | |
| RU2739577C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом | |
| RU2784376C1 (ru) | АРСЕНИД-ГАЛЛИЕВЫЙ БУФЕРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ n-КАНАЛЬНЫХ ПОЛЕВЫХ И p-n-p БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ | |
| RU2727965C1 (ru) | Низкотемпературный усилитель тока для задач проектирования активных rc-фильтров | |
| Prokopenko et al. | Circuit Design of CJFET OPA Based on the Differential Stage with a Slope Multiplier | |
| RU2770912C1 (ru) | Дифференциальный усилитель на арсенид-галлиевых полевых транзисторах | |
| Huang et al. | Programmable voltage-to-current converter with linear voltage control resistor | |
| RU2721945C1 (ru) | Входной каскад дифференциального операционного усилителя с парафазным выходом на комплементарных полевых транзисторах |