Составной транзистор

Техническое решение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано в оконечных каскадах различных усилителей мощности.
Известен эквивалентный транзистор (Додик С.Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока (с непрерывным регулированием). - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. радио, 1980, с. 55-56), содержащий произвольное число N параллельно соединенных симметрированных транзисторов одной структуры. Симметрирование осуществляется включением резисторов в цепь базы или в цепь эмиттера транзисторов.
При большой величине числа N известный эквивалентный транзистор имеет большой максимально допустимый ток коллектора, так как этот ток соответствует сумме максимально допустимых токов коллекторов большого числа параллельно соединенных симметрированных транзисторов.
Недостатком известного эквивалентного транзистора является то, что использование резисторов в цепи эмиттера для симметрирования параллельно соединенных транзисторов сопровождается заметным рассеянием мощности на резисторах, снижающем КПД каскада, в котором используется эквивалентный транзистор. Кроме того, использование резисторов в цепи эмиттера приводит к нежелательному увеличению напряжения насыщения коллектор-эмиттер у известного эквивалентного транзистора.
Если симметрирование осуществляется только с помощью резисторов в цепи базы параллельно соединенных транзисторов, это тоже заметно снижает КПД каскада, в котором используется известный эквивалентный транзистор. Так происходит потому, что на резисторе в цепи базы каждого из N параллельно соединенных транзисторов должно падать напряжение, приблизительно равное 6 В, если транзисторы кремниевые, а такое напряжение вызывает заметные потери мощности. Указанная величина напряжения возникает из необходимости хотя бы десятикратного превышения падения напряжения на резисторе в цепи базы относительно открывающего напряжения на базе кремниевого транзистора, которое приблизительно равно 0,6 В. В таком случае распределение тока управления между базами параллельно соединенных транзисторов будет практически одинаковым, независимо от степени согласования этих транзисторов по входным характеристикам. Если при этом коэффициенты передачи тока базы всех N параллельно соединенных транзисторов одинаковы, то эти транзисторы работают в приблизительно одинаковых условиях, т.е. рассеивают одинаковую мощность. Это значит, что эквивалентный транзистор имеет максимально допустимый ток коллектора, соответствующий сумме максимально допустимых токов коллекторов N транзисторов.
Известен составной транзистор (авт. св. СССР №1538222, МПК Н03F 3/19, опубликовано 23.01.90), который принят в качестве прототипа предлагаемого составного транзистора, содержащий параллельно соединенные первый и второй транзисторы одной структуры и соединенные базами третий и четвертый транзисторы, представляющие собой комплементарную пару, при этом коллекторы и эмиттеры первого и второго транзисторов являются соответственно коллектором и эмиттером составного транзистора, эмиттер третьего транзистора, имеющего структуру, противоположную структуре первого и второго транзисторов, является базой составного транзистора и соединен с коллектором четвертого транзистора, коллектор третьего транзистора соединен с базой первого транзистора, а эмиттер четвертого транзистора соединен с базой второго транзистора.
Известный составной транзистор имеет, по сравнению с одиночным транзистором, увеличенный максимально допустимый ток коллектора. Указанное свойство известного составного транзистора достигается одинаковым распределением тока базы составного транзистора между базами параллельно соединенных первого и второго транзисторов с помощью соединенных базами третьего и четвертого транзисторов, представляющих собой комплементарную пару. При этом напряжение насыщения коллектор-эмиттер у составного транзистора такое же, как у одиночного транзистора. Падение напряжения при протекании тока базы составного транзистора через третий и четвертый транзисторы равно падению напряжения на двух последовательно соединенных переходах база-эмиттер. Такое падение напряжения составляет приемлемую величину, для кремниевых транзисторов приблизительно равную 1,2 В.
Недостатком прототипа является пониженный максимально допустимый ток коллектора составного транзистора, так как известный составной транзистор имеет максимально допустимый ток коллектора, соответствующий сумме максимально допустимых токов коллекторов только двух транзисторов.
Технический результат, который достигается с помощью предлагаемой полезной модели, состоит в увеличении максимально допустимого тока коллектора составного транзистора.
Технический результат достигается тем, что в составной транзистор, содержащий параллельно соединенные первый и второй транзисторы одной структуры и соединенные базами третий и четвертый транзисторы, представляющие собой комплементарную пару, причем коллекторы и эмиттеры первого и второго транзисторов являются соответственно коллектором и эмиттером составного транзистора, эмиттер третьего транзистора, имеющего структуру, противоположную структуре первого и второго транзисторов, является базой составного транзистора и соединен с коллектором четвертого транзистора, а коллектор третьего транзистора соединен с базой первого транзистора, введен пятый транзистор одной с первым и вторым транзисторами структуры, соединенный с ними параллельно, и введены соединенные базами шестой и седьмой транзисторы, представляющие собой комплементарную пару, причем эмиттер шестого транзистора, имеющего структуру, противоположную структуре пятого транзистора, соединен с эмиттером четвертого транзистора, коллектор шестого транзистора соединен с базой второго транзистора, коллектор седьмого транзистора соединен с базой составного транзистора, а эмиттер седьмого транзистора соединен с базой пятого транзистора.
Технический результат достигается также тем, что дополнительно к введенным транзисторам введен восьмой транзистор одной с пятым транзистором структуры, соединенный с ним параллельно, и введены соединенные базами девятый и десятый транзисторы, представляющие собой комплементарную пару, причем эмиттер девятого транзистора, имеющего одну с восьмым транзистором структуру, соединен с коллектором седьмого транзистора, коллектор девятого и эмиттер десятого транзисторов соединены с базой составного транзистора, а коллектор десятого транзистора соединен с базой восьмого транзистора.
Технический результат достигается также тем, что дополнительно к введенным транзисторам введен одиннадцатый транзистор одной с восьмым транзистором структуры, соединенный с ним параллельно, и введены соединенные базами двенадцатый и тринадцатый транзисторы, представляющие собой комплементарную пару, причем эмиттер двенадцатого транзистора, имеющего структуру, противоположную структуре одиннадцатого транзистора, соединен с коллектором третьего транзистора, коллектор двенадцатого транзистора соединен с базой первого транзистора, коллектор тринадцатого транзистора соединен с базой составного транзистора, а эмиттер тринадцатого транзистора соединен с базой одиннадцатого транзистора.
На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема составного транзистора;
на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема составного транзистора по п. 2;
на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема составного транзистора по п. 3.
Составной транзистор и его варианты по п. 2 и п. 3 на указанных принципиальных электрических схемах содержат первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4, пятый 5, шестой 6, седьмой 7, восьмой 8, девятый 9, десятый 10, одиннадцатый 11, двенадцатый 12 и тринадцатый 13 транзисторы.
Составной транзистор (фиг. 1) работает следующим образом.
Базовый ток составного транзистора распределяется между базами первого 1, второго 2 и пятого 5 транзисторов в зависимости от коэффициентов передачи тока базы третьего 3, четвертого 4, шестого 6 и седьмого 7 транзисторов, причем шестой 6 и седьмой 7 транзисторы повторяют ток эмиттера четвертого 4 транзистора. Если указанные коэффициенты близки друг к другу и много больше единицы, то базовые токи первого 1, второго 2 и пятого 5 транзисторов практически одинаковы, независимо от степени согласования этих транзисторов по входным характеристикам. Если коэффициенты передачи тока базы первого 1, второго 2 и пятого 5 транзисторов одинаковы, то эти транзисторы работают в приблизительно одинаковых условиях, т.е. рассеивают одинаковую мощность. Это значит, что составной транзистор имеет увеличенный максимально допустимый ток коллектора, соответствующий сумме максимально допустимых токов коллекторов трех транзисторов.
Подобным образом работает составной транзистор по п. 2 (фиг. 2).
Базовый ток составного транзистора распределяется между базами первого 1, второго 2, пятого 5 и восьмого 8 транзисторов в зависимости от коэффициентов передачи тока базы третьего 3, четвертого 4, шестого 6, седьмого 7, девятого 9 и десятого 10 транзисторов, причем девятый 9 и десятый 10 транзисторы повторяют ток коллектора седьмого 7 транзистора. Если указанные коэффициенты близки друг к другу и много больше единицы, то базовые токи первого 1, второго 2, пятого 5 и восьмого 8 транзисторов практически одинаковы, независимо от степени согласования этих транзисторов по входным характеристикам. Если коэффициенты передачи тока базы первого 1, второго 2, пятого 5 и восьмого 8 транзисторов одинаковы, то эти транзисторы работают в приблизительно одинаковых условиях, т.е. рассеивают одинаковую мощность. Это значит, что составной транзистор имеет увеличенный максимально допустимый ток коллектора, соответствующий сумме максимально допустимых токов коллекторов четырех транзисторов.
Подобным же образом работает составной транзистор по п. 3 (фиг. 3).
Базовый ток составного транзистора распределяется между базами первого 1, второго 2, пятого 5, восьмого 8 и одиннадцатого 11 транзисторов в зависимости от коэффициентов передачи тока базы третьего 3, четвертого 4, шестого 6, седьмого 7, девятого 9, десятого 10, двенадцатого 12 и тринадцатого 13 транзисторов, причем двенадцатый 12 и тринадцатый 13 транзисторы повторяют ток коллектора третьего 3 транзистора. Если указанные коэффициенты близки друг к другу и много больше единицы, то базовые токи первого 1, второго 2, пятого 5, восьмого 8 и одиннадцатого 11 транзисторов практически одинаковы, независимо от степени согласования этих транзисторов по входным характеристикам. Если коэффициенты передачи тока базы первого 1, второго 2, пятого 5, восьмого 8 и одиннадцатого 11 транзисторов одинаковы, то эти транзисторы работают в приблизительно одинаковых условиях, т.е. рассеивают одинаковую мощность. Это значит, что составной транзистор имеет увеличенный максимально допустимый ток коллектора, соответствующий сумме максимально допустимых токов коллекторов пяти транзисторов.
Падение напряжения при протекании базового тока составного транзистора через транзисторы 3 и 4, 6 и 7, 9 и 10, 12 и 13, представляющие собой соединенные базами комплементарные пары, соответствует падению напряжения на четырех последовательно соединенных переходах база-эмиттер. Для кремниевых транзисторов это приблизительно равно 2,4 В и в два раза больше, чем напряжение, падающее на соединенных базами третьем и четвертом транзисторах прототипа, представляющих собой комплементарную пару. Но напряжение 2,4 В по-прежнему гораздо меньше, чем напряжение 6 В, необходимое для одинакового распределения тока управления между базами параллельно соединенных транзисторов с помощью резисторов в цепях баз.
Поскольку введение дополнительных соединенных базами комплементарных пар транзисторов не увеличивает падение напряжения при распределении тока базы составного транзистора между базами параллельно соединенных транзисторов выше падения напряжения на четырех последовательно соединенных переходах база-эмиттер, допустимо вводить произвольное число соединенных базами комплементарных пар транзисторов. Таким образом, максимально допустимый ток коллектора составного транзистора можно сделать произвольно большим путем введения произвольно большого числа дополнительных параллельно соединенных транзисторов и введения соответствующего произвольно большого числа дополнительных соединенных базами комплементарных пар транзисторов.