Транзистор Шоттки

Транзистор Шоттки представляет собой комбинацию транзистора и диода Шоттки , которая предотвращает насыщение транзистора путем отвода чрезмерного входного тока. Его еще называют транзистором с ограничением Шоттки .

Механизм

Эффективная внутренняя схема, состоящая из диода Шоттки и биполярного транзистора.

Стандартная транзисторно-транзисторная логика (TTL) использует транзисторы в качестве переключателей с насыщением . Насыщенный транзистор включается жестко, а это означает, что у него гораздо больше базового возбуждения, чем необходимо для тока коллектора, который он потребляет. Дополнительный привод базы создает накопленный заряд в базе транзистора. Сохраненный заряд вызывает проблемы, когда транзистор необходимо переключить из включенного состояния в выключенное: пока заряд присутствует, транзистор включен; весь заряд должен быть удален, прежде чем транзистор выключится. Удаление заряда требует времени (называемого временем хранения), поэтому результатом насыщения является задержка между подачей выключающего входа на базу и размахом напряжения на коллекторе. Время хранения составляет значительную часть задержки распространения в исходном семействе логики TTL .

Время хранения можно исключить, а задержку распространения можно уменьшить, предохраняя переключающие транзисторы от насыщения. Транзисторы Шоттки предотвращают насыщение и накопление базового заряда. ^[1] Транзистор Шоттки размещает диод Шоттки между базой и коллектором транзистора. Когда транзистор приближается к насыщению, диод Шоттки проводит и шунтирует любую избыточную нагрузку базы на коллектор. (Этот метод предотвращения насыщения используется в зажиме Бейкера 1956 года .) Полученные в результате транзисторы, которые не насыщаются, представляют собой транзисторы Шоттки. Семейства логики Шоттки TTL (такие как S и LS) используют транзисторы Шоттки в критических местах.

Операция

При прямом смещении падение напряжения на диоде Шоттки 0,25 В намного меньше, чем на стандартном кремниевом диоде 0,6 В. В стандартном насыщенном транзисторе напряжение база-коллектор составляет 0,6 В. В транзисторе Шоттки диод Шоттки шунтирует ток. от базы в коллектор до того, как транзистор войдет в насыщение.

Входной ток, который управляет базой транзистора, проходит два пути: один путь – в базу, а другой – через диод Шоттки и в коллектор. Когда транзистор проводит ток, на его переходе база-эмиттер будет около 0,6 В. Обычно напряжение коллектора выше напряжения базы, а диод Шоттки будет смещен в обратном направлении. Если входной ток увеличивается, то напряжение коллектора падает ниже напряжения базы, и диод Шоттки начинает проводить и шунтировать часть тока возбуждения базы в коллектор. Транзистор спроектирован таким образом, что его напряжение насыщения коллектора ( $V CE(sat)$ ) меньше, чем напряжение база-эмиттер $V BE$ (примерно 0,6 В) минус прямое падение напряжения на диоде Шоттки (примерно 0,2 В). Следовательно, избыточный входной ток отводится от базы, и транзистор никогда не переходит в насыщение.

История

В 1956 году Ричард Бейкер описал несколько дискретных схем ограничения диодов, предотвращающих насыщение транзисторов. ^[2] Эти цепи теперь известны как зажимы Бейкера . В одной из этих схем фиксации использовался одиночный германиевый диод для фиксации кремниевого транзистора в схеме, аналогичной транзистору Шоттки. ^[2]^: 11, 30 В схеме использовался германиевый диод, имеющий меньшее прямое падение напряжения, чем у кремниевого диода.

В 1964 году Джеймс Р. Биард подал патент на транзистор Шоттки. ^[3] В его патенте диод Шоттки предотвращал насыщение транзистора, сводя к минимуму прямое смещение на переходе коллектор-база транзистора, тем самым уменьшая инжекцию неосновных носителей до незначительной величины. Диод также мог быть встроен в один и тот же кристалл, он имел компактную конструкцию, не имел накопителя заряда неосновных носителей и работал быстрее, чем обычный переходной диод. Его патент также показал, как транзистор Шоттки можно использовать в схемах DTL и повысить скорость переключения схем с насыщенной логикой, таких как Шоттки-TTL, при низких затратах.

В 1971 году компания Texas Instruments представила семейство логики 74S TTL с диодами Шоттки. Позже он был включен и в семейства логики TTL 74LS, 74AS, 74ALS, 74F.

См. также

Барьер Шоттки

Ссылки

^ Дебу, Гордон Дж.; Берроуз, Клиффорд Но (1971), Интегральные схемы и полупроводниковые устройства: теория и применение , McGraw-Hill
^ Jump up to: ^а ^б Бейкер, Р.Х. (1956), «Схемы переключения с максимальной эффективностью» , Отчет лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института TR-110 , заархивировано из оригинала 25 сентября 2015 г.
^ США 3463975 , Биард, Джеймс Р., «Высокоскоростное переключающее устройство на унитарном полупроводнике, использующее барьерный диод», опубликовано 31 декабря 1964 г., выдано 26 августа 1969 г.

Внешние ссылки

Диод с барьером Шоттки удваивает скорость TTL-памяти и логики

[1] Дебу, Гордон Дж.; Берроуз, Клиффорд Но (1971), Интегральные схемы и полупроводниковые устройства: теория и применение , McGraw-Hill

[Baker1956-2] Jump up to: ^а ^б Бейкер, Р.Х. (1956), «Схемы переключения с максимальной эффективностью» , Отчет лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института TR-110 , заархивировано из оригинала 25 сентября 2015 г.

[Biard1969-3] США 3463975 , Биард, Джеймс Р., «Высокоскоростное переключающее устройство на унитарном полупроводнике, использующее барьерный диод», опубликовано 31 декабря 1964 г., выдано 26 августа 1969 г.

[1]

[2]

[3]