УДК 621.382.3
ВОРОБЬЕВА Т.А., НОВОСЕЛОВ А.Ю.,
НОВИКОВ С.Г., ГУРИН Н.Т.
БИПОЛЯРНЫЙ N-ПРИБОР НА ОСНОВЕ ТРАНЗИСТОРОВ С
РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ ПРОВОДИМОСТИ
Ульяновский государственный университет, 432700, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, тел.: (8422)
320617, fax: (8422) 329221, e-mail: nsg@sv.uven.ru
В настоящее время развитие силовой электроники неразрывно связано с
необходимостью
повышения
показателей
качества
и
надежности
полупроводниковых приборов, в частности, обеспечения их защиты от пробоя.
Поэтому современные разработки мощных приборов ведутся в направлении
реализации встроенной системы комплексной защиты по току [1,2], содержащих в
выходной вольтамперной характеристике (ВАХ) участок отрицательного
дифференциального сопротивления (ОДС) N-типа.
Существующие на данный момент разработки мощных ключевых биполярно-
полевых негатронов [3,4] позволяют получать значения тока максимума порядка
единиц ампер, в то время как для практического использования представляют
интерес приборы повышенной мощности с величиной тока пика несколько десятков
и даже сотен ампер. Известны также разработки N-приборов на базе одинаковых по
типу проводимости биполярных транзисторов [5], которые просты в реализации, но
обладают серьезным недостатком - наличием вторичной положительной ветви в
выходной характеристике.
В данной работе рассмотрен биполярный комплементарный N-прибор, а
также представлены результаты схемотехнического моделирования симметричного
прибора с ОДС N-типа на основе биполярных транзисторов с различным типом
проводимости.
Комплементарный N-прибор (рис.1) представляет собой биполярный n-p-n-
транзистор с комплексной защитой от внешних воздействий, выполненный по
гибридной технологии поверхностного монтажа. Основой являются серийно
изготавливаемые парные транзисторы КТ8144 (транзистор Т1 на рис.1), кроме того,

в состав прибора входят: 1) диод, предохраняющий от перенапряжения Uкэ.гр=450 В
(элемент 1 на рис.1); 2) входные диоды термостабилизации (элемент 2); 3) цепь
включения (элемент 3); 4) схема защиты от токовых перегрузок (резистор R, диод D,
транзистор Т2).
Приборы с N-характеристикой имеют два устойчивых состояния. При
включении прибора подачей импульса тока в базу необходимо кратковременное
увеличение проводимости цепи коллектор-эмиттер транзистора Т2, чтобы перевести
прибор в низкоомное состояние. Именно эту функцию выполняет интегрирующая
RC-цепочка (элемент 3 на рис.1), параметры которой подбираются в соответствии с
временем включения прибора. Термостабилизирующие элементы защищают прибор
от перегрева, т.е. при увеличении температуры последовательно включенные диоды,
расположенные непосредственно на кристалле, уменьшают базовый ток, что
приводит к уменьшению выходной мощности. Основным требованием к монтажу
данных элементов является достаточная теплопроводность изолирующего слоя
между кристаллом и термочувствительными микродиодами. Для реализации схемы
защиты от токовых перегрузок используется кристалл p-n-p-транзистора КТ818,
значения выходных токов которого соответствуют управляющему базовому току
транзистора Т1. Компараторный диод подбирается по значению пробивного
напряжения (Uпроб=450 В) и максимальному току (Imax=5 А), приблизительно
равному базовому току p-n-p-транзистора, кроме того, данный диод должен
обладать как можно меньшим напряжением насыщения. Нагрузочный резистор p-n-
p-транзистора предотвращает переход выходных элементов в режим насыщения, что
способствует уменьшению времени выключения. Прибор исполнен в корпусе
ISOTOP и рассчитан на токи до 60 А.
К
D
R
T2
T
Б
1
3
1
2
Э
Рис.1. Электрическая схема N-прибора

Кроме того, на основе электрической схемы комплементарного прибора
предложен вариант прибора с симметричной N-образной ВАХ (рис.2).
Достоинствами данной схемы по сравнению с известными разработками [1]
являются: малое число элементов, универсальность при реализации двух- и
трехэлектродных приборов. На рис.2 представлены результаты схемотехнического
моделирования симметричного двухэлектродного N-прибора с делителем
напряжения в управляющей цепи из последовательно включенных диодов,
стабилитронов и резисторов соответствующих номиналов с использованием пакета
прикладных программ Design Lab 8.0, позволяющие сделать вывод относительно
принципиальной работоспособности и универсальности предложенной схемы.
Однако необходима дальнейшая оптимизация выходных параметров: уменьшение
напряжения максимума, тока минимума, а также дифференциальной проводимости
вторичной положительной ветви. Тем не менее, данные приборы могут найти
широкое применение в различных узлах современной радиоэлектронной
аппаратуры, работающей на переменном сигнале, а также в качестве устройств
защиты узлов электронной техники.
Э
I
2
к, А
D1
2
1
R
T
-30
2
T
-20
-10
0
1
У
10
20
Uкэ, В
-1
-2
D2
Э1
-3
а) электрическая схема
б) расчетная выходная ВАХ
Рис.2. Симметричный биполярный N-прибор:
Таким образом, в работе рассмотрен комплементарный биполярный N-прибор
повышенной мощности с токами максимума порядка несколько десятков ампер, что
в несколько раз выше, чем у известных разработок. Кроме того, показана
возможность создания прибора с симметричной N-образной ВАХ в двух- и
трехэлектродном исполнении, что позволяет использовать их при работе на
переменном сигнале.

Дюбоу М. Электронный переключатель взамен плавкого предохранителя //
Электроника. -1974. -4. -С.72-73.
Новиков С.Г., Новоселов А.Ю., Бакланов С.Б., Гурин Н.Т. Схемотехническое
моделирование и исследование мощных N-транзисторов // Изв. вузов. Электроника.
-1999. -1. -С.86-90.
Галузо В.Е., Матсон Э.А., Мельничук В.В. Полупроводниковые биполярно-
полевые структуры // Зарубежн. электрон. техн. -1981. -1 (244). -50 с.
Chua L.O., Yu J., Yu Y. Bipolar-JFET-MOSFET Negative Resistance Device //
IEEE Transactions on Circuits and Systems. -1985. -1. -P. 46-61.
Новоселов А.Ю., Новиков С.Г., Гурин Н.Т., Воробьева Т.А. Моделирование и
исследование полупроводниковых биполярных приборов с отрицательным
дифференциальным сопротивлением N-типа // Ученые записки УлГУ. Сер. физ.
Вып.1(6) / Под ред. проф. С.В.Булярского. -Ульяновск: УлГУ, 1999. -С.83-87.