Przedmiotem wynalazku jest uklad wyjsciowego wzmacniacza mocy majacego obciazenie indukcyj¬ ne, a w szczególnosci uklad zabezpieczajacy wzmac¬ niacz mocy przed zablokowaniem spowodowanym impulsami napieciowymi powstajacymi w obciaze¬ niu indukcyjnym.Wyjsciowe tranzystory inocy, takie jakie sa sto¬ sowane we wzmacniaczach malej czestotliwosci i przelaczanych zasilaczach mocy, czesto maja ob¬ ciazenie indukcyjne takie, jak przekazniki, trans¬ formatory lub cewki glosników. Tranzystory mocy przy obciazeniu indukcyjnym beda zasadniczo dzia¬ lac w sposób zadawalajacy, gdy ich zakres pracy miesci sie w czesci liniowej charakterystyki dyna¬ micznej wzmacniacza. Przy pracy liniowej tranzysto¬ ry beda stanowily zródlo napiecia o malej Lmpedan- cji wyjsciowej zapewniajace odpowiednie tlumienie indukowanych w obciazeniu indukcyjnym impulsów napiecia, iktóre moga niekiedy oddzialywac na tran¬ zystory.Jednakze, gdy wyjsciowe tranzystory mocy w przelaczanych zasilaczach sa przelaczane okresowo w stan nieprzewodzenia, lub gdy tranzystory we -wzmacniaczach malej czestotliwosci sa wysterowy- wane duzym sygnalem wejsciowym tak, iz w pew¬ nych przedzialach czasowych pracuja nieliniowo, tranzystory wyjsciowe beda stanowily zródlo o du¬ zej impedanjci wyjsciowej. Energia w obciazeniu in¬ dukcyjnym bedzie narastac do wartosci szczytowej, a nastepnie z powrotem bedzie przekazywana do 10 15 25 30 wzmacniacza lub zasilacza mocy. Ta duza porcja energii moze sie przejawiac jako duzy ujemny im¬ puls napieciowy, (dzieki któremu moga byc utwo¬ rzone petle pradu regeneracyjnego w jednym lub wiecej tranzystorów wyjsciowych mocy i innych ob¬ wodach we wzmacniaczu lub zasilaczu mocy.Prady petlowe moga ustawiac w stan nieprzewo- dzenia obwody we wzmacniaczach lub zasilaczach mocy, w których to warunkach moc wyjsciowa zo¬ staje zmniejszona do ulamka normalnego maksy¬ malnego poziomu. Warniki zatkania beda istniec az do momentu wyczerpania energii w obwodzie zaty¬ kajacym.Tenproblem blokowania staje sie bardziej ostrym, gdy tranzystory wyjsciowe mocy nie sa elementami dyskretnymi, lecz sa zrealizowane w technologii ukladów scalonych jako czesc ukladu scalonego zre¬ alizowanego na jednej plytce pólprzewodnikowej.W tych przypadkach duze ujemne impulsy napie¬ cia nie tylko powoduja zatkanie jednego lub wie¬ cej wyjsciowych tranzystorów mocy, lecz prady wy¬ wolane przez impulsy moga byc przenoszone do in¬ nych obszarów ukladu scalonego i odzialywac na prace innych obwodów w sposób negatywny.Ponadto duze gestosci pradu w malej plytce ukla¬ du scalonego moga spowodowac uszkodzenie lub zniszczenie tranzystorów ukladu scalonego jak rów¬ niez stopienie metalowych przewodników utworzo¬ nych na powierzchni plytki.Przedmiotem wynalazku jest uklad wzmaniacza 126 9453 126 945 4 mocy, zawierajacy stopien wyjsciowy mocy zrealizo¬ wany w technologii ukladów scalonych na mono- Iffycznef* plotce :jp£liprcewodnikowej, zawierajacy Utworzona w* t^hnoilogii ukladów scalonych na mo¬ nolitycznej plytceJpólprzewodnikowej wyjsciowy tran^ysfej^ impcy,, kjtórego kolektor jest polaczony £ -zewnetrznym obciazeniem indukcyjnym i ze zród- ^enf'napiecia* polaryzacji, emiter jest polaczony ze wspólnym punktem ukladu przez zalaczony w jego obwodzie rezystor emiterowy, a baza — ize zródlem napiecia polaryzacji oraz ze zródlem sygnalu steru¬ jacego.Monolityczna plytka pólprzewodnikowa zawiera polaczone ze wispólnym ukladem podloze o pierw¬ szym typie przewodnictwa, korzystnie typu p+, na którym to podlozu utworzona jest warstwa epitak¬ sjalna o przeciwnym typie przewodnictwa, korzy¬ stnie typu n, podzielona obszarami izolacyjnymi o przeciwnym typie przewodnictwa, korzystnie typu p+, na osobne wysepki, na których w technologii elementy ukladowe.Przy tym obszarem kolektora wyjsciowego tran¬ zystora mocy jest obsizr warstwy epitaksjalnej jed¬ nej z takich wysepek, oddzielony od podloza obsza¬ rem wewnterznym o duzej gestosci nosników, ko¬ rzystnie typu n+, i polaczony z zaciskiem, do któ¬ rego dolaczone jest obciazenie zewnetrzne, za po¬ moca dyfundowanego obszaru o duzej gestosci nos¬ ników, korzystnie typu n+, i zlacza metalicznego.Obszarem bazy jest dyfundowany obszar o prze¬ wodnictwie korzystnie typu p, utworzony w poblizu powierzchni plytki pólprzewodnikowej odizolowany od obszaru wewnetrznego.Natomiast obszarem emitera jest obszar o prze¬ wodnictwie korzystnie typu n+ utworzony w ob¬ szarze bazy polaczony za pomca warstwy metaliza¬ cji z obszarem o przewodnictwie korzystnie typu p+ tworzacym rezystor zalaczony w obwodzie emi- terowym, polaczonym poprzez zlacze metaliczne z drugim zaciskiem, do którego dolaczone sa ele¬ menty zewnetrzne ukladu. Zgodnie z wynalazkiem miedzy zaciskiem, do którego dolaczony jest obszar rezystora emiterowego polaczony za pomoca warstwy metalizacji z obszarem emitera a wspólnym punk¬ tem ukladu dolaczony jest obwód zabezpieczajacy przed zablokowaniem wzmacniacza.Obwód zabezpieczajacy sklada sie korzystnie z po¬ laczonych równolegle rezystora i kondensatora.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania w oparciu o zalaczony ry-( sunek, na którym fig. 1 przedstawia schemat wzmac¬ niacza malej czestotliwosci zaprojektowany zgodnie z zaisadami wynalazku, fig. 2 przedstawia schema¬ tycznie w przekroju tranzystor wyjsciowy mocy ukladu scalonego wlaczony w znanym ukladzie, fig. 3, przedstawia schemat zastepczy ukladu z fig. 2; fig. 4 przedstawia schematycznie ;w przekroju tran¬ zystor wyjsciowy mocy ukladu scalonego wlaczony w ukladzie z obciazeniem indukcyjnym wedlug wy¬ nalazku, a fig. 5 przedstawia schemat zastepczy tranzystora z fig. 4.Na figurze 1 przedstawiono obwód 10 wyjsciowy mocy monolitycznego ukladu scalonego malej cze¬ stotliwosci polaczonej z glosnikiem 60. Obwód 18 ^jest zaznaczony linia przerywana oznaczajaca grani¬ ce plytki ukladu scalonego. Polaczenie plytki z ele¬ mentami zewnetrznymi jest zrealizowane za pomo¬ ca zacisków 12, 14 wyjsciowych.Czesc wyjsciowa mocy plytki ukladu scalonego 5 jest sterowana przez sygnaly o wzajemnie przeciw¬ nej biegunowosci doprowadzane z innej czesci ply¬ tki wewnetrznymi polaczeniami Tl, T2. Sygnal do¬ prowadzany polaczeniem Tl jest doprowadzony do bazy tranzystora 16 pracujacego w ukladzie wtór- !& nika emiterowego.Kolektor tranzystora 16 jest dolaczony do zacisku zródla napiecia zasilajacego B+, a jego emiter jest polaczony z baza wyjsciowego tranzystora 18 mocy.Kolektor wyjsciowy tranzystora 18 jest dolaczony do 15 zacisku zródla napiecia zasilania B+, a jego emiter jest polaczony z zaciskiem 12 wyjsciowym malej czestoliwosci poprzez rezystor 19. Punkty pracy tranzystorów 16 i 18 sa ustalone za pomoca rezy¬ storów 22, 24 i tranzystora 20. Rezystory 22, 24 sa 20 polaczone szeregowo i wlaczone miedzy emiterem tranzystora. 16 a przewodnikiem 21, który jest do¬ laczony do wyjsciowego zacisku 12. Kolektor tran¬ zystora 20 jest dolaczony do bazy tranzystora 16, a jego baza jest dolaczona do punktu polaczenia 25 rezystorów 22 i 24, natomiast emiter dolaczony jest do przewodnika 21. Tranzystor 20 i rezystor 22 i 24 dzialaja jako obwód wytwarzajacy napiecie pola¬ ryzacji Vt,e przeznaczony do utrzymywania napie¬ cia polaryzacji na tranzystorach 16 i 18 przez wpro- 30 wadzenie ujemnego sprezenia zwrotnego w obec¬ nosci zmian temperatury i napiecia zasilania.Sygnal doprowadzany przewodnikiem T2 jest do¬ prowadzany do bazy tranzystora 26, którego emiter jest polaczony z przewodnikiem 21, a jego kolektor 35 jest dolaczony do bazy tranzystora 28 zalaczonego w ukladzie wtórnika emiterowego. Kolektor tran¬ zystora 28 jest dolaczony ido przewodnika 3$, a jego emiter jest polaczony z baza wyjsciowa tranzystora 38 mocy. Kondensator 36 jest wlaczony miedzy ko- 40 lektorem a emiterem tranzystora 26. Wyjsciowy tranzystor 38 mocy ma kolektor polaczony z zacis¬ kiem 12 wyjsciowym, a jego emiter jest dolaczony do zacisku 14 wyjsciowego przez rezystor 39. Punkt pracy tranzystorów 28 i 38 jest ustalany przez drugi 45 obwód polaryzajci wytwarzajacy napiecie Vbe za¬ wierajacy rezystor 32 i 34 i tranzystor 30. Rezystory 32 i 34 sa polaczone szeregowo i wlaczone miedzy emiterem tranzystora 28 a zaciskiem 14 wyjscio¬ wym. Kolektor tranzystora 30 jest polaczony z baza 50 tranzystora 28, jego baza jest dolaczona do punktu polaczenia rezystorów 32 i 34, a jego emiter jest, polaczony z wyjsciowym zaciskiem 14. Drugi obwód polaryzujacy wytwarzajacy napiecie Vbe dziala w podobny sposób jak pierwszy obwód polaryzujacy 55 wytwarzajacy napiecie \\,e opisany uprzednio.Dyskretne elementy ukladu sa zlokalizowane na zewnatrz plytki 10 ukladu scalonego i sa dolaczone do zacisków 12 i 14 kostki. Kondensator 48 sprzega¬ jacy doprowadza sygnaly wyjsciowe z zacisku 12 60 wyjsciowego malej czestotliwosci do uzwojenia pier¬ wotnego transformatora 50 wyjsciowego. Drugie wyprowadzenie pierwotnego uzwojenia transforma¬ tora 50 jest polaczone z masa. Wtórne uzwojenie transformatora 5Q jest polaczone z cewka glosnika «5 60. Obwód filtrujacy, zawierajacy szeregowo pola-czone kondensator 44 i rezystor 46 jest wlaczony miedzy zaciskieim 12 wyjsciowym a masa. Ten ob¬ wód filtracyjny dziala jako filtr dolnoprzepustowy i tlumi sygnaly szumowe na zaciskach wyjsciowych malej czestotliwosci.W korzystnym przykladzie realizacji wynalazku rezystor 40 i kondensator 42 sa wlaczone równole¬ gle miedzy zaciskiem 14 a masa. Rezystor 40 ustala napiecie polaryzacji emiter tranzystora 38 na pozio¬ mie nieco powyzej potencjalu masy, co zabezpiecza tranzystor przed zablokowaniem, gdy ujemne im-t pulsy napieciowe sa doprowadzane do kolektora tranzystora z transformatora 50. Kondensator 42 spelnia dwie funkcje w uJkladzie.Pierwsza polega na tym, ze kondensator 42 maga¬ zynuje energie, które utrzymuja dodatnia polaryza¬ cje zacisku 14 w tych przedzialach czasowych, gdy ujemne impulsy sa doprowadzane do obwodu z transformatora 50. Druga polega na tym, ze kon¬ densator 42 tworzy droge obejsciowa dla sygnalu pradu przemiennego od zacisku 14 do masy, co za-/ bezpiecza przed nadmiernym zmniejszeniem wzmoc¬ nienia tranzystora 38. Chociaz potencjal zacisku 14 jest wyznaczany przez spadek napiecia na rezysto¬ rze 40 w przykladzie przedstawionym na fig. 1, w rozwiazaniu wedlug wynalazku moze byc uzyty dowolny element, który polaryzuje zacisk 14 na po¬ ziomie napieciowym powyzej potencjalu masy. Na przyklad, jesli zachodzi potrzeba, zamiast rezystora 40 moze byc uzyta dioda.Sposób w jaki dzialaja kondensator 42 i rezystor 40 dla zabezpieczenia przed zablokowaniem tran¬ zystora 38, moze byc zrozumialy biorac pod uwage^ fig. 2 do fig. 5, na których przedstawiono przekroje i schematy zastepcze tranzystora 38 i zwiazane z nim obwody.Figura 2 jest przekrojem poprzecznym tranzy¬ stora 38 w wyjsciowym stopniu mocy zrealizowane¬ go w technologii ukladów scalonych wzmacniacza malej czestotliwosci. Stopien wyjsciowy tego sca¬ lonego wzmacniacza mocy jest przestawiony jako czesc 10 z fig. 1.Scalony uklad 100 z fig. 2 zrealizowany na plytce z materialu pólprzewodnikowego zwykle krzemu, w której utworzona jest warstwa podloza 102 jednym typie przewodnictwa (na przyklad, o przewodnictwie typu p+) oraz lekko domieszkowana warstwe 104 epitaksjalna o przeciwnym typie przewodzenia (na przyklad, n + ).Epitaksjalna warstwa 104 jest podzielona na od¬ dzielne wysepki podobne do jednego z pokazanych na fig. 2 izolacyjnych obszarów 108 o przewodnic¬ twie typu p+. Obszry te sanowia elektryczna izo¬ lacje pomiedzy wysepkami epitaksjalnymi na plytce ukladu scalonego, a kazdy z nich zawiera jeden lub wiecej wspólpracujacych elementów ukladowych.W warstwie granicznej miedzy podlozem 102 o prze¬ wodnictwie typu P + a warstwa epitaksjalna 104 utworzony jest obszar wewnetrzny 106 o duzej ge¬ stosci nosników typu n+. Dyfundowany obszar 114 równiez o duzej gestosci nosników typu n+ tworzy przejscie o malej wartosci prezwodnosci miedzy po- w\erzclinia 105 warstwy epitaksjalnej 104 a obsza¬ rem, wewnetrznym 106.W poblizu powierzchni lty| warstwy epitaksjalnej 6 945 6 \ 104 utworzony jest dyfundowany obszar 110 o prze¬ wodnictwie typu p. Równiez w poblizu powierzch¬ ni 105 znajduje sie dyfundowany obszar 112 o du¬ zej gestosci nosników typu n+, który jest usytuo- 5 wany wewnatrz obszaru 116 o przewodnictwie typu P. Dyfundowany obszar 140 o duzej gestosci nosni¬ ków typu p+ jest takze usytuowany w epitaksjal¬ nej warstwie 104 w poblizu powierzchni 105 miedzy obszarem 110 o przewodnictwie typu p a jednym 10 z obszarów 108 izolacyjnych. Na powierzchnie 105 plytki z ukladem scalonym nalozona jest izolujaca warstwa 116 z dwutlenku krzemu. Polaczenia z zew¬ netrznymi elementami ukladowymi sa wykonane ^poprzez usuniecie warstwy izolujacej 116 i naloze- 15 nie warstwy metalicznej na obszrach 118 i 118', któ¬ re sa polaczone z obszarami dyfundowanymi na po¬ wierzchni 105 plytiki. Przewodnik metaliczny 118 laczy obszar 140 o przewodnictwie typu n+ z wyjs¬ ciowym zaciskiem 14, a metalizowany przewodnik 20 118' laczy obszar 114 o przewodnictwie typu n+ z wyjsciowym zaciskiem 12.Pólprzewodnikowe obszary pokazane na fig. 2 wspóluczestnicza w utworzeniu wyjsciowego tran¬ zystora 38 mocy z fig. 1, Mianowicie obszar 114 » o przewodnictwie typu n+ i obszar 106 o przewod¬ nictwie typu n+ oraz eptaksjalna warstwa 104 two¬ rza obszar kolektora tranzystora 38. Obszar 114 o duzej gestosci nosników n+ i obszar wewnetrzny 106 zapewniaja, ze tranzystor ma mala dynamiczna 30 rezystancje kolektora. Obszar o przewodnictwie typu p 110 tworzy baze tranzystora 38, a obszar o przewodnictwie typu p 112 tworzy emiter tranzy¬ stora. ObszaT 112 o przewodnictwie typu n+ rów¬ niez tworzy rezystor 39 zalaczony w obwodzie emi- 35 tera tranzystora.Mozna zauwazyc na figurze 1, ze rezystor 39 jest dolaczony do rezystora 34 i do emitera tranzystora 30. W plytce z ukladem scalonym 100 z fig. 2 po¬ laczenie to nie jest zrealizowane za pomca meta- 40 licznego przewodnika utworzonego przez warstwe metalizacji na powierzchni plytki lecz w postaci ka¬ nalu 35, który jest pokazany jako obszar 140 o prze¬ wodnictwie typu p+ (fig. 2). Zlozonosc konfiguracji przewodników metalizowanych na powierzchni ply- 45 tki z ukladem scalonym, spowodowala koniecz¬ nosc zastosowania w tym przypadku polaczenia za pomoca kanalu 35.Na figurze 2 tranzystor 38 jest wlaczony w zna¬ nym ze stanu techniki ukladzie i polaczony z ele- 50 mentami zewnetrznymi ukladu w znany ze stanu techniki sposób. W tym ukladzie kolektor tranzy¬ stora 38 jest dolaczony do obciazenia indukcyjnego (transformator 50 i glosnik 60) za pomoca zacisku 12 wyjsciowego i kondensatora 44 sprzegajacego. 55 Drugi zacisk 14 wyjsciowy jest polaczony z masa. yTak wlaczony tranzystor 38 jest podatny na zatyka¬ nie w warunkach duzego sygnalu, co powoduje, ze tranzystor pracuje nieliniowo.Transformator 50 moze wytworzyc w tych warun- 60 kach duzy ujemny impuls napiecia, który bedzie z powrotem doprowadzany do kolektora tranzysto¬ ra 38 poprzez zacisk 12. Ujemny impuls napiecia mj^ze osiagnac obszar wewnetrzny 106 polaryzujac go w kierunku i porii&ej potencjalu masy (zero vol- 65 tów).126*45 10 przypadku indukowane ujemnie spolaryzowane im¬ pulsy napiecia beda wytwarzane w uzwojeniu glos¬ nika i doprowadzane z powrotem bezposrednio do wzmacniacza mocy.Zastrzezenia patentowe 1. Uklad wzmacniacza mocy zawierajacy stopien wyjsciowy mocy zrealizowany w technologii ukla- 1Q dów scalonych na monolitycznej plytce pólprzewod¬ nikowej, zawierajacy utworzony w technologii ukla¬ dów scalonych na monolitycznej plytce pólprzewod¬ nikowej wyjsciowy tranzystor mocy, którego kolek¬ tor jest polaczony z zewnetrznym obciazeniem indu- 15 kcyjny laczony w jego obwodzie rezystor emiterowy, a baza — ze zródlem napiecia polaryzacji oraz ze zródlem sygnalu sterujacego, która to monolityczna plytka pólprzewodnikowa zawiera polaczone ze wspólnym 20 punktem ukladu podloze o pierwszym typie prze¬ wodnictwa, korzystnie typu p+, na którym to pod¬ lozu utworzona jest warstwa epitaksjalna o prze¬ ciwnym typie przewodnictwa, korzystnie typu n, podzielona obszarami izolacyjnymi o przeciwnym 25 typie, korzystnie typu p+ , na osobne wysepki, na których w technologi ukladów scalonych sa utwo¬ rzone inne skladowe elementy ukladowe, przy czym obszarem kolektora wyjsciowego tranzystora mocy jest obszar warstwy epitaksjalnej jednej z takich wysepek, oddzielony od podloza obszarem wewne¬ trznym o duzej gestosci nosników, korzystnie typu n+, i polaczony z zaciskiem, do którego dolaczone jest obciazenie zewnetrzne, za pomoca dyfundowa- nego obszaru o duzej gestosci nosników, korzystnie typu n+, i zlacza metalicznego, obszarem bazy jest dyfundowany obszar o przewodnictwie korzystnie typu p, utworzony w poblizu powierzchni pólprze¬ wodnikowej odizolowany od obszaru wewnetrzne¬ go, a obszarem smitera jest obszar o przewodnictwie korzystnie typu n+ utworzony w obszare bazy po¬ laczony za pomoca warstwy metalizacji z obszarem o przewodnictwie korzystnie typu p+ tworzacym rezystor zalaczony w obwodzie emiterowym, pola¬ czonym poprzez zlacze metaliczne z drugim zacis¬ kiem, do którego dolaczone isa elementy zewnetrzne ukladu, znamienny tym, ze miedzy zaciskiem do któ¬ rego dolaczony jest obszar (140) rezystora emitero- wego (39) polaczony za pomoca warstwy metaliza¬ cji (118) z obszarem emitera (112) a wspólnym pun¬ ktem ukladu dolaczony jest obwód (40, 42) zabez¬ pieczajacy przed zablokowaniem wzmacniacza. 2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ob¬ wód zabezpieczajacy (40, 42) sklada sie korzystnie z polaczonych równolegle rezystora (40) i konden¬ satora (42). — w126 945 / 50 60 « ,118 100 N+ |q5 M ISO /gX'3Q l40 !Q4 110 112 ' ^ Pl Fig.4 Fig.5 «« P+ Vl08 w fll4l ^ 106 H02 ZGK 2482/1110/84 — 95 egz.Cena 100 zl PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL