[发明专利]包括晶体管和二极管的电路和器件

说明书

一种包括晶体管和二极管的电路和器件一种反相器逻辑电路包括双极结型晶体管和齐纳二极管。所述齐纳二极管连接在所述晶体管的基极与接地(或其他参考电压)之间。所述齐纳被反向偏置，使得当在所述晶体管的发射极端子和基极端子之间施加电压时，通过所述二极管的泄漏电流允许足够的电流通过所述晶体管的发射极端子‑基极端子以在不存在到基极的外部信号的情况下接通所述晶体管。这样，所述晶体管起常导通晶体管的作用。

为了制造数字逻辑电路，希望使用“常导通(normally on)”晶体管，即其中在不存在施加到基极的信号的情况下晶体管运行于导通状态，因为它们允许构造逻辑门而无需互补晶体管，从而将晶体管数量减半。

已知的是，NPN双极结型晶体管(BJT)可以通过如下电路配置而作为常导通晶体管运行，在该电路配置中，BJT的基极通过一个电阻器连接到接地。当在BJT的发射极端子和基极端子之间施加电压时，发射极是更加正的，电流可以从基极端子流动出来并且通过该电阻器。这允许在晶体管的发射极端子与集电极端子之间的电流流动，换句话说，晶体管是导通的。为了关断晶体管，晶体管的基极被连接到能够提供通过该电阻器的足够的电流的电流源，以使得通过该晶体管的电流足够地下降(或停止)，使得发射极与集电极之间的电流流动终止。

电阻器的温度系数通常是大的。这使得难以在宽温度范围内为上述电路提供运行稳定性。此外，该电阻器的电阻值(欧姆)必须大到是足够限流的，以使得可以用可得自该电流源的最大电流关断晶体管。具有满足此要求的值的电阻器物理上相对大。出于这些原因，在许多集成电路(IC)中使用此电路设计是行不通的。

根据本发明的第一方面，提供了一种电路，所述电路包括：双极晶体管，所述双极晶体管的基极端子能可切换地连接到信号源；二极管，所述二极管具有连接到所述晶体管的所述基极端子的第一端子，以及连接到参考电压的第二端子；所述电路被布置成使得当所述信号源未连接到所述晶体管的所述基极端子时，在所述双极晶体管的发射极端子处施加的电压导致通过所述晶体管的所述基极端子和通过所述二极管的电流流动，使得所述晶体管处于导通状态；所述信号源的阻抗比所述晶体管的通过所述发射极端子和基极端子的阻抗低；并且所述二极管被选择为提供限流功能，使得当所述信号源连接到所述晶体管的基极时，通过所述基极端子的电流流动减少，使得所述晶体管切换到断开状态。

所述二极管提供现有技术电路的大电阻器的限流功能；然而，与电阻器不同，所述二极管是相对小的电子部件，并且因此使电路对于用于实现数字逻辑电路来说更可行。

所述二极管的限流功能提供了一种便利手段，以在导通时限制通过晶体管的基极端子-发射极端子的电流流动，以允许晶体管的发射极基极之间的相对小的电势降。当在断开与导通之间切换的晶体管减少了在半导体器件内形成的邻近的晶体管的基极之间的寄生效应的形成的不同可能性时，这导致基极晶体管的电压(相对于参考电压)的小改变。

所述二极管可以以一种或多种方式提供限流功能。二极管可以被选择为具有提供所需电阻的物理尺寸；二极管越小，它的电流承载能力越受限制。替代地或附加地，所述二极管可以被布置在所述电路中以当电压被施加在所述晶体管的发射极端子与所述二极管的所述第二端子之间时被反向偏置。后一种方法是优选的，尤其是在使用较大的二极管的情况下。

二极管电路可以被运行使得所述二极管通过所述二极管上的在其击穿电压以下的电压被反向偏置。当被反向偏置时，通过所述二极管的电流流动可以是由于量子隧穿引起的泄漏电流的结果。

所述二极管可以是齐纳二极管。与许多其他类型的二极管相比，齐纳二极管当被偏置到其齐纳电压(击穿电压)以下时与其他二极管相比可靠地运行。尽管如此，可以使用替代的二极管，诸如例如，可以以正向偏置运行的隧道二极管。

有利地，所述二极管的温度系数的模量小于或等于每摄氏度2mV。更有利地，所述二极管具有近似每摄氏度0mV的温度系数，因为随温度变化这提供了最大程度的运行稳定性。

为了提供此温度系数，优选的是，所述二极管是被选择为表现出小于或等于大约5.6V并且更有利地大约5.6V的齐纳电压的齐纳二极管。