4.5. Негатрон как нагрузочный элемент

Негатроны можно использовать в транзисторных логических вентилях в качестве нагрузочного элемента. На рис. 4.3 показаны два варианта логического инвертора на п-канальном полевом транзисторе, в которых нагрузочными элементами являются резистор (рис. 4.3а) и негатроны N-типа (рис. 4.3б). Вольтамперные диаграммы этих вентилей представлены на рис. 4.3в.

Из рисунка видно, что применение негатрона позволяет значительно снизить ток, потребляемый вентилем от источника питания в состоянии логического нуля на выходе, и, следовательно, потребляемую мощность. Такой вентиль близок по свойствам к логическому вентилю на комплементарных МДП транзисторах. Если негатроны обладают достаточно высоким быстродействием, их целесообразно применять в сверхскоростных логических вентилях на арсенид-галлиевых полевых транзисторах с затвором Шоттки или гетеропереходных полевых транзисторах. В этих элементах р-канальные транзисторы обладают низким быстродействием.

5. Искусственные негатроны

Негатрон может быть синтезирован на основе любых приборов, обладающих активными свойствами, т.е. способных усиливать электрические сигналы. В качестве примера приведем триггер на биполярных транзисторах (рис. 5.1а). Негатроном может считаться часть триггера, обведенная пунктирной линией и включающая все элементы триггера, кроме нагрузочного резистора R₁. Анодом негатрона А является точка подключения резистора R₁, а катодом — объединенные эмиттеры транзисторов Т₁ и Т₂.

Вольтамперная диаграмма такого искусственного негатрона при отключенном резисторе R₁ представлена на рис. 5.1б.

Ток негатрона складывается из коллекторного токатранзистора Т₁ и тока базы транзистора Т₂. При малом напряжении токблизок к нулю, транзистор Т₂ закрыт, а транзистор Т₁ открыт, причем в его базу течет ток от источника питанияЕ через резистор R₂. Этому состоянию соответствует вольтамперная характеристика 1, которой и следует ток негатрона (выходная характеристика транзистора Т1 при включении ОЭ). При повышении напряжениявозрастает ток базы. Пока этот ток остается малым, он не вносит существенного вклада в ток, однако усиливается в цепи коллектора транзистора Т₂ (), ток коллектора транзистора Т₂ растет, что приводит к снижению токов и. В результате с ростом напряженияснижается ток негатрона(участок ОДС на рис. 5.1б). При дальнейшем повышении напряжениятранзистор Т₂ переходит в режим насыщения, напряжение на его коллекторе снижается практически до нуля, ток также снижается до нуля, и транзистор Т₁ запирается. При этом ток негатрона определяется током базы транзистора Т₂ (, пунктир на рис. 5.1б), который резко возрастает приВ.

Сопротивление R₁ триггера играет роль нагрузочного сопротивления негатрона. Пересечение ВАХ негатрона с нагрузочной прямой (R₁ на рис. 5.1б) соответствует неустойчивому состоянию равновесия (точка а на рис. 5.1б) и двум устойчивым состояниям равновесия (точки b_1,2 на рис. 5.1б) — состояниям логического нуля и логической единицы триггера.

Другим примером искусственного негатрона является -диод, который может быть выполнен на биполярных или полевых транзисторах. Устройство -диода на комплементарных МДП-транзисторах показано на рис. 5.2а.

Транзисторы Т_п и Т_р имеют встроенные каналы п- и р-типа соответственно (нормально открытые транзисторы, пороговые напряжения ,). Анодом А и катодом С негатрона являются стокир- и п-канальных транзисторов, соответственно, а электроды истоков обоих транзисторов объединены (точка S на рис. 5.2а). Положим для простоты, что модули пороговых напряжений обоих транзисторов одинаковы (), а ВАХ транзисторов симметричны (при равных по модулю напряжениях затвор-истоки сток-истоктоки стоководинаковы). Приоба транзистора открыты, поэтому токвозрастает с ростом напряжения. Ввиду симметрии транзисторов потенциал стока составляет. Как видно из рис. 5.2а, при этом напряжения затвор-истокобоих транзисторов равны по абсолютной величине. При повышении напряженияоба напряженияприближаются к пороговым значениям, поэтому вначале рост тока замедляется, а затем ток негатрона снижается. Приоба транзистора запираются (точкаа на рис. 5.2б), и ток остается равным нулю при .

Отметим, что хотя -диод и является составным негатроном, для получения ОДС не требуется источник питания (в отличие от рассмотренного выше триггера).

15