ショットキートランジスタ

ショットキートランジスタは、トランジスタとショットキーダイオードを組み合わせたもので、過剰な入力電流を迂回させることでトランジスタの飽和を防ぎます。ショットキークランプトランジスタとも呼ばれます。

標準的なトランジスタ トランジスタ ロジック(TTL) では、トランジスタを飽和スイッチとして使用します。飽和したトランジスタはハードにオンになります。つまり、引き込むコレクタ電流に必要な量よりもベース駆動力がはるかに大きくなります。余分なベース駆動力によって、トランジスタのベースに蓄積電荷が生成されます。蓄積電荷は、トランジスタをオンからオフに切り替える必要があるときに問題を引き起こします。電荷が存在する間はトランジスタはオンであり、トランジスタをオフにする前にすべての電荷を除去する必要があります。電荷の除去には時間がかかるため (蓄積時間と呼ばれる)、飽和の結果、ベースに適用されたターンオフ入力とコレクタの電圧振幅の間に遅延が生じます。蓄積時間は、元の TTLロジック ファミリにおける伝播遅延のかなりの部分を占めます。

スイッチングトランジスタが飽和しないようにすることで、蓄積時間をなくし、伝播遅延を減らすことができます。ショットキートランジスタは飽和と蓄積されたベース電荷を防止します。^[1]ショットキートランジスタは、トランジスタのベースとコレクタの間にショットキーダイオードを配置します。トランジスタが飽和に近づくと、ショットキーダイオードが導通し、余分なベース駆動をコレクタに分流します。（この飽和回避技術は、1956年のベイカークランプで使用されています。）その結果得られる飽和しないトランジスタはショットキートランジスタです。ショットキーTTLロジックファミリ（SやLSなど）は、重要な場所でショットキートランジスタを使用しています。

順方向バイアスの場合、ショットキー ダイオードの電圧降下は 0.25 V で、標準のシリコン ダイオードの 0.6 V よりもはるかに小さくなります。標準の飽和トランジスタでは、ベースからコレクタへの電圧は 0.6 V です。ショットキー トランジスタでは、トランジスタが飽和する前に、ショットキー ダイオードがベースからコレクタに電流を分流します。

トランジスタのベースを駆動する入力電流には、2 つの経路があります。1 つはベースへの経路、もう 1 つはショットキー ダイオードを通ってコレクタへの経路です。トランジスタが導通すると、ベース - エミッタ接合部には約 0.6 V の電圧がかかります。通常、コレクタ電圧はベース電圧よりも高く、ショットキー ダイオードは逆バイアスされます。入力電流が増加すると、コレクタ電圧はベース電圧よりも低くなり、ショットキー ダイオードが導通し、ベース駆動電流の一部をコレクタに分流します。トランジスタは、コレクタ飽和電圧 ( V _CE(sat) ) がベース - エミッタ電圧V _BE (約 0.6 V) からショットキー ダイオードの順方向電圧降下 (約 0.2 V) を引いた値よりも低くなるように設計されています。その結果、余分な入力電流はベースから分流され、トランジスタが飽和することはありません。

1956年、リチャード・ベイカーはトランジスタの飽和を防ぐための個別のダイオードクランプ回路をいくつか説明しました。^[2]この回路は現在ベイカークランプとして知られています。これらのクランプ回路の1つは、ショットキートランジスタと同じ回路構成でシリコントランジスタをクランプするために単一のゲルマニウムダイオードを使用しました。^{[2] : 11, 30} この回路は、シリコンダイオードよりも順方向電圧降下が低いゲルマニウムダイオードに依存していました。

1964年、ジェームズ・R・ビアードはショットキートランジスタの特許を申請した。^[3]彼の特許では、ショットキーダイオードはコレクタベーストランジスタ接合の順方向バイアスを最小限に抑えることでトランジスタの飽和を防ぎ、少数キャリアの注入を無視できる量にまで減らした。ダイオードは同じダイに統合することもでき、レイアウトがコンパクトで、少数キャリアの電荷蓄積がなく、従来の接合ダイオードよりも高速だった。彼の特許では、ショットキートランジスタをDTL回路で使用して、ショットキーTTLなどの飽和ロジック設計のスイッチング速度を低コストで向上させる方法も示されていた。

1971 年、Texas Instruments はショットキー ダイオードを搭載した74S TTL ロジック ファミリを発表しました。その後、74LS、74AS、74ALS、74F TTL ロジック ファミリにも組み込まれました。

• ショットキー障壁

ウィキメディア・コモンズには、ショットキー・トランジスタに関連するメディアがあります。

• ショットキーバリアダイオードが TTL メモリとロジックの速度を 2 倍に - computerhistory.org