DE1059510B - Einrichtung zur Regelung des Verstaerkungsfaktors eines Transistors mit zwei mit derselben Zone verbundenen Basiselektroden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung des Verstärkungsfaktors eines Transistors mit zwei mit derselben Zone verbundenen Basiselektroden, zwischen denen eine Regelspannung wirksam gemacht wird.

Es ist bekannt, bei einem derartigen Transistor durch Anlegen einer veränderbaren Spannung zwischen den beiden Basiselektroden eine seitliche Drift der Löcher in Richtung dieses zusätzlichen Feldes und damit eine stärkere Rekombination zu erzielen, wodurch die Wirksamkeit des Emitters auf den Basisstrom herabgesetzt und der Verstärkungsfaktor vermindert werden kann. Man hat jedoch nicht angegeben, wie bei einer solchen Anordnung die Elektroden wechselspannungsmäßig beschaltet werden sollen, außerdem ergab sich bei dieser bekannten Untersuchung ein verhältnismäßig hoher Regelspannungsbedarf.

Bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art erhält man eine einfache Schaltungsanordnung, deren Verstärkungsgrad sehr intensiv bei einem verhältnismäßig niedrigen Regel spannungsbedarf verändert werden kann, wenn gemäß der Erfindung die Signalquelle zwischen der einen Basiselektrode und dem vom Emitter abgewandten Pol der Emitterbatterie eingeschaltet ist und die andere Basiselektrode über eine für die Signalfrequenz niedrige Impedanz mit dem Verbindungspunkt zwischen Signalquelle und Emitterbatterie verbunden ist und durch die Regelspannung die Größe des in Vorwärtsrichtung eingestellten, zur Verstärkung wirksamen Teiles der Basis-Emitter-Grenzschicht verändert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung;

Fig. 2 und 3 sind Abarten nach Fig. 1;

Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung;

Fig. 6, 7 und 8 zeigen Bauarten eines Transistors bei einer Einrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Transistor 1 mit drei Schichten p, η und p. Die Zone η dient dabei als Basis und trägt zwei Elektroden b_t und b_n, während die eine p-Zone mit einer Kollektorelektrode c und die andere p-Zone mit einer Emitterelektrode e versehen ist.

Der Emitter e ist mit einer Vorspannungsquelle 5 verbunden, zwischen deren anderer Klemme und der ersten Basiselektrode b_t eine Signalquelle 2 mit dem Innenwiderstand 3 eingeschaltet ist.

Zwischen dem Kollektor c und der dem Emitter e abgewandten Klemme der Vorspannungsquelle 5 ist ein Arbeitswiderstand 4 in Reihe mit einer Speisebatterie 6 eingeschaltet; an den mit der Kollektorimpedanz 4 verbundenen Klemmen kann das verstärkte Signal abgenommen werden.

Einrichtung zur Regelung
des Verstärkungsfaktors eines Transistors mit zwei mit derselben Zone
verbundenen Basiselektroden

Anmelder:
N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken_f
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. Κ. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 2. Februar 1954

Adrianus Johannes Wilhelmus Marie van Overbeek, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

Die Vorspannungsquelle 5 und die Speisebatterie 6 dienen dazu, den Transistor 1 auf den richtigen Arbeitspunkt einzustellen.

Zur Regelung der Verstärkung ist eine veränderliche Regelspannungsquelle 7 in Reihe mit einem Widerstände parallel zu der Signal quelle 2 und ihrem Innenwiderstand 3 geschaltet, und die zweite Basiselektrode b₂ ist über eine vernachlässigbare Impedanz 9 mit dem von der Elektrode abgewandten Ende der Signalquelle 2 verbunden.

Durch die Vorspannungsquelle 5 ist die Basiszone η gegenüber der Emitterzone p in der Nähe der zweiten Basiselektrode 5, stets
gestellt.

Die Vorspannungsquelle 7 bestimmt die Einstellung der Elektrode b_x : Wenn die Vorspannungsquelle 7 die Spannung Null aufweist, wird die Emitter-Basis-Grenzschicht in der Nähe der Elektrode b_t — ebenso wie in der Nähe der Elektrode &₂ — in Vorwärtsrichtung betrieben, so daß der Transistor in der Nähe der ersten Basiselektrode b_± für die Signalverstärkung wirksam ist.

Ist jedoch die Spannung der Quelle 7 hinreichend groß, so wird die erwähnte Grenzschicht in der Nähe

g09 557/291

m Vorwärtsrichtung

von Zb₁ in der Sperrichtung betrieben, wodurch der in Vorwärtsrichtung eingestellte und damit für die Verstärkung wirksame Teil der Grenzschicht ?i—p zwischen Basis und Emitter sich nach. stets in Vorwärtsrichtung eingestellten zweiten Elektrode b₂ hin verschiebt. Derder ersten Basiselektrode b_t zugeführte Signalstrom wird in einen zwischen den Basiselektroden und b.₂ in der Zone η fließenden, für die Verstärkung inwirksamen Teil und in einen über die in Vorwärtsrichtung eingestellte Grenzschicht zwisehen Basis und Emitter fließenden, für die Verstärkung wirksamen Teil aufgespalten.

Da mit zunehmender Regelspannung der der ersten Basiselektrode b₁ benachbarte Teil der Basis-Emitter-Grenzschicht in Sperrichtung eingestellt wird, verringert sich dabei das Verhältnis des Widerstandes der Zone» zwischen der ersten Basiselektrode und der zweiten Basiselektrode b₂ und des Widerstandes zwischen der ersten Basiselektrode b_t und der Emitterelektrode e über den wirksamen Teil der Grenzschicht derart, daß durch diese Stromteilung eine schwächere Steuerung des Kollektorstromes und damit eine Verringerung der Verstärkung und des an der Kollektorimpedanz 4 auftretenden Ausgangssignale eintritt.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 1, bei der die Regelspannungsquelle 7 und die Signalspannungsquelle 2 mit ihrem Innenwiderstand 3 im Zweig der ersten Basiselektrode b_± in Reihe geschaltet sind. Die Wirkung ist dabei gleich der, wie sie an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde.

Ein Nachteil der Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 ist der, daß die zweite Basiselektrode b₂ stets in der Vorwärtsrichtung betrieben wird. Infolgedessen bildet die Zone η in der Nähe dieser Elektrode b.₂ stets eine geringe Impedanz gegenüber der Emitterelektrode und auch über die Leitung 9 gegenüber dem der ersten Basiselektrode b₁ abgewandten Ende der Signalquelle 2. Die Eingangsimpedanz des Transistors 1 für die Signalquelle ist somit immer verhältnismäßig niedrig und nimmt noch ab, wenn die Elektrode b₁ mehr in Vorwärtsrichtung eingestellt und damit die Verstärkung erhöht wird.

Um diesen Nachteil zu vermindern, kann man gemäß Fig. 3 die Regelspannungsquelle 7 in den Zweig der Elektrode b₂ verlegen. Bei Erhöhung der Regelspannung wird auch in diesem Falle ein Teil, und zwar der der zweiten Basiselektrode b₉ benachbarte Teil, der Basis-Emitter-Grenzschicht in Vorwärtsrichtung eingestellt und somit für die Verstärkung unwirksam gemacht, während gleichzeitig durch Verringerung des in der Vorwärtsrichtung eingestellten Teiles die Eingangsimpedanz an der ersten Basiselektrode b₁ weiter zunimmt.

Die wirkungsvollste Regelung ergibt sich, wenn die Elektrode b_i in der Vorwärtsrichtung und die Elektrode b₂ in der Sperrichtung betrieben wird, wobei die Regelspannung bewerkstelligt, daß gleichzeitig die Vorspannung der Elektrode b_x sich mehr zu der Sperrrichtung und die der Elektrode b₂ sich mehr zu der Vorwärtsrichtung verschiebt. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbei spiel, durch das dies verwirklicht wird und bei dem die Elektroden e und b₂ für Signalschwingungen mittels des Kondensators 11 miteinander verbunden sind, während die Widerstände 12 und 13 in die Kreise der Elektroden e bzw. b₂ eingefügt sind. Die Vorspannungsquellen 14 und 15 sind dabei derart eingestellt, daß, wenn die Regelspannung der Quelle 7 gleich Null ist, die Elektrode b^ in die Vorwärtsrichtung eingestellt wird, wodurch der Emitterstrom durch den Widerstand 12 einen so großen Spannungs-

fall erzeugt, daß die Elektrode b₂ in die Sperrichtung eingestellt wird. Wird die Regelspannung der Quelle 7 erhöht, so wird die Elektrode b_x in die Sperrichtung gelangen, wodurch der Spannungsfall über den Widerstand 12 derart sinkt, daß die Elektrode b₂ in die Vorwärtsrichtung eingestellt wird. Der wirksame Teil der Basiszone η verschiebt sich dabei von der gesteuerten Elektrode b_t zu der nicht gesteuerten Elektrode b₂, wobei diese Zone wieder als ein Spannungsteiler arbeitet und somit die Verstärkung allmählich mehr herabmindert.

Fig. 5 zeigt eine Abart der Ausführungsform nach Fig. 4 mit vollkommen ähnlicher Wirkungsweise, wobei entsprechend Fig. 3 die Regelspannungsquelle 7 in den Kreis der Elektrode b₂ versetzt ist.

Der Transistor bei den Schaltungen nach den Fig. 1 bis 5 kann z. B. von dem Typ sein, bei dem Zonen abwechselnder Leitfähigkeit aus der Schmelze heraufgezogen sind. Fig. 6 zeigt die Seitenansicht und die Draufsicht eines Transistors des »Legierungs«-Typs, wobei in einem Kristallkörper des einen Leitfähigkeitstyps (z. B. η-Germanium) beiderseits Zonen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch Legierung mit angebrachten, eingeschmolzenen Massen, z. B. Indium, gebildet werden. Diese Zonen werden mit der Emitterelektrode e bzw. der Kollektorelektrode c verbunden, während der Kristallkörper selbst mit Basiselektroden bzw. b₂ versehen wird. Um einen hinreichenden Spannungsabfall im wirksamen Teil der Basiszone zu gewährleisten, wo die Emitter- und die Kollektorzone sich näher kommen, sind beiderseits Sägeschnitte 19 und 20 vorgesehen, die sich bis in die Emitterzone erstrecken.

Fig. 7 zeigt eine Abart des Transistors nach Fig. 6. wobei die mit den Elektroden e bzw. c verbundenen Emitter- bzw. Kollektorzonen in an sich bekannter Weise einander gegenüber verschoben sind. Dieser Transistor bietet die Möglichkeit, z. B. bei Anwendung in der Schaltung nach Fig. 4, eine verstärkte Regelwirkung zu erzielen. Ist nämlich die Elektrode
nach Fig. 7 in die Vorwärtsrichtung und die Elektrode b₂ in die Sperrichtung eingestellt, so wird der wirksame Teil der Basiszone sich in der Nähe des Punktes 21 befinden, wo die von der Emitterzone ausgehenden Ladungsträger sich gegenüber einer großen Kollektoroberfläche befinden, so daß die Rekombination gering und somit der Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor a hoch ist. Ist hingegen die Elektrode b_t in der Sperrichtung und die Elektrode b₂ in der Vorwärtsrichtung eingestellt, so ist der wirksame Teil der Basiszone zu dem Punkt 22 verschoben, wo die effektive Kollektoroberfläche gering und somit die Rekombination groß und auch der Strom verstärkungsfaktor a gering ist.

Eine ähnliche Wirkung kann man gemäß Fig. 8, gewünschtenfalls in Kombination mit der Ausführungsform nach Fig. 7, dadurch erhalten, daß die Emitter- und die Kollektorzonen in einem sich allmählich vergrößernden Abstand voneinander entfernt bleiben. Verschiebt sich bei Änderung der Vorspannungen der Elektroden b_t bzw. b₂ der wirksame Teil der Basiszone vom Punkt 21 zum Punkt 22, so wird der Stromverstärkungsfaktor a wieder herabsinken, diesmal infolge der größeren Dicke der Basiszone an der Stelle dieses wirksamen Teiles.

Selbstverständlich kann man bei jeder der dargestellten Einrichtungen die Leitfähigkeitstype der verschiedenen Zonen umkehren, sofern auch die Polaritäten der Speisequellen umgekehrt werden. Die Spannung der Quelle 7 kann man bei selbsttätiger

Claims (8)

Stärkeregelung bzw. bei Kontrastregelung mittels eines Amplitudendemodulators erzeugen. Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung des Verstärkungsfaktors eines Transistors mit zwei mit derselben Zone verbundenen Basiselektroden, zwischen denen eine Regelspannung wirksam gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle zwisehen der einen Basiselektrode (Z)₁) und dem vom Emitter (e) abgewandten Pol der Emitterbatterie eingeschaltet ist und die andere Basiselektrode (Z>₂) über eine für die Signalfrequenz niedrige Impedanz mit dem Verbindungspunlct zwischen Signalquelle und Emitterbatterie verbunden ist und daß durch die Regelspannung die Größe des in Vorwärtsrichtung eingestellten, zur Verstärkung wirksamen Teiles der Basis-Emitter-Grenzschicht verändert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorspannungsquelle (5), deren einer Pol mit dem Emitter und deren anderer Pol mit der anderen Basiselektrode (Z>₂) verbunden ist, derart, daß die Emitter-Basis-Grenzschicht in der Nähe der zweiten Basiselektrode (Z>₂) in Vorwärtsrichtung eingestellt ist, wobei die Signalquelle und die Regelspannungsquelle zwischen den beiden Basiselektroden (b_t und Z>₂) eingeschaltet sind, derart, daß durch eine Änderung der Regelspannung der in der Nähe der ersten Basiselektrode (Z)₁) liegende Teil der Emitter-Basis-Grenzschicht in die Sperrichtung übergeführt werden kann.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (2) einen merkliehen Eigenwiderstand (3) aufweist und daß ihr die Regelspannungsquelle (7) in Reihe mit einem Vorwiderstand (8) parallel geschaltet ist (Fig. 1).

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalquelle (2) und die Regelspannungsquelle (7) zwischen beiden Basiselektroden (b_± und b₂) in Reihe gelegt sind (Fig. 2).

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (e) über eine Vorspannungsquelle (5) und die Signalquelle (2, 3) mit der ersten Basiselektrode (Z)₁) verbunden ist und daß zwischen dem dem Emitter (e) abgewandten Pol der Vorspannungsquelle (5) und der zweiten Basiselektrode (Z>₂) die Regelspannungsquelle (7) eingeschaltet ist (Fig. 3).

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Basisgleichstromzweig ein verhältnismäßig großer Widerstand (12) liegt, wodurch die einer der beiden Basiselektroden (Z)₁ bzw. b₂) zugeführte Regelspannung (7) gleichzeitig die Vorspannung der einen, in der Vorwärtsrichtung betriebenen Basiselektrode (Z)₁) in die Sperrrichtung und die der anderen, in der Sperrichtung betriebenen Basiselektrode (Z>₂) in die Vorwärtsrichtung verschiebt (Fig. 4, 5).

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor einen von der Lage des in der Vorwärtsrichtung eingestellten, wirksamen Teiles der Basiszone abhängigen Stromverstärkungsfaktor hat.

8. Transistorelement, geeignet für eine Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter- und Kollektorzonen verschoben und/oder in allmählich zunehmender Entfernung einander gegenüber geneigt angeordnet sind und daß der Basiskörper mit Sägeschnitten versehen ist, die sich bis in die Emitterzone erstrecken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
R. F. Shea, »Principles of Transistor Circuits«, »53, S. 470 bis 474.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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