DE2520282A1

DE2520282A1 - Frequenzwandler

Info

Publication number: DE2520282A1
Application number: DE19752520282
Authority: DE
Inventors: Osamu Hamada; Hideo Nakamura; Mitsuo Ohsawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1975-11-20
Also published as: AT373727B; ATA346475A; NL7505424A; US4040075A; ES437552A1; JPS50144386A; DE2520282C2; AU8065175A; JPS5712303B2; CA1012612A; FR2270713B1; GB1508233A; FR2270713A1

Description

It 3220

SOKY CORPORATION Tokyo, Japan

Frequenzwandler

Die Erfindung betrifft Frequenzwandler und bezieht sich insbesondere auf Frequenzwandlerschaltungen zur Lieferung eines Ausgangssignals, dessen Frequenz ein Vielfaches der Frequenz des Eingangssignals der Schaltung ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Frequenzwandler zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird ein Halbleiter mit vier Anschlüssen verwendet.

Gemäß der Erfindung wird ein Eingangssignal an die Gate eines Halbleiters mit vier Anschlüssen angelegt, dessen Stromverstärkungskennlinie bei geerdetem Emitter im wesentlichen V-förmige Gestalt aufweist; eine an die Gate angelegte Vorspannung legt den Arbeitspunkt auf einen niedrigeren Punkt der Kennlinie fest.

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Ein Schwingkreis ist in Serie zum Kollektor-Emitter-Weg des Halbleiters geschaltet und der Schwingkreis derart aTage stimmt, daß eine Vervielfachung der Frequenz des Eingangssignals erfolgt.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Schwingkreis enthält eine Induktivität, die auch als Primärwicklung eines Ausgangsübertrager wirkt und wobei die Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers mit ihrem einen Anschluß an Masse liegt, während ihr anderer Anschluß ein Signal abgibt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merlanale anhand von Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Halbleiters mit drei Anschlüssen, der als Grundlage für einen Halbleiter mit vier Anschlüssen gemäß Pig. 3 dient,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Halbleiters mit drei Anschlüssen als Grundlage für einen Halbleiter mit vier Anschlüssen zur erfindungsgemäßen Verwendung,

Fig. 3 eine Darstellung eines Halbleiters mit vier Anschlüssen, wie er in der Schaltung gemäß Fig. 6 verwendet wird,

Fig. 4 einen Meßkreis, der zur Ermittlung der Stromverstärkungskennlinie bzw. des Stromverstärkungsfaktors bei geerdetem.Emitter benutzbar ist, wobei die Stromverstärkungskennlinie in Fig. 5 veranschaulicht wird,

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— "5 —

Fig. 5 die Stromverstärkungskennlinie des Halbleiters mit vier Anschlüssen "bei geerdetem Emitter, die sich aufgrund der Änderung der G-ate-Emitter-Vorspannung bei der Schaltung gemäß Pig. 4 ergibt,

Pig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Frequenzwandler, und

Fig. 7 A, 7 B, 7 C und 7 D Darstellungen der Signalverläufe zur Erläuterung der Funktion der Schaltung nach Fig. 6.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Frequenzwandlerschaltung und die dargestellte, zu beschreibende Ausführungsform umfasst einen Frequenzdoppier, der einen neuartigen Halbleiter mit vier Anschlüssen verwendet, welcher eine spezielle Stromverstärkungskennlinie bei Emitterschaltung aufweist.

Die Halbleiter gemäß den Fig. 1, 2 und 3 weisen im Ver-' gleich zu einem bekannten Bipolartransistor einen hohen Stromverstärkungsfaktor, gute Sättigungseigenschaft und niedriges Rauschen auf und bestehen aus einer zusätzlich zu den drei Anschlüssen eines nachstehend erläuterten Halbleiters vorgesehenen vierten Elektrode am Halbleiterkörper.

Vor einer Beschreibung der Erfindung wird eine Ausführungsform eines neuen Halbleiters mit drei Anschlüssen bzw. eines Bipolartransistors näher erläutert.

Der Stromverstärkungsfaktor h-p-™ eines Transistors in Emitterschaltung bzw. bei an Masse liegendem Emitter, welcher einen der Parameter zur Abschätzung der Eigenschaften eines Bipolartransistors darstellt, läßt sich durch nachstehende Gleichung (1) ausdrücken, wenn man

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den Stromverstärkungsfaktor des Transistors in Basisschaltung mit Ctf bezeichnet:

Der Paktor Oi läßt sich durch nachstehende Gleichung ausdrücken:

(2)

wobei Oi .den Kollektor-Stromverstärkungsfaktor, /S den Basisübertragungswirkungsgrad und Y' den Emitterinjektionswirkungsgrad bezeichnen.

Der Emitterinjektionswirkungsgrad V^- eines NPN-Transistors läßt sich durch nachfolgende Gleichung (3) veranschaulichen:

wobei J die Stromdichte der vom Emitter in die Basis des Transistors injizierten Elektronen und J die Stromdichte der von der Basis in den Emitter des Transistors injizierten Löcher bezeichnen.

J und J lassen sich durch folgende Gleichungen (4) und )

(5) ausdrücken:

jexp ( &- ) - 1 ( U)

T — ^i. ^1L ir

'P-⁹Sp-I -^^>-¹i (S)

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Das Verhältnis zwischen J und J läßt sich wie nachstehend wiedergeben:

(6) η p~n

wobei L die Diffusionslänge der Minoritätsträger in der Basis des Transistors, L die Diffusionslänge der Minoritätsträger im Emitter des Transistors, D die Diffusionskonstante der Minoritätsträger in der Basis, D die Diffusionskonstante der Minoritätsträger im Emitter, η die Konzentration der Minoritätsträger in der Basis während des Gleichgewichtszustandes, ρ die Minoritätsträgerkonzentration im Emitter während des Gleichgewichtszustandes, V eine an den Emitter-Übergang des Transistors angelegte Spannung, k die Boltzmann-Konstante, T die Temperatur und q den Absolutwert der Elektronenladung bezeichnen.

Wird die Störstellenkonzentration im Emitter des Transistors mit N-^ und die Störstellenkonzentration in der Basis des Transistors mit jüL bezeichnet, läßt sich

Pn

der Ausdruck durch den Ausdruck ϊΓ./ϊΓ-π ersetzen.

np A' D

Da L durch die Basisbreite W begrenzt ist und L = W, läßt sich das Verhältnis 5 folgendermaßen wiedergeben:

Die Diffusionskonstanten D_n und D sind Funktionen der Trägerübertragung und der Temperatur und werden im vorliegenden Fall als im wesentlichen konstant angesehen.

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Aus den obigen Gleichungen ergibt sich, daß zur Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors h,™ eines Transistors es ausreicht, das Verhältnis δ klein zu machen.

In einem gewöhnlichen Transistor wird daher die Störstellenkonzentration N-Q dessen Emitter hoch genug gewählt, so daß das Verhältnis 5 klein wird.

Wenn jedoch die Störstellenkonzentration im Emitter ausreichend hoch gewählt wird und beispielsweise mehr

-IQ /3

als 10 Atome/cnr beträgt, treten Gitterfehler und Versetzung im Kristall des Halbleiterkörpers des Transistors auf und verschlechtern den Kristall. Da die Störstellenkonzentration des Emitters selbst hoch ist, wird die Lebensdauer^ der von der Basis in den Emitter injizierten Minoritätsträger klein.

Die Diffusionslänge L läßt sich durch die Gleichung (8)

ir

ausdrucken:

^L _P =

Demnach wird die Diffusionslänge L der Minoritätsträger oder Löcher kurz. Aus Gleichung (7) ergibt sich, daß der Wert <F nicht so sehr klein und infolgedessen der Injektionswirkungsgrad Y nicht über einen bestimmten Wert hinaus erhöht werden kann. Der Stromverstärkungsfaktor kann damit nicht von solcher Höhe sein, wie bei einem gewöhnlichen Transistor.

Der neuartige Halbleiter mit drei Anschlüssen weist die vorstehend erläuterten, bekannten Transistoren anhaftenden Nachteile nicht auf. Als erfindungsgemäß verwendetes Halb-

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leiterbauelement wird ein NPIi-Halbleiter benutzt, wie dies nachstehend -unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Fall ist; es läßt sich jedoch auch ein PNP-HaIlDleiter - wie bei dem bekannten Transistor - verwenden.

Wie aus Pig. 1 hervorgeht, besteht ein NPN-Halbleiter mit drei Anschlüssen aus einem ersten Halbleiterbereich mit N~-Leitung, welcher in einem Halbleitersubstrat S mit N⁺-Leitung gebildet ist, einem zweiten Halbleiterbereich mit P-Leitung, der im Halbleitersubstrat S neben dem ersten Bereich 1 liegt, und einem dritten Halbleiterbereich 3 mit N~-Leitung, welcher im Substrat S neben dem zweiten Bereich gebildet ist, so daß ein erster PN-Übergang J-g zwischen dem ersten und zweiten Bereich 1 bzw. und ein zweiter PN-Übergang J_ß zwischen dem zweiten und dritten Bereich 2 bzw. 3 hervorgerufen werden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Halbleiter wird in einer dem ersten Übergang J-g unter Einhaltung eines Abstands gegenüberliegenden Anordnung eine Potentialbarriere erzeugt, wobei dieser Abstand kleiner als die Diffusionslänge L der vom zweiten Bereich 2 in den ersten Bereich 1 injizierten Minoritätsträger oder Löcher ist; die Potentialbarriere weist eine höhere Energie als die Minoritätsträger oder Löcher oder wenigstens als die Wärmeenergie auf und wird im ersten Bereich 1 gebildet. In dem Beispiel gemäß Fig. 1 wird die Störstellenkonzentration im Bereich 1 ausreichend niedrig gewählt, beispielsweise in der

15 /V
Größenordnung von 10 Atome/ciir und der Bereich 1a mit

+ "19

N -Leitung oder einer Störstellenkonzentration von 10 Atome/cm wird im ersten Bereich 1 erzeugt, um einen LH-Übergang zu bilden und damit die Barriere zu erzeugen.

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Die Störstellenkonzentration im zweiten Bereich 2 wird in der Größenordnung von 10-10 Atome/cm und diejenige des dritten Bereichs 3 ausreichend niedrig, beispielsweise in der Größenordnung von 10 Atome/cm gewählt .

In dem Halbleitersubstrat S wird neben dem dritten Bereich 3» jedoch in Abstand zum zweiten Übergang Jq ein dritter Bereich 3a mit N⁺-Leitung und einer Störstellenkonzentration von etwa 10 Atome/cnr erzeugt.

Eine erste Elektrode 4E wird auf dem Bereich 1a hoher Störstellenkonzentration, der sich im Bereich 1 befindet, in ohmschemKontakt zu diesem ausgebildet; eine zweite Elektrode 4B wird auf dem zweiten Bereich 2 in ohms ehem.-Kontakt zu diesem vorgesehen und eine dritte Elektrode 40 wird auf dem Bereich 3a hoher Störstellenkonzentration in ohmschemKontakt zu diesem ausgebildet, wobei der Bereich 3a neben dem Bereich 3 liegt. Von diesen Elektroden4E, 4B und 40 werden erste, zweite und dritte Anschlüsse E bzw. B bzw. C weggeführt. In Pig. 1 bezeichnet die Ziffer 5 eine Isolierschicht aus beispielsweise SiOp , die auf der Oberfläche des Substrats erzeugt wird.

Das in Fig. 1 dargestellte Halbleiterbauelement kann als Transistor verwendet werden. Der erste Bereich 1 dient hierbei als Emitterbereich, der zweite Bereich 2 als Basisbereich und der dritte Bereich 3 als Kollektorbereich; an den Emitterübergang J-g wird eine Spannung in Durchlaßrichtung und an den Kollektorübergang J_Q eine Sperrvorspannung angelegt.

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Die von der Basis oder dem zweiten Bereich 2 in den Emitter oder ersten Bereich 1 injizierten Löcher haben eine lange Lebensdauer, weil der Emitterbereich 1 niedrige Störstellenkonzentration und günstige Kristalleigenschaft aufweist; die Diffusionslänge L der Löcher im Emitterbereich 1 wird daher groß. Wie den Gleichungen (6) und (3) entnehmbar ist, läßt sich daher ein hoher Emitterinjektionswirkungsgrad Verhalten. Wenn jedoch die Diffusionslänge L groß gestaltet wird, könnte diese Diffusionslänge L tatsächlich nicht groß sein, wenn die in den Emitterbereich 1 injizierten Löcher die Oberfläche des Substrats S erreichen und mit den Elektronen an der Oberfläche rekombinieren würden. Da bei dem Halbleiter gemäß' Fig. 1 die Potentialbarriere im Emitterbereich 1 erzeugt wird und dem Emitterübergang J-g unter Einhaltung eines Abstands gegenüberliegt, welcher kleiner als die Diffusionslänge L der Minoritätsträger ist, kann der Wert der Oberflächenkombination reduziert werden und die Diffusionslänge L läßt sich als ausreichend groß an-

P
nehmen.

Da die Potentialbarriere in der oben erläuterten Weise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erzeugt wird, ergibt sich eine Wirkung derart, daß die Stromdichte oder -komponente J der vom Basisbereich 2 in den Emitterbereich 1 injizierten Löcher reduziert wird. Dies bedeutet, daß am LH-Übergang Jxr im Emitterbereich 1 eine falsche Ferminiveaudifferenz oder ein eingeprägtes elektrisches Feld verursacht wird, welches die Diffusion der Löcher oder Minoritätsträger unterdrückt. Wenn daher der Wert des Ferminiveaus ausreichend hoch ist, werden der sich aufgrund des Konzentrationsgradienten der Löcher ergebende Diffusionsstrom und der sich durch das eingeprägte elektrische

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- ίο -

Feld ergebende Driftstrom am LH-Übergang gegeneinander aufgehoben, um den von der Basis 2 durch den Emitterbereich 1 niedriger Ströstellenkonzentration hindurch injizierten Löcherstrom J zu verringern. Das Verhältnis zwischen dem am Kollektorbereich 3 ankommenden Elektronenstrom und der durch den Emitterübergang «T™ hindurchfließenden Stromkomponente wird erhöht und der Emitter-

s, ,A

injektionswirkungsgrad ο wird infolgedessen erhöht, wie dies aus Gleichung (3) hervorgeht, damit der Stromverstärkungsfaktor h-nvg groß wird.

Die vorgenannte Niveaudifferenz (die Höhe der Potential barriere) muß größer sein als die Löcherenergie oder wenigstens die Wärmeenergie. Die Wärmeenergie ka.nn näherungsweise mit kT wiedergegeben werden, jedoch soll obige Niveaudifferenz mehr als 0,1 eV" betragen. Innerhalb des Übergangsbereichs des Potentials soll die Diffusionslänge L der Löcher nicht in dem Übergangsgebiet enden bzw. die Diffusionslänge L der Löcher muß größer als die Breite des Übergangsbereichs sein.

Wenn der LH-Übergang Jj₁ so erzeugt ist, wie dies aus Fig. 1 hervorgeht, läßt sich die Potentialbarriere von 0,2 eV durch geeignete Wahl des Betrags an Störstellen und des Gradienten des Bereichs 1a hoher Störstellenkonzentration hervorrufen.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Halbleiters mit drei Anschlüssen dargestellt; die gegenüber Fig. 1 gleichen Teile sind mit gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach. Pig. 2 ist zur Bildung eines PN-Üb er gang s Jg , der dem ersten oder Emitter-Übergang J™ gegenüberliegt, ein zusätzlicher Bereich 6 mit P-Leitung im ersten Bereich 1 angeordnet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen den Übergängen J_g und J^, kleiner als die Diffusionslänge L der Minoritätsträger im ersten Bereich 1 gewählt. Der übrige Aufbau dieses Ausführungsbeispiels nach Pig. 2 entspricht im wesentlichen demjenigen gemäß Pig. 1.

Da hei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 die Diffusionslänge L der in den ersten Bereich 1 injizierten Löcher groß ist, wie dies vorstehend erläutert wurde, erreichen die Löcher effektiv den zusätzlichen Bereich 6 und werden dann hier adsorbiert. Wenn der zusätzliche Bereich 6 elektrisch leerläuft, wird sein Potential erhöht, da die Zahl der am zusätzlichen Bereich 6 ankommenden Löcher vergrößert ist. Der zwischen den Bereichen 6 und 1 gebildete PN-Übergang J₀ wird im wesentlichen auf seine Anstiegsspannung in Durchlaßrichtung vorgespannt und vom zusätzlichen Bereich 6 werden daraufhin Löcher in den ersten Bereich 1 zurückinjiziert. Die Konzentration der Löcher im ersten Bereich 1 nahe des zusätzlichen Bereichs wird erhöht und demzufolge wird die Konzentrationsverteilung der Löcher zwischen den Übergängen J-g und J_g im ersten Bereich 1 gleichmäßig und der Gradient desselben wird graduell bzw. flach, so daß der Diffusionsstrom J vom zweiten Bereich 2 in den ersten Bereich 1 verringert wird.

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Wenn "bei einem Halbleiter der vorstehend erläuterten Art ein vierter Bereich oder Steuerbereich, im ersten Bereich 1 gebildet wird und eine vierte Elektrode oder Steuerelektrode (Gate) mit diesem verbunden wird, ergibt sich ein neuartiger Halbleiter mit vier Anschlüssen, dessen Stromverstärkungsfaktor durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steuerelektrode bzw. Gate variiert werden kann.

Nachfolgend wird ein neuartiger Halbleiter mit vier Anschlüssen unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, der sich zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung eignet; hierbei ist eine Steuerelektrode (Gate) auf einer Oberfläche eines Teils (Halbleiter-Steuerbereich.) des ersten Halbleiterbereichs bzw. Emitterbereichs 1 des Halbleiters mit drei Anschlüssen durch eine Isolierschicht hindurch angeordnet, wobei der Halbleiter mit drei Anschlüssen in Fig. 1 näher veranschaulicht ist. Die Elemente in Fig. 3, welche Elementen in Fig. 1 entsprechen, sind mit gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen und werden nicht nochmal erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist eine Steuerelektrode 4G, beispielsweise eine Metallschicht aus Aluminium, mit einer vorbestimmten Fläche, auf einem Teil des Halbleiterbereichs bzw. Emitterbereichs 1 des in Fig. 1 gezeigten Halbleiters durch eine Isolierschicht (Gate-Isolierschicht) 7 hindurch ausgebildet, welche eine vorbestimmte Dicke, beispielsweise 100 ° besitzt und beispielsweise aus SiO₂ - ähnlich* der Isolierschicht 5 hergestellt ist und der Gate-Isolierschicht eines MOS FET entspricht. Ein Gate-Anschluß G ist von der Steuer-

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elektrode 4G- als vierter Anschluß weggeführt. Ein Teil 8 im ersten Bereich 1 liegt der Steuerelektrode 4G· gegenüber und stellt den Halbleiter-Steuerbereich dar«

Wenn eine Gate-Vorspannung an die Gate und den Emitter des Halbleiters mit vier Anschlüssen oder dem Gate-Anschluß G und dem EmitteranschluS E angelegt wird, wird der Stromverstärkungsfaktor h-p-g bei auf Masse liegendem Emitter in Abhängigkeit zu der Gate-Vorspannung entlang einer Kurve geändert, die in Abwärtsrichtung konvex verläuft und gegenüber ihrem Minimalwert im wesentlichen symmetrisch ist. Bei einer gegenüber dem Emitteranschluß E des Halbleiters nach Fig. 4 negativen Vorspannung wird innerhalb des positiven Bereichs von der Schwellwertspannung der Vorspannung eine Speicherschicht CG erzeugt, die eine dem LH-Übergang <!„ ähnliche Funktion aufweist, da die Potentialbarriere nach Fig. 1 in einem Teil des ersten Bereichs bzw. Emitterbereichs 1 hervorgerufen wird, da sich die Spannung der positiven Richtung nähert. Die Stromdichte J der Löcher des Diffusionsstroms vom zweiten Bereich bzw. Basisbereich 2 in den ersten bzw. Emitter-Bereich 1 wird verringert und demzufolge der Stromverstärkungsfaktor hj,_E erhöht.

Da innerhalb des negativen Bereichs von der Schwellwertspannung der Vorspannung eine inverse Schicht IS in einem Teil des Emitterbereichs 1 oder Steuerbereichs 8 gebildet wird, da sich die Spannung der negativen Richtung annähert, werden ähnlich demjenigen Fall, in welchem der zusätzliche Bereich 6 gemäß Fig. 2 elektrisch leerläuft, Löcher von der inversen Schicht IN in den Emitterbereich 1 zurück-

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-H-

injiziert. Die Stromdichte J der Löcher des Diffusionsstroms vom Basisbereich 2 in·den Emitterbereich 1 nimmt ab und demzufolge erhöht sich der Stromverstärkungsfaktor

In Fig. 5 ist eine grafische Darstellung der Kennlinie des neuartigen Halbleiters gemäß Fig. 3 mit vier Anschlüssen dargestellt, die mit dem Messkreis gemäß Fig. 4 ermittelt -wurde.

Der Buchstabe Q bezeichnet den neuen Halbleiter mit vier Anschlüssen gemäß Fig. 3 symbolisch, wobei dem Symbol eines bekannten Bipolartransistors eine parallel zu dessen Emitter liegende kurze Linie als Gate des Halbleiters Q mit vier Anschlüssen hinzugefügt ist. Der neuartige Halbleiter Q mit vier Anschlüssen ist in Fig. 4 mit auf Massepotential liegendem Emitter dargestellt. Mit R-r ist ein Kollektor-Lastwiderstand des Halbleiters Q, mit Vqq die Kollektor-Spannungsquelle, mit Ι_Λ dessen Kollektorstrom, mit I_x, dessen Basis strom (konstant) und mit V_&E dessen Gate-Emitter-Spannung bezeichnet.

Wenn die Kollektor-Emitter-Spannung Vq_E 3"V und der Basisstrom I-g ein 1 /uAbeträgt, ergibt sich die Kennlinie von Gate-Emitter-Spannung (Gate-Vorspannung) Y^ (V) - Kollektorstrom I_c (/uA) und der Stromverstärkungsfaktor hj,™ bei geerdetem Emitter aus der grafischen Darstellung von Fig.

Entsprechend der Kennlinie nach Fig. 5 läßt sich der Stromverstärkungsfaktor hj-g in Abhängigkeit zu der Änderung der Gate-Vorspannung entlang einer Kurve ändern, die in Abwärtsrichtung konvex verläuft und gegenüber ihrem Minimal-

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wert, an dem die Gate-Emitter-Spannung auf der oben erwähnten Schwellwertspannung liegt, annähernd symmetrisch ist.

Wenn die Dicke des Emit t erb ere iclis 1 des Halbleiters gemäß Fig. 3 kleiner als die Diffusionslänge L der Löcher (injizierten Träger) ist, ist der Einfluß der Oberflächenrekombination bei einer Gate-Emitter-Spannung V„_E, die im wesentlichen gleich der Schwellwertspannung ist, sehr groß. Die Lebensdauer der injizierten Träger (Minoritätsträger) wird somit kurz und demzufolge kann der Minimalwert des Paktors h-,-,τ-, weiter verkleinert werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wurde ein NPN-Halbleiter verwendet, jedoch ist es auch möglich, einen PNP-Halbleiter wie beispielsweise im Falle eines Bipolartransistors zu benützen.

In Fig. 6 ist eine Frequenzverdopplungsschaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Das erfindungsgemäß verwendete Halbleiterbauelement mit vier Anschlüssen ist mit Q bezeichnet. Das Halbleiterbauelement weist Basis-, Kollektor-, Emitter- und Gate-Anschlüsse B, G, E und G auf. Vom Schaltungspunkt B⁺ erfolgt eine Speisung über einen Widerstand 14 zur Basis und über einen Schwingkreis 15, der aus der Induktivität 18 und einem Kondensator 16 besteht, zum Kollektor des Halbleiters. Der Emitter ist in diesem Fall geerdet und ein Ausgangsübertrager 17 ist durch die Kombination der Induktivität 18, die als Primärwicklung des Übertragers wirkt, und einer Sekundärwicklung 19 vorgesehen. Das Ausgangssignal wird an einem Anschluß der Sekundärwicklung 19 abgegeben, während der andere Anschluß der Sekundärwicklung in der gezeigten Weise geerdet ist bzw. an Masse liegt. Ein an einen Anschluß 11 angelegtes Eingangssignal wird über einen Kondensator 12

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direkt an die Gate angelegt und eine negative Torspannung liegt über einen Widerstand 13 ebenfalls an der Gate an.

Fig. 7A veranschaulicht das an den Eingang 11 angelegte Eingangssignal 22. In Fig. 7B ist ein am Anschluß 20 der Sekundärwicklung 19 erzeugtes Ausgangssignal 23 veranschaulicht.

Fig. 7 C veranschaulicht die am Kollektor des Halbleiters Q erhältliche Spannung, wenn ein hypothetischer Meßwiderstand anstelle des Schwingkreises angeschlossen würde, wie es in der Zeichnung durch gestrichelte Linien gezeigt ist.

Fig. 7D veranschaulicht die Stromverstärkungskennlinie des Halbleiters Q bei geerdetem Emitter, wobei das Vor-Gleichspannungsniveau einen niedrigen Wert einnimmt und das Eingangssignal 22 um den Wert der Gleichvorspannung fluktuiert, um Änderungen des Stromverstärkungsfaktors um den unteren Punkt zu erzeugen. Folgt man dem Signal 22, so ist ersichtlich, daß der Stromverstärkungsfaktor bei jedem Halbzyklus des Signals 22 erhöht wird und über den Gesamtzyklus verringert wird. Demzufolge durchlaufen Änderungen des Stromverstärkungsfaktors für jeden vollen Zyklus des Eingangssignals zwei volle Zyklen. Dies ist in Fig. 7 C dargestellt, woraus ersichtlich ist, daß der Signalverlauf am Kollektor des Halbleiters Q sich für jeden Halbzyklus des Eingangssignals um einen vollen Zyklus wiederholt. Wenn anstelle des durch gestrichelte Linien dargestellten Widerstands ein Schwingkreis verwendet wird, erscheint das Ausgangssignal als Sinuswelle, wie' dies in Fig. 7B dargestellt ist.

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Claims

SONY CORPORATION It 3220

Patentansprüche

( 1 ·) Frequenzwandler, gekennzeichnet durch einen Halbleiter (Q) mit einem ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps, einem neben dem ersten Bereich liegenden zweiten Halbleiterbereich entgegengesetzten Leitungstyps, wodurch zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich ein erster Halbleiterübergang festgelegt wird, einem neben dem zweiten Bereich angeordneten dritten Halbleiterbereich des gleichen Leitungstyps wie der erste Bereich, wodurch ein zweiter Halbleiterübergang zwischen dem zweiten und dritten Bereich gebildet wird, mit einem ersten bzw. zweiten bzw. dritten, an den ersten bzv/. zweiten bzw. dritten Bereich angeschlossenen Anschluß, durch einen an den Halbleiter angeschlossenen vierten Anschluß, von dem wenigstens ein Teil neben dem ersten Bereich in Abstand zu dem ersten Anschluß liegt, durch eine den vierten Anschluß vom ersten Bereich trennende Isolierschicht, wobei der Halbleiter eine Stromverstärkungskennlinie bei geerdetem Emitter aufweist, die einen unteren Punkt mit steil ansteigenden, im wesentlichen symmetrisch beidseitig dieses Punktes erstreckenden Bereichen in Abhängigkeit zu linearen Änderungen der Spannung zwischen dem zweiten und vierten Anschluß umfasst, durch eine Schaltung zum Anlegen eines zeitab-

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hängigen Signals mit einer ersten Frequenz an den vierten Anschluß, eine Vorspannungsschaltung zum Anlegen einer vorbestimmten Vorspannung an den vierten Anschluß, eine zusätzliche Vorspannungsschaltung zur Vorspannung des Halbleiters in einen Leitzustand, wobei die vorbestimmte Vorspannung einen derartigen Wert aufweist, daß die Stromverstärirungseigenschaft bei geerdetem Emitter im eingeschwungenen Zustand auf einen relativ niedrigen Punkt eingestellt wird, und durch eine Ausgangsschaltung zur Lieferung eines Ausgangssignals mit einer Frequenz, die wenigstens dem doppelten Frequenzwert des zeitabhängigen Signals entspricht.
2. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsschaltung einen Kondensator (12) aufweist, der in Serie zum vierten, die vorbestimmte Vorspannung aufweisenden Anschluß geschaltet ist.
'3· Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung einen Schwingkreis (15) enthält, welcher derart angeordnet ist, daß er sich mit dem am dritten Anschluß des Halbleiters erzeugten Signal ■ in Energiekopplung befindet.
4. Frequenzwandler nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (15) in Serie zum dritten Anschluß liegt.
5.'Frequenzwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (15) derart abgestimmt ist, daß er

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die Frequenz des zeitabhängigen Signals verdoppelt.
6. Frequenzwandler nacli Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (15) eine Parallelschaltung aus einer Induktivität (18) und einem Kondensator (16) darstellt und daß ein Ausgangsübertrager (17) durch die Induktivität (18) gebildet wird, welche die Primärwicklung des Übertragers darstellt und daß die Sekundärwicklung des Übertragers mit ihrem einen /nschluß an Masse liegt, während ihr anderer Anschluß ein Ausgangssignal liefert.
7. Frequenzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und dritte Bereich des Halbleiters jeweils wenigstens einen ersten Abschnitt mit einer im wesentlichen in der gleichen Größenordnung liegenden Konzentration aufweist und daß der erste Bereich mit einem zweiten Abschnitt versehen ist, dessen StörsteÜLenkonzentration größer als die des ersten Abschnitts des ersten Bereichs ist, wobei der zweite Abschnitt unter Einhaltung eines Abstands zum ersten Übergang angeordnet ist, welcher kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger ist.

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So

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