DE966571C - Betriebsschaltung eines Vierzonen-Flaechentransistors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Betriebsschaltung, ζ. Β. zur Verstärkung eines elektrischen Signals, eines Vierzonen-Flächentransistors. Unter einem Vierzonen-Flächentransistor ist einerseits ein Transistor zu verstehen, der wenigstens vier aufeinanderfolgende Zonen von wechselweise entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp besitzt, andererseits die Kombination zweier Dreizonen-Flächentransistoren, die das elektrische Analogon des vorgenannten Vierzonen-Flächentransistors darstellt.

Man hat bereits eine Schaltung mit einem Vierzonentransistor vorgeschlagen, bei der die Polarität der mit dem Transistor gekoppelten Speisespannungsquellen derart ist, daß die Grenzschicht zwischen der ersten und der zweiten Zone in Flußrichtung, die zwischen der zweiten und der dritten Zone in Sperrichtung und die zwischen der dritten und der vierten Zone wieder in Flußrichtung betrieben wird. Die Dicke der zweiten und der dritten Zone liegt dabei jeweils unterhalb der charakteri- ao stischen Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger in diesen Zonen, so daß durch das Einschalten einer Signalquelle zwischen der ersten und der zweiten Zone eine verstärkte Signalschwingung zwischen der zweiten und vierten Zone erhalten wird.

Dieser Schaltung haftet aber der Nachteil an, daß sie unstabil wird, wenn der Widerstand im Kreis der zweiten Zone, entweder der innere Widerstand dieser Zone selbst oder der Widerstand des mit dieser Zone verbundenen Außenkreises, zu groß wird. Die Erfindung zielt auf die Behebung dieses Nachteils ab.

Nach der Erfindung werden einem solchen bekannten Vierzonentransistor die Speisespannungen mit solcher Polarität zugeführt, daß die Grenz-

709 642/74

schicht zwischen der ersten und der zweiten Zone in Flußrichtung, die zwischen der zweiten und der dritten Zone ebenfalls in Flußrichtung und die zwischen der dritten und der vierten Zone in Sperrrichtung betrieben wird.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. ι zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel; ίο Fig. 2 zeigt ein elektrisches Analogon der Schaltung nach Fig. ι;

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltanordnung nach Fig. ι; in

Fig. 4 ist ein für hohe Signalfrequenzen geeignetes Ausführungsbeispiel dargestellt;

Fig. 5 zeigt ein elektrisches Analogon der Schaltanordnung nach Fig. 4.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 besteht der Transistor aus vier Zonen 1, 2, 3 und 4 von wechselweise entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp ρ bzw. n. Die Dicke der Zonen 2 und 3 liegt dabei jeweils unterhalb der charakteristischen Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger, im vorliegenden Fall der »Löcher« der Zone 2 von negativem Leitfähigkeitstyp η bzw. der Elektronen der Zone 3 von positivem Leitfähigkeitstyp p, in diesen Zonen. Die Zone ι ist mit einer Emitterelektrode e, die Zone 2 mit einer Basiselektrode b und die Zone 4 mit einer Kollektorelektrode c versehen, während die Zone 3 ein schwebendes Potential hat. In den Kreis zwischen der Emitterelektrode e und der Basiselektrode b sind eine Signalquelk 5 und eine Speisespannungsquelle 6 geschaltet. Letztere hat eine solche Polarität, daß die Emissionselektrode e positiv in bezug auf die Basiselektrode h ist, so daß die Grenzschicht zwischen den Zonen 1 und 2 in Flußrichtung ν betrieben wird, In den Kreis zwischen der Kollektorelektrode c und der Basiselektrode b ist außer einer Ausgangsimpedanz 8 eine Speise-Spannungsquelle 7 aufgenommen, die nach der Erfindung eine solche Polarität hat, daß die Kollektorelektrode c gleichfalls und in höherem Maße als die Emitterelektrode e positiv in bezug auf die Basiselektrode b ist, wodurch, wie aus folgendem hervorgeht, die Grenzschicht zwischen den Zonen 2 und 3 in Flußrichtung v, die zwischen den Zonen 3 und 4 hingegen in Sperrichtung s betrieben wird.

Im elektrischen Analogon dieser Schaltung nach Fig. 2 ist der Vierzonentransistor 1, 2, 3, 4 durch zwei Dreizonentransistoren 2', 3', 4' und 1", 2", 3" ersetzt, deren Zonen 2' und 2" bzw. 3' und 3" von entsprechendem Leitfähigkeitstyp elektrisch miteinander verbunden sind. Die Dicke der Zonen 2" und 2>' Hegt dabei wieder unterhalb der charakteristischen Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger in diesen Zonen.

Wäre die Spannung der Quellen 5 und 6 gleich Null, so würde durch die Speisespannungsquelle 7 und die Ausgangsimpedanz 8 nur der geringe Ruhestrom des Transistors 2', 3', 4' fließen. Ist aber die Zone 1" zufolge der Spannungsquellen 5 und 6 positiv in bezug auf die Zone 2", so wird ein Löeherleitungsstrom von der Zone 1" zur Zone 2" fließen, der durch Diffusion die Zone 3" positiv macht, und zwar fast gleich positiv wie die Zone 1" in bezug auf die Zone 2". Die Grenzscliicht zwischen den Zonen 2' und 3' (entsprechend auch diejenige zwischen den Zonen 2 und 3 in Fig. 1) wird nun in Fluß richtung betrieben, wodurch der Transistor 2', 3', 4' als Verstärker wirkt mit in Sperrrichtung betriebener Grenzschicht zwischen den Zonen 3' und 4' (entsprechend auch zwischen den Zonen 3 und 4 in Fig. 1), wobei der Strom zur Ausgangsimpedanz 8 vielmals größer ist als der von den Quellen 5 und 6 gelieferte.

Da die Ströme der Quellen 5, 6 und 7 einen gegebenenfalls im Basiskreis liegenden Basiswiderstand r_b im gleichen Sinne durchfließen, wird dieser Widerstand eine stabilisierende Wirkung auf die Schaltanordnung ausüben, da er eine negative Rückkopplung des Verstärkers bewirkt, im Gegensatz zur bekannten Schaltung, bei der die Spannungsquelle 7 die entgegengesetzte Polarität hat und dieser Basiswiderstand r_b dann eine positive Rückkopplung bewirkt. Selbstverständlich entsteht eine vollkommene gleiche Betriebsschaltung, wenn sowohl die Polarität der Vorspannungsquellen 6 und 7 als auch die Leitfähigkeitstypen der Zonen umgekehrt werden.

Liefert die Quelle 5 z. B. impulsförmige Schwingungen, so kann man weiter, indem ausschließlich die Polarität der Quelle 7 gewechselt wird, entweder positive oder negative verstärkte Impulse an der Ausgangsimpedanz 8 erhalten.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 ist die Signal-Spannungsquelle 5 vom Emitterkreis zum Basiskreis verlegt worden; im übrigen entspricht die Schaltung in bezug auf ihre Ausbildung und Wirkungsweise der nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Verstärkerschaltung, die für hohe Signalfrequenzen geeignet ist und auf einem bereits vorgeschlagenen Prinzip beruht. Außer den vier mit den Zonen 1, 2, 3 und 4 übereinstimmenden Zonen 11, 12, 13 und 14 besitzt der Transistor zwei weitere Zonen 15 und 16. Wie aus dem elekirischen Analogon nach Fig. 5 hervorgeht, sind die Zonen 15, 16, 11 als ein erster Transistor 15', 16', ii', die Zonen 11, 12, 13 als ein zweiter Transistor 11". 12", 13" und die Zonen 12, 13, 14 als ein dritter Transistor 12', 13', 14' zu betrachten. Die Grenzschichten zwischen diesen Zonen werden, wie in der Zeichnung dargestellt, von den Speisespannungsquellen 6 und 7 in Fluß richtung ν bzw. in Sperrichtung s betrieben.. In dieser Weise erzeugt die Signalquelle 5 eine entsprechende Signalspannung an der Elektrode 11 (bzw. 11' und 11"). wodurch die Elektrode 13 (bzw. 13' und 13"), wie vorerwähnt, im wesentlichen die gleiche Spannung erlangt. Diese Spannung wird mittels des Transistors 12', 13', 14' nach Fig. 5 bzw. der entsprechenden Zonen 12, 13, 14 des Transistors nach Fig. 4 verstärkt, wodurch ein verstärktes Signal an der Ausgangsimpedanz 8 auftritt.

Da die Elektrode 12 bzw. 12' und 12" mittels der Spannungsquelle 7 ein konstantes Potential führt, ist die Rückwirkung der Spannung an der

Ausgangsimpedanz 8 durch innere parasitäre Transistorkapazitäten auf die Signalquelle 5 größtenteils unterdrückt, wodurch die Grenzfrequenz bis zum Punkte, an dem die Schaltanordnung noch als Verstärker brauchbar ist, erhöht ist.

Als wichtiger Vorzug gegenüber einer älteren Schaltung sei erwähnt, daß die Spannungsquelle 7 sowohl die Speisung der mit der Zone 12 verbundenen zweiten Basiselektrode b₂ als auch der mit ίο der Zone 14 verbundenen Kollektorelektrode c besorgt, wodurch eine gesonderte Speisequelle entfällt.

Claims (3)

1. PATENTANSPBÜCHE:

   i. Betriebsschaltung eines Vierzonen-Flächentransistors, bei dem die Dicke der zweiten und der dritten Zone jeweils unterhalb der charakteristischen Diffusionslänge der Minderheitsladungsträger in diesen Zonen liegt, dadurch gekennzeichnet, daß den Zonen die Speisespannungen mit solcher Polarität zugeführt werden, daß die Grenzschicht zwischen der ersten und der zweiten Zone in Flußrichtung, die zwischen der zweiten und der dritten Zone ebenfalls in Flugrichtung und die zwischen der dritten und der vierten Zone in Sperrichtung betrieben wird (Fig. 1, 3).
2. 2. -Schaltung nach Anspruch i, bei der eine Signalquelle in den Kreis zwischen der mit der ersten Zone verbundenen Emitterelektrode und der mit der zweiten Zone verbundenen Basiselektrode aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone ein schwebendes Potential hat und der mit der vierten Zone verbundenen Kollektorelektrode eine Speisespannung zugeführt wird, deren Polarität in bezug auf die Basiselektrode die gleiche wie die der Emitterelektrode in bezug auf die Basiselektrode ist (Fig. i, 3).
3. 3. Erweiterung der Schaltung nach Anspruch ι auf einen Transistor, dessen vier Zonen zwei weitere Zonen vorangehen, zwischen die die Quelle der zu verstärkenden Signalschwingungen geschaltet ist, dadurch ge- 4~S kennzeichnet, daß zwischen die nunmehr vierte Zone und die zweite der vorangehenden Zonen eine Speisespannungsquelle geschaltet ist, die die vierte Zone auf einem konstanten Potential in bezug auf die zweite Zone fixiert, wobei die Speisespannungsquelle zugleich die mit der letzten Zone verbundene Kollektorelektrode speist (Fig. 4).

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   USA.-Patentschriften Nr. 2 623 102, 2 570 978.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 642/74 8.