DE966571C

DE966571C - Operating circuit of a four-zone area transistor

Info

Publication number: DE966571C
Application number: DEN8285A
Authority: DE
Inventors: Frederik Hendrik Stieltjes; Leonard Johan Tummers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-01-13
Filing date: 1954-01-10
Publication date: 1957-08-22
Also published as: NL175251B; NL95282C; GB753015A; FR1091289A

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.The invention relates to the operating circuit, ζ. Β. to reinforce an electrical Signal, a four-zone junction transistor. Under a four-zone junction transistor is on the one hand to understand a transistor having at least four successive zones of mutually opposite Conductivity type, on the other hand the combination of two three-zone junction transistors, which represents the electrical analog of the aforementioned four-zone junction transistor.

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.A circuit with a four-zone transistor has already been proposed in which the polarity of the supply voltage sources coupled to the transistor is such that the boundary layer between the first and the second zone in the direction of flow, that between the second and the third Zone in the reverse direction and that between the third and fourth zones operated again in the flow direction will. The thickness of the second and the third zone is in each case below the characteristic ao elastic diffusion length of the minority charge carriers in these zones, so that by switching on a signal source between the first and the second zone an amplified signal oscillation between the second and fourth zones.

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.This circuit has the disadvantage that it becomes unstable when the resistance is im Circle of the second zone, either the internal resistance of this zone itself or the resistance of the outer circle connected to this zone becomes too large. The invention aims to remedy this this disadvantage.

Nach der Erfindung werden einem solchen bekannten Vierzonentransistor die Speisespannungen mit solcher Polarität zugeführt, daß die Grenz-According to the invention, the supply voltages are used for such a known four-zone transistor supplied with such polarity that the boundary

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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.layer between the first and the second zone in the flow direction that between the second and the third zone also in the flow direction and that between the third and fourth zones in the blocking direction is operated.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.

Fig. ι zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel; ίο Fig. 2 zeigt ein elektrisches Analogon der Schaltung nach Fig. ι;Fig. Ι shows a simple embodiment; ίο Fig. 2 shows an electrical analog of the circuit according to Fig. ι;

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltanordnung nach Fig. ι; inFIG. 3 shows a modification of the switching arrangement according to FIG. in

Fig. 4 ist ein für hohe Signalfrequenzen geeignetes Ausführungsbeispiel dargestellt;4 shows an exemplary embodiment suitable for high signal frequencies;

Fig. 5 zeigt ein elektrisches Analogon der Schaltanordnung nach Fig. 4.FIG. 5 shows an electrical analog of the switching arrangement according to 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.In the circuit according to FIG. 1, the transistor consists of four zones 1, 2, 3 and 4 of alternately opposite conductivity types ρ and n. The thickness of zones 2 and 3 is below the characteristic diffusion length of the minority charge carriers, in the present case the "Holes" of zone 2 of negative conductivity type η or of the electrons of zone 3 of positive conductivity type p, in these zones. Zone ι is provided with an emitter electrode e, zone 2 with a base electrode b and zone 4 with a collector electrode c , while zone 3 has a floating potential. A signal source 5 and a supply voltage source 6 are connected in the circuit between the emitter electrode e and the base electrode b. The latter has such a polarity that the emission electrode e is positive with respect to the base electrode h , so that the boundary layer between the zones 1 and 2 is operated in the flow direction ν , In the circuit between the collector electrode c and the base electrode b is except for an output impedance 8 a supply voltage source 7 added, which according to the invention has such a polarity that the collector electrode c is also and to a greater extent than the emitter electrode e positive with respect to the base electrode b , whereby, as can be seen from the following, the boundary layer between the Zones 2 and 3 in flow direction v, which is operated between zones 3 and 4, however, in reverse direction s .

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.In the electrical analog of this circuit according to FIG. 2, the four-zone transistor 1, 2, 3, 4 is replaced by two three-zone transistors 2 ', 3', 4 ' and 1 ", 2", 3 ", whose zones 2' and 2" or 3 'and 3 "of the corresponding conductivity type are electrically connected to one another. The thickness of zones 2" and 2>' is again below the characteristic diffusion length of the minority charge carriers in these zones.

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.If the voltage of the sources 5 and 6 were equal to zero, only the small quiescent current of the transistor 2 ', 3', 4 'would flow through the supply voltage source 7 and the output impedance 8. If, however, zone 1 "is positive with respect to zone 2" as a result of voltage sources 5 and 6, a discharge current will flow from zone 1 "to zone 2", which by diffusion makes zone 3 "positive, almost equally positive as zone 1 " with respect to zone 2." The boundary between zones 2 'and 3' (correspondingly also that between zones 2 and 3 in FIG ', 3', 4 'acts as an amplifier with the barrier layer operated in the reverse direction between zones 3' and 4 '(correspondingly also between zones 3 and 4 in FIG. 1), the current to output impedance 8 being many times greater than that of the sources 5 and 6 supplied.

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.Since the currents of the sources 5, 6 and 7 flow through a base resistance r _b possibly in the base circuit in the same sense, this resistance will have a stabilizing effect on the switching arrangement, since it causes a negative feedback of the amplifier, in contrast to the known circuit at which the voltage source 7 has the opposite polarity and this base resistance r _b then causes a positive feedback. It goes without saying that a completely identical operating circuit is obtained if both the polarity of the bias voltage sources 6 and 7 and the conductivity types of the zones are reversed.

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.If the source 5 supplies z. B. pulsed vibrations, so one can continue by only changing the polarity of the source 7, either positive or negative amplified pulses at the output impedance 8 received.

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.In the circuit according to FIG. 3, the signal voltage source 5 is from the emitter circuit to the base circuit has been relocated; otherwise the circuit corresponds in terms of its training and mode of operation that of 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.4 shows an amplifier circuit which is suitable for high signal frequencies and is based on a principle that has already been proposed. In addition to the four zones 11, 12, 13 and 14 which correspond to zones 1, 2, 3 and 4, the transistor has two further zones 15 and 16. As can be seen from the electrical analogue according to FIG. 5, zones 15, 16, 11 as a first transistor 15 ', 16', ii ', the zones 11, 12, 13 as a second transistor 11 ". 12", 13 "and the zones 12, 13, 14 as a third transistor 12', 13 ' The boundary layers between these zones are, as shown in the drawing, operated by the supply voltage sources 6 and 7 in the flow direction ν and in the reverse direction s . In this way, the signal source 5 generates a corresponding signal voltage at the electrode 11 (or 11 'and 11 "). whereby the electrode 13 (or 13 'and 13 "), as mentioned above, essentially attains the same voltage. This voltage is generated by means of the transistor 12', 13 ', 14' according to FIG. 5 or the corresponding zones 12, 13 , 14 of the transistor according to FIG. 4 is amplified, whereby an amplified signal at the output impedance 8 occurs.

Da die Elektrode 12 bzw. 12' und 12" mittels der Spannungsquelle 7 ein konstantes Potential führt, ist die Rückwirkung der Spannung an derSince the electrode 12 or 12 'and 12 "by means of the voltage source 7 has a constant potential, is the reaction of the voltage on the

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.Output impedance 8 due to internal parasitic transistor capacitances on the signal source 5 largely suppressed, whereby the cutoff frequency to the point at which the switching arrangement is still as Amplifier is useful, is increased.

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. As an important advantage over an older circuit, it should be mentioned that the voltage source 7 supplies both the second base electrode b ₂ connected to the zone 12 and the collector electrode c connected to the zone 14, whereby a separate supply source is omitted.

Claims

PATENT APPLICATIONS:

i. Operating circuit of a four-zone junction transistor, in which the thickness of the second and third zones are each below the characteristic Diffusion length of the minority charge carriers lies in these zones, characterized in that the zones are the supply voltages be supplied with such polarity that the boundary layer between the first and of the second zone in the flow direction, which between the second and the third zone also in Direction of flight and the reverse direction between the third and fourth zones is (Fig. 1, 3).

2. Circuit according to claim i, in which a Signal source in the circle between the emitter electrode connected to the first zone and the base electrode connected to the second zone is accommodated, characterized in that that the third zone has a floating potential and that connected to the fourth zone A supply voltage is applied to the collector electrode, the polarity of which with respect to the base electrode is the same as that of the Is emitter electrode with respect to the base electrode (Fig. I, 3).

3. Expansion of the circuit according to claim ι to a transistor, the four of which Zones are preceded by two more zones, between which the source of the reinforcement Signal oscillations is switched, characterized by 4 ~ S that between the now fourth Zone and the second of the preceding zones is connected to a supply voltage source, the the fourth zone is fixed at a constant potential with respect to the second zone, the Supply voltage source at the same time the collector electrode connected to the last zone feeds (Fig. 4).

Considered publications:

U.S. Patent Nos. 2,623,102, 2,570,978.

1 sheet of drawings

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