DE1017220B - Modulator mit Vierelektroden-Transistor - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Halbleiter-Signalübertragungseinrichtungen, insbesondere Signal-Modulationseinrichtungen der Art, wie sie unter dem Namen Transistor bekanntgeworden sind. Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, den Frequenzbereich von Transistormodulatoren zu erweitern und den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Im allgemeinen besteht ein Transistor aus einem "Körper aus halbleitendem Material, der drei Anschlüsse hat, die Steuerelektrode, Sammelelektrode und Basiselektrode genannt werden. Bei einer Betriebsart werden Signale zwischen der Steuerelektrode und der Basiselektrode angelegt, und verstärkte Abbilder der Signale erscheinen in einem zwischen der Sammelelektrode und der Basiselektrode angeschlossenen Belastungskreis. Von den Einrichtungen gibt es mehrere verschiedene Arten. Bei einer Art sind die Steuerelektroden und Sammelelektroden Punktkontakte. Bei einer anderen enthalten entweder die Steuerelektrode oder die Sammelelektrode oder beide eine Verbindung zwischen zwei Zonen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp im Halbleiterkörper. Eine solche Verbindung wird üblicherweise mit PN-(oder NP-) Verbindung bezeichnet und wird auch hier so genannt.

Im Hauptpatent 954 624 ist ein neuer und verbesserter Transistor des Verbindungstyps beschrieben, der sich von seinen Vorgängern durch eine zusätzlich vorgesehene Hilfsbasiselektrode unterscheidet. Wie die normale Basiselektrode ist die Hilfsbasiselektrode an die Zwischen-Halbleiterzone angeschlossen, jedoch ist der Anschluß an einem Teil dieser Zone vorgenommen, der von der normalen Basiselektrode räumlich getrennt ist. Das Anlegen einer kleinen Spannung von geeigneter Größe und geeignetem Vorzeichen zwischen der normalen Basiselektrode und der Hilfsbasiselektrode bewirkt das Fließen eines Hilfsstroms von einer dieser Elektroden zur anderen. Man hat gefunden, daß diese Spannung oder dieser Strom eine bemerkenswerte Verringerung des Basiselektrodenwiderstandes des Transistors erzeugt. Da dieser Basiselektrodenwiderstand eine Ursache für die Verminderung der Transistorverstärkung bei hohen Frequenzen bildet, ergibt die Verringerung des Basiselektrodenwiderstandes einen verbesserten Betrieb bei hohen Frequenzen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß mehrere der Transistorparameter, insbesondere sein effektiver Basiselektrodenwiderstand r_b und sein Stromvervielfachungsfaktor et, sich innerhalb eines geeigneten Bereichs bei kleinen Änderungen des Stromes von Basis zu Basis sehr stark ändern. In der Tat ändert sich der Basiselektrodenwiderstand von einem Wert von etwa 1200 Ohm, wenn der Hilfs-Modulator mit Vierelektroden-Transistor

Zusatz zum Patent 954 624

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. August 1952

Robert Lee Wallace jun., Plainfield, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

strom von Basis zu Basis Null ist, auf einen Wert von 10 Ohm und weniger bei einem Strom von Basis zu Basis von etwa 0,11 Milliampere. Er ändert sich zwischen diesen Werten im wesentlichen in linearer Weise mit dem Strom von Basis zu Basis. Erfindungsgemäß wird daher ein Modulationssignal an die Hilfsbasiselektrode angelegt und so bemessen, daß es einen Strom liefert, der sich mit dem Modulationssignal innerhalb eines Bereichs von 0 bis etwa 0,2 Milliampere ändert. Bei dieser Anordnung wird der Sammelelektroden-Ausgangsstrom, der infolge der bekannten Transistorwirkung ein verstärktes Abbild des an die Steuerelektrode angelegten Eingangssignalstroms ist, in einem großen Bereich in Abhängigkeit vom Eingangssignal moduliert.

Es stellt sich heraus, daß außer dem Basiselektrodenwiderstand und dem Stromvervielfachungsfaktor auch der Steuerelektrodenwiderstand und der Sammelelektrodenwiderstand in ihrer Größe von der Größe des Stroms von Basis zu Basis abhängen. Diese Abhängigkeiten rufen ebenfalls eine Modulation des Sammelelektroden-Ausgangsstroms in Beziehung zum Modulationssignal hervor. Bei richtiger Wahl des äußeren Kreises mit Rücksicht auf den beabsichtigten Anwendungszweck kann bewirkt werden, daß ein gewünschter von diesen Effekten vorherrscht.

Wie im allgemeinen bei Modulatoren sind also zwei Eingangsklemmen vorhanden, nämlich der Steuerelektrodenanschluß und der Hilfsbasiselektrodenanschluß,

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und es ist vielleicht eine Frage des Standpunktes oder der Übereinkunft, ob man das an die Steuerelektrode angelegte Signal als das Hauptsignal und das an die Hilfsbasiselektrode angelegte Signal als das Modulationssignal ansieht, oder umgekehrt. Wenn insbesondere der Steuerelektrodenstrom konstant gehalten und ein Signal an die Hilfsbasiselektrode angelegt wird, so wird dieses Signal nicht nur zum Sammelelektroden-Ausgangskreis übertragen; die Übertragung ist auch von einer Leistungsverstärkung begleitet.

Weiterhin kann bei einer geeigneten, an die Sarnmelelektrode angelegten konstanten Vorspannung ein an die Steuerelektrode angelegtes Eingangssignal mit einer gewissen Verstärkung an der Hilf sbasiselektrode

Bei Betrachtung der Zeichnungen sieht man, daß die Fig. 9 bis 12 verschiedene charakteristische Werte des neuen Vierelektroden-Transistors zeigen, ferner die Art und Weise, wie sich diese Werte mit dem Strom von Basis zu Basis ändern.

Fig. 1 zeigt einen derartigen NPN-Verbindungstransistor mit einer Steuerzone 1 und einer Sammelzone 2, die beide aus N-Typ-Material bestehen, und einer dazwischenliegenden dünnen Basisscheibe oder ίο Zone 3 aus P-Typ-Material. Die letztere bildet eine Steuerverbindung 5 mit der Steuerzone 1 und eine Sammelverbindung 6 mit der Sammelzone 2. Die Einrichtung ist mit den üblichen Steuerelektroden und Sammelelektroden 7 und 8 an den Steuer- und

abgenommen werden. Wie bei anderen Gelegenheiten, 15 Sammelzonen 1 und 2 und mit der normalen Basisbei denen eine Leistungsverstärkung vorhanden ist, elektrode 9 an der dazwischenliegenden Basiszone 3 kann ein solches Ausgangssignal von der Sammelelek- versehen. Zusätzlich ist eine Hilfsbasiselektrode 10 trode oder von der Hilfsbasiselektrode zu jedem an der Zwischenbasiszone vorgesehen. Für den Besolchen Eingang rückgekoppelt werden, um eine trieb als Modulator in der Schaltung mit geerdeter Selbsterregung zu erhalten, wobei selbstverständlich 20 Basis kann die normale Basiselektrode 9 an die Erde auf die Impedanzanpassung und die Phasenlage im angeschlossen werden, während die Steuerelektrode 7 Rückkopplungsweg zu achten ist. über einen die Spannung haltenden Widerstand 11 und

Wenn durch Rückkopplung, z. B. von der Sammel- eine Potentialquelle 12 zur Erde zurückgeführt ist, elektrode zur Hilfsbasiselektrode eine Selbsterregung wobei die Potentialquelle 12 an die Steuerelektrode 7 erhalten wird, können diese Schwingungen in üblicher 25 ein negatives Potential von geeigneter kleiner Größe Weise durch Anlegen eines Eingangssignals an irgend- anlegt. Die Sammelelektrode 8 ist über ein frequenzeinem anderen Eingang, z. B. an die Steuerelektrode, abhängiges Netzwerk 13, das an eine Belastung 20 anmoduliert werden. Da sowohl die Frequenz der gekoppelt ist, und eine zweite Potentialquelle 14, die Schwingung als auch ihre Größe im allgemeinen von ein größeres positives Potential an die Sammelelekeinem Parameter des Transistors abhängt, der seiner- 30 trode anlegt, zur Erde zurückgeführt. Ein erstes seits vom Hilfsbasiselektrodenstrom abhängt, treten Signal Jv₁ kann, z. B. über einen Sperrkondensator 15, normalerweise Frequenzmodulation und Amplituden- an die Steuerelektrode 7 angelegt werden, ferner kann modulation zusammen auf. Wenn die Frequenzmodu- ein zweites Signal S₀ in gleicher Weise über einen lation allein gewünscht wird, kann die Amplituden- anderen Sperrkondensator 16 an die Hilfsbasiselekmodulation durch Hinzufügen eines Begrenzers be- 35 trode 10 angelegt werden.

seitigt werden. Wenn andererseits die Amplituden- Die Hilfsbasiselektrode 10 kann eine negative Vormodulation eines Trägers mit konstanter Frequenz ge- spannung im Betrag von 1 oder 2 Volt erhalten, inwünscht wird, wird vorzugsweise der Träger von dem sie über einen Widerstand 17 und eine Batterie einer äußeren Quelle abgeleitet und der Transistor nur zur Erde geführt wird, die der Einfachheit halber die

Selbst- 40 Batterie 12 für die Steuerelektrodenvorspannung sein kann. Die Vorspannungsbatterie bewirkt, daß ein Vorstrom im Kreis von Basis zu Basis fließt. Die Polaritäten der Potentialquellen sind so gewählt, daß sie für einen Transistor des NPN-Typs geeignet sind. Für 45 einen PNP-Transistor müssen alle Polaritäten umgekehrt werden.

Im Hauptpatent ist beschrieben, daß durch Anlegen
einer negativen Vorspannung von etwa 2 Volt an die
Hilfsbasiselektrode 10 die effektive Querschnittsfläche

als Modulator ohne Rückkopplung oder erregung verwendet.

Die Erfindung wird durch die ins einzelne gehende Erläuterung von vorzugsweisen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Zeichnungen vollständiger zu verstehen sein.

In den schematischen Schaltbildern der Fig. 1 bis 8 zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Modulator mit einem Vierelektroden-Transistor;

Fig. 2 zeigt eine Erweiterung des Modulators der 50 der Steuerverbindung stark verkleinert wird, wobei Fig. 1, so daß ein selbsterregter Oszillator und ein sie auf den Teil der Verbindung begrenzt wird, der in Frequenzwandler entsteht; unmittelbarer Nachbarschaft der normalen Basiselek-

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung des Wandlers trode 9 liegt. Infolge dieser Tatsache wird der effekder Fig. 2; tive Basiswiderstand r_b des Transistors im Vergleich

Fig. 4 stellt eine Verstärkung durch einen Vierelek- 55 zu seinem Wert bei NichtVorhandensein der Hilfstroden-Transistor auf andere Art dar; basiselektrode 10 und deren Vorstrom stark verkleinert. Es ist weiter in dieser Anmeldung gezeigt, daß die Verkleinerung des Basiswiderstandes eine bedeutende Verbesserung des Betriebs des Transistors 60 bei hohen Frequenzen als Verstärker für an seine Steuerelektrode angelegte Signale ergibt.

Die vorliegende Erfindung beruht zum Teil auf der
Entdeckung, daß diese Verbesserung des Betriebs bei

Fig. 5 zeigt einen selbsterregten Oszillator, bei dem der Verstärker der Fig. 4 verwendet wird;

Fig. 6 zeigt einen Frequenzwandler, der auf dem Oszillator der Fig. 5 beruht;

Fig. 7 zeigt einen Oszillator und Frequenzwandler, bei dem ein Vierelektroden-Transistor in der Schaltung mit geerdeter Steuerelektrode verwendet wird;

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführung der Fig. 7; von den Kurven der

Fig. 9 bis 12 stellen die Fig. 9, 10, 11 und 12 die Abhängigkeit des Transistor-Basiselektrodenwiderstandes, des Stromvervielfachungsfaktors, des Steuerelektrodenwiderstandes und des Sammelelektrodenwiderstandes vom Hilfsbasiselektrodenstrom dar.

hohen Frequenzen unter Kontrolle eines an die Hilfsbasiselektrode 10 angelegten Signals verändert werden
kann. Somit kann bei der Einrichtung der Fig. 1,
wenn diese z. B. bei Rundfunksendereinrichtungen
verwendet wird, um Tonsignale auf einen hochfrequenten Träger aufzumodulieren, die Signalquelle S₁
eine Trägerquelle mit konstanter Amplitude und konr

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stanter Frequenz sein, während die Signalquelle S₂ tion von örtlich erzeugten Schwingungen. Es stellt

eine tonfrequente Quelle, z. B. ein Mikrophon sein kann. sich jedoch heraus, daß ein Nebeneffekt darin besteht,

Unter Außerachtlassung der Hilfsbasiselektrode iO daß das ankommende Signal eine Frequenzmodulation

arbeitet der Transistor als Verstärker für die hoch- der örtlich erzeugten Schwingungen hervorbringt. Bei

frequenten Trägersignale der Quelle S₁. Die Quelle S₂ 5 den kleinen Schwingungsfrequenzen (z. B. bei

bewirkt dann eine Änderung der Verstärkung, so daß 1000 kHz), die normalerweise bei den üblichen

schließlich die Signale der Quelle S₁ durch die Signale Frequenzwandlern verwendet werden, ist diese

der Quelle S₂ moduliert werden, d. h., die Träger- Frequenzmodulation klein, nebensächlich und unwich-

signale werden durch die Tonsignale moduliert. Es tig. Wenn andererseits die Schwingungsfrequenz auf

erscheinen verstärkte Modulationsprodukte mit ver- io 100 MHz od. dgl. erhöht wird, steigt die Größe der

schiedenen Frequenzen als Ausgang im Sammelelek- Frequenzabweichung proportional, und zwar faktisch

trodenkreis.EingewünschtesModulationsproduktkann auf ein Maß, das zur Verwendung bei den üblichen

durch Einschalten des frequenzabhängigen Netzwerks Frequenzmodulationsempfängern geeignet ist. Dies

13 ausgewählt und die anderen unterdrückt werden. kann beim Bau eines Generators für frequenzmodu-

Es ist häufig von Wichtigkeit, die Trägerfrequenz 15 lierte Schwingungen benutzt werden, eines modulierten Signals zu ändern. Ein vertrautes Während im allgemeinen das Anlegen eines EinBeispiel ist der sogenannte »erste Detektor« in einem gangsmodulationssignals an jeden Punkt des Rück-Überlagerungs-Rundfunkempfänger, dessen Funktion kopplungsweges die Größe eines oder aller Transistordarin besteht, die Hochfrequenz einer empfangenen parameter und damit die Schwingungsfrequenz beein-Rundfunkträgerwelle in eine Zwischenfrequenz von 20 flüssen kann, ergibt sich, daß die Hauptwirkungen mit z. B. 465 kHz zu ändern, damit die letztere weiter den Eingangspunkten in folgender Weise in Zusamverstärkt und von unerwünschten Komponenten durch menhang gebracht werden können. Wenn das z. B. von Stufen befreit werden kann, deren Abstimmung fest- einer Quelle S₃ herrührende Modulationssignal an die liegt, wobei die Abstimmung so eingerichtet ist, daß Steuerelektrode 7 angelegt wird, beeinflußt es undie Zwischenfrequenz und ihre Tonseitenbänder durch- 25 mittelbar den Wert des Steuerelektrodenwidergelassen werden und alle anderen Signale entfernt Standes r_e. Hierdurch wird die Phasenverschiebung in werden. Die Einrichtung der Fig. 1 arbeitet in dieser der Rückkopplungsschleife anders als wenn sie nur Weise. Die ankommende modulierte Trägerwelle kann durch den Kondensator im Rückkopplungsweg hervorals Signal S₁ an die Steuerelektrode angelegt werden, gebracht wird. Diese Änderung der Phasenverschiewährend das Modulationssignal S₂ von einem ört- 30 bung beeinflußt die Frequenz der Schwingung. Vorlichen Oszillator geliefert wird, der vorzugsweise, zugsweise ist zwischen die Quelle S₃ und die Steueraber nicht notwendigerweise gegen den Vierelek- elektrode eine Hochfrequenzdrossel geschaltet, um den troden-Transistor isoliert ist, um den Einfluß zu be- selbstschwingenden Kreis von der Eingangsquelle zu seitigen, den das ankommende Signal sonst auf die trennen.

Oszillatorfrequenz haben würde. 35 Wenn an dem zweiten Punkt ein Eingangssignal. An der Tatsache, daß die Einrichtung der Fig. 1 das z. B. von der Quelle ^₄ geliefert wird, z. B. über ohne Berücksichtigung der Hilfsbasiselektrode ein einen Transformator an die Hilfsbasiselektrode anVerstärker für an ihre Steuerelektrode angelegte gelegt wird, bewirkt es in der oben geschilderten Signale ist, folgt, daß ein selbstschwingender Kreis Weise Änderungen von r_e, r_b, r_c und a. Während gebaut werden kann, indem Leistung von der 40 einige dieser Änderungen die Tendenz haben, andere Sammelelektrode 8 zur Steuerelektrode 7 mit einem aufzuheben, bleibt eine restliche Änderung, die ge-Betrag rückgekoppelt wird, der genügt, um die selbst- nügt, um eine wesentliche Modulation der erregte Schwingung aufrechtzuerhalten. Die Rück- Schwingungsfrequenz zu bewirken. Zusätzlich ändert kopplungsschaltung kann auf jede gewünschte Weise es durch Änderung der Spannung an der Sammelausgeführt werden, jedoch ist eine Stromrückkopp- 45 verbindung die effektive Erdkapazität dieser Verbinlung vorzuziehen, da der Transistor hauptsächlich dung, wodurch wiederum eine Frequenzmodulation eine mit Strom arbeitende Einrichtung ist. Fig. 2 zeigt entsteht. Es kann in der Tat sein, daß diese Ändeeinen selbsterregten Oszillator dieser Art. Es ist die- rung der effektiven Ausgangskapazität des Transistors selbe Schaltung wie der Modulator der Fig. 1, jedoch der Hauptfaktor für die Hervorbringung der Frequenzunter Weglassung der Quellen ,S₁ und S₂ und Hinzu- 50 änderungen ist.

fügung einer Stromrückkopplung, die von einem ge- Wenn an dem dritten Punkt ein Eingangssignal,

eignet angeordneten Abgriff an der Wicklung des Aus- das z. B. von der Quelle S₅ geliefert wird, z. B. über

gangstransformators gegebenenfalls über einen Sperr- den Transformator"^ angelegt wird, ergibt sich, daß

kondensator zu der Steuerelektrode 7 führt. Die es hauptsächlich eine Modulation des Potentials der Schwingfrequenz ist durch das selektive Netzwerk 13 55 Sammelverbindung und damit ihrer effektiven Kapa-

bestimmt. zität bewirkt, und daß dies der hauptsächliche Grund

Ein anderes Geräteelement, das in der Technik des für die Frequenzänderungen ist.

Rundfunkempfangs üblich ist, ist ein sogenannter Da der Transformator 25 an einer Stelle des Rück-

Überlagerungswandler, nämlich ein Oszillator, dessen kopplungsweges liegt, wo hochfrequente Ströme mit Ausgangssdiwingungen durch ein Eingangssignal 60 großen Werten vorhanden sind, ist vorzugsweise ein

moduliert sind. Die Einrichtung der Fig. 2 kann Überbrückungskondensator 26 an die Sekundärwick-

diesem Zweck gut dienen. Ein Eingangssignal kann an lung dieses Transformators anzuschließen. Seine Ein-

die Steuerelektrode 7, an die Hilfsbasiselektrode 10 gangsimpedanz für die Signalfrequenz soll selbstver-

oder an die Sammelelektrode 8 des Oszillators der ständlich hoch sein.

Fig. 2 angelegt werden. In jedem Falle enthält das 65 Es hat sich gezeigt, daß der Vierelektroden-Transistor

von der Sammelelektrode 8 abgeleitete Ausgangssignal der obenerwähnten Hauptanmeldung als Verstärker

selbsterregte Schwingungen, die durch das Eingangs- überdies in anderer Weise als vorher beschrieben

signal moduliert sind. wirken kann, nämlich dadurch, daß Signale der Hilfs-

Bei einem Wandler dieser Art ist der hauptsäch- basiselektrode zugeführt und im Kreis der Sammel-

liche und erwünschte Effekt eine Amplitudenmodula- 70 elektrode 8 wiedergewonnen werden. Dies ist das

gleiche, wie wenn man in Fig. 1 die Quelle ^₁ außer Betrieb setzt und damit eine konstante Vorspannung" an die Steuerelektrode 7 anlegt, während die Quelle S₂ als Eingangsquelle benutzt wird. Die Art und Weise, wie ein solcher Verstärker arbeitet, wird verständlich, wenn man sich ins Gedächtnis zurückruft, daß der Sammelelektrodenstrom hauptsächlich durch das Produkt aus dem Stromvervielfachungsfaktor α und dem Steuerelektrodenstrom I_e bestimmt ist. Wie oben er

Ausgang übertragen werden. Zwischen der Hilfsbasiselektrode 10 und der normalen Basiselektrode 9 kann dann eine Belastung 40 angeschlossen werden. Wenn die Einrichtung in dieser Weise betrieben wird, kann 5 die S ammel elektrode 8 auf einem konstanten Potential mit einem sehr geringen Wert gehalten werden, vorausgesetzt, daß sie nicht in Flußrichtung vorgespannt ist, was im vorliegenden Falle eine negative Vorspannung bedeutet. Tatsächlich kann die Sammelelektrode abklärt wurde, hat sich gezeigt, daß der Stromverviel- io geschaltet werden. Eine solche Einrichtung ist der in f achungsf aktor α sehr genau vom Wert des Hilf sbasis- Fig. 4 dargestellte Verstärker. In Fig. 5, die sonst elektrodenstroms abhängt. Hieraus folgt, daß ein an Fig. 4 gleicht, wird die Ausgangsleistung der Hilfsdie Hilfsbasiselektrode angelegtes Signal im Sammel- basiselektrode über einen Impedanzanpassungstranselektrodenkreis wieder erscheint. formator 50, der durch einen Kondensator 51 ab-

Weiterhin wird diese Übertragung von einer Ver- 15 gestimmt ist, zur Steuerelektrode 7 rückgekoppelt. In Stärkung begleitet, vorausgesetzt, daß ein aus- diesem Falle findet bei der Signalübertragung über reichender Unterschied zwischen der Ausgangsimpe- den Transistor keine Phasenumkehr statt. Infolgedanz und der Eingangsimpedanz vorhanden ist. Ex- dessen soll der Transformator so gepolt werden, daß perimentell hat man gefunden, daß die Impedanz des keine kompensierende Phasenumkehr hervorgebracht Transistors von Basis zu Basis nur wenige hundert 20 wird.

Ohm beträgt, während die Impedanz der Sammelelek- Die Anordnung der Fig. 5 läßt sich leicht als

trode in der Größenordnung von Megohm liegt. Bei Wandler verwenden. Fig. 6 zeigt eine geeignete einem derartigen Unterschied zwischen der Ausgangs- Schaltungsanordnung. Sie unterscheidet sich nur impedanz und der Eingangsimpedanz sind die beob- dadurch von Fig. 5, daß im Sammelelektrodenkreis achteten Werte des Stromvervielfachungsfaktors von 25 zusätzlich ein frequenzselektives Netzwerk 60 verBasis zu Basiskreis als Eingang zum Sammelelek- wendet wird, welches eine Belastung 61 beliefert, und trodenkreis als Ausgang hinreichend, um eine daß eine an die Steuerelektrode 7 angeschlossene Leistungsverstärkung zu erreichen. Eingangsklemme hinzugefügt wird, mit der eine

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß die selbst- Signalquelle S₇, z. B. eine Quelle für modulierte erregten Schwingungen auch dadurch aufrechterhalten 30 Trägerwellen, verbunden ist. Selbsterregte Schwinwerden können, daß Sammelelektroden-Ausgangs- gungen werden wie in Fig. 5 erzeugt, während die an leistung nicht wie in Fig. 2 zur Steuerelektrode 7, die Steuerelektrode 7 von der äußeren Quelle S₇ ansondern wie in Fig. 3 zur Hilfsbasiselektrode 10 rück- gelegten Signale durch eine einfache Dreielekgekoppelt wird. Der Transistor und seine Vorspan- trodentransistorwirkung zum Ausgangskreis 60, 61 nungsquellen für die Steuerelektrode und die Sammel- 35 übertragen werden. Eine zweckmäßige Art, die elektrode sind die gleichen. Die Rückkopplung von Wechselwirkung zwischen diesen beiden Effekten zu der Sammelelektrode zur Hilfsbasiselektrode kann auf verwenden, besteht darin, daß die Verstärkung der jede gewünschte Weise ausgeführt werden, doch ist von der Steuerelektrode an die Sammelelektrode Überwegen des vorerwähnten großen Impedanzunter- tragenen Signale mit der Geschwindigkeit der selbstschiedes ein Abwärtstransformator 30 mit geeignetem 40 erregten Schwingungen durch das Oszillatorsignal Wicklungsverhältnis vorzugsweise anzuwenden. verändert wird, das von einem Punkt des Rück-

Die selbsterregten Schwingungen bei der Schaltung kopplungsweges an die Hilfsbasiselektrode 10 angelegt der Fig. 3 können durch ein selektives Netzwerk 31 wird.

geregelt werden, sie können durch Anlegen eines Die Modulatoren (Mischer, Oszillatoren oder

Modulationssignals S_e an fast jede aktive Elektrode, 45 Wandler), die im vorangegangenen beschrieben insbesondere an die Steuerelektrode ■ 7 moduliert wurden, sind insbesondere bei hohen Frequenzen werden. (2-Megahertz-Bereich) wirksam. Der Grund hierfür be-

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Schaltung steht darin, daß ein Transistorverstärker in Schaltung mit geerdeter Basis keine Phasenumkehr zwischen mit geerdeter Basis besonders empfindlich für Ändeeinem an der Steuerelektrode 7 des Transistors an- 50 rungen seines Basiswiderstandes ist. Die Fig. 9 und 10 gelegten und dem an der Sammelelektrode 8 ab- zeigen, daß sowohl der Basiswiderstand r_b als auch genommenen Signal vorhanden ist, daß aber eine der Stromvervielfachungsfaktor α mit steigendem solche Phasenumkehr zwischen der Hilfsbasiselek- Hilfsbasiselektrodenstrom fallen. Während die Vertrode 10 und der Sammelelektrode stattfindet. Auf Stärkung durch Verkleinerung von α verringert wird, Grund dieser Tatsache ergibt sich, daß, wie durch die 55 ist dieser Effekt bei hohen Frequenzen nicht sehr aus-Fig. 9 und 10 dargestellt ist, ein Steigen des Hilfs- gesprochen, bei denen gemäß Fig. 10 α wesentlich von basisstroms eine Verringerung des Stromverviel- Eins abweicht. Jedoch hat bei kleinen Frequenzen fachungsfaktors und infolgedessen, wie oben ge- (im Kilohertzbereich), wo der Wert von « sehr nahe bei schildert wurde, des S ammel elektrodenstroms bewirkt. Eins liegt, die Wirkung der Änderungen von α die Diese Phasenumkehr kann durch geeignete Polung 60 Tendenz, die Wirkung der Änderungen von r₆ zu der entsprechenden Wicklungen des Rückkopplungs- beseitigen, wobei die Wirksamkeit des Hilf-sbasistransformators der Fig. 3 kompensiert werden. elektrodenstroms zu Regelzwecken vermindert wird.

Es gibt noch eine dritte Art, wie der Vierelektroden- Diese Schwierigkeit kann durch Verwendung üer

Transistor als Verstärker für angelegte Signale Schaltung mit geerdeter Steuerelektrode überwunden wirken kann. Wenn die Steuerelektrode in der Fluß- 65 werden. Ein so angeordneter Modulator, der den richtung vorgespannt wird, so daß Elektronen in die
P-Typ-Schicht 3 eintreten, ergibt sich eine Verringerung des scheinbaren spezifischen Widerstands der

P-Typ-Schicht. Hieraus folgt, daß an die Steuerelek-

gleichen Transistor verwendet, ist in Fig. 7 dargestellt. Hier wird das zu modulierende Eingangssignal, z. B. der Träger S₈, an die normale Basiselektrode 9 angelegt, wobei die Steuerelektrode 7 ge-

trode angelegte Signale zur Hilfsbasiselektrode 10 als 7° erdet ist, während das Modulationssignal an die

Hilfsbasiselektrode 10 angelegt werden kann und das Modulationsprodukt im Kreis der Sammelelektrode 8 als Ausgang erscheint. Wie vorher kann ein frequenzselektives Netzwerk in den Sammelelektrodenkreis eingefügt werden, um alle anderen Signale außer dem gewünschten Modulationsprodukt zu unterdrücken. In einem Aufsatz von R. L. Wallace Jr. und W. J.Pietenpol im »Bell System Technical Journal«, Bd. 30, Juli 1951, S. 530, und insbesondere durch die dortige Gleichung 33, ist gezeigt, daß bei einem Verbindungstransistorverstärker in Schaltung mit geerdeter Steuerelektrode, vorausgesetzt, daß der äußere Belastungswiderstand klein im Vergleich zum Sammelelektrodenwiderstand ist, der Sammelelektroden- oder Ausgangsstrom i₂ mit dem Steuerelektroden- oder Eingangsstrom i_t in guter Annäherung in Zusammenhang steht durch die Gleichung

"2
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(2)

Hieraus folgt, insbesondere wenn α nahe bei Eins liegt, wie es bei niedrigen Frequenzen der Fall ist, daß das Stromverhältnis sehr empfindlich für Änderungen von α ist. Wenn daher bei einer solchen Stufe der Hilfsbasisstrom geändert wird, ändert sich das Stromverhältnis und damit die Verstärkung der Stufe entsprechend den Änderungen von a. Somit wird jedes über die Stufe von der Steuerelektrode zur Sammelelektrode übertragene Signal entsprechend dem an die Hilfsbasiselektrode angelegten Signal moduliert.

Durch Hinzufügen eines Rückkopplungsweges, z. B. von der Sammelelektrode zum Kreis von Basis zu Basis mit Hilfe eines geeigneten gepolten Transformators 72, können selbsterregte Schwingungen in der in Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Weise aufrechterhalten werden, wobei die Frequenz durch das selektive Netzwerk 71 bestimmt ist. Diese Schwingung bewirkt eine Veränderung von α und moduliert damit, wie vorher geschildert wurde, die von der Basis- zur Sammelelektrode auftretende Verstärkung eines Signals, z. B. einer ankommenden modulierten Trägerwelle, die an die normale Basiselektrode 9 angelegt ist.

Eine weitere Wandlerschaltung, die zur Verwendung bei niedrigen Frequenzen geeignet ist, zeigt Fig. 8, wo die örtlichen Schwingungen durch Rückkopplung von der Hilfsbasiselektrode 10 zur Steuerelektrode 7 hervorgebracht werden, wobei das äußere Signal, z. B. eine ankommende modulierte Trägerwelle S₉, wie vorher an die normale Basiselektrode 9 angelegt wird und der Ausgang über ein frequenzselektives Netzwerk 80 in der üblichen Weise abgenommen wird, wobei das letztere vorzugsweise auf die gewünschte Zwischenfrequenz abgestimmt ist. Eine abgestimmte Reihenkombination aus Induktivität und Kapazität kann zwischen die normale Basiselektrode 9 und die Erde geschaltet werden. Vorausgesetzt, daß der Vorspannungswiderstand 81 für die Hilfsbasiselektrode und der Vorspannungswiderstand 82 für die normale Basiselektrode einen großen Wert haben, und weiter vorausgesetzt, daß der Sperrkondensator 83 eine kleine Impedanz hat, ist der Schwingkreis mit Hilfe dieser LC-Kombination vollständig, die damit die Abstimmung vornimmt. Diese Anordnung gestattet, daß die Impedanz der Stufe als Ganzes bei der Trägerfrequenz hoch ist.

Claims (2)

Patentansprüche·

1. Signalübertragungseinrichtung nach Patent 954 624, bestehend aus einem Körper aus halbleitendem Material, der eine erste und eine zweite Zone von einem Leitfähigkeitstyp enthält, welche auf der größeren Achse des Körpers liegen, ferner eine dritte zwischen der ersten und der zweiten Zone liegende Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, welche eine erste Verbindung mit der ersten Zone und eine zweite Verbindung mit der zweiten Zone bildet, wobei die Verbindungen parallel zueinander und senkrecht zur größeren Achse liegen und geometrische Flächen bilden, die gleich der Ouerschnittsfläche des Körpers senkrecht zur größeren Achse sind, sowie einem Emitteranschluß an der ersten Zone, einem Kollektoranschluß an der zweiten Zone, einem normalen Basisanschluß an einem der ersten Verbindung benachbarten Teil der dritten Zone und einem Hilfsbasisanschluß an einem entgegengesetzten Teil der dritten Zone, wobei die Basisanschlüsse auf einer senkrecht zur größeren Achse verlaufenden Achse liegen, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Emitteranschluß durch eine Potentialquelle eine kleine Vorspannung in Flußrichtung in bezug auf den normalen Basisanschluß angelegt wird, daß ferner an den Kollektoranschluß durch eine zweite Potentialquelle eine Vorspannung in Sperrichtung angelegt wird, daß weiterhin an den Hilfsbasisanschluß eine Vorspannung mit demselben Vorzeichen, wie es die Vorspannung an dem Emitteranschluß besitzt, angelegt wird, damit ein Hilfsstrom in der dritten Zone zwischen dem normalen Basisanschluß und dem Hilfsbasisanschluß fließt, der verhindert, daß die gesamte Fläche der ersten Verbindung als Emitterverbindung arbeitet, mit Ausnahme eines kleineren Teils der Verbindung, der dem Hauptbasisanschluß am nächsten liegt, daß schließlich durch eine Eingangsschaltung ein erstes Eingangssignal an den Emitteranschluß angelegt wird, eine Ausgangsschaltung mit einer Belastung an den Kollektoranschluß angeschlossen ist und Mittel zum Anlegen eines Modulationssignals an den Hilfsbasisanschluß vorgesehen sind, damit an der Belastung ein Modulationsprodukt des Eingangssignals und des Modulationssignals erscheint.

2. Abänderung der Signalübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der miteinander zu modulierenden Schwingungen in der Anordnung selbst durch Rückkopplung erzeugt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 980 994.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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