DE1046195B

DE1046195B - pnp- bzw. npn-Transistor mit zwei flaechenhaften pn-UEbergaengen und Schaltung unter Verwendung eines solchen Transistors

Info

Publication number: DE1046195B
Application number: DES39207A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Tigler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-05-18
Filing date: 1954-05-18
Publication date: 1958-12-11

Description

pnp- bzw. npn-Transistor mit zwei flächenhaften pn-Ubergängen und Schaltung unter Verwendung eines solchen Transistors ZuVerstärkerzwecken benutzteFlächentransistoren, die eine Emitter-, eine Basis- und eine Kollektorelektrode besitzen, werden meist in Ernitterschaltung betrieben, bei der die Emitterelektrode den gemeinsamen Bezugspunkt von Eingangs- und Ausgangskreis bildet. Die mit den bisher bekannten Transistoren ausgeführten Schaltungen dieser Art haben die Eigenschaft, daß der Eingangswiderstand des Transistors einen verhältnismäßig kleinen Wert von einigen 1000hm besitzt und daß für die Steuerung des Transistors eine ,gewisse Steuerleistung aufgewendet werden muß. Andererseits hat der Ausgangswiderstand einen verhältnismäßig hohen Wert von einigen 100 kOhm. Diese Eigenschaften bedeuten für viele Anwendungszwecke einen Nachteil, und es ist das Ziel der Erfindung, durch neuartige Ausbildung von Transistoren Schaltungen zu ermöglichen, denen diese Nachteile nicht anhaften.
Die Erfindung bezieht sich auf einen pnp- bzw. npn-Transistor mit zwei flächenförtnigen pn-Ubergängen. Erfindungsgenläß sind die beiden pn-Übergänge in Sperrichtung betrieben, das Halbleitermittelteil ist so dünn ausgebildet, daß die Rückwirkung zwischen Kollektorspannung und Kellektorstrom so groß ist, daß im Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Kennlinienfeld zwischen der Kennlinie für auf Bezugspotential Null liegender Basis und der Koordinatenachse für die Kolektorspalinung ein zur Steuerung der Halbleiteranordnung geeigneter Bereich sich ergibt. Insbesonder ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Halbleitermittelteil so dünn ausgebildet ist, daß durch ihn die elektrischen Feldlienien zwischen den beiden anschließenden Halbleiterteilen hindurchgreifen. Auf diese Weise wird ein Transistortyp geschaffen, der bei sehr hohem Eingangswiderstand eine praktisch leistungslose Steuerung gestattet. Ein Transistor, dessen beide flächenförmigen Grenzschichten gleichzeitig in Sperrichtung betreibbar sind, weicht grundsätzlich von den bisher bekannten Transistortypen ab. Auch die sogenannten Oberflächen-Sperrschichttransistoren, die mittels eines elektrolytischen Ätzverfahrens hergestellt werden, bei dem die Mittelschicht, um bei sehr hohen Frequenzen noch zufriedenstellend zu arbeiten, sehr dünn ausgebildet ist, können nicht wie der Transistor gemäß der Erfindung betrieben werden, da bei dem Transistor gemäß der Erfindung die Rückwirkung der Kolelktorspannung auf den Kollektorstrom so groß gewählt ist, daß sich für die Emitterschaltung im Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Kennlinienfeld zwischen der Kennlinie für auf Bezugspotential liegende Basis und der Koordinatenachse für die Kollektorspannung ein zur Steuerung des Transistors geeigneter Bereich ergibt.
Der Arbeitspunkt des Transistors in der Emitterschaltung wird ferner so gewählt, daß die Steuerung im Sperrbereich der Basis-Emitter-Strecke erfolgt und sich ein hoher Eingangswiderstand des Transistors ergibt. Dieser Widerstand ist somit auf einen oft erwünschten hohen Wert gebracht und gleichzeitig die Steuerleistung auf einen meist vernachlässigbar kleinen Wert verringert. Dies bedeutet eine beträchtliche Steigerung der Leistungsverstärkung. Darüber hinaus wird durch die entsprechend groß gewählte Rückwirkung der Kollektorspannung auf den Kollektorstrom der Ausgangswiderstand des Transistors auf einen Wert herabgesetzt, der wesentlich kleiner ist, als dies bei den gebräuchlichen Transistoren der Fall ist.
Die Erfindung und dazugehörige Einzelheiten sind an Hand von Fig. 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch einen Flächentransistor vom npn-Typ; die Erfindung ist aber unter Berücksichtigung der abweichenden Polung der angelegten Spannungen auch für pnp-Flächentransistoren anwendbar. Der Transistor arbeitet in Emitterschaltung, indem die Emitterelektrode E als gemeinsamer Bezugspunkt für Eingangs- und Ausgangskreis dient. Die als Basisspannung UB bezeichnete Eingangsspannung wird zwischen dieser Elektrode und der BasiselektrodeB angelegt, während die Kollektorspannung UC an der Kollektorelektrode C und der Emitterelektrode E liegt. Die Kollektorspannungsquelle ist in Sperrichtung gepolt angelegt; der Kollektorstrorn ist mit IC bezeichnet.
Fig. 2 zeigt das Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Kennlinienfeld eines nach Fig. 1 geschalteten Transistors üblicher Art. Als Parameter ist die Basisspannung U,6 gewählt. Die Kennlinien verlaufen von einer gewissen Kollektorspannung ab verhältnismäßig flach ansteigend, wobei die Kennlinie für die Basisspannung U,6 = 0 in nur sehr kleinem Abstand von der Koordinatenachse für die Kollektorspannung verläuft. Eine Steuerung des Transistors ist daher nur im Gebiet positiver Basisspannung + UB möglich, d. h. bei in Durchlaßrichtung gepolter Basisspannungsquelle.
In Fig. 3 ist das Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Kennlinienfeld für einen ebenfalls nach Fig. 1 or S "e chalteten Transistor wiedergegeben, bei dem, entsprechend der Erfindung eine vergrößerte Kollekto#rrückwirkung vorhanden ist. Diese vergrößerte Rückwirkung äußert sich in einem wesentlich steileren Anstieg der Kennlinien und somit auch der Nullinie UB = 0. Das Kennlinienfeld unterhalb dieser Nullinie wird dadurch stark vergrößert und damit die Möglichkeit geschaffen, die Steuerung des Transistors durch entsprechende Einstellung des Arbeitspunktes im Bereich negativer Basisspannung vo#rzunelunen. Die Basisspannungsquelle ist also in Sperrichtung gepolt. Daß mit einer solchen in' Sperrichtung gepolten Basis eine Steuerung des Kollektorstromes möglich ist, ergibt sich aus folgendem.
Wenn bei einem nach Fig. 1 geschalteten Transistor die Basisspannung + UB in Durchlaßriahtung gepolt ist und di. Kollektorspannung + UC gleich + UB gemacht wird, fließt der Emitterstrom fast völlig durch die Basis hindurch zum Kollektor, obwohl zwischen Basis und Kollektor keine Spannungsdifferenz besteht. Die Basis wirkt lediglich beschleunigend auf die Ladungsträger, läßt sie aber ohne wesentliche Stromaufnahnie zum Kollektor hindurchtreten. Es konnte nun durch Versuch, festgestellt werden, daß die Basis auch im Sperrbereich der Basis-Emitter-Strecke für die Ladungsträger durchlässig ist und zur Steuerung des Kollektorstromes herangezogen werden kann. Durch die Erfindung wird mithin auch das Vorurteil überwunden, daß eine Steuerung eines Transistors nur in Durchlaßrichtung der Basis-Emitter-Strecke möglich sei. Der dabei gewonnene Vorteil liegt in der fast leistungslosen Steuerung des Transistors und in einer beträchtlichen Vergrößerung seines Eingangswiderstandes bei gleichzeitig verkleinertem Ausgangswiderstand, Diese Vorteile lassen sich auch bei der Kollekto-rsöhaltung der Transistoren ausnutzen, da dann auch dort eine praktisch leistungslose Steuerung möglich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE. 1. pnp- bzw. npn-Transistor mit zwei flächenförmigen pn-Übergängen, dadurch gekennzeichnet daß die beiden pn-Übergänge in Sperrichtung betrieben sind, daß das Halbleitermittelteil so dünn ausgebildet ist, daß die Rückwirkung zwischen Kollektorspannung und Kollektorstrom so groß ist, daß im Kollektorstrom-Kollektorspannungs-Kennlinienfeld zwischen der Kennlinie für auf Bezugspotential Null liegender Basis und der Koordinatenachse für die Kollektorspannung ein zur Steuerung der Halbleiteranordnung geeigneter Bereich sich ergibt. 2. pnp- bzw. npn-Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermittelteil so dünn ausgebildet ist, daß durch ihn die elektrischen Feldlinien zwischen den beiden anschließenden Halbleiterteilen hindurchgreifen. 3. Schaltung unter Verwendung eines Transistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt bei der Ernitterschaltung so gewählt ist, daß die Steuerung im Sperrbereich der Basis-Emitter-Strecke erfolgt. 4. Schaltung unter Verwendung eines Transistors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt bei der Kollektorschaltung so gewählt ist, daß die Steuerung im Sperrbereich der Basis-Kollektor-Strecke erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 814 487; Radio Mentor, Bd. 20, 1954, Heft 4, S. 205 bis 207; R. F. Shea, Principles of transistor circuits, 1953, N. Y., S. 28, 29, 51 und 36, 37.