DE1063713B

DE1063713B - Transistor mit temperaturkompensiertem Kollektorstrom

Info

Publication number: DE1063713B
Application number: DEI15181A
Authority: DE
Inventors: Richard Frederick Rutz
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1955-05-20
Filing date: 1956-05-16
Publication date: 1959-08-20
Also published as: US2846592A; DE1054586B

Description

Die bekannten Halbleiteranordnungen weisen Kennlinien auf, die sich mehr oder weniger mit der Temperatur ändern. Derartige Änderungen wirken in vielen Fällen der eigentlichen Arbeitsweise der Schaltungen entgegen, in denen die Halbleiteranordnungen eingeschaltet sind.

Die bekannten Halbleiteranordnungen sind im allgemeinen lichtempfindlich und häufig mit pn-Übergängen eingerichtet. Die Temperaturschwankungen, durch die sich die Kennlinien der Halbleiter ändern, können durch die Wärme entstehen, die vom elektrischen Strom, vom Licht oder von anderen Quellen herrührt. Man konnte nun in solchen Schaltungen bisher nicht den vom Licht herrührenden Temperatureinfluß von den anderen, die Temperatur beeinflussenden Quellen trennen und die Lichtstärke genau messen.

In Transistoren werden nun als Emitter von Minoritätsladungsströmen häufig pn-Übergänge verwendet. Solch ein Übergang. kann gegenvorgespannt sein, um die Emission dieser Ladungsträger zu verhindern. Da jedoch diese Ladungsträger durch das Auftreten von Wärme entstehen, muß, wenn die Betriebstemperatur ansteigt, eine, höhere Gegenspannung angelegt werden, damit der Transistor im AUS-Zustand gehalten oder in diesen geschaltet wird, nachdem er vorher im leitenden Zustand war.

Die Notwendigkeit, die Änderungen der Transistoreigenschaften bei Änderungen der Temperatur zu kompensieren, erlangt eine erhöhte Bedeutung, wenn die Ladungsstromträgerkapazität der Transistoren angewachsen ist. So ist z. B. bereits ein Transistor mit zwei stabilen Zuständen, dem mit geringer Leitfähigkeit und dem mit hoher Leitfähigkeit, vorgeschlagen worden. Da wenigstens einer der beiden Bereiche des Transistorkörpers notwendigerweise einen wesentlichen hohen spezifischen Widerstand und einen wesentlichen Temperatur-Widerstandskoeffizienten aufweist, sucht ein solcher Transistor sich während der Zeiten hohen Stromfiusses zu erwärmen. Wenn die Zeiten hohen Stromflusses sehr lang sind oder häufig auftreten, kann die Erwärmung die Transistoreigenschaften in so hohem Maße ändern, daß die Vorspannung nicht weiter wirksam ist, daß der Transistor im AUS-Zustand gehalten wird. Dieser kann fortwährend in seinen hohen Stromleitzustand bleiben.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor mit temperaturkompensiertem Kollektorstrom. Die Erfindung besteht darin, daß eine weitere und temperaturkompensierende Halbleiteranordnung mit einem pn-übergang auf der freien Oberfläche der Basiselektrode des Transistors in thermischem Kontakt angebracht und der Strom der weiteren Halbleiteranordnung dem Basisstrom des Transistors so zu-Transistor mit temperaturkompensiertem
Kollektorstrom

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Mai 1955

Richard Frederick Rute, Fishtail, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

geleitet ist, daß bei Temperaturänderungen des Transistors sich keine Spannungsänderung an der Basiselektrode ergibt.

Es ist bereits ein zweistufiger, temperaturkompensierter Transistorverstärker vorgeschlagen worden.

Der Kollektor des Eingangstransistors.ist dabei über einen Widerstand mit der Basis des anderen Transistors verbunden, und dieser Widerstand ist wiederum durch eine aus einem Widerstand und einer Flächendiode gebildeten Reihenschaltung überbrückt. Der Verbindungspunkt von Diode und Nebenwiderstand ist über den Lastwiderstand mit dem Kollektor des Ausgangstransistors verbunden. Bei diesen Transistoren handelt es sich also um eine Temperaturkompensation mit äußerlich zugeschalteter Halbleiter- diode. Demgegenüber sind bei der Erfindung pn-Übergänge einer Halbleiteranordnung zur Temperaturkompensation des Transistor-Kollektor-Stromes ausgenutzt.

Der Vorteil besteht darin, ein selbständiges Bauelement zu haben, das in sich schon, ohne Zuhilfenahme einer Zusatzschaltung, temperaturkompensiert ist. Bei der obigen Schaltung ist durch die Zusatzschaltung nur ein dem ersten Transistor nachgeschalteter zweiter Transistor temperaturkompensiert, nicht aber der Eingangstransistor selbst.

Der Transistor nach der Erfindung kann durch eine Lichtquelle, deren Intensität bestimmt werden soll, oder durch eine eingangsseitig von einer elektrischen Stromquelle gelieferte Spannung, die gemessen

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Claims

werden soll, oder auch durch beide Quellen gleichzeitig gesteuert werden. Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnung für eine beispielsweise Ausführungsform näher erläutert. Der Transistor 51 nach der Zeichnung weist einen ziemlich breiten n-Bereich 52 und einen kleinen, in der Mitte gelegenen p-Bereich 53 auf. Der p-Bereich 53 ist über die Leitung 54 geerdet. Auf der entgegengesetzten Fläche des n-Bereiches 52 ist z. B. durch Schweißen ein ohmscher leitender Ring 55 mit einer mittleren öffnung 55ο befestigt. Die Kollektorelektrode 7 ist an den n-Bereich 52 in der Nähe des Mittelpunktes der öffnung 55 a in dem Ring 55 und fast gegenüber dem p-Bereich 53 angeschlossen. Der Abstand 4 zwischen der Kollektorelektrode 7 und dem p-Bereich 53 muß im wesentlichen gleich oder kleiner als der Ausbreitungsweg von den Minoritätsladungsträgern bei mittlerer Lebensdauer in dem n-Bereich 52 sein. Eine Flächendiode 47 steht in wärmeleitendem Kontakt zur oberen Fläche des Transistorringes 55. Die Diode 47 ist an die Übergangsschicht 57 bezüglich ihrer Temperaturkennlinie angepaßt. Der geerdete p-Bereich 53 wirkt als Emitter, der in dem AUS-Zustand durch eine von der Batterie angelegte Gegenspannung gehalten ist. Eine Zunahme in dem Gegenstromfluß durch die Übergangsschicht 57 infolge der Temperaturänderungen des Transistors 51 wird durch eine entsprechende Zunahme des Stromes durch die Diode 47 ausgeglichen, so daß sich keine Spannungsänderung am Basisring 55 ergibt. Infolgedessen wird der Transistor durch solche Temperaturschwankungen praktisch nicht beeinflußt. Während der dargestellte und beschriebene Transistor Kollektorelektroden aufweist, die mit den n-Bereichen verbunden sind, und die Leitfähigkeit der anderen Bereiche entsprechend festgelegt ist, ist leicht einzusehen, daß die dargestellten Leitfähigkeitstypen leicht umgeschaltet werden können, indem entsprechende Wechsel in den Polaritäten der angelegten Spannungen usw. vorgenommen werden. In jedem Falle sollte der spezifische Widerstand des Bereiches, an dem die Kollektorelektrode angeschlossen ist, hoch genug gegenüber dem spezifischen Widerstand des anderen Bereiches sein, damit eine wirksame Emission der Minoritätsladungsträger gesichert ist. Zum Beispiel ist ein Verhältnis von 10:1 gebräuchlich. Insbesondere kann ein spezifischer Widerstand von 5 Ohm/cm für den Bereich mit hohem spezifischem Widerstand und 0,5 Ohm/cm für den Bereich mit niedrigem spezifischem Widerstand benutzt werden. Es soll hervorgehoben werden, daß die dargestellte und beschriebene Anordnung die Temperatureinflüsse nur von der mit einer Gegenspannung versehenen Übergangsschicht, die sehr bedeutend sind, und nicht die Temperaturwirkungen an den anderen Punkten, d. h. an dem Gegenwiderstand des Kollektorkreises, die weniger störempfindlich sind, kompensiert. Während in der Zeichnung keine Lichtquelle gezeigt ist, ist es jedoch klar, daß der dargestellte Transistor lichtempfindlich ist und auf Lichtsignale und auch auf elektrische Signale anspricht. Wenn dieser Transistor für Lichtsignale oder für Lichtsignale und elektrische Zeichen verwendet werden soll, sind geeignete Abschirmmaßnahmen zu treffen. Patentansprüche:

1. Transistor mit temperaturkompensiertem Kollektorstrom, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere und temperaturkompensierende Halbleiteranordnung (47) mit einem pn-übergang auf der freien Oberfläche der Basiselektrode (55) des Transistors (51) in thermischem Kontakt angebracht und der Strom der weiteren Halbleiteranordnung dem Basisstrom des Transistors so zugeleitet ist, daß bei Temperaturänderung des Transistors sich keine Spannungsänderung an der Basiselektrode (55) ergibt.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Halbleiteranordnung auf der Basiselektrode aufgelötet ist.

3. Transistor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode ringförmig ausgebildet ist und daß in ihrer Mitte eine öffnung (55 o) angebracht ist, in der die Kollektorelektrode (7) auf dem Halbleiterkörper (52) befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
R. F. Shea, »Transistor Circuits«, 1953, S. 164 bis 181 (178).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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