DE1092515B - Kaskadenverstaerkerschaltung mit Transistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaskadenverstärkerschaltung mit Transistoren. Sie hat die Schaffung einer Verstärkerschaltung zum Ziel, die bei einem relativ geringen Aufwand eine große Leistungsverstärkung ermöglicht. Sie geht hierbei von den nach- folgenden bekannten Erkenntnissen aus.

Transistoren auf der Basis eines Körpers aus Halbleitermaterial mit einem kleinen Bandabstand — Abstand zwischen Valenzband und Leitfähigkeitsband — benötigen für ihre Aussteuerung nur eine relativ kleine Steuerspannung. Hierbei ist bereits unterstellt, daß der Transistor in seinem Aufbau an und für sich günstig dimensioniert ist, d. h. nur einen kleinen räumlichen Abstand zwischen Emitterelektrode und Basiselektrode aufweist. Solche Transistoren haben ferner die vorteilhafte Eigenschaft, daß der Kollektorstrom bereits bei geringen Kollektorspannungen in die Sättigung geht. Sie haben allerdings dabei gleichzeitig die Eigenschaft, daß ihre Temperaturgrenze verhältnismäßig niedrig liegt, so daß sie nur eine kleine Verlustleistung übernehmen können.

Bei einem Transistor mit einem Halbleitermaterial mit großem Bandabstand wiederum ist die erforderliche Steuerspannung für die Aussteuerung des Transistors bekanntlich relativ hoch. Gleichzeitig liegt aber die Temperaturgrenze, bis zu welcher solche Transistoren belastet werden können, relativ hoch. Ein solcher Transistor ist daher sinngemäß auch in der Lage, eine entsprechend größere Verlustleistung aufzunehmen.

Zur Erreichung des oben angegebenen Zieles der Erfindung besteht bei einer Kaskadenverstärkerschaltung mit Transistoren erfindungsgemäß der Transistor der letzten Stufe aus einem Halbleitermaterial größeren Bandabstandes als bei der Vorstufe bzw. den Vorstufen, und dieser Transistor und seine Schaltung sind so beschaffen, daß die Spannungsverstärkung dieser Stufe unter Verminderung ihrer Stromverstärkung heraufgesetzt ist.

Für die Zwecke der Erfindung sind z. B. als Halbleitermaterial mit kleinem bzw. dem kleinen Bandabstand Germanium und als Halbleitermaterial mit großem bzw. mit größerem Bandabstand Silizium geeignet. Germanium hat einen Bandabstand von 0,76 eV (Elektronenvolt), und Silizium hat einen solchen von 1,12 eV.

Eine beispielsweise Anordnung für die Anwendung der Erfindung veranschaulicht die Figur der Zeichnung. In dieser bezeichnet 1 den ersten Transistor, der beispielsweise mit einem Halbleitermaterial aus Germanium arbeitet. 2 ist der Transistor, der z. B. mit einem Halbleitermaterial aus Silizium arbeitet. An dem Emitter la und Basis Ib des Transistors 1 liegt die Eingangssteuerspannung U_st des Systems. Vom Kaskadenverstärkerschaltung
mit Transistoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Horst Irmler, Berlin-Rudow,
ist als Erfinder genannt wotden

Ausgang des Transistors 1 bzw. von dem Emitter 1 a und dem Kollektor 1 c wird über die Spannungsquelle 3 die Steuerstrecke des Transistors 2 an der Emitterelektrode 2 α und der Basiselektrode 2 b gespeist. Der Ausgangskreis dieses Transistors 2 schließt sich von der Kollektorelektrode 2 c über die Spannungsquelle 4 und den Belastungswiderstand 5 zur Emitterelektrode 2 a. Die Spannungsquelle 3 am Ausgang des Transistors 1 hat vorzugsweise lediglich eine so hohe Spannung, daß gewährleistet ist, daß der Kollektorstrom jeweils in die Sättigung übergeht. Die Spannungsquelle 4 dagegen hat eine möglichst hohe Spannung, denn es ist beabsichtigt, mit der Transistoranordnung eine große Leistungsverstärkung zu erreichen, wobei in diesem Falle also der Transistor 2 im wesentlichen die Spannungsstärkung übernimmt und der Transistor 1 im wesentlichen die Stromverstärkung. Wird für den Transistor 2 ein Halbleitermaterial benutzt, welches außer der Eigenschaft eines großen Bandabstandes gleichzeitig noch die Eigenart hat, daß mit dem Transistor auch eine Stromverstärkung erreicht wird, so gelingt es im Zusammenhang mit der Leistungsverstärkung, durch eine solche Anordnung, bei der der erste Transistor eine große Stromverstärkung herbeiführt, gleichzeitig eventuell noch am zweiten Transistor auch eine hohe Stromverstärkung durchzuführen, was dann eine noch weitergehende Leistungsverstärkung bedeutet.

Wie aus den in dem Schaltungsschema an den Transistoren eingetragenen Zeichen ρ und η über den Leitfähigkeitscharakter der Halbleiterzonen zum Ausdruck gebracht ist, können gegebenenfalls die beiden Transistoren vorzugsweise mit verschiedenen Dotie-

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rungsfolgen arbeiten. So kann der eine Flächentransistor z. B. ein solcher der p-n-p-Type und der andere Flächentransistor ein solcher der n-p-n-Type sein. Im Falle des Ausführungsbeispiels, wo also der erste Transistor ein solcher mit einem Halbleitermaterial 5 aus Germanium ist, wird vorzugsweise eine Dotierung vom Charakter p-n-p benutzt, während an dem zweiten Halbleiter, der in diesem Fall aus Silizium besteht, vorzugsweise mit einer Dotierung n-p-n gearbeitet wird. ίο

Im vorausgehenden ist grundsätzlich nur eine Anordnung besprochen worden, bei welcher eine Kaskadenanordnung aus je einem Transistor mit einem Halbleitermaterial mit kleinem Bandabstand und einem Transistor mit großem Bandabstand benutzt worden ist. Die jeweilig zu beherrschenden Verhältnisse können es jedoch gegebenenfalls auch zweckmäßig erscheinen lassen, in der ersten Stufe der Kaskade oder der zweiten Stufe der Kaskade oder auch in beiden mit einer Parallelschaltung von mehreren ao einzelnen Transistoren zu arbeiten.

Abgesehen von dieser Parallelschaltung in der ersten oder/und der zweiten Stufe aus mehreren Transistoren kann natürlich vor dem Transistor der ersten Stufe noch eine Reihenschaltung aus weiteren Vorverstärkerstufen bzw. Transistoren benutzt sein.

Eine Anordnung nach der vorliegenden Erfindung ist sowohl geeignet für ihre Anwendung in Verbindung mit einer Steuerung durch Impulse, vorzugsweise Rechteckimpulse, so daß die Anordnung dann nach Art eines Schalttransistors verwendet werden kann als auch für eine kontinuierliche Aussteuerung an ihrem Eingangskreis.

Claims (6)

Patentansprüche: 35

1. Kaskadenverstärkerschaltung mit Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor der letzten Stufe aus einem Halbleitermaterial größeren Bandabstandes besteht als bei der Vorstufe bzw. den Vorstufen und dieser Transistor und seine Schaltung so beschaffen sind, daß die Spannungsverstärkung dieser Stufe unter Verminderung ihrer Stromverstärkung heraufgesetzt ist.

2. Kaskadenverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor, der mit seinem Steuerkreis an den Eingangsklemmen der Transistoranordnung liegt, mit Germanium als Halbleitermaterial und der Transistor, der mit seinem Ausgangskreis an den Ausgangsklemmen der Anordnung liegt, mit Silizium als Halbleitermaterial arbeitet.

3. Kaskadenverstärkerschaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnungen der beiden Transistoren verschiedene Dotierungsfolgen aufweisen.

4. Kaskadenverstärkerschaltung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor mit einem Halbleiter aus Germanium ein solcher der pnp-Type und der Transistor mit einem Halbleiter aus Silizium ein solcher der npn-Type ist.

5. Kaskadenverstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in einer oder beiden ihrer Stufen eine Parallelschaltung von einzelnen Transistoren benutzt ist.

6. Kaskadenverstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten Stufe der Transistoranordnung weitere Vorverstärkerstufen in Reihe geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 814 487, 929 796;

britische Patentschrift Nr. 736 760;

Zeitschrift »Radio-Mentor«, 1955, Heft 1, S. 38 bis 40;

Buch »Transistors: Theory and Applications« von Coblenz und Owens, 1955, S. 245 bis 247.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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