DE1264513B - Bezugsspannungsfreie Differentialverstaerkerschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2-18/08

Nummer: 1264 513

Aktenzeichen: T 27509 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 28. November 1964

Auslegetag: 28. März 1968

Die Erfindung betrifft eine bezugsfreie Differentialverstärkerschaltung mit einem aktiven Element, dessen Eingang ein Differenzsignal zuführbar ist, mit einer an das aktive Element angeschlossenen Last und mit einer Stromversorgung.

Messungen physikalischer Größen werden oft mit verschiedenen Wandlern durchgeführt, die elektrische Ausgangssignale erzeugen, welche proportional zur gemessenen Größe sind. Bekannte physikalische Größen sind beispielsweise Druck und Temperatur. Gewöhnlich hat das elektrische Ausgangssignal die Form einer Spannungsdifferenz oder der Differenz zwischen der Amplitude zweier elektrischer Signale, und diese Differenz wird normalerweise für Anzeigeoder Aufzeichnungszwecke verstärkt. Das Differenzsignal oder die Differenzspannung wird an die Eingangsklemmen des Differenzverstärkers gelegt, wobei die Signaldifferenz zwischen den beiden Leitungen die elektrische Größe ist, die verstärkt werden soll.

Wenn ein Gleichtaktsignal großer Amplitude an die zwei Leitungen angelegt wird, bildet der Verstärker normalerweise für das Gleichtaktsignal keine Sperre und kann es nicht vom Differenzsignal unterscheiden. Im Sinn dieser Erfindung ist ein Gleichtaktsignal ein und dasselbe Signal mit Wechsel- oder Gleichstromcharakter, das an beide Leitungen angelegt wird. Zum Beispiel kann an beide Leitungen ein Gleichstromsignal gelegt werden, wenn der Wandler oder andere Vorrichtungen, die das Differenzsignal erzeugen, Gleichspannungen abgeben. Ebenso kann ein wechselstromförmiges Gleichtaktsignal an die beiden Leitungen gelegt werden, wenn eine Wechselstromsignalspannungsquelle vorliegt und die Quelle und die Leitungen genügend miteinander gekoppelt sind. Wenn der Differenzverstärker, an den zum Zweck der Verstärkung das Signal angelegt wird, geerdet ist oder sonstwie elektrisch mit einem Bezugspotential verbunden ist und eine der Eingangsleitungen auf irgendeine Weise mit dem Bezugspotential verbunden ist, so kann der Verstärker normalerweise nicht zwischen dem Differenzsignal und dem Gleichtaktsignal unterscheiden.

Um dieses Problem zu lösen, muß der Verstärker vollständig bezugspotentialfrei sein und darf keine elektrischen Verbindungen mit anderen Schaltungen aufweisen, die dazu in der Lage sind, als Bezugsspannungspunkt zu dienen, mit Ausnahme der Eingangszuleitungen, die das Differenzsignal führen. Somit wird ein Gleichtaktsignal, das an den beiden Eingangsleitungen anliegt, nicht verstärkt, da keine der beiden Leitungen auf Bezugspotential liegt, jedoch Bezugsspannungsfreie
Differentialverstärkerschaltung

Anmelder:

Texas Instruments Incorporated,

Dallas, Tex. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Höger

und Dipl.-Ing. W. Stellrecht M. Sc,

Patentanwälte, 7000 Stuttgart 1, Uhlandstr. 16

Als Erfinder benannt:

James Robert Biard, Richardson, Tex. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 29. November 1963
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ihre Spannung entsprechend dem Signal ändern kann. Ein solcher Verstärker bildet für Gleichtaktsignale eine vollständige Sperre und nimmt nur das Differenzsignal an. Um diese Bezugsspannungsfreiheit zu erreichen und das Problem zu lösen, wurde schon mit transformatorischer Kupplung gearbeitet, um die notwendige elektrische Isolierung zu erhalten. Die transformatorische Kopplung hat jedoch den Nachteil, daß man keine vollständige elektrische Isolation erreichen kann, weil magnetische Einstreuungen und Windungskapazitäten vorhanden sind. Diese Trenntransformatoren sind außerdem teuer und umfangreich, und um ein Gleichstromsignal durch den Transformator schicken zu können, muß ein Zerhacker verwendet werden, der das Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal umwandelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Differenzverstärker zu schaffen, der Vergleichtaktsignale eine vollständige Sperre darstellt und der, abgesehen von seinem Eingang, vollständig bezugsspannungsfrei ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stromversorgung der eingangs erläuterten Differentialverstärkerschaltung mindestens ein erstes lichtempfindliches, parallel zum aktiven EIement liegendes Bauelement und mindestens ein erstes lichterzeugendes Bauelement besitzt, daß das erste lichterzeugende Bauelement an einer Spannungs-

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quelle liegt, mit dem ersten lichtempfindlichen Bau- quellen darstellen. Eine ähnliche Lichtquelle 20 ist element elektrisch gekoppelt und vom aktiven EIe- optisch mit der Diode 12 gekoppelt. Alle Lichtment elektrisch isoliert ist, daß die Last ein zweites quellen, die weiter unten genauer beschrieben werlichterzeugendes, parallel zu dem ersten lichtemp- den, sind Halbleitervorrichtungen mit Sperrschichten, findlichen Element und zum aktiven Element liegen- 5 die Licht abgeben, das eine bestimmte Wellenlänge des Bauelement besitzt und daß die Last ein zweites hat, wenn durch den PN-Übergang in Durchlaßrichh'chtempfindliches Bauelement besitzt, das optisch rung ein Strom fließt. Parallel zu den Lichtquellen mit dem zweiten lichterzeugenden Element gekoppelt, 14,16 und 18 ist eine Gleichspannungsquelle 21 über elektrisch jedoch von ihm isoliert ist. einen Begrenzerwiderstand 22 geschaltet und schickt

Die Ausgangsklemmen eines solchen Verstärkers io durch die Dioden Strom in Durchlaßrichtung. Auch können mit jeder nachfolgenden Stufe verbunden die Lichtquelle 20 liegt über einen veränderbaren werden, ohne den Verstärker an ein Bezugspotential Widerstand 23 an der Spannungsquelle, zu legen. Gleichermaßen ist der Verstärker frei von Die Lastdiode 24 stellt eine weitere Lichtquelle so-

Bezugspotential, obwohl die Stromversorgung ge- wie die Dioden 14, 16 und 18 dar und ist mit dem erdet sein kann. Wegen der Art, wie die elektrische 15 lichtempfindlichen Transistor 26 optisch gekoppelt, Trennung erreicht wird, ist der Verstärker sehr dazu der in Abhängigkeit von der optischen Strahlung der geeignet, in Miniaturschaltungen verwendet zu Diode 24 leitet.

werden. Die in der Erfindung verwendeten Ausdrücke Licht

Im Zusammenhang mit der Zeichnung wird nun und optische Strahlung können wahlweise verwendet

ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, 20 werden und werden als elektromagnetische Strahlung

Darin bedeutet definiert, deren Wellenlänge aus der Gegend des

Fig. 1 das Schaltbild eines bevorzugten Ausfiih- Infrarot in das sichtbare Spektrum reicht, rungsbeispiels des Differenzverstärkers nach der Er- Wegen des Stromflusses durch die Lichtquellen 14,

findung, welcher elektrooptische Kopplungsvorrich- 16 und 18 geben diese Licht ab, das von den lichttungen zur elektrischen Isolation verwendet, 25 empfindlichen Dioden 6, 8 und 10 jeweils aufgenom-

Fig. 2 schaubildliche Darstellungen, die den rela- men wird. Die Dioden6, 8 und 10 sind wegen ihrer tiven Absorptionskoeffizienten der optischen Strah- Halbleitereigenschaften lichtempfindlich, und das lung als Funktion der Wellenlänge für Silizium und von ihnen aufgenommene Licht erzeugt einen Photo-Germanium zeigen, verglichen mit der relativen In- strom, der zur Lichtintensität proportional ist. Datensität der optischen Strahlung als Funktion der 30 durch wird für die Stromversorgung eine Urstrom-Wellenlänge für drei verschiedene Festkörper-Halb- quelle geschaffen, deren äußerer Strom wie gewohnt leiterlichtquellen, die aus Galliumarsenidphosphit von der Anode zur Kathode fließt, wie dies durch (GaAs_0-6P_0-4), Galliumarsenid (GaAs) und Indium- den Hinweis ζ gezeigt ist. An dem Urstrom, den die galliumarsenid (In_Oj05Ga_0j95As) bestehen, Dioden 6, 8 und 10 erzeugen, haben der Transistor 2

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Ausführungsbei- 35 und die Lastdioden24 teil. Wenn der Transistor 2 spiels einer elektrooptischen Kopplungsvorrichtung vollständig abgeschaltet ist, fließt der ganze Urstrom im Schnitt, die am Ausgang des Verstärkers nach durch die Lastdiode 24. Wenn der Transistor 2 zu Fig. 1 verwendet wird, leiten beginnt, fließt ein Teil des Urstromes durch

Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht des licht- ihn, und wie man sieht, ist der Strom, der durch die empfindlichen Detektorteils elektrooptischer Kopp- 40 Lastdiode 24 fließt, gleich der Differenz zwischen dem lungsvorrichtungen, die dazu dienen, den Verstärker gesamten Urstrom und dem Strom, der durch den nach Fig. 1 mit Gleichstrom zu versorgen, Transistor 2 fließt. Dieser Vorgang wird durch den

F i g. 5 eine geschnittene Seitenansicht eines wei- Steuerstrom gesteuert, der durch die Eingangsklemteren Ausführungsbeispiels einer elektrooptischen men 3 und 4 fließt. Bei der Lastdiode 24 ist die Inten-Kopplungsvorrichtung, die eine lichtabgebende 45 sität der optischen Strahlung direkt proportional dem Planardiode hat. Durchlaßstrom durch ihren PN-Übergang. Wird nun

In Fig. 1 wird ein NPN-Transistor 2 als Ver- die Klemme 3 positiver als die Klemme 4, so leitet stärker für ein Differenzsignal benutzt, das an die der Transistor mehr, und der Strom, der durch die Eingangsklemmen 3 und 4 gelegt ist. Die Klemme 3 Lastdiode 24 fließt, nimmt entsprechend ab. ist mit der Basis des Transistors 2 und die Klemme 4 50 Der lichtempfindliche Transistor 26 absorbiert das mit dem Emitter über eine unten beschriebene Diode von der Diode 24 erzeugte Licht und leitet propor-12 verbunden. Parallel zu der Serienschaltung des tional zur Lichtempfindlichkeit. Er erzeugt ein AusTransistors 2 und der Diode 12 liegen mehrere in gangssignal an den Klemmen 27 und 28, die jeweils Serie geschaltete lichtempfindliche Halbleiterdioden. mit dem Kollektor oder Emitter verbunden sind. Die Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind drei 55 Ausgangsklemmen können mit irgendeiner nachsolcher Dioden 6, 8, und 10 in Serie mit der Anode folgenden Schaltung verbunden werden, ohne dader Diode 6 geschaltet, die ihrerseits mit dem KoI- durch eine elektrische Verbindung mit der bezugslektor des Transistors verbunden ist, wobei die spannungsfreien Verstärkerstufe herzustellen. Kathode der Diode 10 mit der Anode der Diode 12 Um die Verstärkung der Differenzsignale, die an

verbunden ist. Parallel zum Transistor und den mit 60 den Klemmen 3 und 4 anliegen, regeln zu können, ist ihm in Reihe liegenden lichtempfindlichen Dioden die lichtempfindliche Diode 12 zwischen den Emitter Hegt eine weitere Halbleiterdiode 24, deren Polarität des Transistors 2 und die Eingangsklemme 4 in der die gleiche ist wie die der Dioden 6, 8 und 10. Die gezeigten Polarität geschaltet. Mit der Diode 12 ist Dioden 6, 8 und 10 dienen als Stromversorgung für eine weitere als Lichtquelle dienende Diode 20 gedie Verstärkerstufe, und die Diode 24 stellt die Ver- 55 koppelt. Die Höhe des Stromes, der durch die Diode stärkerlast dar. 20 fließt, wird durch einen veränderbaren Widerstand

Mit den Dioden 6, 8 und 10 sind Festkörperhalb- 23 eingestellt, und zwar so, daß die lichtempfindliche leiterdioden 14, 16 und 18 gekoppelt, die Licht- Diode 12 leitet und eine genügend große Spannung

erzeugt, um die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 2 zu öffnen. Der veränderbare Widerstand 23 wird so eingestellt, daß der Transistor in seinem linearen Bereich arbeitet, so daß der Urstrom aus den Dioden 6, 8 und 10 etwa zur Hälfte durch die Diode 24 und den Transistor 2 fließt, wenn an den Eingangsklemmen 3 und 4 kein Signal liegt. Damit wird unabhängig davon, wie sich die Spannung an der Klemme 3 in bezug auf die Klemme 4 ändert (in positiver oder negativer Richtung) der Transistor mehr oder weniger leitend, und ein entsprechendes Signal entsteht dann an den Ausgangsklemmen 27 und 28. Die Diode 12 kann auch weggelassen werden und durch eine direkte Verbindung zwischen dem Emitter des Transistors 2 und der Eingangsklemme 4 ersetzt werden. In diesem Fall wird jedoch nur ein Differenzsignal, bei dem die Spannung an der Klemme 3 positiv in bezug auf die Klemme 4 ist, vom Transistor 2 verstärkt, und an den Ausgangsklemmen erscheinen, und zwar nur dann, wenn der Spannungsbetrag genügend groß ist, die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 2 in Durchlaßrichtung vorzuspannen.

Die Schaltung nach F i g. 1 verstärkt jedoch sowohl positive als auch negative Differenzsignale.

Die Ausgangsklemmen des Verstärkers und die Stromversorgung sind wegen der optischen Strahlung elektrisch vollständig vom Verstärker isoliert, und damit stellt der Verstärker für Gleichtaktsignale eine vollständige Sperre dar. Nur der Transistor 2 bildet (zusammen mit der Stromversorgung und der Last) zum Zweck der Erläuterung den gesamten aktiven Verstärker. Es können jedoch auch kompliziertere Verstärker mit vielmehr aktiven Elementen oder Transistoren in der isolierten Stufe nach Fig. 1 verwendet werden. Der isolierte Verstärker braucht keine Verstärkung größer als 1 zu haben, sie kann auch kleiner sein. Ganz allgemein gesagt arbeitet der isolierte Verstärker als Isolator, wodurch er als Sperre für das Gleichtaktsignal dient, und wirkt zusätzlich als Verstärker. Will man mehrere Verstärkerstufen verwenden, so muß man die Anzahl der lichtempfindlichen Dioden berücksichtigen, die notwendig ist, die Stromversorgung zu bilden. Die Anzahl der notwendigen Dioden wird bestimmt durch die Durchlaßspannung, wenn die Dioden leiten. Bei allen vorkommenden, durch die Lastdiode 24 fließenden Strömen muß die gesamte Spannung der Stromversorgung so hoch sein, daß die Lastdiode in Leitrichtung vorgespannt wird. Das bevorzugte Halbleitermaterial aus denen die lichtempfindlichen Dioden 6, 8 und 10 bestehen, ist Silizium, obwohl auch mit anderen Materialien zufriedenstellend gearbeitet werden kann. Das bevorzugte Halbleitermaterial, aus dem die lichtabgebenden Dioden einschließlich der Diode 24 bestehen, ist eine ΙΠ-V-Verbindung, wie z. B. GaAs oder GaAs_0j5P_0>5. Der Spannungsabfall in Leitrichtung an der Siliziumdiode ist ungefähr 0,6 bis 0,7VoIt, wogegen der Spannungsabfall in Leitrichtung bei GaAs etwa 1,2 bis 1,4 Volt beträgt.

Um sicherzustellen, daß genügend Versorgungsspannung vorhanden ist, sind in der Schaltung nach Fig. 1 drei lichtempfindliche Dioden6, 8 und 10 verwendet worden.

Eine elektrooptische Kopplungsvorrichtung, wie sie in F i g. 1 verwendet ist, umfaßt eine Festkörperhalbleiterdiode, die optische Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge aussendet, wenn sie in Durchlaßrichtung betrieben wird. Sie ist optisch mit einem lichtempfindlichen aktiven Halbleiterelement gekoppelt, wie den Dioden 6, 8, 10 und 12 sowie dem Transistor 26. In den gestrichelten Umrandungen sind drei elektrooptische Kopplungsvorrichtungen 5, 7, 9, vorhanden, die die Stromversorgung abtrennen, und eine weitere Kopplungsvorrichtung 11, die die Vorspanneinrichtung des Transistors abtrennt, sowie eine Kopplungsvorrichtung 25, die die Ausgangsklemmen des Verstärkers abtrennt. Letztere benutzt

ίο einen lichtempfindlichen Transistor, während bei den anderen vorzugsweise Dioden verwendet werden. Jede dieser Vorrichtungen hat ihren eigenen Wirkungsgrad und ihre eigene Stromverstärkung. Die Stromverstärkung ist definiert durch das Verhältnis von Ausgangsstrom zu Eingangsstrom der Kopplungsvorrichtung. Da man sich in der Ausgangskopplungsvorrichtung 25 die Transistorwirkung zunutze macht, kann eine Gesamtstromverstärkung, die größer als 1 ist, leicht erreicht werden. Indem man die Ver-Stärkung am Ausgang zu 1 macht, ist die Verstärkung des gesamten Verstärkers gleich der Verstärkung des Transistors 2.

Die Dioden können aus verschiedenen Halbleitermaterialien bestehen und damit Strahlungen verschiedener Wellenlängen erzeugen. Die Dioden bestehen aus einem Halbleiterstück, das einen gleichrichtenden PN-Übergang aufweist. Fließt in Durchlaßrichtung durch den Übergang ein Strom, so verursacht er, daß Löcher und Elektronen durch den Übergang laufen, und wenn Löcher und Elektronen rekombinieren, so entsteht eine optische Stahlung mit einer charakteristischen Wellenlänge oder Photonenenergie, die gleich der Bandabstandsenergie des jeweiligen Halbleitermaterials ist, aus dem Diode hergestellt wurde.

Diese Art der Lichterzeugung steht im Gegensatz zu anderen lichterzeugenden Vorrichtungen, wie z. B. Vorspannen in den Sperrzustand, Lawinenvorgängen usw. Die relative Intensität der Strahlung als Funktion der Wellenlänge einer Galliumarsenid-PN-Diode ist in Fig. 2 gezeigt, woraus ersichtlich ist, daß die Strahlungsintensität bei einer Wellenlänge von 0,9 μ am größten ist. Eine Darstellung des relativen Absorptionskoeffizienten als Funktion der Wellenlänge für Silizium und Germanium ist oben in F i g. 2 gegeben, woraus ersichtlich ist, daß die O,9^-Strahlung, die durch eine Galliumarseniddiode erzeugt wird, von einem Stoff aufgenommen wird, der entweder aus Silizium oder Germanium besteht. Ähnliche Kurven sind für Licht dargestellt, das Dioden erzeugen, die aus Galliumarsenidphosphid (GaAs₀₆P₀₄) bestehen und für Indiumgalliumarsenid (In_0-05Ga_0-95As), woraus ersichtlich ist, daß sowohl Germanium als auch Silizium Licht mit der Wellenlänge von 0,69 und 1,05 μ absorbiert.

Diese Verbindungen werden nur beispielshalber aufgezählt. Weitere verwendbare Verbindungen werden später beschrieben. Aus den Darstellungen der Absorptionskoeffizienten ist auch ersichtlich, daß, ehe irgendeine nennenswerte Absorption im Silizium oder Germanium stattfindet, die Photonenenergie mindestens etwas größer sein muß als die Bandabstandsenergie von Silizium oder Germanium. Die Bandabstandsenergien für Silizium oder Germanium sind 1,04 eV und 0,63 eV. Die Darstellungen in Fig. 2 zeigen, daß die Absorption beim Silizium bei der Wellenlänge von etwa 1,15 μ beginnt, die etwa einer Photonenenergie von 1,07 eV entspricht und mit kürzeren Wellenlängen steigt. Beim Germanium

beginnt die Absorption mit etwa 1,96 μ, was einer Photonenenergie von etwa 0,64 eV entspricht, und steigt mit kleiner werdenden Wellenlängen. Diese beiden Energien sind größer als die jeweiligen Bandabstandsenergien beider Materialien, welche eindeutig auf Elektronensprünge von Band zu Band hinweisen, wenn Absorption stattfindet. Mit diesem Absorptionstyp befaßt sich die Erfindung.

Da die durch die Dioden 12, 14 und 20 erzeugte Strahlung durch die lichtempfindlichen Dioden 8 und 10 und den lichtempfindlichen Transistor 26 absorbiert werden muß, und zwar so, daß sie leiten, ist es wichtig, sich mehr mit dem Vorgang der Absorption zu beschäftigen, wodurch die Erfindung und ihre Vorteile klarer werden. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist der Absorptionskoeffizient für Licht für längere Wellenlängen kleiner und dringt daher tiefer in das Halbleitermaterial ein, ehe es absorbiert wird, als es bei Licht kleinerer Wellenlänge der Fall wäre. Wenn das Licht aus der Diode 24 z. B. vom Transistor 26 absorbiert wird, erzeugt es Ladungsträger, die aus Löchern und Elektronen bestehen, die zur Übergangszone diffundieren müssen, um eine Vorspannung für den Transistor zu erzeugen. Mit anderen Worten, die Erfindung benutzt nicht den Fotoeffekt im Material des Detektors, sondern einen PN-Übergangseffekt, bei dem sich die Eigenschaften des Übergangs ändern, wenn durch die Absorption von Photonen Träger erzeugt werden und im Bereich des Überganges gesammelt werden.

Das Licht muß daher im Transistor innerhalb der Diffusionslänge der Ladungsträger absorbiert werden, die durch das Licht von einem oder beiden Übergängen erzeugt werden. Das gleiche gilt für die lichtempfindlichen Dioden 8 und 10 hinsichtlich des Lichts aus den Dioden 12 und 14. Bei Licht größerer Wellenlänge muß der Übergang, an dem die Ladungsträger gesammelt werden, in relativ großer Tiefe unter der Transistor- oder Diodenoberfläche liegen, optischen Kopplungsvorrichtung 11 aus F i g. 1 zeigt, ist in F i g. 4 dargestellt, wobei die elektrooptische Kopplungsvorrichtung 13 identisch mit der Kopplungvorrichtung 11 ist.

Abgesehen von dem Unterschied in der Konstruktion des hchtemprlndh'chen Transistors 26 und der Diode 8 trifft die folgende Beschreibung auch auf die elektrooptischen Kopplungsvorrichtungen nach F i g. 1 zu.

Der Transistor 22 besteht aus Halbleitermaterial, wie z. B. Germanium oder Silizium, und ist entweder vom NPN- oder PNT-Typ. Der Transistor 22 nach Fig. 1 ist vom NPN-Typ, obwohl auch ein PNP-Typ bei Umkehrung der Polaritäten verwendet werden könnte. In Fig. 3 ist auch eine geeignete Vorrichtung zur Montage der Bauelemente der elektrooptischen Kopplung gezeigt, damit sich die notwendige optische Kopplung zwischen dem photoempfindlichen Element und der es beaufschlagenden Quelle ergibt. Die lichtabgebende Diode umfaßt einen halbkugeligen Halbleiterbereich 42 eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen kleineren Bereich 44 eines dazu entgegengesetzten Leitungstyps in unmittelbarer Nachbarschaft. Zum Bereich 44 besteht eine elektrische Verbindung 48, die die Anode der Diode darstellt, und die ebene Seite des Bereichs 42 steht in elektrischer Verbindung mit einer metallischen Platte 52, mit dem Bereich 44 und Leitung 48, die sich in und durch eine Bohrung in der Platte erstreckt. Eine elektrische Leitung 50 ist mit der metallischen Platte 52 verbunden und stellt die Kathode der Diode dar. Die Diode kann auf irgendeine Weise, z. B. durch Diffusion, hergestellt sein oder auch im Epitaxieverfahren und hat einen gleichrichtenden PN-Übergang 46 auf oder nahe der Grenze zwischen den Bereichen 42 und 44.

Der lichtempfindliche Transistor 26 umfaßt ein Halbleiterplättchen 32 eines ersten Leitfähigkeitstyps, das als Kollektor benutzt wird, in das Verunreinigun-

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um sicherzustellen, daß die Mehrzahl der erzeugten 40 gen des anderen Leitfähigkeitstyps eindiffundiert Ladungsträger gesammelt wird. Man muß daher .das worden sind, so daß eine kreisförmige Basis 34 entMaterial dicker machen, wenn alles Licht, das auf

den Transistor oder die Diodenoberfläche fällt, absorbiert werden soll, obwohl ein gewisser Bruchteil des Lichts in jeder der aufeinanderfolgenden Schichtdicken im Halbleiterkörper absorbiert wird. Der Bereich, über dem das Licht absorbiert wird, ist daher relativ breit, und um wirksam die meisten der Ladungsträger am Übergang sammeln zu können, wird ein Material relativ großer Lebensdauer für die Transistoren oder Dioden verwendet, wenn Licht großer Wellenlänge verwendet wird. Material hoher Lebensdauer zieht auch eine größere DifEusionszeit der Ladungsträger für die Strecke von ihrer Entstehung zum Übergang nach sich, wodurch die Schaltgeschwindigkeit des Transistors oder der Diode fällt. Umgekehrt gilt, wenn man optische Strahlung kürzerer Wellenlänge verwendet, man die Tiefe der Sperrschicht und die Lebensdauer des Materials steht. Verunreinigungen vom gleichen die Leitfähigkeit bestimmenden Typ wie beim ursprünglichen Plättchen 32 werden in das Basisgebiet 34 eindiffundiert, um so einen Emitterbereich 36 relativ kleinen Ausmaßes zu formen. Der gezeigte Transistor ist vom Planartyp und ist so ausgelegt, daß er eine relativ hohe Stromverstärkung in Vorwärtsrichtung, h_FE, aufweist.

Das Kollektorgebiet 32 ist an eine Leitung 38 angeschlossen, ebenso wie das Emittergebiet 36 an eine Leitung 40. Die Basis 34 ist ohne äußeren elektrischen Anschluß, da die Steuerquelle, welche das Leiten des Transistors verursacht, die optische Strahlung der Diode ist.

Eine weitere Platte 54 ist um die Diode herum angeordnet und hat eine halbkugelförmige Rückstrahloberfläche 56 um das halbkugelförmige Gebilde 42 herum. Der lichtempfindliche Transistor 26 ist über

kleiner halten kann, ohne den Wirkungsgrad des 60 dem halbkugelförmigen Gebilde angeordnet, so daß

Einsammehis zu verkleinern, indem man z. B. Licht der Emitter 36 und die Basis 34 das Gebilde »sehen«,

aus einer Diode verwendet, die aus GaAs_o.₆P_Oi4 be- Ein lichtleitender Stoff 58 liegt zwischen dem Reflek-

steht. tor und dem halbkugelförmigen Gebilde, wobei der

In Fig. 3 ist die elektrooptische Kupplungsvor- lichtleitende Stoff gleichzeitig die Bauelemente in

richtung 21 aus F i g. 1 im Schnitt und in Ansicht 65 ihrer Lage hält. Es ist genügend Platz vorgesehen

dargestellt. Sie umfaßt den Transistor 22 und die mit zwischen dem obenliegenden Teil der Reflektorplatte

ihm gekoppelte Diode 20. Ein Schnitt, der nur einen photoempfindlichen Diodendetektor der elektro- und dem Transistor, damit die Leitung 40, vom Emittergebiet 36 herkommend, herausgeführt werden

ίο

Der Stofi sollte auch die Oberflächen der Lichtquelle und des Detektors »benetzen«, so daß keine Fehlstellen entstehen, welche den Wirkungsgrad des koppelnden Stoffes beeinträchtigen wurden. Der 5 Brechungsindex der Diode und des Siliziumtransistors ist jeweils etwa 3,6. Ein bekanntes Harz hat den Brechungsindex von etwa 1,43 und kann als lichtleitendes Medium verwendet werden. Obwohl dieser Index wesentlich niedriger als 3,6 liegt, ist es schwie-

dann erreicht das gesamte im Inneren erzeugte Licht die Oberfläche des Gebildes bei einem Einfallswinkel, der kleiner als der kritische Winkel ist, und kann damit abgestrahlt werden.

Der geeignetste Radius des PN-Übergangs im Verhältnis zum Radius des halbkugelförmigen Gebildes hängt vom Brechungsindex des koppelnden Mediums ab, und da das gesamte Licht auf die Oberfläche der

kann, ohne den Transistor oder den Reflektor kurzzuschließen. Die Leitung wird durch den lichtleitenden Stoff an Ort und Stelle gehalten.

Läßt man in Durchlaßrichtung einen Strom durch
die Diode fließen, und zwar durch die Anode 48 und
die Kathode 50, so entsteht am PN-Übergang Licht,
das durch das halbkugelförmige Gebilde 42 und den
lichtleitenden Stoff 58 tritt, danach auf die Oberfläche des Transistors trifft und dort im wesentlichen
im Gebiet des Kollektor-Basis-Übergangs absorbiert io rig, einen durchscheinenden Stoff zu finden, der zu wird und verursacht, daß der Transistor leitet. diesem Zweck dienen kann und einen höheren In-

Die halbkugelförmige Ausbildung wird Vorzugs- dex hat. Um höchste Reflexionseigenschaften zu erweise deshalb benutzt, um den höchstmöglichen Wir- reichen, ist die Oberfläche des Reflektors 56 mit kungsgrad an Lichtausbeute zu erreichen. Wählt man einem Goldspiegel 62 versehen, der dort aufplattiert, das geeignete Verhältnis des Radius des Übergangs 15 aufgedampft oder sonstwie angebracht ist. 46 zum Radius des halbkugelförmigen Gebildes, Die metallischen Platten 52 und 54 sollen mög

lichst aus einem Metall oder einer Legierung bestehen, die den gleichen oder einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Diode ao haben. Ebenso soll das lichtleitende Medium 58 den gleichen oder einen ähnlichen Koeffizienten für die Wärmeausdehnung haben oder aber über einen breiten Temperaturbereich biegsam bleiben.

In Verbindung mit der F i g. 2 wurden verschie-

Halbkugel etwa senkrecht auftrifft, so verhindert 25 dene Arten lichterzeugender Dioden und lichtempdort eine Viertelwellenantireflexschicht fast die ganze findlicher Transistoren erwähnt. Die bevorzugten Reflexion am halbkugelförmigen Gebilde. Der ge- Arten hängen von verschiedenen Faktoren einschließeignetste Radius des lichtabgehenden Übergangs der lieh des Absorptionskoeffizienten des fotoempfind-Diode zum Radius des halbkugelförmigen Gebildes liehen Transistors ab, ebenso wie der Gesamtwird bestimmt durch das Verhältnis des Brechungs- 30 wirkungsgrad der strahlenden Diode und anderen indexes des koppelnden Stoffes zum Brechungsindex Faktoren, die nunmehr erläutert werden. Ein Faktor des Materials, aus dem das halbkugelförmige Gebilde ist die Ansprechgeschwindigkeit des lichtempfindbesteht. Das Gebilde hat gemäß F i g. 3 einen Viertel- liehen Transistors auf optische Strahlung, wobei wellenlängenantireflexbelag 60 aus Zinksulfid, der schon gesagt worden ist, daß Licht kürzerer Wellenmögliche Reflexionen ausschaltet. Ein ideal halb- 35 länge zu kürzeren Schaltzeiten führt, wegen des kugelförmiges Gebilde stellt das Optimum dar, da es größeren Absorptionskoeffizienten des Detektors, die beste Überallesabsorption (bulk absorption) aller Würde man nur diesen Faktor betrachten, so

halbkugelförmigen Segmente darstellt, die in einen würde sich ergeben, daß sich eine Diode aus einem Winkel von 2 π Steradianten oder weniger strahlen. Material am besten eignet, das eine möglichst kurze Halbkugelförmige Segmente, deren Höhe größer ist 40 Wellenlänge erzeugt. Es muß jedoch auch der Wirais ihr Radius, strahlen in einen Raumwinkel, der kungsgrad der Lichtquelle betrachtet werden, dessen kleiner als 2 π Steradianten ist, haben aber eine Gesamtwirkungsgrad als das Verhältnis der Anzahl größere Überallesabsorption. von Lichtphotonen definiert werden kann, die aus

Halbkugelförmige Segmente, deren Höhe kleiner dem halbkugelförmigen Gebilde austreten, verglichen ist, als einer der Radien, absorbieren weniger, aber 45 mit der Anzahl der Elektronen am Eingang der emittieren in einen Raumwinkel größer als 2 π Stera- Diode. Der innere Wirkungsgrad ist das Verhältnis dianten und senden daher einen Teil der Strahlung
weg vom Detektor. Wegen der vorhandenen Überallesabsorption sollte das halbkugelförmige Gebilde
so klein wie möglich sein, um weiterhin den Wir- 50
kungsgrad der Einheit zu steigern.

Der Radius des lichtempfindlichen Transistors ist etwa l,5mal größer als der Radius des halbkugelförmigen Gebildes, wodurch das ganze ausgesendete

Licht zum Detektor geschickt werden kann, indem 55 gleicher Verunreinigungskonzentration. Man stellt man einfach eine halbkugelförmige Reflexionsober- daher das halbkugelförmige Gebilde vorzugsweise fläche 56 benutzt. Da das meiste Licht aus dem halb- aus N-Material her. Außerdem hat man erkannt, kugelförmigen Gebilde die Transistoroberfläche mit daß, je größer der Bandabstand des Materials ist, in hohen Einfallswinkeln trifft, kann man auf einen dem das Licht erzeugt wird, desto kurzer ist die Antireflexbelag auf dem Detektor verzichten, wenn 60 Wellenlänge des Lichts, wobei die Frequenz des .erdies nicht gewünscht wird. Der lichtleitende Stoff 58 zeugten Lichts etwa gleich oder wenig kleiner als sollte einen Brechungsindex haben, der groß genug der frequenzmäßige Abstand der Energiebänder ist. ist in bezug auf die Brechungsindizes des halbkugel- Außerdem hat man erkannt, daß das Licht bis zu förmigen Gebildes und des Transistors, um innere einem gewissen Grad in dem Material absorbiert Reflexionen zu verhindern und damit man das Ver- 65 wird, in dem es erzeugt wird, oder aber in einem hältnis des Durchmessers des PN-Übergangs der Material gleicher oder kleinerer Bandabstände, aber Diode zum Radius des halbkugelförmigen Gebildes daß es ohne weiteres durch ein Material treten kann, größer machen kann. das einen Bandabstand hat, der mindestens um ein

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der Anzahl der erzeugten Lichtphotonen in der Diode verglichen mit der Anzahl der in die Diode geschickten Elektronen.

Von dem Licht, das im Innern der Diode erzeugt wird, wird pro Entfernungseinheit im N-Gebiet weniger absorbiert als im P-Gebiet. Außerdem kann Material vom N-Typ normalerweise leitfähiger gemacht werden als das Material vom P-Typ bei

weniges größer als der des Materials ist, in dem das Licht erzeugt wird. Man hat scharf unterscheiden können zwischen der wirksamen Lichtübertragung durch einen Stoff, dessen Bandabstand wenig größer als der des Stoffes ist, in dem das Licht erzeugt wurde, einerseits und einem Stoff, dessen Bandabstand gleich oder geringer als der ist, den der lichterzeugende Stoff hat. Daraus folgt, daß das Licht leicht durch ein Material geschickt werden kann,

gemäß den Darstellungen von F i g. 2 und den vorhergehenden Überlegungen ist eine solche, die Licht kurzer Wellenlänge aussendet, um so einen hohen Absorptionskoeffizienten im Transistor zum Zweck 5 schnelleren Schaltens zu erreichen, das jedoch aber auch wirkungsvoll durch das halbkugelförmige Gebilde 42 hindurchgeschickt werden kann. Der Stoff, aus dem das Gebiet 44 gemacht ist, sollte als Lichterzeuger einen hohen inneren Wirkungsgrad haben.

dessen frequenzmäßiger Bandabstand größer ist als io GaAs₀₆P₀₄ erzeugt auf wirkungsvolle Weise Licht die Frequenz des erzeugten Lichts. von der Wellenlänge von etwa 0,69 μ und stellt ein In Anwendung dieser Erkenntnisse besteht die bevorzugtes Material für das kleinere Gebiet 44 dar. lichtaussendende Diode im Ausführungsbeispiel aus Indem man das halbkugelförmige Gebilde aus einem zwei verschiedenen Stoffen, wobei der Übergang in Material herstellt, dessen Abstand etwas größer ist dem oder nahe dem das Licht erzeugt wird, in einem 15 als das des Gebietes 44, wie z.B. GaAs₀₅P₀₅, oder ersten Gebiet der Diode liegt, das aus einem Material aus Verbindungen, wie GaAs_xP₁^, bei dem χ gleich mit einem ersten Bandabstand und vom P-Leitfähig- oder kleiner als 0,5 ist, so wird das Licht wirkungskeitstyp ist, und wobei mindestens der größere Teil voll übertragen. Es sei darauf hingewiesen, daß, obdes halbkugelförmigen Gebildes aus einem zweiten wohl das halbkugelförmige Gebilde aus einer VerMaterial besteht, das einen zweiten Bandabstand 20 bindung besteht, deren innerer Lichterzeugungshat, der größer ist als der des ersten Materials und grad nicht hoch ist, dies doch unwesentlich ist, da vom N-Leitfähigkeitstyp ist. Damit hat das Licht, das Licht in Wirklichkeit in dem kleinen Gebiet 44 das im ersten Material erzeugt wird, eine Wellen- erzeugt wird, das einen hohen Wirkungsgrad hat. länge, die lang genug ist, um wirksam durch das Das Material, aus dem das halbkugelförmige Gebilde halbkugelförmige Gebilde durchzutreten. Es gibt ver- 25 besteht, kann sich auch auf Verbindungen erstrecken, schiedene Materialien, deren innerer Lichterzeu- die· relativ hohen Bandabstand haben, ja sogar auf gungsgrad hoch ist, wenn ein Strom in Durchlaßrich- GaP, ohne daß der Gesamtwirkungsgrad der Einheit rung über einen PN-Übergang geschickt wird, und abnimmt.

zwar über das GaAs hinaus, das bereits erwähnt Es können auch andere Verbindungen und Kombiworden ist. Indiumarsenid hat einen Bandabstand 30 nationen davon benutzt werden, wie z. B. verschievon etwa 0,33 eV und erzeugt, wenn es einen PN- dene Kombinationen von In_xGa₁^As oder GaAs_xP₃^. Übergang aufweist, Licht von der Wellenlänge von oder beide. Zusätzlich können die meisten der etwa 3,8 μ, während von GaAs stammendes Licht III-V-Verbindungen benutzt werden oder irgendein eine Wellenlänge von 0,9 μ hat. Die Verbindungen anderes Material, das Licht direkt durch Rekom-In_xGa₁^As, bei denen χ von 0 bis 1 laufen kann, 35 binationsvorgänge erzeugt, wenn in Durchlaßrichtung erzeugen ein Licht mit einer Wellenlänge, die etwa ein Strom durch das gleichrichtende Gebiet geschickt linear mit χ zwischen 3,8 μ für InAs läuft bis zux=l wird. Außerdem kann die gesamte lichtabgehende auf 0,9 μ für GaAs, wenn x=0 ist. Auf der anderen Diode aus einer einzigen Verbindung, wie z. B. GaAs, Seite von GaAs liegt die Verbindung Galliumphosid bestehen. Man sieht daher, wie die Verbindungen der (GaP), dessen Bandabstand etwa bei 2,25 eV liegt 40 verschiedenen Bauelemente des Systems variiert wer- und das mit etwa 0,5 μ strahlt. Ebenso geben die den können, um verschiedene Ziele zu erreichen, einVerbindungen GaAs_xP_1-1, in denen χ von 0 bis 1 schließlich des höchsten Gesamtwirkungsgrades des laufen kann, Licht von einer Wellenlänge ab, die sich gesamten Systems. Außerdem stehen dem Fachmann ungefähr linear mit χ von 0,9 μ für GaAs beim Wert noch weitere geeignete Verbindungen und Zusamvon x=l bis 0,5 μ für GaP beim Wert von x=0 45 menstellungen zur Verfugung, ändert. Die lichterzeugende Diode kann durch irgendeinen

Man hat jedoch erkannt, daß aus verschiedenen geeigneten Vorgang gewonnen werden. Wenn z.B. Gründen der Lichterzeugungswirkungsgrad fällt, zwei verschiedene Verbindungen verwendet werden, wenn der Bandabstand des Materials etwa 1,8 eV kann man eine Scheibe, die aus einem einzelnen beträgt, was etwa der Verbindung GaAs₀₆P₀₄ ent- 50 Kristall besteht, verwenden, auf die eine einzelne spricht oder für χ gleich oder kleiner als 0,6 bei der Kristallschicht der anderen Verbindung mit Epitaxie-Verbindung GaAs_xP₁..,.. methoden aufgebracht wird. Gleichzeitig mit oder

Gemäß F i g. 3 und einem bevorzugten Ausfüh- nach der epitaxiellen Behandlung kann der gleich-

rungsbeispiel einer lichtaussendenden Diode besteht richtende Übergang hergestellt werden in der glei-

das halbkugelförmige Gebilde 42 aus einem Material 55 chen Verbindung, und zwar etwas von der Grenze

mit N-Leitfähigkeitstyp und hat ein kleines Gebiet 44 zwischen den beiden entfernt. Dies kann durch Diffu-

daran angeschlossen, bei dem ein Teil vom PN-Leit- sion von Verunreinigung geschehen, welche einen

fähigkeitstyp ist. Das Gebiet 44 besteht aus einer entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp der Verbindung

Verbindung, die einen ersten Bandabstand hat, und zur Folge hat. Indem man das meiste der Verbin-

das halbkugelförmige Gebilde 42 besteht aus einem 60 dung, welche den Übergang enthält, wegätzt, kann

Gebiet, das einen zweiten Bandabstand hat, der das Gebiet 44 gebildet werden. Wenn die gesamte

größer ist als der des Gebietes 44. Der Gleichrichter- lichtabgebende Diode aus einer einzigen Verbin-

übergang 46 liegt im Gebiet 44, so daß das Licht, das dung besteht, kann ein einfacher Diffusionsvorgang

in ihm entsteht, wirkungsvoll durch das halbkugel- dazu verwendet werden, den Übergang herzustellen,

förmige. Gebilde geschickt werden kann. Der Teil des 65 Die Form des halbkugelförmigen Gebildes wird

Gebietes 44 zwischen dem Übergang 46 und dem durch irgendeine geeignete Methode hergestellt, wie

halkugelförmigen Gebilde ist vom N-Leitfähigkeits- z. B. durch Polieren des Gebiets 42 und dessen

typ. Eine bevorzugte Verbindung für das Gebiet 44 Schleifbehandlung.

Obwohl bei dem Ausführungsbeispiel der Diode der Übergang im Gebiet 44 unterhalb der Grenze zwischen den beiden Gebieten 42 und 44 liegt, kann der Übergang auch in der Grenze oder im halbkugelförmigen Gebilde 42 gebildet werden, wenn dies aus anderen Gründen wünschenswert erscheint.

Die lichtempfindlichen Dioden 6, 8, 10 und 12 sind optisch mit lichtabgebenden Dioden 14, 16, 18 und 20 gekoppelt, wie soeben beschrieben worden ist, und bilden so die elektrooptischen Kopplungsvorrichtungen 5, 7, 9 und 11. Wie in F i g. 4 bezüglich der Diode 6 gezeigt wird, umfaßt jede der Dioden eine Halbleiterplatte 70 eines ersten Leitfähigkeitstyps, in die eine Verunreinigung diffundiert wird, die eine entgegengesetzte Leitfähigkeit zur Folge hat, wodurch das Gebiet 72 gebildet wird. Das Gebiet 72 kann entweder die Anode oder die Kathode der Diode darstellen, je nachdem, welchen Leitfähigkeitstyp die ursprüngliche Platte hatte. Durch elektrische Leitungen 73 und 76 werden die Platte 70 und das Gebiet 72 verbunden, wodurch die Anschlußklemmen der Diode hergestellt werden. Die Tiefe des Übergangs zwischen den Gebieten 70 und 72 wird auf die gleiche Weise bestimmt wie die Tiefe des Übergangs des Transistors 26. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist die Diode optisch mit einer lichtabgebenden Diode durch einen lichtübertragenden Stoff 54 gekoppelt, der dem in F i g 3 gleicht.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kopplungselements ist in F i g. 5 gezeigt, bei dem eine Planar- diode, welche Licht aussendet, optisch mit einem Planartransistor gemäß F i g. 3 verbunden ist. Die lichtaussendende Diode umfaßt eine Platte 80 aus Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps, in die Verunreinigungen eindiffundiert sind, die einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hervorrufen und das Gebiet 82 bilden, das von der Platte 80 durch den Gleichrichterübergang 84 verbunden ist. Die Platte ist bis unter den Übergang abgeätzt, so daß das kleine Gebiet 82 entsteht. Wahlweise kann das Gebiet 82 auch durch Epitaxie hergestellt werden. Elektrische Zuführungen 86 und 88 sind mit dem Gebiet 82 und der Platte 80, wie oben beschrieben, verbunden.

Die Platte 80 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht als halbkugeliges Gebilde ausgebildet, sondern hat planare Konfiguration und ist optisch mit dem Detektor, wie gezeigt, mit einem geeigneten Kopplungsmedium 58 verbunden, das schon früher erwähnt wurde. Dieses Ausführungsbeispiel ist billiger in der Herstellung und in dieser Hinsicht vorteilhafter. Wie oben bereits erwähnt, wird das halbkugelförmige Gebilde dazu benutzt, eine möglichst hohe Lichtausbeute zu erhalten, da alles im Innern erzeugte Licht die Oberfläche des Gebildes unter einem Winkel trifft, der kleiner als der kritische Winkel ist, und somit wird wenig oder gar kein Licht durch innere Reflexionen in dem halbkugelförmigen Gebilde verloren. Dies ist nicht unbedingt der Fall in der planaren Ausführungsform nach F i g. 5, und um hohe Lichtausbeute zu erhalten, kann der Durchmesser der lichtabgebenden Oberfläche der Platte 80 unter Voraussetzung von Kreisgestalt etwas kleiner gemacht werden als die gesamten Durchmesser oder seitlichen Ausdehnungen über die beiden Emitter des Detektors hinweg. Die scheinbare lichtabgebende Oberfläche der Diode wird durch die Dicke der Platte 80, das Gebiet des lichtaussendenden Übergangs 84 und den kritischen Winkel der totalen inneren Reflexion bestimmt. Der kritische Reflexionswinkel bestimmt sich aus dem Arcussinus des Verhältnisses des Brechungsindexes des Kopplungsmediums 58 zum Brechungsindex der Halbleiterplatte 80.

Es wurde weiter oben erwähnt, daß vorzugsweise ein Kopplungsmedium benutzt wird, das einen geeigneten Brechungsindex aufweist und zwischen der lichtaussendenden Diode und dem Detektor verwendet wird.

Wenn ein solches Medium benutzt wird, sollte es einen so hohen Index als möglich haben, um sich so nahe als möglich dem Index der beiden Bauelemente anzupassen, zwischen denen es gelegen ist. Es kann z. B. auch Glas mit einem hohen Brechungsindex verwendet werden. In manchen Fällen ist es auch wünschenswert, die beiden Bauelemente miteinander durch Luft zu koppeln, wenn Berührungskopplung entweder unpraktisch oder unmöglich ist. Ein solches System liegt innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bezugsspannungsfreie Differentialverstärkerschaltung mit einem aktiven Element, dessen Eingang ein Differenzsignal zuführbar ist, mit einer an das aktive Element angeschlossenen Last und mit einer Stromversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung mindestens ein erstes lichtempfindliches, parallel zum aktiven Element (2) liegendes Bauelement (6, 8,10) und mindestens ein erstes lichterzeugendes Bauelement (14,16,18) besitzt, daß das erste lichterzeugende Bauelement (14,16,18) an einer Spannungsquelle (21) liegt, mit dem ersten lichtempfindlichen Bauelement (6, 8,10) optisch gekoppelt und vom aktiven Element (2) elektrisch isoliert ist, daß die Last ein zweites lichterzeugendes, parallel zu dem ersten lichtempfindlichen Element (6, 8,10) und zum aktiven Element (2) liegendes Bauelement (24) besitzt und daß die Last ein zweites lichtempfindliches Baulement (26) besitzt, das optisch mit dem zweiten lichterzeugenden Element (24) gekoppelt, elektrisch jedoch von ihm isoliert ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung auch eine Vorspanneinrichtung besitzt, die ein drittes lichterzeugendes Baulement (20) aufweist, das elektrisch mit der Spannungsquelle (21) verbunden und elektrisch vom aktiven Element (2) und von der Last isoliert ist.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung ein drittes lichtempfindliches Bauelement (12) besitzt, das mit dem dritten lichterzeugenden Bauelement (20) elektrisch gekoppelt und elektrisch mit dem aktiven Element (2) in Reihe geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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