DE1441738A1

DE1441738A1 - Mit Festkoerpern arbeitende Modulationsverstaerkerschaltung

Info

Publication number: DE1441738A1
Application number: DE19641441738
Authority: DE
Inventors: Minoru Nagata; Shinichi Ohashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1963-12-19
Filing date: 1964-12-18
Publication date: 1968-12-19
Also published as: GB1083978A; US3391354A; NL6414841A; DE1441738B2

Description

Mit Festkörpern arbeitende Modulationsverstärkerschaltung.

Die Erfindung betrifft Modulationsverstärkerschaltungen, bei denen Pestkörper- oder Halbleiterelemente verwendet werden, und insbesondere Modulationsverstärkerschaltungen mit Sperrgatter-Feldeffekt-Tranais toren.

Modulatoren mit Festkörperelementen, z.B. Transistoren, haben Störapannungen, welche mit Eückaicht auf den Aufbau der Transistorelemente und anderen Faktoren, wie Potentiale über pn-Übergängen,
Sättigungssperrströme, thermoelektrische Spannungen, welche an den übergängen zwischen verschiedenen Metallen entstehen, und thermisches Bauschen, unvermeidlich 3ind. Bekanntlich tritt die Spannungder Erregerquelle über die Ausgangsklemmen durch die Elektroden-

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kapazität des Transistors auf, welche auch die Störspannung verursacht.

Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Modulationsverstärkerschaltung, "bei welcher die vorerwähnte Störepannung sehr gering- ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiter-Modulationsverstärkers mit einem Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor im modulierten Teil seiner Kennlinie.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiter-Modulationsverstärkers, bei dem die Sperrgatter-Feldeffekt-Trsnsistoren nicht nur als Modulator, sondern auch als Verstärker in der nachfolgenden Stufe verwendet werden und der Verstärker und der Modulator ohne die Verwendung eines Kopplungskondensators direkt gekoppelt sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Halbleiter-Modulationsverstärkerschaltung, bei welcher ein Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor mit zwei Eingängen als deren Modulator verwendet wird und das Modulationssignal oder ein Erregersignal einem der Eingänge aufgeprägt wird, während eine Spannung, welche die Aufhebung des Störeffekts bewirkt, der durch die kapazitive Elektrodenkopplung verursacht wird, an dem anderen Eingang gelegt wird.

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Weitere Ziele der Erfindung sowie deren Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeiohnungeni in welchen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet ,sind, und zwar zeigern

Fig. 1 und 2 scbematische Ansichten im Schnitt von Sperrgatter-Feldeffekt-Transistoren, die für die erfindungsgemässen Zwecke geeignet sind}*

Fig. 3t 5» 9 und Io Sohaltbilder verschiedener Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 4 Wellenformen der Eingangs- und Ausgangsspannungen und.der Erregerspannung einer erfindungsgemässen Schaltung;

Fig. 6 eine Ersatzschaltung des erfindungsgemässen Modulationsteils; Fig. 7 "Wellenformen an verschiedenen Teilen der Schaltung;

Fig. 8 einen Vergleich zwischen den Storspannungen der erfindungsgemässen Schaltung und denjenigen einer herkömmlichen Schaltung und.

Fig.11 Wellenformen der Erregerspannung.

ι Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst eine beispiels-

ί weise Aueftthrungaform eines Sperrgatter-Feldeffekt-Transistors be-, · ' ORIGINAL INSPECTED

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schrieben. In Pig. 1 ist ein Transistor dieser Art dargestellt, der.eine p-leitende Unterschicht 1 und zwei η-leitende Bereiche 2 und3 aufweist, welch letztere in die Unterschicht mit einem.kleinen Abstand zwischen sich eingesetzt·sind. Zwischen diesen n-leitenden.Bereichen 2 und 3 ist ein sehr dünner Kanal 4 vom gleichen, Leitfähigkeitstyp (η-Typ) wie die. Bereiche ausgebildet. Der Kanal 4 ist von einem Isolierfilm 5, welcher, beispielsweise aus Siliciumdioxyd besteht, bedeckt und eine erste .Gitterelektrode; G. ist an der Oberseite des Films 5 angebracht. Eine Quellenelektrode.S und eine Abflußelektrode, I) sind mit den Bereichen 2 und 3 verbunden und eine zweite Gatterelektrode G„. ist an der Unterschicht 1 angebracht. Wenn gewünscht, können die Quellenelektrode.S und die Abflußelektrode D ausgewechselt werden.

In Fig. 2 ist ein Beispiel einer anderen Ausführungsform des bperrgatter-Feldeffekt-Transistors dargestellt. Dieser Transistor besitzt eine Unterschicht 11, eine Quellenelektrode 12 und eine Abflußelektrode 13» beispielsweise aus Gold, die auf der Unterschicht 11 geformt sind und eine Kanalsehicht 15, welche einen Weg für den zwischen den Elektroden 12 und.13 fliessenden elektrischen Strom bildet und im allgemeinen aus einer sehr dünnen Schicht aus CdSe, OdS od. dgl. hergestellt ist und ferner eine Dicke zwischen etwa o,l bis 1 Mikron hat. An der Oberseite der Kanalsehicht 15 ist ein Isolierfilm, beispielsweise aus AlpO^ geformt, an dem eine Gatterelektrode Q. angebracht ist.

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Hierbei ist zu erwähnen, daß die Verwendung von Sperrgatter-Feldeffekt-Transistören der in Fig. 1 und 2 dargestellten Bauarten vorzuziehen ist, jedoch ist die Erfindung nicht auf die Verwendung dieser besonderen Transistoren beschränkt und können auch andere Sperrgatter-Feldeffekt-Transistoren vorgesehen werden, so lange ihre Bauform derart ist, daß der zwischen der Quellenelektrode und der Abflußelektrode fliessende Strom durch ein elektrisches Feld gesteuert werden kann, das durch eine Spannung erzeugt wird, welche der Kanalsohicht durch einen Isolierfilm aufgeprägt wird.

Bei Transistoren der vorangehend beschriebenen Bauarten kann der zwischen der Quellenelektrode S und der Abflußelektrode D flieseende Strom durch eine Spannung gesteuert werden, die an das erste Gatter G

oder an das zweite Gatter G„ gelegt wird, so daß sie eine Verstärkungsfunktion haben, die der von herkömmlichen Flächentransistoren ähnlich ist. Die herkömmlichen Flächentransistoren haben jedoch im allgemeinen eine geringe Eingangsimpedanz und weisen ausserdem pn-Übergänge auf, so daß sie, wenn sie als Modulatoren verwendet werden, nachteilig sind, da, wie vorangehend beschrieben, Störspannungen auftreten. Im Gegensatz dazu sind die vorangehend beschriebenen Sperrgatter-Feldeffekt-Transistoren dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ausserördentlich hohen Eingangswiderstand (d.h. etwa Io Ohm) und keine pn-Ubergänge zwischen der Abflußelektrode und der Quelle haben.

Die Erfindung beruht auf'der Ausnutzung dieser Eigenschaften und

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sieht die Verwendung von Sperrgatter-Feldeffekt-Transistoren als Modulatoren vor, um neuartige Modulationsverstärkerschaltungen mit sehr geringen Störeftekten zu schaffen.

Bei der in i'ig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindu'ng wird ein Sperrgatter-Feldefiekt-Transistor 34 ^⁰¹¹ &^er i-ⁿ Fig. 1 gezeigten Art verwendet. V/ie schematisch dargestellt, ist eine Erregerquelle für eine Rechteckwellenform an die erste Gatterelektrode G. und an die Quellenelektrode S angeschaltet, während die zweite Gatterelektrode Qc unmittelbar mit der Quellenelektrode S verbunden ist. Zu verstärkende Gleichstrom-Eingangssignale werden an der Abflußelektrode ΰ und an der Quellenelektrode 3 des Liperrgatter-Feldeff ekt-Transistors 34 über zwei Eingangsklemmen 31 und einen Eingangswi^ derstand 32 aufgeprägt. Die Abflußelektrode Ό ist mit der Basiselektrode eines Transistors 3^ über einen Kopplungskondensator 35 verbunden. Hierbei ist zu erwähnen, daß dieser Transistor 36 und ein Transistor 37 iⁿ der folgenden Stufe herkömmliche Flächentransistoren sein können und daß sie, obwohl sie als vom pnp-Typ dargestellt sind, auch vom npn-Typ sein können. Ferner können auch andere geeignete Verstärkungselemente anstelle dieser Transistoren vorgesehen werden. Mit 38, 39 und 4I sind Vorspannungswiderstände für den Transistor 36 bezeichnet und mit 44» 45 und 47 Vorspannungswi^derstände für den Transistor 37· Von einem Widerstand 4° i^m Kollektorkreis des Transistors 36 wird ein Ausgang abgeleitet und der Basiselektrode des Transistors 37 über einen Kopplungskondensator 43 zur weiteren Verstärkung zugeführt. Der Ausgang, der entsprechend"

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den öleichstromeingängen einer Wechselstromverstärkung unterzogen worden¹ist, wird aus einem dem Transistor 37 zugeordneten Widerstand 36 abgeleitet und an die Ausgangsklemmen gelegt. Mit /J2 und 45 sind Ableitkondensatoren bezeichnet, die sich in den Emitterkreisen der Transistoren 36 und 37 befinden. Bei der vorangehend beschriebenen Schaltung bilden die Elemente 3I bis 34 eine Ltodulatoreinheit 50» welche dazu dient, das Eingangssignal in eine Wechselspannung mit" der gleichen Frequenz wie die Erregerquelle umzuwandeln, während die Elemente 35 - 49 eine V/echselGtromverstärkereinheit bilden, die zur Verstärkung des erwähnten Wechselstroms dient. "

Die Arbeitsweise der in Figc 3 dargestellten Modulationsverstärkerschaltung wird nachfolgend in "Verbindung mit Fig. 4 beschrieben.

Wenn angenommen wird, daß eine Spannung E. mit einer Wellenform von ( der in .Fig. 4 (a) gezeigten Art über die Eingangsklemmen J>\ aufgeprägt wird und daß eine Spannung V' mit einer Wellenform von der in Figi 4 ("b) gezeigten Art über die erste Gatterelektrode G₁ und die Quellenelektrode S des Feldeffekt-Transistors 34 aufgeprägt wird, befindet sich der Stromweg zwischen der Abfluß- und der Quellenelektrode dieses Transistors' im ^MSperr^w-Zustand, so lange die Polarität der Spannung V ₁ ausreichend negativ mit Bezug auf die Quellenelektrode S ist. Der Grund, warum der Feldeffekt-Transistor 34 in seinem Sperrzustand unter den vorangehend beschriebenen Bedingungen

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gehalten wird, besteht darin, daß, wenn der ersten Gatterelektrode G₁ (Fig. 1) eine negative Spannung aufgeprägt wird, eine positive Raumladung auf der dem Kanal 4 zugekehrten Seite erzeugt wird, um die wirksame Breite des Kanals 4 ²^ verringern, wodurch dessen Leitwert auf einen ausserordentlich niedrigen V<ert herabgesetzt wird.

Bei einer Erregerspannung mit einer zur vorangehend beschriebenen entgegengesetzten Polarität oder so lange die Gatterelektrode G₁ positiv oder nahezu Null mit Bezug auf die Quellenelektrode S gehalten wird, wird der Feldeffekttransistor 54 in seinem "Ein"-Zustand gehalten, so daß der Eingang durch den Transistor 54 kurzgeschlossen ist.

Der Grund, warum der Feldeffekt-Transistor 54 durch eine positive Spannung an seiner ersten Gatterelektrode G₁ leitend gemacht wird, besteht darin, daß hierdurch eine negative Raumladungssohicht im Kanal 4 erzeugt und der Leitwert im Kanal erhöht wird. Hieraus ergibt sich, daß, wenn negative und positive Spannungen wechselweise an die erste Gatterelektrode G₁ gelegt werden, der Sperrgatter-FeIdeffdsb-Transistor 54 wechselweise leitend und nichtleitend wird, so daß der Eingang zerhackt wird, wie durch die Wellenform e in Fig»4 (c) gezeigt, und dann-auf die Verstärkereinheit $1 übertragen wird. Nach der Verstärkung duroh die Verstärkereinheit 51 wird dieses Signal an den Ausgangsklemmen 49 erhalten.

Die erfindungsgemässe und vorangehend beschriebene Modulationsverstärkerschaltung liat die folgenden Vorteile, da sie einen Sperrgatte;!·-

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Feldeffekt-Transistor verwendet. Da» wenn ein Flächentransistor, beispielsweise ein pnp-Transistor, in der Kodulator-Sinheit verwendet wird, tritt, infolge des Vorhandenseins einer Kontaktspannung am pntfbergang zwischen der Basis- und der Emitter- oder der Eollektor-Klektrode eine kleine Spannung an der .Ausgangsseite auf, selbst wenn der Transistor in seinem Leitungszustand gehalten wird, was einen Stör effekt zur Folge hat. Da der V/ert dieser Störspannung· etwa 1 i? ^ beträgt, ist es gewöhnlich erforderlich, zwei Transistoren mit gleichen Kennlinien in Differenzierschaltung anzuordnen, um die Stör-3pannuKg aufzuheben. Im Gegensatz dazu tritt, daß bei der erfindungsgemassen Schaltung ein Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor verwendet wird, der keinen pn-übergang im Stromweg zwiachen der Quelle 3, und der Abflußelektrode I! aufweist, keine Störspannung der beschriebenen Art auf, so daß keine Differenzierschaltung erforderlich ist. Sogar bei Diffei*enziersohaltunken erzeugen Flächentransistoren Störspannungen in einem Bereich von 1 ilikrovolt bis loo ilikrovolt. Bei den erfindungsgemä&sen Schaltungen kann die Störspannung auf weniger als "

einige Mikrovolt unter Verwendung nur eines einzigen Transistors herabgesetzt Werden. Denn ein herkömmlicher Flächen-Feldeffekt-Transistor 'als Modulator verwendet wird, bei welchem eine Spannung an seine« pn-übergang aufgeprägt wird, um die Breite der Raumladungssoh-feFft -an- diesem Übergang zu steuern, findet kein Störeffekt; statt, der 'cEt&z^ih' das Kontaktpotential verursacht wird, jedoch fließt ein Teil des Erregerstroms durch den übergang zwischen der Gatterelektro-de und der Abf luöelektrode zur Eingangsimpedanz 32» *a.s den Ü

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effekt verursacht. Ba der bei der erfindungsgemässen Schaltung verwendete Transistor eine Isolierschicht hat, welche den Kanal "bedeckt, und da die Erregerspannung einer Elektrode aufgeprägt wird, die an dieser Isolierschicht befestigt ist, besteht keine Möglichkeit, daß der Erregerstrom in den äusseren Kreis fließt. Ferner muß, Mtexua ein herkömmlicher Feldeffekt-Transistor verwendet wird, bei dem die Breite des Saumladungsbereichs am pn-übergang gesteuert wird, sichergestellt werden, daß die Erreger spannung imaer am pn-übergang in _dex_ Sperrrichtung· aufgeprägt wird, während bei der erfindungsgemässen Schaltung eine solche Rücksicht nicht erforderlich ist, da die Erregerspannung an den Isolierfilm gelegt wird.

Wie beschrieben, können durch die erfindungsgemässe Schaltung StÖrspannungen, welche durch ein pn-Kontaktpotential und andere Ursachen erzeugt werden, wirksam vermieden werden. Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ist es ferner möglich, Störsparihüngeh aufzuheben, die an den Ausgangsklemmen von der Erregerquelle her durch eine Elektrodenkapazität zwischen den Elektroden eines im I/Iodulafftr verwendeten Transistors auftreten.

Im allgemeinen wird, wenn die Erregerfrequenz zunimmt, eine Störspahhung infolge der Kapazitäten zwischen den Elektroden des Tranaistors erzeugt. Dieser Störeffekt wurde bisher vernachlässigt, da er Kleiner ist als die Störeffekte, welche durch ein pn-Kontaktpotential und " andere Ursachen auftreten, kann jedoch einProblem werden, wenn die Störspannung, welche durch ein pn-Kontaktpotential und andere Ursachen

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erzeugte Störspannung durch die Verwendung der in Fig. 3 gezeigten Schaltung ausgeschaltet wird. Es ist nicht erforderlich, die Kapazitäten zwischen allen Elektroden zu berücksichtigen, sondern es muß nur die Kapazität zwischen der ersten Gatterelektrode GL und der Abflußelektrode D berücksichtigt werden, welche die Störspannung am ernstesten beeinflußt.

Fig. 6 zeigt eine Ersatzschaltung einer Modulatoreinheit der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform. In Fig. 6 stellt E. die an die Eingangsklemmen 31 gelegte Eingangsspannung dar, R den Wert des Eingangswiderstandes 32, C die Kapazität des Kopplungskondensators 35 und R die Eingangsimpedanz der Verstärkereinheit 51. In Fig..6 ist der Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor 34 als Schalter SW dargestellt, der synchron mit der Frequenz der Erregerquelle 33 geöffnet und geschlossen wird, wobei C die Kapazität zwischen der ersten Gatterelektrode Gt₁ und der Abfluß elektrode D darstellt. Die Störspannungen, welche über den Kondensator C auftreten, werden nachfolgend in Ver-

bindung mit Fig. 7 behandelt. Wenn eine Erregerspannung mit einer Wellenform von der in Fig. 7 (a) gezeigten Art bei einem Wert von e. von Null angelegt wird oder wenn die Eingangsklemmen kurzgeschlossen sind, fließt einStrom in den Kondensator C über die Kapazität C , wenn

der Schalter SW geöffnet und geschlossen wird. Wenn der Strom, der fließt, wenn der Schalter SW aus dem Einsehaltzustand in den Aussohaltzustand gebracht wird, mit i_. bezeichnet wird und der Strom,

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der fließt, wenn der Schalter aus seinem Ausschaltzustand in seinen Einschaltzustand betätigt wird, mit i bezeichnet wird, ist die Lad-

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welche im Kondensator C durch diese Ströme i · und i während eines Betätigungszyklus des Schalters gespeichert wird, durch die folgende Gleichung gegeben. -- -

^dt

Andererseits ist die Spannung V am Kondensator C im wesentlichen konstant, da es üblich ist, die Zeitkonstante, d.h., GR, so zu gestalten, daß ein Wert erhalten wird, der" ausreichend grosser als die Periode eines Zyklus T ist. Daher ist die elektrische Ladung AQ¹» welche vom Kondensator G über R -und R während eines Zyklus entladen wird, gegeben durch die folgende Gleichung»

R 2 R + R 2

Im Gleichgewichtszustand der Schaltung soll die Beziehung zwischen sein

(5)

so daß aus den Gleichungen (Z) und (2)

2 R (R₊R) T

- r

τ ze + H_e

Daher iet die Ausgangsstörspannung \J „„ die über den Widerstand R

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auftritt, gegeben durch

Θ ψ

2 RR /^"

(i +i ) dt

Die Wellenform dieser Spannung ist in Fig. 7 (c) gezeigt« Die Störspannung entsteht daher unvermeidlich, sofern nicht die Flächeninhalte der Ströme. i_. und i-^, gleich sind und einander aufheben. Wenn der Modulator und der Verstärker ohne die Verwendung eines Kondensators oder eines Transformators direkt miteinander gekoppelt sind, fließt Strom in den Modulator von der Verstärkerseite, welcher Strom moduliert und verstärkt wird, so daß eine Störspannung entsteht. Hieraus ergibt sich, daß eine Störspannung wegen de3 Kondensators Q unvermeidlich erzeugt wird.

Eine eolche Störspannung kann durch die folgenden Auaführungsformen der Erfindung ausgeschaltet werden. E¹Ig. 5 zeigt ein Schaltbild eines Beispiels solcher Ausführungsformen, bei welchem Sperrgatter- ( Feldeffekt-Transistoren nicht nur für die Modulatoreinheit 5° sondern auch für die Verstärkereinheit 51 verwendet werden, die miteinander ohne die Verwendung eines Kopplungskondensators direkt gekoppelt sind. In Fig. 5 sind mit 31 bis 34 Elemente bezeichnet, die den in Fig. 3 dargestellten entsprechen. Mit 6o ist der Belastungswider stand des Transistors 34 bezeichnet und mit 61 ein Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor von der in Fig. 1 dargestellten Bauform. Die erste Gatter-Elektrode des Transistors 61 ist direkt mit der Quellenelektrode S gekoppelt und über die Abflußelektrode

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D. und die Quellenelektrode S. des Transistors 61 sind: in Keine ein Belastungswiderstand 63 und. eine Spannungsquelle 62 geschaltet. Die Ausgänge aus diesem Transistor 61 werden&ber einen Kopplungs- ■ kondensator 64 zu den Ausgangsklemmen 49 abgeleitet.

Da der Abflußstrom des Feldeffekt-Transistors 61 in der Verstärkereinheit 5I durch das elektrische Feld gesteuert wird, das durch eine über seine erste Gatterelektrode G. und die Quellenelektrode S. aufgeprägte Spannung erzeugt wird, so daß durch den Eingangskreis im wesentlichen kein Strom fließt,· isb es nicht erforderlich, einen Kondensator zu verwenden, um den in den Modulator- 5° vom Verstärker 51 fliessenden Strom zu sperren.

Daher ist, selbst wenn Strom aus der Erregerquelle durch die Elektrodenkapazitäten des Transistors 34 fließt, der Betrag der Störspannung infolge des Fehlens eines Kondensators, der elektrische Ladung speichert, stark verringert.

Fig. 8 (a) und 8 (b) sind photographische Aufzeichnungen von tatsächlich beobachteten Spannungen über den Belastungswider«fcand 60, wenn ein Kopplungskondensator vorgesehen ist (Fig. 8 (a)) und wenn der Modulator und der Verstärker direkt gekoppelt sind. Aus einem Vergleich dieser Figuren ist ohne weiteres erkennbar, daß die Grosse der Storspannung bei direkter Kopplung weit kleiner ist. Bei der in Fig. 9 dargestellten Äusführungsform wird der Umstand, daß der

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Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform mit zwei G-atterelektroden versehen ist, dazu ausgenutzt, der zweiten Gatterelektrode eine Spannung von der in Fig. (b) gezeigten Art aufzuprägen, um die Spannungsspitzen wie in Fig.7 (a) gezeigt, aufzuheben, um dadurch die Störspannung zu verringern.

Wie Fig. 9 zeigt, ist ein Widerstand 72 zwischen der zweiten Gitterelektrode G, und der Quellenelektrode S eines Transistors 34 geschaltet und die zweite Gatterelektrode G_? ist ferner über einen Kondensator 71 ^mit einer Spannungsquelle verbunden, welch letztere eine Spannung von Hechteckwellenform abgibt, deren Phase derjenigen der Spannung der Quelle 33 entgegengesetzt ist. Die weiteren Bezugszeichen bezeichnen Schaltelemente, die den in Fig. 5 dargestellten ,entsprechen.

Die von der Quelle 7° gelieferte. Spannung von Eechteckwellenform wird durch eine Differenzierschaltung differenziert, die aus dem Kondensator fl und dem Widerstand 72 besteht, um eine Spannung von spitzer Wellenform zu erzeugen, die an der Abflußelektrode D über die Elektrodenkapazität zwischen der zweiten Gatterelektrode G„ und der Abflußelektrode D auftritt.

Da die Spannung der Erregerquelle 33 und die Spannung der tyuelle entgegengesetzte Polarität haben, sind der Strom, der durch die Elektrodenkapazität zwischen der Elektrode G₁ und der Elektrode

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D von der Quelle 33 her fließt, und die Spannung, die zur Abflußelektrode D von der Quelle "Jo über die Kapazität zwischen den Elektroden G„ und $ fließt, ebenfalls um 18o° phasenverschoben, . so daß die Ströme einander,aufheben, wodurch die Störepannung sehr wirksam verringert wird. Die GrOsse des zur Abflußelektrode D über die Kapazität zwisohen den Elektroden G„ und D fliessenden Stroms kann dadurch auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, daß die Spannung der Spannungequelle 7° eingestellt wird. Obwohl es wünschenswert ist, daß die Spannungen von spitzer Wellenforp genau entgegengesetzte Phase, jedoch die gleiohe Wellenform haben, wird durch den Unterschied zwisohen diesen Spannungen eine Störspannung erzeugt, selbst wenn die phasendifferenz von 18o° geringfügig verschieden ist. Eb ist möglich, die Störspannung, wenn ihr ,Mittelwert berücksichtigt wird, ausreichend zu verringern.

Es muß daher zur Verringerung der Störspannungen duroh die Verwendung der zweiten Gatterelektrode die Veränderung in den jeweiligen Elektrodenkapazitäten berücksichtigt werden, welche durch die Veränderung der Umgebungstemperatur verursacht wird. Dies ist dadurch begründet, daß, selbst wenn die Elemente der Schaltung so eingestallt sind, daß die Störspannung bei einer gegebenen Temperatur Null wird, eine Veränderung in der Umgebungstemperatur zu einer Veränderung in den Elektrodenkapaeitäten zwisohen der ersten Gatterelektrode G. und der Abflußelektrode D und zwischen der zweiten Gatterelektrode G„ und der'Abflußelektrode D führt, so daß Störspannungen infolge von Temperaturveränderungen entstehen. Die Kapazität zwischen den Elektroden Q- und Ό, die von einem Isolator

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zität zwischen den Elektroden G_? und D eine pn-Ubergangskapazi-

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getrennt sind, wird jedoch im allgemeinen durch die Umgebungstemperatur nicht wesentlich beeinflußt.

Wie in Fig. 9 gezeigt, ist erfindungsgemäß eine Diode 73 in den Stromkreis der ersten Gatterelektrode geschaltet, um die Störspannung auf ein Mindestmaß herabzusetzen, welche durch eine Veränderung in der Umgebungstemperatur verursacht wird. Da die Kapa-

tat ist, verändert sie sich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur in der gleichen Weise wie die pn-Übergangskapazität der Diode 73» so daß die Wirkung auf die Spitzenwellenspannung, die an der Abflußelektrode D über die Kapazität zwischen den Elektroden G₁ und D auftritt und durch die Veränderung in der Umgebungstemperatur verursacht wird, und die Wirkung auf die tipitzenwellenspannung, welche an der Abflußelektrode D über die Kapazität zwischen den Elektroden G„ und D auftritt, einander aufheben. Bei dieser Ausführungsform kann ein Kondensator mit einem gegebenen i

Temperaturkoeffizienten anstelle der Diode 73 verwendet werden. Wenn ein Kondensator Jl, der im wesentlichen den richtigen Temperaturkoeffizienten hat, um die Elektrodenkapazität zwischen den Elektroden G„ und D aufhebt, verwendet wird, ist es ferner möglich, einen Temperaturausgleich zu erzielen, wodurch der Störeffekt verringert wird. Gewöhnlich wird eine Erregerspannung in Form einer Reohteckwelle, welche die gleichen positiven und negativen Amplituden hat, für den Modulator 5o verwendet, jedoch ist es bei der erfindungsgemäasen Anordnung, bei welcher ein Sperrgatter-Feldeffekt-

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Transistor verwendet wird, nicht immer notwendig» gleiche positive und negative Amplituden vorzusehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. Io ist eine Vorspannungst[uelle zwischen der ersten Gitterelektrode G₁ und der Quellenelektrode S eines Feldeffekt-Transistors 34 über einen Widerstand 74 geschaltet. Die Polarität der Vorspannungsquelle 75 ist derart, daß die erste Gatterelektrode mit Bezug auf die Quellenelektrode negativ ist. Dies hat zur Folge, daß die Wellenform der an die Elektroden (L· und S gelegten Erregerspannung wie in Fig. 11 gezeigt wird, in welcher der positive Teil kleiner als der negative Teil ist, oder die Erregerspannung immer negativ ist. Wie in Fig. 9 gezeigt, kann statt der Verwendung der erwähnten Vorspannungsquelle eine Diode 75 i*¹ äen Stromkreis der ersten Gattorelektrode geschaltet werden, so daß an die Elektrode G₁ nur eine negative Spannung gelegt wird.

Bei dem in Fig* 5 gezeigten Fa-I wurde festgestellt, daß der Drift, gesehen vom Eingang geringer als Io Mikrovolt/c war, wenn ein Widerstand 32 von 300 Kiloohm und eine Erregerspannung von θ V und ein kHz verwendet wurden. Dieser Wert ist sehr klein im Vergleich zu denjenigen von Modulatoren, bei welchen herkömmliche Transistoren oderDioden verwendet werden. Es können daher Modulationsverstärkerschaltungen von ausserordentlich hoher Qualität erzielt werden.

Bei den in Fig. 5» 9 und Io gezeigten Auaführungsformen können herkömmliche Flächentransistoren (vom pnp-Typ oder vom npn-Typ) anstelle

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•des Sperrgatter-Feldeffekt-Transistors in der Verstärkereinheit 5I
verwendet werden. Ferner ist zu erwähnen, daß die Spannung der Erregerquelle 33 eine beliebige andere Wellenform als eine Rechteckwellen form, z.B. eine sinusförmige Wellenform, haben kann.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsforeen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Eahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Patentanspruch·ι

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Claims

Patentansprüche ι

1.J Halbleiter-Modulationsverstärker, gekennzeichnet duroh eine Modulatoreinheit mit einem Sperrgatter-Feldeffekt-Traneistor, der eine Quellenelektrode, eine Abflußelektrode und eine Gitterelektrode aufweist, wobei der Strom, der duroh den Stromweg fließt, weloher sich zwischen der erwähnten Quelle und der Ab,- -flußelektrode erstreckt, mittels eines elektrischen Feldes gesteuert wird, das durch eine Gatterspannung erzeugt wird, welohe an dem Stromweg über einen Isolierfilm gelegt wird, Eingangsklemmen zur Aufnahme von Gleichstrom- oder Niederfrequenz-Eingangssignalen, und eine Erregerspannungsquelle, wobei die an die Eingangeklemmen gelegten Eingangssignale über die Abflußelektrode und die Quellenelektrode aufgeprägt werden, während die Erregerspannung über die Gatterelektrode und die Quellenelektrode des erwähnten Transistors aufgeprägt wird, um den erwähnten Weg zwischen der Abflußelektrod· und der Quellenelektrode leitend bzw» nichtleitend zu machen, so daß das erwähnte Eingangssignal in einen Wechselstrom umgewandelt wird und eine Verstärkereinheit zur Verstärkung des Ausgangs aus der Modulatoreinheit.

2· ModulationsVerstärkerschaltungι gekennzeichnet duroh eine Modulatoreinheit mit einem Sperrgatter^Feldeffekt-franaistor, der eine Quellenelektrode, eine Abflußelektrode und eine Gatterelek-

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trode aufweist, um den Strom, weloher durch einen Stromweg fließt, der sich zwischen der Abflußelektrode und der Quellenelektrode erstreckt, mittels eines elektrischen Feldes zu steuern, das duroh eine Gatterspannung erzeugt wird, welche an den erwähnten Stromweg über einen Isolierfilm gelegt wird, Eingangsklemmen zur Aufnahme von Gleichstrom-Eingangssignalen, und eine Erregerspannungsquelle, wobei die an die Eingangsklemmen geleg- "

ten Eingangssignale über die Abflußelektrode und die Quellenelektrode aufgeprägt werden, während die Erregerspannung über die Gatterelektrode und die Quellenelektrode des Transistors aufgeprägt wird, wodurch der erwähnte Weg zwischen der Abflußelektrode und der Quellenelektrode des Transistors leitend bzw. nichtleitend gemacht wird, um die erwähnten Eingangssignale in Wechselstrom umzuwandeln und eine Verstärkereinheit mit einem zweiten Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor, der eine Quellenelektrode, eine Abflußelektrode und eine Gatterelektrode aufweist, | Mittel zum Anlegen der Ausgangsspannung aus der Modulatoreinheit an die Gatterelektrode und an die Quellenelektrode, und Mittel zum Erzielen einer Spannung zwischen der Quellenelektrode und der Abflußelektrode, wobei die erwähnte Verstärkereinheit mit der Modulatoreinheit direkt gekoppelt ist.

3· Halbleiter-liodulationeverstärker, gekennzeichnet duroh eine Modulatoreinheit mit einem Feldeffekt-Transistor, bestehend aus einer Untersohioht aus einem Halbleiterkörper, einem Quellen-

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und einem Abflußbereich von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp mit Bezug auf die Unterschicht, welche Bereiche auf der Unterschicht mit einem engen Zwischenspalt geformt sind,· "um eine Kanalschicht zwischen den erwähnten Bereichen zu bilden, einer ersten Gattorelektrode, die auf der Kanalschicht durch eine Isolierschicht angeordnet ist, und einer zweiten Gatterelektrode, welche auf der Halbleiterunterschieht geformt ist, Eingangskleromen₅ denen Eingangssignale zugeführt werden, eine erste Quelle zur Erzeugung einer Spannungsquelle von Rechteckwellenform und eine zweite Spannungsquelle, wobei die den Eingangsklemmen zugeführten Signale über die Abfluß- und Quellenbereiche aufgeprägt werden, die erste Spannungsquelle zwischen der ersten Gatterelektrode und dem Quellenbereich des Transistors geschaltet ist, die zweite Spannungsquelle zwischen der zweiten Gitterelektrode und dem Quellenbereich über eine Differenzierschaltung geschaltet ist, so daß der Transistor durch die Rechteckwellenspannung aus der ersten Quelle leitend und nichtleitend gemacht wird, um den erwähnten Eingang in einen Wechselstrom umzuwandeln, und eine Verstärkereinheit zur Verstärkung des Ausgangs aus der Modulatoreinheit.

4· Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erst© - Reohteokwellen-Spannungsquelle zwischen dar ereten öatterelek- -■

i trode und der Quellenelektrode eines Sperrgatter-Peldeffekt-Iran« ';

sistors geschaltet ist und eine Diode mit dem erwähnten Satter

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in Reihe geschaltet oder parallelgesohaltet ist.

5. Schaltung naoh den,Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet» daß eine Vorspannungequelle zwisohen der ersten Gitterelektrode und der Quellenelektrode des erwähnten Sperrgatter-Feldeffekt-franaistore, der im Modulatorteil verwendet wird, gesohaltet ist, Wobei die erwähnte Vorspannungsquelle dazu dient, f die Erregerspannung in der negativen Richtung mit Bezug auf die ' erste Gatterelektrode vorzuspannen. j

6. Schaltang nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der

Verstärkerteil einen Sperrgatter-Feldeffekt-Transistor mit einer Quellenelektrode, einer Abflußelektrode und einer Gitterelektrode aufweist, and der Strom, welcher durch einen sich zwisohen der Quellenelektrode und der Abflußelektrode erstreckenden Weg fließt, duroh ein elektrisches Feld gesteuert wird, das durch eine Gitterspannung erzeugt wird, welche an den erwähnten Weg über eine Ieo-,ji, liereohicht angelegt wird, Mittel zum Anlegen der Ausgangsspannung ftfe· de* Modulatorteil über die Gitterelektrode und die Quellenelektrode, und Mittel zum Ableiten einer Ausgangsspannung twi-■ohen. 4er Abflußelektrode und der Quellenelektrode.

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