DE1514421A1

DE1514421A1 - Integrierter elektronischer Stromkreis

Info

Publication number: DE1514421A1
Application number: DE19651514421
Authority: DE
Inventors: Jakob Luscher
Original assignee: SSIH Management Services SA
Current assignee: SSIH Management Services SA
Priority date: 1964-03-26
Filing date: 1965-03-24
Publication date: 1969-08-28
Also published as: SE324816B; BE661738A; DE1462997A1; NL6503847A; GB1152367A; US3383569A; NL6604790A; DE1514421B2; NL146331B; BE679291A; SE338352B; GB1098468A; US3383570A; CH456774A

Description

«„*««««„ 15U421

PATENTANWALTDIPL-INCR₁MOLLER-BoRNER PATENTANWALT DIPL-ING. HANS-H. WEY B E RLI N-DAHLEM 33 ■ PODBI E LS KIAlLE E 68 8 MÖNCHEN 22 -WIDENM AY ER STRASSE 49 TEL. 0311 . 762907 ■ TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0184057 TEL 0811 · 225585 - TELEGR. PROPINDUS · TELEX 0524244

Liociete lilies© pour

l^fIndustrie Horlog&re L..A.

Genf (Schweiz)

Integrierter elektronischer citromkreie .

Pie lirfindunß betrifft einen integrierten elektronischen Stromkreis mit mindestens einem ^pannun^everetärkereleaent.

us ist bereits bekannt, sowohl alle Elemente einer integrierten Schaltung auf einer >-eite eines üalbleiterkörpers anzuordnen und auch ohm'sche »viderstände aurch ^eldeffekttransiBtoren nachzubilden.

Ebenso, ist es bekannt) diskrete ohm'sche uiaerütände durch den widerstand des iialbleitermateriale zwischen einzelnen aktiven elementen und iCondensatoren zu ersetzen.

¹ it den utiter Verwendung der vorerwähnten bekannten Grundsätze hergeateilton, bekannten elektronischen ochaltun^en war ee aber noch nicht racJ&lich, integrierte ütrorn&reise von sehr niedrigem Energiebedarf zu verwirklichen, wie solche beispielsweise fUr

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•ierlagen (Art. 7 _M, /._ü6,_{2 w}.

dna traneietoriöierte elektrische Antriebssystem von 'Üaeehen-· und Armbanduhren benötigt werden·

Id β Verwendung von Jiompleaentartransistoren, inebesondert τοπ Feld tr ans it; tor en mit isolierter steuerelektrode» würde den Aufbau eines elektronischen Stromkreisen ermöglichen» der keine Widerstände besitzt und nur einen sehr geringen Energieverbrauch hat. JedoGh bereitet die Herstellung aich ergänzender Xraneistoren in einem einzigen Kristall groSe Schwierigkeiten und erfordert eine Vielzahl von Arbeitsgänge».

Der Erfindung liegt die aufgäbe zugrunde» diese Schwierigkeiten au vermeiden und einen integrierten elektronischen iitroakreis mit aindescens einem αpannungsverstärker anzugeben» der keine -»iderötUnde und einen sehr geringen Energiebedarf aufweiat und trotzdeta ohne besondere ^chwieritikeiten herstellbar

Diese aufgäbe wird erfindungsgenäiä dadurch gelost» daß der Verttärker von einem feldeffekt-transistor mit isolierter öteuer-(Gate)-^iektrode und einem Kondensator gebildet wird» die in Keine mit einer upannungsquelle i'iir eine periodische üpeiseäpannung verbunden &ind» wobei der Verbindungspunkt des 'iranöibtora und den Kondenyatorß den .umgang des Verstärkeru darstellt.

Dabei wird die Unterbringung weiterer Bauelemente auf der glei-

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oben Seite des d«n Verstärker tragenden Halbleiterkörper» dadurch ermöglicht, daß dl· nicht su dec Verstärker gehörenden Bauteil« sämtliche Kondensatoren und iransistoren deeeelben Leitungetyps sind.

Babel let ee aweokaäßig» wenn alle transistoren Feldeffekttransistoren mit Isolierter ^teuer-(Gate)-iüektrode sind·

Handelt es eich an einen solchen Stromkreis» deseen !Transistoren und Kondensatoren auf ein und derselben Oberfläche eines aonokriatallinen Halbleiterkörpers ausgebildet sind, dann empfiehlt sich Im Interesse einer Vereinfachung der Herstellung ein· Anordnung» bei der die Anode und die Kathode des das «^pannungsTer stärker element bildenden Trane ist ore so angeordnet Bind, daß sie gleichzeitig die beiden elektroden de« Kondensators dieses Verstärken bilden·

Bei eine» solchen Stromkreis» deseen iCransistoren und Kondensatoren auf ein und derselben Oberfläche eines monokristalli~ nen Halbleiterkörper ausgebildet sind» läßt sich ferner dadurch elfte Vereinfachung erzielen und die Wechselwirkung «wischen untereohiedlichen Elementen reduKieren» daS die beiden Elektroden des das üpannungeTeratärkerelement bildenden Transistors in der Weise angeordnet sind» daß die eine wenigstens einen Teil der anderen umgibt·

Ua bei einem solchen Stromkreis» dessen !Transistoren und Kon-

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deηeatoren auf ein und dereelben Oberfläch« einte monokrietallinen Halbleiterkörperβ auegebildet sind, die Bildung einer InverßionsBone unter den Anschlüssen einer steuerelektrode fisu vermeiden, kann man den ätromkrei» so ausbilden, dal der Halbleiterkörper auf seiner die Traneistoren und Kondensatoren tragenden Oberfläche mindesten« eine stärker al« der Heet des Halbleiterkörpers dotierte 2one aufweist, die gegenüber den Verbindungen der steuerelektrode dee -Transistors des "panaungeνeratärkerelements angeordnet 1st·

V*ill man einen mehrfach verwendbaren, einfachen ütromkrele herstellen, so kann üaa unter Verwendung eines :i!iefpaßi'iltere geschehen, dae am Ausgang dee »J pannunge verstärker element 8 und von einem Zweipol gebildet wird, der aus zwei Transistoren gebildet wird und den .ausgang des «-paanungsveretärkerelementfi aberbrückt, sowie durch einen Kondensator, der Ewiöchen den ^us^ang dea Zweipole und Nasse awiaehenßeschaltet 1st.

Soll der Stromkreis einen üirnnnungs- und Leietan^everstärker bilden, so läßt eich dies dadurch erreichen, da3 das nun^sverötärkereleraent mit seinem ^us^ancöpol rait eier ^ erelektrode eines ersten iransistore verbunden ist, der selbst in ^eihe iiit einem zweiten Traneiator geschaltet iat, deauen iiteuereleittrode mit der des -t'ranüibtors des opannunfisverstärkerelenients verbunden ist, wobei der ert,te und

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der zweite '.PrpnsiBtor entweder rtt der 1.0.TnIiUn,ho·,eile XUr die periodische ~ pe is es j. renting z'jt ^ptdsunc: See .-υοπηιιπ,,β-ver^tärksrslf. "f:".ts coer dt einer ..-^i₁ uur-.^ quelle far eine kontinuierliche ~± eiesi [aauauü verbind¹ dt ι sind.

der .trunuieis sui i'ilöar;^ einer .lip-cloi!- chaltung

u^eti, ho j.auin die α dadurch ^eucnehen, α au er zwei je mit eine τ. i^:iei'p8ifiitar verbundene Ji-'ar5riangi?vei£t i te oatiialti wobei der jnxagang de& mit einem der ^- βtaxiereieierte verbuüäenen Filters ^it äer uteucrelektrode eines i'raneiatora parallel r,u dem i'racsißtor dee anöeren i nninüa»ve.r,£t.--.r!r.eiⁱfeieT.e;nt£ verbunaer; ißt.

läi?>t £ich alt dem ^.tron;Kreiö erzielen, wenn er ein erstes Fcusr ": pennuDf.everet^rkertler.ente enthält, mit deren jiue£ärt£;en ^e ein Iranr.i» tor ε.ΐε iweipox und parallel ein anderer 'x'r^nEif-tcr vprbuiiieri ist, unö deren AustSneo über ein Tiefpaßfilter mit der ^teuerelektrooe des i'rnnßiBtors si.ies oiannanfcSVoretUrkerelsTients eines iiweiten Paar·« γοη Veretärkern 'verbundec sind, wobei der <\uc;.an4 dieueo Veratärkere einerseits :*.it CtT steuerelektrode des anderen i'ranaietore fcrLtst. .'"e.iEti.rk.fcri.i.i.rtiO utx& nntiereißeitß r it tier ^teuer- u&a zu den ...ub^ti^ afet-Jtibuu .troakifciteö .parallel

veihunüeii Ιώϋ.

ibei erlitt ülcn eiue ticstonübiB Mini'&che Läuweiee, wenn die ^pinnaii£3verat »rkerelement- &£w. x'raneietoi'pa&re von

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bad c?:

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derselben inp"laf8raigen o^fier periodischen Spannung gespeist werden, deren Frequens geteilt werden »oll.

Der Stromkreis naoh der Erfindung hat also- den Vorteil, da* er in besonders einfacher Weise die Verwirklichung verschiedener elektronischer Geräte, wie Frequenzteiler, Leistungsverstärker, Flip-Flop usw., ie Wege der Integration insbesondere von Feldeffekttransistoren alt isolierter Elektrode (■os) erlaubt, wobei ausschließlich Transistoren und Kondensatoren als Bauelenente verwendbar sind, was eine beträchtliche Energieerspamis alt sich bringt.

Xn den Zeichnungen, die ein Ausfunrungsbelspiel der Erfindung und mehrere Varianten desweihen zeigen, ist bzw. sind:

Fig. 1 eine perspektivische Analoht des Ausftthrungsbelspielst Flg. 2 ein Sohnitt naoh der Linie H-II der Flg. Ii Fig. 3 ein Sohnitt naoh der Linie IH-III der Flg.l; Fig. % das Sohaltschesia der Vorrichtung naoh Fig. 1; Fig. 5 und 6 iwei Charakteristiken der Vorrichtung naoh Fig. i;

Fig. 7 und 8 swei Ansichten eines bei der Vorrichtung naoh Fig. 1 verwendeten Feldtraneistors mit isolierter Steuerelektrode;

Flg. 9 und 10 zwei Charakteristiken des Transistors naoh Fig. 7i

Fig. 11 eine Darstellung einer anderen Ausführung*form eines Feldtransietors alt isolierter Steuerelektrode;

Fig, It ein Schnitt naoh der Linie XII-XII in Flg. 11;

Flg. 13 und 1% Schaltungen von swei Varianten des integrierten Stromkreises der Vorrichtung naoh Fig.l

Fig. 15 und 16 graghisohc Darstellungen von Charakteristiken der Variante naok Fig. 14

Fig. 17 Schaltung einer Variante des integrierten Stromkreises der Verriehtung naoh Flg. 1

Die in Flg. i, t und 3 dargestellte Vorrlohtugn besteht aus

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tinea Elnkrletall-Halblelter 1, btieplelevaiat au« Silimi- «■ ▼·■ "p*-Tjrp. Dtr Einkristall 1 ist in Flg. 1 ohat tinea TtIl atlatr Diekf dargtattllt: dltatr wwrdt wtggelaaeen, «■ €1« DaratcllvBg Ib «inta tin*igtη Maaeeab sn trltiehttra. Auf stiatr obtrta Fläoh« wtiet d«r Elakrlatall 1 drei aeao~ krletalllne Zonen 1,3 and 4 tob W-Tjrp auf, dl« beispielsweise dnreh «in Dlffaelenevtrfahrtn trhMltlieh aind. DIt gt·- attriecht Farn jtdtr dtr drei lent η 1.3 and % 1st et vergt-StBtB, dass ait dit Anodtn und Kathodtn τβη drti Ftldelektrodcn alt laolitrttr Sttutrtltktrodt bildtn ktfnntn. Ib dltatr Vtlet bildtn dit Zantn 2 und 3 alt tintr tratta SttBtrtltktrodt 5 tintη trsttn Tranelator T₁ Alt Itntn 3 BBd % alt tlntr swtitta Sttntrtltktrtdt 6 bsw. tintr dritttn Eltktrod« 7, tiata svtltta Tranaieter T_& huv, tlBta dritttn Tranalator T_. Dit Xaolitmng dtr Sltktrodtn 5, € BBd 7 BBd dtr StBta E₉3 BBd % wird durch tint dttaat Schient 8, btiapitlawtiat ana Sillsinatxid, trrtloht. Dit Vorrichtung btaitat noch swti wtlttrt Eltktrtdtn 9 und 10_v dit dtn Tranalator T^ alt tintr Sptlatapananngaqatllt S₁ rtrbindtn.

DIt E^tktrodt 9 let alt dta Traaaietor T₁ übtr tintn Ktadtueator C₁ vtrbundtn, dtr tob ihr etlbet, von dtr Iaoliereehioht 8 und von dtr Sont 3 gebildet wird. Dit Eltktrodt 10 iat alt dta Traneietor T₁ durch dit Zoat 8 vtrbundtn, alt dtr alt einen Kontakt 11 bildet. Mit dta Traneietor T₂ let dia Elektrode 10 tfbtr tintη Kondtnaattr C_ft Ttrbnndtn, dtr ▼ob Ihr atlett, tob dtr Iaolitrung 4 und dtr Saat 4 gebildet wird. Dit Sttutrtltktrodtn 6 und 7 dtr Traneietortn T₈ BBd T, atthtn ait dtr font 3 bsrw. % la Kontakt, und Bwar aitttla dtr Kontaktt If und 13.

DIt Eltktrodtn 5 vad 10 aind an eint Eingangakltaat 14 bsw. 15 angtaohloaatn, die dasu beatiaat sind, alt tintr dit Sttutrepannung liefernden Quelle verbunden su werden. Die Eltktrodt 10 iat aueetrdta an eine der Auegangekltantn angeeehloesen, und swar an die Kleaat 16; dit andere Ausgangskleaae 17 let alt dtr Sltktrodt 7 verbundtn. Dtr Krietall 1 let durch einen nicht dargestellten Kontakt ait tinea geacihaaaen Punkt (Der Haaee) verbunden. Er kann auch In

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Bezug auf diesen gemeinsamen Punkt negativ polarisiert sein.

Wie ersichtlich ist, weist die Vorrichtung einen integrierten Stromkreis auf, d.h. einen aus einen einzigen Block, in diesen Fall den Einkristallblock 1, gebildeten Stromkreis.

Flg. k seigt das Schaltsohena des integrierten Stromkreises der Vorrichtung. Dieser Integrierte Stromkreis weist eine erungsohßLtung auf, die von den nit den kondensator C₁ und der Spannungsquelle S₁ in Reihe geschalteten Transistor T₁ gebildet wird. Die Spannungsquelle liefert eine periodische Spannung V in Fern von in einer Richtung wirkenden Rechteeklnpulsen. Die Steuerelektrode 5 des Transistors T₁ ist an eine der Eingangsklenneη 1% und 15» insbesondere an die Klesme 1%, angeschlossen, die dazu bestinnt sind, an eine die Steuerspannung liefernde Quelle V^ angeschlossen zu werden. Der integrierte Stronkreis weist ausserden ein Oberwellenfilter auf, das die Grundsohaltung nit den Ausgangs·" klennen 16 und 17 verbindet und das von den Transistoren T₈ und T- sowie von den Kondensator C₂ gebildet wird. Die Tranaistoren Tn und T- sind einander entgegengesetzt und so geschaltet, dass sie j« einen Zweipol bilden, d.h. dass sie eine Charakteristik ähnlich der einer Diode aufweisen.

Die Transistoren der beschriebenen Schaltung sind Feldtransistoren nit isolierter Steuerelektrode. Ein derartiger Transistor ist in Fig. 7 and 8 dargestellt, und die Fig. 1 und 10 zeigen seine Arbeitskennlinien.

Vie ersiehtlioh, hat der Transistor eine Anode (Drain) A und eine Kathode (souroe) K, die von zwei nonokristallinen Halbleiterzonen von η-Typ gebildet werden, welche ein Einkristall von p-Typ aufweist. Die Steuerelektrode E ist von den beiden anderen Elektroden A und K durch eine Isolierschicht I getrennt, woher die Bezeichnung "isolierte Steuerelektrode" stannt. B und L bezeichnen die Breite bzw. die Länge des Kanals, d.h. des zwischen den beiden Zonen A und K liegenden Abschnittes des Einkristalls P.

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Wenn zwischen Kathode K und Anode A (Fig. 8) eine Gleichspannung V_Q und svisohen Kathode K und Steuerelektrode E eine Spannung Y_f angelegt wird, bildet sieh, sobald die letztere Spannung, auch "Sohwellenspannung" genannt, einen bestirnten Wert V_# (Fig.10) erreicht hat, unter der Isolierschicht I eine InVersionssone, die einen Stroe i fHessen lütt. Fig. 9 zeigt die Abhängigkeit des Stroaee i von der Spannung V für verschiedene Werte der Spannung V₀. Wie ersichtlich, gibt es von einen best is« ten Wert der Spannung V , insbesondere von de« Wert

an, für jeden Wert der Spannung V_- eine Sättigung des Stroaes i.

Der Sättigungsstroe eines gegebenen Transistors wird dvrch das folgende Verhältnis bestirnt:

worin K die Konstante ist, die von der Kapazität der Schicht I und von der effektiven Beweglichkeit der Ladungsträger der beeinflussten Inversionszone abhängig ist.

Fig. IO zeigt die Quadratwurzel des Sättigungsstroas ±_m als Funktion der Steuerspannung V

Bei einer Betrachtung des in Flg. h dargestellten Schemas kann festgestellt werden, dass es sich um «ine Spannungsverstärke rs tufe handelt, und dass die van de« Transistor T₁ , de« Kondensator C₁ und von der Spannungaqjuelle S₁ gebildete Sohaltung «ine SpamtangsverstärkergrwMUuaaltung sein auB. Diese Orundsohaltung, die gleichfalls einen Teil der Erfindung bildet, unterscheidet sioh von den bekannten duroh daa Fehlen von Widerständen und durch die Art der Speisespannung. Es ist soait zweokaässlg zu untersuchen, unter welchen Bedingungen ein solcher Stromkreis tatsächlich eine Spannungsverstärkerschaltung bildet.

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Es soll angenomen werden, daß V »Ο ist. FUr eine Eingangsspannung

f wo T die Periode der Spannung V_Q und K eine de« Ausdruck

K -4r (siehe weiter oben) gleiche Konstante ist, ist der Mittelwert der Spannung

V₁. - £_ - IJt . _v J

und für eine Eingangsspannung

^Ve" "

ΕΤΊΓ

ist dieser Hittelwert „ _V2_n

Ki _Λ V O

^1β 8K¹TvJ

^dVi»
Die Verstärkung 3» 1st aa größten für

^Ve

und ihr Vert ist

Ea ist offensichtlich, daß der Rückstro« der Üeergaagss·«« N-P, die von der lone 3 gebildet wird, welche gleichseitig die Anode des Transistors T₁ und eine Elektrode des Kondensators C₁
(siehe Fig. 1 «ad h) bildet, höchstens gleich

^Ci ^Vo

sein «us.

Für eine UBergaagssone alt einer OserflMohe το» »eispielsweise a ' 10~° c»², «ad falls ei« Sllial«akrlsta|l det wird, erhalt «aa für die··« lMekstr·· l«leht el«·«

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—ΙΟ —11 ^IHHi ·

Vert τοπ IO bis 10 A. Venn einerseits für die andere Elektrode des Kondensators C₁, die in diesen Fall von eines Teil Teil «er Elektrode 9 (Fig.l) und 3) gebildet wird, eine Oberfläche von iO" on und andererseits für die Isolierschicht 8, die in diesen Fall aus Siliciumoxid besteht (Fig. 1 und 3) eine Dicke ^fon 1000 Ä angenommen wird, erhält »an für den Kondensator C₁ eine Kapazität von etwa 0,035 pF. Unter Berücksichtigung des letzteren Vertes des ■ttokstroas und unter der Annahne, dass die Speisespannung V * 3V beträgt, kann die Periode T dieser Spannung höchstens 10**-' Sekunden sein.

Für den Transistor T. (Fig. 1, 7 und 8) kann für die Konstante K^f leicht ein Vert von 10~⁶ A/v² erreicht werden.

Unter Berücksichtigung obiger Verte ist die Verstärkung

100

Es 1st >u beachten, daß der naxinale Leistungsbedarf dieses Verstärkers bei 10~¹⁰ V liegt.

Fig. 6 seigt eine Variation der Fora der Ausgangsspannung V₁ in Abhängigkeit von der Eingangsspannung V , deren Variation in Fig. 5 dargestellt ist. VIe ersichtlich, ist V₁ für V₀»

Eine Rechteckspannung gleich V_#. Mit der Zunahne von V₀ verändert sich die Forn von V₁ wehr und nehr au einen Dreieck, dessen Basis nit der Zunahne von V_f kleiner wird.

Daraus geht hervor, daß die von den Transistor T₁, den Kondensator C₁ und der Spannungsquelle S₁ gebildete Schaltung tatsächlich eine Spannungsverstärkersohaltung ist. Ebenso ist ersiohtlioh, dafi die Realisierung einer derartigen Schaltung in Forn eines integrierten Stronkreises verhältnismäßig einfach ist, was bei einen Stronkrels nit Widerständen, der eine Verstärkung in gleichen Größenbereich bei gleichen Verbrauch erfahren soll, bei weiten nicht der Fall 1st.

Es ist xu benerken, daß die Speisespannung, die in vor-

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litfenden Fall eine Spannung in Fora «lncr leint von in einer Sichtung wirkenden Impulsen ist, auch eine Spannung In Fora einer in beiden Richtungen wirkenden Impulsfolge •owie auch eine sinusförmige Wechselspannung sein kann.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß das Problem der Integration durch die Konseption einer Spannungsverstärkergrundsohaltung, die nur einen Transistor und einen Kondensator aufweist und somit weder Widerstände noch Komplementärtransistoren hat, weitgehend vereinfacht wird. Die Realisierung einer derartigen Verstärkerschaltung wird durch die Verwendung einer periodischen Speisespannung ermöglicht.

Kur Herstellung der beschriebenen und dargestellten Vorrichtung kann beispielsweise das bekannte Verfahren der Photolithographie angewandt werden. Dieses Verfahren 1st darauf begründet, daß gewisse Substanzen durch Ultraviolettvor belichtung unlöslich gemacht werden können. Um die Zonen 2, 3 und % in den Einkristall 1 zu diffundieren, wird dessen Oberfläche zunächst oxidiert, sodann alt einer lichtempfindlichen Schicht bedeckt und dann durch ein Photonegativ hinduroh, das die Stellen verdeckt, an denen die Konen 2, 3 und h hergestellt werden sollen, bei Ultraviolettlioht belichtet. Die diese Stellen bedeckende Oxidschicht wird danach aufgelöst, um die Diffusion vorzunehmen.

Wenn diese beendet ist, wird die gesamte Oberfläche des Einkristalls erneut oxidiert, wemraf die Oxidschicht, wie oben erwähnt, von den Stellen entfernt wird, an denen die Kontakte 11, 12 und 13 erscheinen sollen. Um diese verschiedene Elektroden herzustellen, wird auf die gesamte Oberfläche eine Metallschicht aufgetragen, beispielsweise eine Aluminlumsohicht, die dann ebenfalls auf photolithographisohem Wege von den «Stellen, an denen sie nicht vorhanden sein darf, entfernt wird. Die Tatsache, daß die eine der Elektroden eines Kondensators von der

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Anode «ines Transistor« gebildet wird, «muglicht es, defl ■an nur ein« einslge aetallische Schicht aufzubringen hat, was dit Fertigung sehr vereinfacht.

Es ist xu bewcrken, daß es hei integrierten Stroakreisen oft sehr wichtig ist, die Wechselwirkung «wischen unterschiedlichen Elementen soweit wie attglich redusleren su kennen. So kann beispielsweise die Kopplung «wieoben den beiden einer Vechselspannung ausgesetzten Zonen eines Feldtransistors «it isolierter Elektrode und anderen Zonen des integrierten Stromkreises stark reduziert werden, indes die eine der Ionen alt der anderen des gleichen Transistors uageben wird, wie aus Flg. 11 und 12 ersiohtlicht ist. Andererseite, ua die eventuelle Bildung einer Inversionszone unter den Anschlüssen einer Steuerelektrode zu veraeiden, kann unter diesen Anschlüssen eine stark gedopte Sane, wie beispielsweise die Zone K in Flg. 11, in den Kristall diffundiert werden, die το« gleichen Typ wie dieser ist.

Der integrierte Stromkreis des Ausftfhrungsbe!spiele ist ein einfacher elektronischer Stroakreis, der aus einer Spannungsverstärkergrundschaltung und aus einem Filter besteht, doch versteht es sich von selbst, dass die Integrationeaugllchkeit dieser Orundsohaltung auch die Integration irgendeiner anderen, koaplislerteren elektronischen Schaltung zulMft, die als Grundschaltung diesen Sleaentarkrels verwendet. Die beschriebene Spannungsverstärkergrundsohaltung kann sur Bildung verschiedener elektronischer Sehaltungen

verwendet werden. 909835/0582

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Fig. 13 «igt da· Sohaltscheam eis·· "Set-Reset" genannte» 1iiatabil«n Multivibrators «1t awei SvamuragaverstMrkergrumd-•ohaltungtn T₁, C₁ bsw. T¹., C*^ , dit von der Spannuagaquellt S₁ gespeist werden. Jeder der beiden Kreise ist alt seinen Aasgang einerseits an eine Ausgangskleme 16* bsw. 16 und andererseits Über swei gegeneinander je ala ein Zweipol geschaltete Transistoren Tg, T_ bsw. T'₂, T^f_ _an

die Steuerelektrode eines Translators T^ bsw. T\ angeaohlossen, der Bit de« Transistor Tj bsw. T*. der andere» Verstärkerschaltung parallel geschaltet ist. Die beides gegeneinander gesehalteten Tranaletoren Tg» T- knr. T^f ₂» T*. bilden Mit der Eingangskapasität des Transistors T^f _% baw. T_% ein Filter.

Je naohdea, ob die Steuerspannang an den eingang "Sei" ader "Reset" gelegt wird, d.h. ab die Spannung V₉ oder V'_f aageleg« wird, nlvat die Sohaltung entweder dea einen ader anderen ihrer beiden stabilen luatände an.

Der beaokriebeme biatabile Multiribrator kanm leioht integriert werden, weil er nar Transistoren vom gIeleben Typ aawie Kondensatoren aufweist.

Flg. 1% aeigt daa Schaltbild einer Stufe einer Freeeentsfceileraohaltung alt swei SpannungsTerstttrkergruadachaltungea T₁ , C₁ und T'_t , C₁. Der Punkt II dar Schaltung T₁, C₁ ist einerseits über einen ala Zweipol gesehalteten Transistor T- und ein von T₂ » T. und C₈ gebildetes Filter an die Steuerelektrode elnea Tranaistora T*g und andererseita Über einem Tranaiator T₇ an Hasse gelegt. In gleleher We^te ist der Punkt II* der Sohaltung l'_% , C*_t einerseits über eines Tranaiator T_-- und ein von T*^, T¹- und C*₈ gebildetea Filter an die Steuerelektrode elaes Traaslsters T^ mbä andererseits über einen Traaaistor T^f- an Hasse gelegt. Die

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Speisespannung V₀ wird von der Quelle S₁ und die Steuerspannung V_ff von einer «weiten Quelle S₂ geliefert,

und swar über die Kondensatoren C. und C* .

Die beschriebene De«ultipllkat or schaltung arbeitet wie folgt:

Die Schaltung «uß so ausgelegt werden, daß das Verhältnis ]r- des aus de« Transistor Τ_Λ und de« Kondensator C, bsw. aus de« Transistor T'g und de« Kondensator C. bestehenden Sohaltungsko«plexes grtfßer ist als das gleiche Verhältnis das aus T₁ und C₁ 1
Schaltungskoaplcxe:

aus T₁ und C₁ bsw. aus T'_A und C₁ bestehenden

Bie Arbeitswelse wird von de« TZeitpunkt ausgehend beschrieben, wo der Kondensator C₂ geladen und der Kondensator C¹« entladen ist. Die Transistor T'g ist leitend und der Transistor Tg ist gesperrt. Es «u0 erwähnt werden, daß die von den Quellen S₁ und S„ gelieferten Spannungen V_e und Y_e i« vorliegenden Fall gleich sind.

Ein I«pul. der Spannung V₆ ^ _lafolgfd„_{Mn aech der}

Spannung V, bewirkt einen sehr kurzen Spannungsi«puls a« Punkt I', der den Transistor T^₁ für eine so kursc Zeit leitend «acht, daß der Kondensator C₁ praktisch keine Ladung erhält, so daß die Spannung V a« Punkt II^f erscheint. Gleichseitig erseheint die Spannung V a« Punkt I, weil der Transistor Tg nooh gesperrt ist, so da· der Transistor T₁ leitend geaacht und der Kondensator C₁ aufgeladen wird. Die Spannung a« Punkt II wird soalt gleich Mull. Andererseits wird der Transistor T- _{durCB dlf} ^ Punkt I erschienene Spannung ebenfalls leitend ge«aoht, was die verhältnismäßig langsave Entladung des Kondensators C₂ über den Transistor T₂ bewirkt. In der Zwisohenseit wird der Kondensator C₂ fiber die Transistoren T*^ and T¹^ verhältnis«äSig langsa« durch die Spannung a« Punkt II* aufgeladen.

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Durch dit Wirkung dc« alt einer Diodt vergleichbaren Transistor· T¹- bleibt der Kondensator C'„ solange aufgeladen, bis die positire Flanke des nächsten !■pulses der Spannung V die Schaltung wieder in Ihren Ausgangssustand rersetst.

Die Flg. 16a bis lon seigen die Spannung an verschiedenen Stellen des oben beschriebenen Stromkreises in Abhängigkeit ▼on der Steuerspannung V naoh Flg. 15· Daraus 1st ersichtlich, dafi die Frequenz der Ausgangsspannung (Fig. i6e bis 16h) sweiaal kleiner ist als die Eingangsfreauens (Flg.15). Es handelt sich also wirklich ua eine Frequcnsdcuultiplikatorstufe.

Bei der Ausftthrungsfora der beschriebenen Deaultipllkatorsehaltung werden die Stcuerspannung und die Speisespannung, die beide gleich sind, τοη swei voneinander unabhängigen SpannungsaueIlen S₁ und S₂ geliefert. Selbstverständlich kann aber auch nur eine einsige Spannungsquelle verwendet werden. Es ist offensichtlich, daß eine solche Schaltung auch ebensogut funktionieren kann, wenn es sich bei den beiden Spannungen ua sinusftfraige Spannungen oder ua Spannungen in Fora von anders geforaten Iapulsen handelt. Vegen des Yerhandenselns der Transistoren T- und T',. kann die Frequenz der Steuerspannung V verschieden sein, aber niedriger als die Frequens der Speisespannung V_p. In dieaea Fall handelt es sioh selbstverständlich ua eine Teilung der Spannung Y₉.

Fig. 17 selgt eine Variante der oben beschriebenen Spannungsveratärkergrundsohaltung. Vie daraus ersichtlich ist, liegt der Ausgang an der Steuerelektrode eines sweiten Transistors T₈, der alt einea dritten Transistor T„ In Reihe geschaltet ist, dessen Steuerelektrode an den Eingang der Sohaltung gelegt ist.
Sine eioiohspaannngsqusllo'S- speist die Transistoren T_n und T_a.

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S mit faande t es sich in Wirk ichkeit um zwei durch di« gleiche Eingangsspannung gesteuerte Verstärkerschaitungen. Die erste dieser Schalfn^besteht aus den Transistor T., de« Kmdensator C. und der Quelle S. , während die zweite Schaltung aus zwei Transistoren T,, und T_n und aus der Que'le S, besteht, wobei der erste Transistor T_}J der zweiten Schaltung, der die Ladung darstellt, durch die Ausgangsspannung der ersten Schaltung gesteuert wird.

Es ist Leicht zu erkennen, daß bei Feh en der Eingangsspannung V die Transistoren T. 1 und T~ gesperrt sind, während der Transistor T leitend ist, so daß die Auagangjspannung V erhält. Bei Vorhandensein einer ausreichenden Spannung V_- ist die Spannung V Null, weil der Transistor T₀ gesperrt ist und die Transistoren T, und T« leitend sind.

Daraus geht hervor, daß die Verstärkerschaltung bei dieser Variante nicht nur die Spannung, sondern auch die Leistung verstärkt.

Es euß noch bemerkt werden, daß die Gleichspannung»quelle S, auch durch eine Quelle ersetzt werden kann, die eine periodische Spannung liefert, wie z.B. die Quelle S. .

Es versteht sich, daß die Verstftrkergrundschaltung der vorstehend beschriebenen Variante zur Bildung der gleichen elektronischen Schaltungen wie die Grundschaltung nach Fig.* verwendet werden kann, d.h. von Schaltungen, die nur Transistoren von gleichen Typ sowie Kondensatoren aufweisen und die bei der erfindungsgeaäBen Vorrichtung verwendet wurden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Integrierter elektroniucher .itromkreis mit mindestens einem apannun^everstärkerelement» dadurch gekennzeichnet, daß dieser Verstärker von einem tfeldeffekt-üraneiator (2^) mit isolierter dteuer-(Gate)-^lektrode und einem Kondensator (G.) gebildet wird» die in üeihe mit einer üpannun&squelle (^₁) für eine periodische üpeiBespannung verbunden sind» wobei der Verbindungepunkt dee l'raneistors (I₁) und dee Kondensators (C.) den Ausgang des Verstärkers darstellt*

2. ^trornkreiß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zu dem Verstärker gehörenden Bauteile sämtliche Kondensatoren und ■!Transistoren desselben lieiturigstype sind.

3· Stromkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß alle Iraneistoren Feldeffekttransistoren mit isolierter ^teuer-(Gate)-iJlektrode sind·

4· otromkreia nach Anspruch 1 bis 5» dessen Transistoren und Kondensatoren auf «in und derselben Oberfläche eine« monokristallinen Halbleiterkörperβ auegebildet sind» dadurch gektnneeichnet, daß

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..θ Unterlagen. (Art / $ ι ^₀₃.₂ wr. l Satz 3 des Änderunesgua. v. 4.9.1967).

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die Anode and die Kathode dee daß öpannungsveratärkereletaent bildenden Tranelatore so angeordnet sind» daß sie gleichseitig die beiden Elektroden des Kondensatorβ dieses Verstärker« bilden«

5· btromkreia nach den Ansprüchen 1 bis 3» dessen Transistoren und Kondensatoren auf ein und derselben Oberfläche eines monokristallinen Halbleiterkörperβ auegebildet sind» dadurch gekennselchnet» d a i die beiden Elektroden des das üpannungsverstürkerelement bildenden Translators in der Weise angeordnet sindt dafl die eine wenigstens einen !Teil der anderen umgibt.

6. Stromkreis nach den Ansprüchen 1 bis 3» dessen Transistoren und Kondensatoren auf ein und derselben Oberfläche eines sonokrlstallinen Halbleiterkörperα ausgebildet sind» dadurch gekennzeichnet» dafl der Halbleiterkörper aof seiner die Transistoren und Kondensatoren tragenden Oberfläche mindesten· eine stärker als der fcest des Halbleiter körpers dotierte Zone aufweist» die gegenüber den Verbindungen der Steuerelektrode des Transistors des Spannung·Yerstärkereleraentβ angeordnet ist·

7· Stromkreis nach den Ansprächen 1 bis 3» g β k e η η seiohnet durch ein Tiefpaßfilter, das as

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Ausgang dee Spannungsversttirkerelements und von einem Zweipol gebildet wird» der aus svei !Translatoren (T₂, Ϊ-) gebildet wird und den Ausgang des upannun^everstärker elements überbrückt« sowie durch einen Kondensator (C₂), der «wischen den Ausgang des Zweipole und !fasse «wieehengesehaltet 1st.

8· iitromkreis naoh den Ansprüchen 1, 2, 5 und 7t der einen Spannung·-» und Leistungaverstärker bildet $ dadurch gekennaeicnnet, daß das äpannun&sverstärkerelement (!E₁» ^c-j) mit seinem Ausgaagspol mit der steuerelektrode eines ersten Transistors (Tg) verbunden ist» der selbst In Heihe mit eines zweiten Transistor (Tq) geschaltet ist» dessen steuerelektrode mit der des Transistors (T-) des iipannungsverstärkerelements (I₁, C₁) verbunden 1st» wobei der erste und der eweite Transistor entweder mit der öpannungsquelle (S₁) fUr die periodische Speisespannung aur speisung des üpannungsverstärkerelements (T₁, C₁) oder alt einer Spannungequelle für tine kontinuierliche äpeisespannung verbindbar sind.

9· ätroiakrels nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 7t der einen J?lip~£lop-KreiB darstellt, dadurch gekennzeichnet, dafl er zwei je alt einem Tiefpaßfilter verbundene äpannun&sverstärkerelemente (T»» ^3» ²V' ^T3*^ •ttthält, wobei der Ausgang des mit einem der

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Spannungsverstärkerelemente verbundenen Hlters mit der steuerelektrode eines Transistors (T.; T.¹) parallel xu des Transistor des anderen spannungaverstärkereleraent· verbunden ist·

10. Stromkreis nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 7» der einen Frequenzteiler bildit, dadurch gekennzeichnet, daß er ein erste» Paar üpannungsverstärkerelemente (T₁, C₁J T₁', C₁ ¹) enthält» mit deren Auegängen je ein iraneistor als Zweipol (T,, Tc') und parallel ein anderer Transistor (2», T™^f) verbunden let, und deren Ausgänge Über ein I'iefpaßfilter (T₂, T,; T₂', IV) mit der steuerelektrode des Transistors (T₆'» T₆) eines öpannungsverstärkerelsments eines zweiten Paares von Verstärkern (Tg', C-'j Tg, C») verbunden sind» wobei der ausgang dieses Verstärkers einerseits mit der steuerelektrode des anderen Transistor· des ersten Verstärkerpaares (T₁, O₁J T₁ ¹, C₁') und andererseits mit der steuerelektrode des au dem Ausgang desselben Stromkreises parallel geschalteten Transistors verbunden 1st·

11. Stromkreis nach Anspruch 10, dadurch g e k e na~ aeichnet, d a S dl· beiden Spannungeverstärkerelementbcw. Traneistorpaar· (T₁, C₁; T₁', C₁'; '£5'» C₅ ¹; Tg₉ U,) von derselben impuls for migen oder periodischen spannung (V_§} S^) gespeist werden, deren Frequenz geteilt werden sollt

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