DE1762009B2

DE1762009B2 - Schaltungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten transistor

Info

Publication number: DE1762009B2
Application number: DE19681762009
Authority: DE
Inventors: Jacobus Johannes; Hermens Theodoor George Frederik; Nijmegen Rongen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-04-08
Filing date: 1968-03-21
Publication date: 1976-01-29
Also published as: GB1176786A; SE350667B; AT283445B; NL6705024A; CH476421A; DK119416B; DE1762009A1; ES352484A1; FR1559499A; US3497821A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten Transistor, bei der eine Ausgangselektrode, insbesondere der Kollektor, des ersten Transistors über ein Kopplungsglied mit einem bedeutend höheren Gleichstrom- als Wechselstromwiderstand mit einer Eingangselektrode, insbesondere der Basis, des zweiten Transistors verbunden ist. In bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art wird beispielsweise eine Zener-Diode als Kopplungsglied verwendet, wodurch die verhältnismäßig hohe Gleichspannung am Kollektor des ersten Transistors auf die verhältnismäßig niedrige Gleichspannung an der Basis des zweiten Transistors zurückgebracht wird, ohne daß dabei die am Kollektor des ersten Transistors erzeugte Wechselspannung beeinträchtigt wird. Statt einer derartigen Zener-Diode wird es in der integrierten Schaltungstechnik üblich, als Kopplungsglied die Reihenschaltung aus einer Anzahl in Durchlaßrichtung polarisierter Dioden zu verwenden, deren innere Schwellenspannung wieder zu einer Gleichspannungsüberbrückung des Kollektors des ersten Transistors zur Basis des zweiten führt, während jedoch das ganze Wechselspannungssignal am Kollektor des ersten Transistors der Basis des zweiten Transistors zur Verfügung kommt.

Es ist an sich für Temperaturausgleichszwecke bekannt, eine derartige Reihenschaltung aus in Durchlaßrichtung polarisierten Gleichrichtern durch einen Hilfstransistor zu ersetzen, dessen Kollektor-Emitterstrecke durch einen Spannungsteiler überbrückt wird, dessen zwischen der Basis und dem Emitter liegender Teil eine Impedanz aufweist, der gegenüber dem Basiseingangswiderstand des Hilfstransistors klein ist. Würde man diese zu einem anderen Zweck bekannte !Ersetzung der Reihenschaltung aus einer Anzahl Dioden als Kopplungsglied im obenbeschriebenen Verstärker anwenden, so würde dies zu unbefriedigenden Ergebnissen führen, wie es sich aus dem nachfolgenden herausstellen wird.

Die Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß das Kopplungsglied die Reihenschaltung zweier Widerstände enthält, von denen der zweite durch die Basis-Emitterstrecke eines Hilfstransistors überbrückt ist, und sein Wert kleiner ist als der Basiseingangswiderstand dieses Hilfstransistors, wobei der Kollektor des Hilfstransistors derart mit einer Speisespannungsklemme verbunden ist, daß der Kollektorstrom des Hilfstransistors eine in den Kreis der Ausgangselek-Irode des ersten Transistors geschaltete Impedanz nicht durchfließt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 ein erfindungsgemäßes Schaltbild,

F i g. 2 und 3 ein Bild des Zusammenbaus der integrierten Schaltung.

F i g. 1 zeigt in vereinfachter Form das Schaltbild eines Verstärkers, wie dieser in der integrierten Schal-Hungstechnik auf einem einzigen Halbleiterelement

realisierbar ist. Der Verstärker enthält einen ersten Transistor 1 und einem zweiten Transistor 2, die mittels eines Kopplungsgliedes mit den Schaltelementen 3, 4 und 5 in Kaskade geschaltet sind; dieses Kopplungsglied verbindet dabti den Kollektor des Transistors 1 mit der Basis des Transistors 2 und weist einen beträchtlich höheren Gleichstrom- als Wechselstromwiderstand auf.

Nach der Erfindung besteht das erwähnte Kopplungsglied aus der Reihenschaltung aus zwei Widerständen 3 und 4, wobei der Widerstand 4 durch die Basis-Emitterstreike eines Hilfstransistofs 5 überbrückt ist, und sein Wert kleiner ist als der Basiseingangswiderstand dieses Hilfstransistors. Denkt man sich zunächst den Kollektor des Transistors 5 nicht, wie es durch die gezogene Linie dargestellt ist, mit der Spciseklemme 6, sondern wie es gestrichelt dargestellt ist, mit dem Kollektor des Transistors 1 verbunden, so ist die Wirkungsweise des Kopplungsgliedes 3, 4, 5 wie folgt:

F₀ sei die innere Emitter-Basis-Schwellenspannung des Transistors 5 (das ist die Spannung, über welche die extern zwischen die Basis- und den Emitter angelegte Spannung am Transistor 5 hinaussteigen muß, damit dieser Transistor leitend wird), so wird sich der Gleichspannungsabfall an den Widerständen 3, 4 auf einen Wert nV₀ einstellen, wobei η das Verhältnis zwischen der Summe der Widerstände 3 und 4 und dem Widerstand 4 allein darstellt. Sobald nämlich diese Spannung den Wert πT₀ übersteigen will, wird mit Rücksicht auf die obenerwähnte Dimensionierungsbedingung für den Widerstand 4 die Spannung an diesem Widerstand den Wert K₀ übersteigen wollen, was zur Folge hat, daß der Transistor 5 leitend wild und ein Strom durch den Kollektorwidcrstand oder die Kollektorimpedanz 7 des Transistors 1 bzw. durch den Basiseingang des Transistors 2 fließt, welcher Strom einen höheren Spannungsabfall an dieser Impedanz 7 bzw. an dieser Basis erzeugt und dadurch die Neigung aufweist, der obenerwähnten Spannungssteigerung Einhalt zu gebieten. Zwischen dem Kollektor des Transistors 1 und der Basis des Transistors 2 wird in dieser Weise ein Gleichspannungsabfall erzeugt, der dem Wert nV₀ praktisch gleich ist, während dennoch Wechsclspannungen am Kollektor des Transistors 1 derartige Stromänderungen im Transistor 5 hervorrufen, daß diese Wechselspannungen nahezu ungeschwächt an die Basis des Transistors 2 gelangen.

Die gestrichelt dargestellte Verbindung weist jedoch den Nachteil auf, daß der Gleichstrom des Hilfstransistors 5 völlig durch den Widerstand 7 fließt. Da der Strom durch den Transistor 5 groß genug sein muß, um seinen Wechselstromwiderstand klein genug zu machen, kann dieser Strom für den Kollektorwiderstand 7 des Transistors 1 eine zu große Gleichstrombelastung bedeuten, wodurch der Aussteuerbereich des Transistors 1 herabgesetzt wird Um dies zu vermeiden ist nach der Erfindung der Kollektor des Transistors 5 mit der Spciseklemme 6 verbunden, und zwar derart, daß sein Strom um den Kollektorwiderstand oder die Kollektorimpedan/ 7 des Transistors 1 herumfließt. Steigt nun wieder die Spannung an den Widerständen 3, 4 über den Wert nV₀, so wird dadurch ein Strom durch den Transistor 5 zu fließen anfangen, der zwar nicht mehr einen (unerwünschten) Spannungsabfall am Widerstand oder an der Impedanz 7, sondern wohl eine Spannungsänderung an der Basis des Transistors 2 zur Folge hat, in dem Sinne, daß dieser Steigung der Spannung an den Widerständen 3, 4 über den Wert «l'_ft Einhalt geboten wird. Dies geht dahin, daß die Wechselspannung am Koiiekior des Tianbisiors 1 praktisch völlig an die Basis des Transistors 2 übertragen wird, ohne daß der Kollektorkreis des Transistors 1 zusätzlich belastet wird.

Damit der zusätzliche Gleichstrom nicht völlig

ίο durch die Basis des Transistors 2 fließt, kann ein Zusatzwiderstand 8 zwischen der Basis und dem Emitter dieses Transistors angeordnet sein.

Der erste und zweite Transistors und das Kopplungsglied können in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sein, wobei die Schaltelemente in Oberflächenzonen, Inseln genannt, des einen Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, die in einem Teil entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps des Halbleiterkörpers eingebettet sind. Die zwei in Reihe geschaiieten Widerstände und der Hilfstransistors des Kopplungsgliedes können dabei einfach in einer gleichen Insel angeordnet sein.

F i g. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht einer derartigen Insel 1, in der das Kopplungsglied angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch die Insel 1 gemäß der Linie IV-IV in F i g. 2.

Die Insel 31 ist beispielsweise η-leitend und in einem nicht näher angedeuteten p-leitenden Teil 32 des Halbleiterkörpers eingebettet.

Dci Hilfstransistor 5 in F i g. 1 enthält eine n-leitcnde Emitterzone 33 und eine p-leitende Basiszone 34. Der die Basiszone 34 umgebende Teil der η-leitenden Insel 31 bildet die Kollektorzone des Hilfstransistors 5.

Die in Reihe geschalteten Widerstände bestehen aus den p-leitenden Zonen 35 und 36.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die zwei in Reihe geschalteten Widerstände 3 bzw. 4 der F i g. 1 aus Oberflächenzonen 35 bzw. 36 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (p-leitend), die sich an die Basiszone 34 anschließen, wodurch die Basiszone 34 mit den Widerständen 35 und 36 nur eine Zone 34, 35, 36 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bildet.

Damit ist eine besonders einfache und zweckdienliche Struktur des Kopplungsgliedes erhalten. Der niedrige Wert des Widerstandes 4 in F i g. 1 führt da bei zum räumlich innerhalb der Insel 31 leich: anzuordnenden Widerstand 36, während auch der dem Widerstand 3 entsprechende meanderförmige Widerstand 35 verhältnismäßig wenig Raum beansprucht. Eine derartige Struktur ist für all denjenigen Fällen außerordentlich geeignet, in denen ein sich als Zener-Diode verhaltendes Kopplungsglied gewünscht wird.

Weiter ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die in den Kollektorkreis des ersten Transistors 1 geschaltete Impedanz 7 als Oberflächenzone in derselben Insel 31 angeordnet.

Auf eine in der Halbleitertechnik übliche Weise ist die Insel 31 mit einer Isolierschicht 38, beispielsweise aus Siliziumoxid, bedeckt. In Fig. 3 ist die Isolierschicht 38 durchsichtig gedacht, wodurch die darunterliegenden Zonen sichtbar sind. Diese Zonen können auf eine in der Halblcitertcchnik übliche Weise mit Hilfe von Photomaskierungstechniken und Diffusionsbehandlungen erhalten worden sein.

Auf der Isolierschicht 38 sind, mit gestrichelten Linien angedeutete, beispielsweise aus Aluminium-

schichten bestehende Leiterspuren, angeordnet, die über öffnungen in der Isolierschicht, in F i g. 3 schraffiert dargestellt, mit Zonen im Halbleiterkörper verbunden sind.

Die Leiterspur 45 verbindet über die Öffnungen 39 und 40 die Emitterzone 33 mit dem Widerstand 36. Diese Spur 45 ist zugleich mit der Basis des nicht dargestellten zweiten Transistors verbunden, der in einer anderen Insel liegt.

Die Spur 46 verbindet über die Öffnungen 41 und 42 den Widerstand 35 mit der Impedanz 37. Diese Spur bildet außerdem die Verbindung mit der Kollektorzone des nicht dargestellten ersten Transistors, der ebenfalls in einer anderen Insel liegt.

Die Spur 47 verbindet über die Öffnungen 43 unc 44 die Impedanz 37 mit der Kollektorzone 31 de; Hilfstransistors 5. Diese Spur kann weiter mit eine Speiseklemme verbunden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten Transistor, bei der eine Ausgangselektrode, insbesondere der Kollektor des ersten Transistors über ein Kopplungsglied mit einem bedeutend höheren Gleichstron?- als Wechselstromwiderstand mit einer Eingangselektrode, insbesondere der Basis des zweiten Transistors, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsglied die Reihenschaltung zweier Widerstände (3, 4) enthält, von denen der xweite (4) durch die Basis-Emitter-Strecke eines HilfstransiEtors (5) überbrückt ist und sein Wert kleiner ist als der Basiseingangswiderstand dieses Hilfstransistors, wobei der Kollektor des Hilfstransistors derart mit einer Speisespannungsklemme (6) verbunden ist, daß der Kollektorstrom des Hilfstransistors eine in den Kreis der Ausgangselektrode des ersten Transistors (1) geschaltete Impedanz (7) nicht durchfließt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Transistor und das Kopplungsglied in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind, wobei die Schaltelemente in Oberflächenzonen, Inseln genannt, des einen Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, die in einem Teil entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps des Halbleiterkörpers eingebettet sind und wobei die zwei in Reihe geschalteten Widerstände und der Hilfstransistor des Kopplungsgliedes in einer gleichen Insel angeordnet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei in Reihe geschalteten Widerstände aus in derselben Insel wie der Hilfstransistor eingebetteten Oberflächen-Eonen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestehen, die sich an die Basiszone des Hilfstransistors anschließen, wodurch diese Basiszone mit den Widerständen nur eine Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp;; bildet.

4. Schallungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kollektorkreis des ersten Transistors geschaltete Impedanz und das Kopplungsglied in derselben Insel angeordnet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in integrierter Halbleiter-Schaltungstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente in Oberflächenzonen, Inseln genannt, des einen Leitfähigkeitstyps angeordnet j>ind, die in einem Teil entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps des Halbleiterkörpers eingebettet sind und wobei die zwei in Reihe geschalteten Widerstände und der Hilfstransistor des Kopplungsgliedes in einer gleichen Insel angeordnet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei in Reihe geschalteten Widerstände aus einer in derselben Insel wie der Hilfstransistor eingebetteten Oberflächenzone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bestehen, die sich an die Basiszone des HiI fstransistors anschließen, wodurch diese Basiszone mit den Widerständen nur eine Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bildet.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in derselben Insel zugleich ein als Kollektorwiderstand für den ersten Transistor ir. Anspruch 1 geeigneter Widerstand angeordnet ist.