DE1762420C3

DE1762420C3 - Elektronischer Schalter mit Feldeffekttransistor

Info

Publication number: DE1762420C3
Application number: DE19681762420
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8019 Ebersberg Krause
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1968-06-14
Filing date: 1968-06-14
Publication date: 1975-08-14
Also published as: DE1762420A1; DE1762420B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schalter mit Feldeffekttransistor, bei dem die Drain-Source-Strecke im Weg eines zu schaltenden Signals liegt und die Summe aus dem Signal und einer Steuerspannung der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors zugeführt wird.

Bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors als elektronischer Schalter liegt die Source-Elektrode in den meisten Fällen nicht auf konstantem Potential, sondern ist mit der zu schaltenden Signalspannung beaufschlagt. Da nun für den leitenden, bzw. nicht leitenden Zustand des Feldeffekttransistors die Gate-Source-Spannung maßgeblich ist, so kann eine Steuerspannungsquelle, deren einer Pol auf festem Potential liegt, nicht ohne weiteres mit dem Gate verbunden werden, ohne daß der Schaltzustand des elektronischen Schalters von der Höhe der Signalspannung abhängig ist. Deshalb wird der Gate-Elektrode die Summe aus der Steuerspannung und der Signalspannung zugeführt.

Wird ein derartiger, elektronischer Schalter mit einer impulsförmigen Steuerspannung angesteuert, so ergibt sich die Möglichkeit, in die Zuführung der Steuerspannung einen Übertrager einzuschalten. Der Primärwicklung dieses Übertragers wird dann die Steuerspannung zugeführt, während die Enden der Sekundärwicklung mit der Source-Elektrode und der Gate-Elektrode verbunden sind. Diese Schaltungsanordnung ist jedoch nicht brauchbar für Steuergleichspannung und für Steuerspannungen, die ein breitbandiges Frequenzspektrum aufweisen.

Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung wird die Steuerspannung über einen Widerstand der Gate-Elektrode zugeführt. Diese Schaltungsanordnung eignet sich jedoch nur bei Verwendung von Sperrschichtfeldeffekttransistoren, wobei die Steuerspannung derart gewählt wird, daß praktisch unabhängig von der Größe der Signalspannung ein Steuerstrom fließt. Dieser Steuerstrom verursacht jedoch im Feldeffekttransistor einen Spannungsabfall, der in vielen Fällen unerwünscht ist. Um diesen S) nnungsabfall möglichst klein zu halten, wird der Widerstand sehr groß gewählt. Gebräuchliche Werte dieses Widerstandes liegen zwischen 100 kohm und 1 Mohm. Derartig hohe Widerstände verhindern aber kurze Schaltzeiten, auch wenn man ein·™ kleinen Kondensator parallel zum Widerstand schaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen elektronischen Schalter mit Feldeffekttransistor anzugeben, der in einem weiteren Frequenzbereich arbeitet, d.h. dessen Schaltzustände beliebig lang aufrecht erhalten werden können und dessen Schaltzeiten äußeret kurz sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anteil des Signals an der Summe aus dem Signal und der Steuerspannung über ein Halbleiterschaltungselement zur Gate-Elektrode geführt wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Steuerspannung über einen Widerstand und das Signal über eine Halbleiterdiode der Gate-Elektrode zugeführt werden. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Gate-Source-Spannung weitgehend unabhängig von der Größe des Signals ist, und daß der elektronische Schalter in einem weiten Frequenzbereich anwendbar ist. Ferner wird mit geringem Aufwand durch die Erfindung verhindert, daß bei Sperrschichtfeldeffekttransistoren ein Steuerstrom durch den Feldeffekttransistor fließt.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Von diesen zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem als Halbleiterschaltungselement eine Halbleiterdiode verwendet wird,

F i g. 2 eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung, bei der sowohl das Signal als auch die Steuerspannung über einen Transistor der Gate-Elektrode zugeführt werden,

F i g. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der die Signalspannung dem Emitter und die Steuerspannung der Basis eines Transistors zugeführt werden.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist mit 1 das Eingangsklemmpaar des elektronischen Schalters bezeichnet, an das das Signal angelegt wird, welches geschaltet am Ausgangsklemmenpaar 2 entnommen werden kann. Der Feldeffekttransistor 3 stellt die Verbindung zwischen

dem Eingangs- und dem Ausgangsklemmenpaar dar. Die Steuerspannung wird dem Klemmenpaar 4 zugeführt und gelangt von dort über den Widerstands zur Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors. Dur. h die Halbleiterdiode 6 wird erreicht, daß das Siaii.il 5 der Steuerspannung überlagert wird. Der Schaltzustand des Feldeffekttransistors 3 Nt dadurch praktisch unabhängig von der Größe Jl-, Signals am Kiem.iiienpaar 1, wobei jedoch unausgesetzt wird, daß die Steuerspannung tür den ieitenden Zustand des Feldeffekttransistors 3 stets positiver als das Signal ist. Die Halbleiterdiode 6 ist in Bezug auf ihre Durchlaßkenniinic derart ausgewählt, daß für den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors 3 die Gate-Source-Spannung nicht größer wird, als diejenige Spannung, bei der Steuerstrom durch den Feldeffekttransistor zu fließen beginnt.

Soll die Schaltungsanordnung nacn Fig. 1 auch für schnelles Schalten geeignet sein, so darf der Widerstand 5 nicht allzu groß gewählt werden. Eventucll ist es vorteilhaft, ihn durch einen Kondensator? zu überbrücken. Durch den Strom, der im Falle des leitenden Zustands des Feldeffekttransistrors 3 durch den Widerstand 5-und die Diode 6 zur Quelle des Signals fließt, wird letztere zusätzlich belastet. Eine Schaltungsanordnung, bei der diese Belastung gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verringert wird, zeigt Fig. 2.

Wie bei der Schaltungsanordnung nach M g. 1 wird in Fig. 2 die Steuerspannung über den Widerstand 5 der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 3 zugeführt. Das Signal jedoch wird über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8 und über die Diode 6 zur Gate-Elektrode geleitet. Der Transistor 8 ist zusammen mit dem Widerstands als Impedanzwandler geschaltet und erhält seine Betriebsspannung über den Schaltpunkt 10. Der Größte Teil des Stroms durch die Diode wird somit zum Schaltungspunkt 10 geleitet, und nur ein geringer um die Stromverstärkung des Transistors verminderter Teil dieses Stmnies fließt in die Signalquelle 1.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 erfolgt lie Bildung der Summe aus dem Signal und der Steuerspannung mit Hilfe der Widerstände 11 und 12, sowie der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 13. Die Basis des Transistors liegt auf festem Potential, beispielsweise +3 Volt, und der Kollektor des Transistors 13 ist einerseits mit df-r Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 3 und andererseits über den Widerstand 14 und den Schaltungspunkt 15 mit einer Betriebsspannungsquelle von beispielsweise - 12 Volt verbunden. Die Widerstände 11. 12 und 14 haben vorzugsweise gleiche Widerstandswerte.

Soll der elektronische Schalter leitend sein, so wird an die Klemme 4 eine Steuerspannung angelegt, die bei den genannten Beispielen für die Basisspannung und die Betriebsspannung etwa · 12 Volt beträgt. Die Signalspannung wird dann mit gleichbleibender Amplitude und ohne Phasendrehung zur Gate-Elektrode übertragen, so daß der Feldeffekttransistor 3 unabhängig von der Größe der Signalspannung leitend ist.

Zur Sperrung des elektronischen Schalters wird an das Klemmenpaar 4 eine Spannung angelegt, die kleiner als etwa +4 Volt ist. Die Gate-Elektrode erhält dann über den Schaltungspunkt 15 und den Widerstand 14 eine starke negative Spannung, da der Transistor 13 gesperrt ist.

Eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt Fig. 4. Hierbei wird wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 die Signalspannung über einen Widerstand 21 dem Emitter eines Transistors 16 zugeführt. Die Spannung der Gate-Elektrode wird dem Kollektor des Transistors 16 entnommen, der über den Widerstand 19 mit einer negativen Betriebsspannung verbunden ist. Der Widerstand 12 bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 dient einerseits da/u, die Belastung der Signalspannungsquclle zu begrenzen und andererseits sicherzustellen, daß das Signal mit seiner ursprünglichen Amplitude zur Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors gelangt. Die gleichen Aufgaben nimmt bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 der Widerstand 21 wahr, jedoch kann dieser auch entfallen. Da der Widerstand 17, über den die Steuerspannung4 zugeführt wird, bei dieser Schaltungsanordnung als Gegenkopplung in Bezug auf die Signalspannung dient. Dadurch wird sowohl die Verstärkung des Transistors 16 herabgesetzt, als auch der Eingangswiderstand für die Signalspannung erhöht. Um schnelles Schalten zu gewährleisten, kann der Widerstand 17 durch einen Kondensator 18, der dem Abfall der hohen Frequenzen an dem Widerstand 17 entgegenwirkt, überbrückt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Schalter mit Feldeffekttransistor, bei dem die Drain-Source-Strecke im Weg eines zu schaltenden Signals liegt,, und die Summe aus dem Signal und einer Steuerspannung der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Signals an der Summe aus dem Signa! und der Steuerspannung über ein Halbleiterschaltungselement zur Gate-Elektrode geführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung über einen Widerstand und das Signal über eine Halbleiterdiode der Gate-Elektrode zugeführt werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung ao und das Signal über je einen Widerstand dem Emitter eines Transistors zugeführt werden, daß die Basis des Transistors auf festem Fotential liegt, und dah der Kollektor des Transistors einerseits mit der Gate-Elektrode des Feldeffekt- as transistors und andererseits über einen Widerstand mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Halbleiterdiode über einen als Impedanzwandler geschalteten Transistor zugeführt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal dem Emitter eines Transistors (16) und die Steuerspannung über einen Widerstand (17) der Basis des 1 ransistors zugeführt werden, und daß der Kollektor des Transistors (16) einerseits mil der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors (3) und andererseits über einen Widerstand (19) mit einer negativen Betriebsspannungsquelle verbunden ist.