DE1772668A1

DE1772668A1 - Schalteranordnung fuer elektronische Musikinstrumente

Info

Publication number: DE1772668A1
Application number: DE19681772668
Authority: DE
Inventors: Tsugio Makimoto; Yuichi Teranishi; Tuguyuki Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1967-06-19
Filing date: 1968-06-18
Publication date: 1972-01-13
Also published as: US3500140A; NL6808548A; FR1569311A; GB1220272A; DE1772668B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteranordnung mit einem halbleitenden Substrat, das zwei elektrisch gegeneinander isolierte halbleitende Bereiche, von denen der erste als gemeinsame Kollektorzone für eine erste Gruppe von Transistoren und der zweite als gemeinsame Kollektorzone für eine zweite Gruppe von Transistoren dient, mehrere Anschlüsse für die Zuführung von EingangsSignalen und eine Lastimpedanz enthält, und führt zu einer miniaturisierten Schalteranordnung für den Einsatz bei einem elektronischen Musikinstrument od. dgl.

Im allgemeinen besteht die übliche Praxis bei einem elektronischen Musikinstrument wie z. B. einer elektronischen Orgel darin, eine in einer Klaviatur angeordnete Taste niederzudrücken und so eine elektrisch mit der Taste verbundene Schalteranordnung zu betätigen, um damit ein Tonsignal mit einer gewünschten Tonhöhe aus dem Ausgangssignal eines Tongenerators auszuwählen, der eine Mehrzahl von Tonsignalen erzeugen kann.

Entsprechend der üblichen Schaltungstechnik weist eine solche Schalteranordnung eine Anzahl von Tastenschaltern und eine entsprechende Anzahl von Torschaltungen auf. Jede der Torschaltungen ist mit einem RG-Zeitglied zusaramengüschaLtet, um einen stetigen Dämpfungaeffekt oder Halteeffekt

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BAD ORIGINAL

fUr das Ausgangssignal der Schalteranordnung zu erzielen. Durch das Schalten eines der Tastenschalter wird ein Tor der Torschaltungen umgelegt, und man erhält an einem Paar von Ausgangsklemmen der Schaltung das gewünschte Tonsignal. Das von dem Tongenerator erzeugte Tonsignal stellt ein rechteckiges elektrisches Signal mit einer vorgeschriebenen Frequenz dar, das nach der Auswahl durch die oben beschriebene Schalteranordnung entsprechend dem Villen des Spielers des Musikinstrumentes durch eine Filteranordnung hindurchgeht oder sich mit einem anderen Tonsignal mischt, und wird wie ein Ton behandelt, der dem eines üblichen Musikinstrumentes entspricht. Das in dieser Weise in seiner Wellenform behandelte Signal wird schließlich durch einen Verstärker verstärkt und einem elektroakustischer! Wandler wie z. B. einem Lautsprecher zugeführt und so erhält man schließlich einen gewünschten Ton des Musikinstrumentes.

Die Schalteranordnung spielt daher eine wichtige Rolle bei einer elektronischen Orgel und muß daher hohen Zuverlässigkeitsansprüchen genügen. Außerdem ist es wünschenswert, daß die Schalteranordnung räumlich klein und leicht in Massenfertigung herzustellen ist, da zu einer elektronischen Orgel eine große Anzahl von Torschaltungen gehört.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen Schalteranordnung mit gutem elektrischen Verhalten, die insbesondere insoweit verbessert ist, als sie eine Verringerung des Lecksignales bei Nichtbetätigung erbringt, sich außerdem als Halbleiterkörper in integrierter Schaltungstechnik bauen läßt, wobei ein Festkörperschalter hoher Zuverlässigkeit mit Torschaltungen und aus-

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gezeichnetem Verhalten beim Einsatz in einem elektronischen Musikinstrument entstehen soll, der sich durch geringe Abmessungen und eine leichte Massenfertigung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Schalteranordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Emitterzonen der Transistoren der ersten Gruppe jeweils mit den Basiszonen der Transistoren der zweiten Gruppe verbunden sind, daß die Anschlüsse für die Zuführung der Eingangssignale so geschaltet sind, daß jede Basiszone der Transistoren der ersten Gruppe ein eigenes Signal zugeführt erhält, und daß die Lastimpedanz zwischen die beiden halbleitenden Bereiche eingeschaltet ist.

Bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schalteranordnung besitzt diese einen Halbleiterkörper mit einem ersten und einem zweiten halbleitenden Bereich, die elektrisch voneinander getrennt in einer der Hauptflächen des Halbleiterkörpers liegen. Dabei gibt es in dem ersten halbleitenden Bereich eine Mehrzahl von ersten Transistoren mit gemeinsamer Kollektorzone und in dem zweiten halbleitenden Bereich eine gleiche Anzahl von zweiten Transistoren mit ebenfalls gemeinsamer Kollektorzone. Außerdem sind die Emitterzonen der ersten Transistoren mit den entsprechenden Basiszonen der zweiten Transistoren über erste Leitungen verbunden. An die Basiszonen der ersten Transistoren sind Eingangsleitunken angeschlossen und an die gemeinsame Kollektorzone dieser ersten Transistoren zweite Leitungen, die diese Zone auf ein Bezugspotential liegen. An die Emitterzonen der ersten und der zweiten Transistoren sind dritte Leiter angeschlossen, die sie mit Schaltungselementen verbinden,

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die ihnen eine Vorspannung aufprägen. Die gemeinsame Kollektorzone der zweiten Transistoren schließlich ist über vierte Leitungen mit einem Lastwiderstand verbunden. Die Schaltelemente für die Zuführung der Vorspannung zu den Emitterzonen der ersten und der zweiten Transistoren bestehen aus Schaltern, einem Zeitglied und einer Spannungsquelle. Sind diese Schalter offen, so erhält die pn-Sperrschicht zwischen der Emitterzone und der Basiszone der ersten Transistoren eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung, und die zweiten Transistoren werden so vorgespannt, daß ihre Verstärkung zu Null wird. Sind die Schalter dagegen geschlossen, so erhält die pn-Sperrschicht zwischen der Emitterzone und der Basiszone der ersten Transistoren eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung, und die zweiten Transistoren werden so vorgespannt, daß sie eine vorgegebene Verstärkung aufweisen . Das Zeitglied verzögert beim Umschalten der Schalter vom geschlossenen in den offenen Zustand den Übergang der Vorspannung für die Emitterzonen der ereten und der zweiten Transistoren um eine vorgegebene Übergangsperiode, deren Dauer von einer vorgebbaren Zeitkonstante abhängt. Auf diese Weise erhält man an dem Lastwiderstand entsprechend der Betätigung der Schalter ein gewünschtes Ausgangssignal.

Die oben erwähnten und andere Ziele und Merkmale der Erfindung lassen sich noch deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung ersehen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, das eine in einer Schalteranordnung der bisher für elektronische Musikinstrumente üblichen Art enthaltene Torschaltung zeigt;

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Fig. 2, 3a bis 3c und 4 jeweils Schaltbilder, die Torschaltungen veranschaulichen, wie sie in einer Ausführungsform der Erfindung Verwendung finden, und

Fig. 5a bis 5d und Fig. 6 eine in integrierter Schaltungstechnik aufgebaute Schalteranordnung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fig. 5a bis 5b Querschnitte durch den Halbleiterkörper in verschiedenen Fertigungsschritten darstellen, die Fig. 6 eine Aufsicht auf den Halbleiterkörper mit der vollständigen erfindungsgemäßen Schalteranordnung ist und die Schnittfiihrung in Fig. 5d entlang

der Linie V,-V, in Fig. 6 verläuft, ad

In Fig. 1 ist eine zum bisherigen Stand der Technik gehörige Schalteranordnung unter Verwendung einer Halbleiteranordnung dargestellt, die eine aus einer Spannungsquelle V , einem Transistor T₁, Vorspannungswiderständen

Cl 1

R und R_?, einem Lastwiderstand R_ und einem Emitterwiderstand Ri bestehende Torschaltung 2 und eine aus einem Widerstand R_, einem Tastenschalter K, einer Spannungsquelle V „ und einem Zeitglied mit einem Kondensator C₁ und einem

C *£ 1

Widerstand R^ für die Erzielung des Halteeffektes bestehende Schaltung 1 zur Erzeugung eines Steuersignals bzw. zur Steuerung der Vorspannungen aufweist.

In Fig. 1 wird der Transistor T₁ in Emitterschaltung betrieben. Die Signale eines Tongenerators S liegen ständig an der Basis B des Transistors T. an. Wenn es die Gegebenheiten verlangen, wird der unmittelbar mit der KIa-

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viatur verbundene Tastenschalter K geschlossen und läßt den Transistor T₁ leitend werden, wodurch an der Ausgangsklemme A ein gewünschtes Signal erscheint.

Bei einem elektronischen Musikinstrument gibt es nun eine der Größe der Klaviatur entsprechende, jedenfalls sehr große Anzahl derartiger Schalteranordnungen. Dadurch nehmen die beim Bau eines solchen Instrumentes erforderlichen Montage« und Lötvorgänge in großem Umfange zu. Außerdem nimmt die Anzahl der Montagestellen für jede Komponente zu, und damit vermindert sich die Betriebszuverlässigkeit des gesamten Musikinstrumentes entsprechend.

Es ist daher sehr wünschenswert, eine derartige Schalteranordnung als in integrierter Schaltungstechnik gefertigten Halbleiterkörper aufzubauen. Jedoch wird für die bekannte Schaltung bei ihrer Ausführung als in integrierter Schaltungstechnik aufgebauter Halbleiterkörper der von der Torschaltung 2 eingenommene Raun wegen der Höhe der Vorspannungswiderstände R₁ und R„ sehr groß. Insbesondere im Falle einer elektronischen Orgel muß jedoch eine sehr große, der Anzahl der Tasten entsprechende Anzahl von Torschaltungen in ein Halbleiterplättchen eingebaut werden, und daher sollte der von einer Torschaltung eingenommene Raum so klein sein wie möglich.

Außerdem verlangt eine als in Integrierter Schaltungstechnik aufgebauter Halbleiterkörper ausgeführte Schalteranordnung im Vergleich mit einer aus einzelnen Bauteilen zusammengesetzten Schalteranordnung eine höhere Betriebszuverlässigkeit. Nun wird jedoch bei der bekannten Schaltung die Rückwärts-Durchbruch-Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors sehr niedrig, so daß der

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Transistor zum Durchbruch neigt. Beispielsweise ist die Emitterspannung des Transistors T₁ in Fig. 1 bei offenem Tastenschalter K nahezu gleich +V „. Gleichzeitig ändert ein Eingangssignal von dem Tongenerator S das Potential an der Basis des Transistors T₁ zu Erdpotential, so daß zwischen Basis und Emitter dieses Transistors eine Spannung liegt, welche die Rückwärts-Durchbruch-Spannung überschreitet und daher einen Durchbruch des Transistors zur Folge hat.

Weiterhin verursacht bei der bekannten Schaltung die Kapazität C zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors T ein Leckausgangssignal, welches das Pegelverhältnis zwischen den Ausgangssignalen im Betrieb (bei geschlossenem Tastenschalter K) und im Ruhezustand (bei offenem Tastenschalter K) verringert. Es gelangt dann auch dann, wenn der Tastenschalter K nicht gedrückt ist, von dem Tongenerator S über die Kollektorkapazität C , ein Tonsignal an die Ausgangsstufe der gesamten Schaltung, d. h. an den Lautsprecher, und man hört auch ohne Spielen einer Taste ein Geräusch.

Als nächstes soll nun eine Ausführungsform der Erfin- " dung erläutert werden, aus der man ersehen kann, daß man eine in integrierter Schaltungstechnik aufgebaute Vorrichtung mit Erfolg einsetzen kann.

In Fig. 6 und in Fig. 5d, die einen Querschnitt entlang der Linie V,-V, in Fig. 6 zeigt, in dem gleiche Bezugszahlen gleiche Teile wie in Fig. 6 bezeichnen, ist eine in integrierter Schaltungstechnik aufgebaute Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In diesen beiden Figuren sind jeweils Teile der Schalteranordnung weggelassen.

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In Fig. 4, in der ebenfalls gleiche Bezugszahlen zur Bezeichnung gleicher Teile wie in Fig. 6 und 5d verwendet sind, ist die elektrische Verdrahtung der Schalteranordnung dargestellt, wobei der den Daxstellungen in Fig. 6 und 5d entsprechende Teil der Schaltung in Fig. 4 mit einer gestrichelten Linie 50 umrahmt ist.

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Wie diese Figuren zeigen, weist die Schalteranordnung einen Halbleiterkörper 50 von einem Leitfähigkeitstyp und einen ersten, einen zweiten und einen dritten halbleitenden Bereich 8, 9 und 10 von einem anderen Leitfähigkeitstyp auf. Die drei Bereiche 8, 9 und 10 sind von dem Halbleiterkörper 50 durch pn-Sperrschichten 100, 200 bzw. 300 elektrisch getrennt. Der erste Bereich 8 enthält acht Paare von Transistoren T₁₁ und T₁₂, T₉₁ und T₂₁, ·.· und Tg und Tg₂, d. h. insgesamt 16 Transistoren T₁₁, T₁ ... Tg und T₂, ^T22* *'* ^T82' ^die J^eweils paarweise zu Darlington-Schaltungen zusammengefügt sind. Der zweite Bereich 9 enthält acht Transistoren T₁^, T__, ... Tg„, die eine gemeinsame Kollektorzone aufweisen* Der dritte Bereich 10 enthält acht Widerstandsschichten 114, 124, ... 184. Die acht Transistoren T , T₁, ... Tg₁ sind jeweils an ihrer Basis mit Eingangsklemmen 1_, 2_D, ..· bzw. 8- verbunden. Durch Anschluß der beiden Enden der Widerstandsschichten 114, 124, ... 184 zwischen Basis und Emitter der Transistoren T₁-, T__ ... T_g_ entstehen Paare von Emitte» widerständen Kg_n und Hj₁₂, Rg₂₁ und

Etwa von den Mittelabschnitten der jeweiligen Widerstandsschichten aus sind Anschlüsse 1E, 2E, ... 8E nach außen geführt. Die Transistoren in dem ersten Bereich 8 bilden acht Darlington-Schaltungen, indem jeweils die Basis eines der Transistoren T₁ , T₃₁, ... T_g1 mit dem Emitter eines der Transistoren T₁₂, T₃₂, ... T_g2 verbunden ist.

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Die Kollektorzonen dieser Transistoren sind miteinander verbunden und gemeinsam zu einer Anschlußklemme C geführt, von wo aus sie über eine leiterähnliche Zone 151 mit niedrigem Widerstand geerdet werden. Die Kollektorzonen der acht Transistoren im zweiten Bereich 9 sind ebenfalls untereinander verbunden und zu einer Klemme C_ geführt, an der sie über eine leiterähnliche Zone 152 von geringem Widerstand mit einem Lastwiderstand R_T verbunden werden. Die Emitter der Transistoren T₁₂, T₂₂, ... Tg₂ sind jeweils über leitende Schichten mit der Basis eines ' der Transistoren T „, T_„, ... Tq„ verbunden. Auf diese Weise entstehen eine Mehrzahl von Transistorpaaren T₁₁ und T , T₂₁, T₂₃, ... Tg₁ und Tg„, die zu Darlington-Schaltungen zusammengefügt und deren Kollektoren voneinander getrennt sind. Als Gesamtergebnis gibt es dementsprechend acht Torschaltungen auf dem Halbleiterkörper 50, wie sie in Figo 4 durch die gestrichelte Linie 50a umrahmt sind.

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf die Fig. 5a bis 5d und Fig. 6 die Herstellung der erfindungsgemäßem Schalteranordnung i η der Reihenfolge der einzelnen Fertigungsstufen geschildert werden. Λ

Zunächst wird, wie in Fig. 5a dargestellt, ein Halbleiterkörper 50 als Unterlage vorbereitet. Dieser Halbleiterkörper 50 wird hergestellt, indem man mittels der Epitaxial-Technik auf einer Oberfläche eines Halbleiterplättchens 20 aus p"^leitendem Silizium von beispielsweise 200 /U Stärke eine Schicht 30 aus n⁺-leitendem Silizium mit einer Stärke von beispielsweise k /U und eine Schicht kO aus nleitendem Silizium mit einer Stärke von beispielsweise 10 /U aufwachsen läßt.

Als nächstes werden, wie in Fig. 5d dargestellt, un-

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ter Anwendung der Diffusionstechnik mit einem Film 18 aus Siliziumoxyd als selektive Maske in ausgewählten Abschnitten des Halbleiterkörpers 50 p-leitende Schichten 5» 6 und 7 ausgebildet. Auf diese Weise erhält man die n-leitenden Bereiche 8, 9 und 10, die durch pn-Sperrschichten 100, 200 und 300 elektrisch voneinander isoliert sind, wie man in Fig. 6 ersehen kann.

Als nächstes werden, wie in Fig. 5c dargestellt, unter Anwendung der Diffusionstechnik mit einem Film 18 aus Siliziumoxyd als selektiver Maske p-leitende Bereiche 111, 112 und 113 in den η-leitenden Bereichen 8 und 9 ausgebildet, die jeweils Basiszonen bilden, sowie ein p-leitender Bereich Ilk in dem η-leitenden Bereich 10 zur Bildung einer Widerstandsschicht· In diesem Fall wird die Anzahl der in dem Bereich 8 ausgebildeten p-leitenden Bereiche 111 durch die Anzahl der zu Darlington-Schaltungen vereinigten Transistoren in der Torschaltung und die Anzahl der Tasten bestimmt. Bei dieser Ausführung beträgt, wie die Figur zeigt, die Anzahl der miteinander zu einer Darlington-Schaltung vereinigten Transistoren zwei und die Anzahl der Tasten acht, so daß insgesamt 16 Transistoren in dem Bereich 8 ausgebildet werden. Die Anzahl der p-leitenden Bereiche 113» die in dem Bereich 9 ausgebildet werden, ist gleich der Anzahl der Torschaltungen, d. h. in dem vorliegenden Beispiel gleich acht·

Der in dem Bereich 10 gebildete Widerstandsbereich 1 16 dient zur Schaffung der Emitterwiderstände R₁₇₁₁ und Rg ₂, der in den Bereichen 8 und 9 liegenden Transistoren T₁₂ bzw. T₁₃.

Wie die Fig. 5d zeigt, werden unter Anwendung der Diffusionstechnik in den p-leitenden Bereichen 111, 112

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bzw. 113 zur Schaffung von Emitterzonen η-leitende Bereiche 161, 162 und 163 ausgebildet und außerdem p⁺-leitende Bereiche 151 und 152 geschaffen, um einen Teil der Bereiche 8 und 9 zu hochdotierten Kollektorschichten zu machen. Auf diese Veise werden, wie Fig. 5b zeigt, in dem Bereich 8 npn-Transistören T₁₁ und T₁₂ erzeugt, während in dem Bereich 9 ein npn-Transistör T _ entsteht. In der Praxis werden die anderen Transistoren in den Bereichen 8 und 9 gleichzeitig mit den Transistoren T «, T₁- bzw.

T gebildet.

Anschließend wird, wie in Fig. 5d gezeigt, der oxydische Film 18 zur Heraueführung der Elektroden teilweise entfernt. Wie in Fig. 6 durch gestrichelte Linien angedeutet, werden unter Verwendung von Aluminiumaufdampfung und Photograviertechniken leitende Verbindungen zwischen den Elektroden und den notwendigen Anschlußklemmen hergestellt. Dabei können leitende Schichten 120, 13O und 14O geschaffen werden, um den Widerstandsanteil zwischen den Kollektorsperr»chichten und der Klemme C herabzusetzen.

Wie sich ohne weiteres aus der obigen Erläuterung ergibt, liegen bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Mehrzahl von Torschaltungen bildenden Transistoren in den Bereichen 8 und 9 in einer Richtung mit konstantem gegenseitigem Abstand nebeneinander und sind durch sich senkrecht zu dieser Richtung erstreckende gegenseitige Verbindungsleitungen miteinander verbunden. Man kann daher die Gruppe der Basisanschlüsse 1B, 2B, 3B, ... der Gruppe der Emitteranschlüsse 1_, 2„, 3™» ···» an welche die Tastenschalter anzuschließen sind, gegenüberlegen. Außerdem erstrecken sich in den elektrisch gegeneinander isolierten Bereichen 8 und 9 jeweils hochdotierte Bereiche 151 bzw. 152 als Kollektorelektroden. So kann man ohne

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weiteres den Erdungsanschluß C₁ für den Kollektor und die Anschlußklemme C für den Lastwiderstand an willkürlichen, weit von den Abschnitten entfernten Stellen anordnen, wo die Gruppe der Eingangsklemmen bzw. die Gruppe der Anschlußklemmen für die Tastenschalter liegen. Im Ergebnis läßt sich also die Verdrahtung zwischen den einzelnen Elementen und die zwischen der integrierten Schaltung und einer nach außen geführten Elektrode ohne weiteres ausführen.

Außerdem kann erfindungsgemäß die von einem elektrisch isolierten Bereich, beispielsweise dem Bereich 8, eingenommene Fläche groß sein, und es besteht daher keine Notwendigkeit, viele solcher isolierter Bereiche herzustellen. Dadurch läßt sich die Packungsdichte für die Elemente vergrößern. Obgleich der Übersichtlichkeit halber nur ein Einbau von acht oder sechzehn Transistoren in einem einzelnen isolierten Bereich dargestellt ist, liegt es daher auf der Hand, daß nötigenfalls wesentlich mehr Transistoren in einem einzigen isolierten Bereich ausgebildet werden können.

Außerdem ist es erfindungsgemäß nicht notwendig, Hochohm-Widerstände als Vorspannungswiderstände zu schaffen. Da hauptsächlich Transistoren, die einen geringeren Flächenbedarf als Widerstandselemente aufweisen, zum Einsatz kommen, ergibt sich eine hohe Montagedichte für die Transistoren. Daher lassen sich sehr viele Torschaltungen auf einem einzigen Halbleiterplättchen unterbringen.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind zwar die Isolierungen der Bereiche durch eine pn-Sperrschicht bewirkt, jedoch läßt sich ohne weiteres an deren Stelle für den gleichen Zweck auch ein Film aus Siliziumdioxyd verwenden.

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Die Erfindung ist daher selbstverständlich nicht auf eine Isolierung mit Hilfe einer pn-Sperrschicht begrenzt.

Fig. k zeigt eine Schalteranordnung für eine elektronische Orgel unter Verwendung einer in der oben beschriebenen Weise erhaltenen integrierten Schaltung, welche Schaltung in Fig. h durch die gestrichelte Linie 50a umrahmt ist. In Fig. h sind mit den Bezuzahlen S₁, S_, ... S„ Tongeneratoren bezeichnet, die rechteckförmige Signale verschiedener Frequenz erzeugen. Das Bezugssymbol ™ R_L bezeichnet einen Lastwiderstand, der eine Ausgangsklemme A aufweist. Der durch eine gestrichelte Linie hOa umrahmte Schaltungsteil stellt eine Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals dar und enthält Widerstände R₁₁» R_?1 ... Rq₁ für die Steuerung der Anstiegszeit, eine Spannungsquelle V _1f Tastenschalter K₁, ... K«, die jeweils den Tasten einer Klaviatur entsprechen, und eine Vielzahl von jeweils aus einem Kondensator und einem Widerstand C₁₁ und R₁₂f C₂₁ und R₃₂* ··· ^C81 ^{und R}82 ^bestenenden Zeitgliedern zur Erzielung des Halteeffektes. Durch Niederdrücken eines beliebigen Tastenschalters und damit Schließen dieses Schalters wird die zugehörige Torschal- M tung in Betrieb genommen, und an der Ausgangsklemme A erscheint das von dem zu der Eingangsklemme dieser Torschaltung gehörigen Tongenerator erzeugte Signal. Durch gleichzeitiges Schließen mehrerer Tastenschalter entstehen an der Ausgangsklemme A kombinierte Signale; so ergibt sich beispielsweise durch Schließen der Tastenschalter K und Kq ein Mischsignal, das aus den Signalen der Tongeneratoren S₂ und Sq besteht, die gleichzeitig an der Ausgangsklemme A auftreten.

Als nächstes soll die Arbeitsweise der in Fig. h ver-

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anschaulichten Schaltung mit mehr Einzelheiten nnter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert werden, in der eine Torschaltung im einzelnen dargestellt ist. Dabei führen die in Fig. 2 angegebenen Kenngrößen für die einzelnen Bauelemente zu einer befriedigenden Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 4, sie sind jedoch lediglich als Beispiele zu verstehen.

Im Vergleich zu der Schaltung nach Fig. 1 liegt das Hauptkennzeichen der Schaltung nach Fig. 2 in der Tatsache, daß die Transistoren T . und T₁₂ zu einer Darlington-Schaltung mit gemeinsam geerdetem Kollektor zusammengeschaltet sind und daß zur Trennung der Kollektoren der Transistoren T_? und T « voneinander im Kollektorzweig des ausgangsseitigen Transistors T₁₀ ein Lastwiderstand R_x eingefügt ist, der unmittelbar mit dem Transistor T- verbunden ist, wodurch eine sogenannte Darlington-Schaltung mit getrenntem Kollektor entsteht. Der durch die gestrichelte Linie 50b in Fig. 2 umrahmte Schaltungsteil stellt eine Torschaltung mit drei Transistoren T₁₁, T₁- und T _ dar. Der in FIg, 2 mit der gestrichelten Linie 40b umrahmte Schaltungsteil ist eine Schaltung zur Erzeugung von Steuersignalen, die der Torschaltung ein Öffnungssignal zuführt.

Bei einer solchen Schaltungsanordnung liegt ständig ein Ausgangssignal β vom Tongenerator an der Eingangsklemme E an. Ist der unmittelbar mit der Taste der Klaviatur gekoppelte Tastenschalter K offen, so leiten die Transistoren T , T _ und T _ nicht. Die Verstärkung des Transistors T „ ist Null, und es erscheint nahezu kein Ausgangssignal an der Ausgangsklemme A. In diesem Falle wir' das Eingangssignal von dem Tongenerator über die Kollekfcor-Basis-Kapazitäten C und C der Transistoren

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T. und T geerdet und durch die hohe Impedanz dieser Tranaistoren abgeschwächt. Daher gelangt nahezu kein Signal an die Basis des Transistors T₁-. Als Ergebnis davon wird der Spannungspegel durch das Lecksignal, das an der Ausgangsklemme A erscheint, wesentlich herabgesetzt und damit das Ein-Aus-Verhältnis des Schalters wesentlich erhöht.

Ist der Tastenschalter K offen, so liegt zwischen der Eingangsklemme E und dem Emitter des ausgangsseitigen Transistors T₁- eine Spannung, die dem Emitter des Transistors T- eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung aufprägt. Da die Emitter-Basis-Strecken der drei Transistoren T₁₁, T„ und T₁- in Serie zueinander liegen, beträgt die an der pn-Sperrschicht zwischen der Basis unddem Emitter jedes Transistors anliegende Spannung nur 1/3 des bei einem einzigen Transistor auftretenden Wertes. Dementsprechend kann eskaum zu einem Durchbruch bei einem Transistor kommen.

Wird ein bestimmtes Tonsignal verlangt, so wird der zugehörige Tastenschalter K geschlossen, wodurch die entsprechenden Transistoren T₁₁, T- und T _ leitend werden. Damit wird das Signal e des Tongenerators als Ausgangssignal e an die Ausgangsklemme A übertragen.

Die Emitterwiderstände R„.,., und R₁,.,- bewirken nicht nur eine Stabilisierung der Vorspannung, sondern vermindern außerden die während der Ausschaltperiode der Transistoren T₁, T₂ und T₁- am Ausgangstransistor T- anliegende Signalspannung merklich und verbessern dadurch das Ein-Aus-Verhältnis der Schalteranordnung weiter erheblich.

Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße Schal-

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tungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Transistoren zu Darlington-Schaltungen mit getrennten und geerdeten Kollektoren zusammengefügt ist. Das Ein-Aus-Verhältnis der Schalter nimmt zu und die Gefahr eines Durchbruchs der Emitterstärke der Transistoren wird ausgeschaltet, ohne daß es dazu des Einsatzes von Hochohm-Vorspannungswiders tänden bedürfte.

Obgleich in der obigen Beschreibung eine Schalteranordnung behandelt worden ist, die eine Vielzahl von in integrierter Schaltungstechnik ausgeführten Torschaltungen aufweist, die jeweils aus drei Transistoren bestehen, so versteht es sich doch von selbst, daß man einen weiteren Transistor T . hinzufügen kann, wie dies in Fig, 3a veranschaulicht ist, so daß man dann insgesamt vier Transistoren hat. Dadurch ergibt sich eine hinsichtlich des Ein-AusVerhältnisses und der Emitterdurchbruchspannung weiter merklich verbesserte Schaltung. Für den gleichen Zweck kann man auch, wie in Fig. 3b veranschaulicht, eine Diode D₁ einfügen, und außerdem kann es von Vorteil sein, wie in Fig, 3c veranschaulicht, die ausgangsseitigen Transistoren T _ und Tr in Darlington-Manier zusammenzuschalten. Diese Abwandlungen der erfindungsgemäßen Schalteranordnung bringen keine Schwierigkeiten mit sich, auch in diesem Falle läßt sich durch die oben beschriebene oder eine sonst für den Aufbau von integrierten Schaltungen bekannte Verfahrensweise ohne weiteres eine ausgezeichnet arbeitende Schalteranordnung im Sinne der Erfindung erhalten.

Darüber hinaus lassen sich auch ohne weiteres noch weitere Abänderungen treffen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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Patentansprüche

1. Schalteranordnung mit einem halbleitenden Substrat, das zwei elektrisch gegeneinander isolierte halbleitende Bereiche, von denen der erste als gemeinsame Kollektorzone für eine erste Gruppe von Transistoren und der zweite als gemeinsame Kollektorzone für eine zweite Gruppe von Transistoren dient, mehrere Anschlüsse für die Zuführung von Eingangssignalen und eine Lastimpedanz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzonen der Transistoren der ersten Gruppe jeweils mit den Basiszonen der Transistoren der zweiten Gruppe verbunden sind, daß die Anschlüsse für die Zuführung der Eingangssignale so geschaltet sind, daß jede Basiszone der Transistoren der ersten Gruppe ein eigenes Signal zugeführt erhält, und daß die Lastimpedanz zwischen die beiden halbleitenden Bereiche eingeschaltet ist.

2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten halbleitenden Bereich eine dritte Gruppe von Transistoren ausgebildet ist, die diesen Bereich zur gemeinsamen Kollektorzone haben, deren Basiszonen einen räumlichen Abstand von den Basiszonen der Transistoren der ersten Gruppe aufweisen und deren Emitterzonen jeweils mit den Basiszonen der Transistoren der ersten Gruppe verbunden sind, und daß die Anschlüsse für die Zuführung der Eingangssignale jeweils mit den Basiszonen der Transistoren der dritten Gruppe verbunden sind.

3. Schalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

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gekennzeichnet, daß in dem halbleitenden Substrat ein dritter, von den beiden ersten halbleitenden Bereichen elektrisch isolierter halbleitender Bereich ausgebildet ist, der mehrere Widerstandsschichten enthält, die jeweils zwischen entsprechende Paare von Emitterzonen der Transistoren der ersten Gruppe und der Transistoren der zweiten Gruppe eingeschaltet sind.

k. Schalteranordnung nach Anspruch 3, mit einer Anzahl von zusätzlichen Steuersignalkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereignalkreise jeweils an Zwischenabschnitten der entsprechenden Widerstandsschichten angeschaltet sind.

5» Schalteranordnung nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Steuersignalkreise eine mit einem Ende an ein gemeinsames Bezugspotential angeschlossene gemeinsame Spannungsquelle, einen zwischen das andere Ende der Spannungsquelle und dem Zwischenabschnitt der entsprechenden Widerstandsschicht eingeschalteten Schalter, einen zu dem Schalter parallel liegenden Kondensator und einen zwischen dem gemeinsamen Bezugspotential und der entsprechenden Widerstandsschicht eingefügten Widerstand umfaßt»

6. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Kollektorzone der Transistoren der ersten Gruppe mit dem gemeinsamen Bezugspotential verbunden ist.

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