DE1789152B2

DE1789152B2 - Signalübertragungsschaltung

Info

Publication number: DE1789152B2
Application number: DE1789152A
Authority: DE
Inventors: David John Indianapolis Ind. Carlson (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1962-12-17
Filing date: 1963-12-16
Publication date: 1975-02-20
Also published as: DE1789152A1; US3917964A; JPS4923628B1; JPS4838988B1; SE316802B; NL301882A; US3513405A; NL301883A; GB1075092A; DE1464396B2; SE316834B; NL145418B; NL142293B; DE1218008B; BR6354996D0; GB1074577A; DE1789152C3; DE1464396A1; BE641361A

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalübertragung* schaltung mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor, der an einem mit einer Substratelektrode kontaktierten Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps unter Bildung von pn-Übergängen angrenzende, ebenfalls mit Elektroden kontaktierte Source- und Drainbereiche des entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, zwischen denen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein unter Zwischenlage einer Isolierschicht mit einer Gateelektrode versehener Kanal verläuft und die in Reihe mit einer Last an eine Stromquelle gerchaltet sind, während zwischen Gateelektrode und Sourceelektrode ein Signaleingangskreis geschaltet ist.

Eine derartige Anordnung ist - jedoch mit einem bipolaren Transistor - aus der USA.-Patentschrift 2900531 bekannt. Hierbei sind der Emitter- und der Kollektorbereich als in den Basiskörper einlegierte und mit den entsprechenden Elektroden kontaktierte Bereiche vom entgegengesetzten Leitungstyp wie der Basiskörper ausgebildet. Der Basiskörper erhält seine Vorspannung über eine ohmsche Kontaktelektrode, die sich gegenüber dem Emitterbereich befindet. Zwischen Emitterbereich und Kollektorbereich ist der stabförmige Basiskörper von einer zylinderförmigen Isolierschicht und einer darüber befindlichen zusätzlichen Elektrode umgeben, an weiche sich eine von der Basisvorspannung unabhängige Vorspannung anlegen läßt. Die Anordnung läßt sich dadurch für Misch-. Modulations- und Demodulationszwecke u. dgl. verwenden. Bipolare Transistoren unterscheiden sich jedoch von Feldeffekttransistoren nicht nur hinsichtlich ihres Funktionsmechanismus, sondern auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Kennlinien, und vor allem hinsichtlich ihrer Verstärkungsregelbarkeit, die bei Feldeffekttransistoren wegen des relativ scharfen Anfangsknicks der Verstärkungskennlinie normalerweise relativ ungünstig ist.

Mit dem Problem der Steuerbarkeit von Feldeffekttransistoren befaßt sich die USA.-Patentschrifl 3 010033. Der dort beschriebene Feldeffekttransistoi besteht aus einer Halbleiterschicht eines Leitungstyps die auf einer Seite mit zwei streifenförmigen, zueinan-

der parallelen, ohmschen Elektroden (Sourceelek- Fig. 2 eine abgestimmte HF-Stufe,

trode und Drainelektrode) kontaktiert ist, zwischen Fig. 3 eine Hochfrequenzverstärkerstufe mit zwei

denen sich ein ebenfalls streifenfönniger Halbleiter- parallel geschalteten Feldeffekttransistoren, die eine

bereich des entgegengesetzten Leitungstyps befindet, zusammengesetzte Steilheitskennlinie ergeben,

der das Gate bildet. An der gegenüberliegenden Sehe 5 F i g. 4 eine schematische Schaltung eines Hochfre-

grenzt die Halbleiterschicht an einen Halbleiterblock quenzempfängers mit einer geregelten HF-Verstär-

ebenfalls vom entgegengesetzten Leitungstyp an, der kerstufe,

auf seiner anderen Seite ebenfalls mit einer streifen- Fig. 5 eine HF-Verstärkerstufe mit verzögerter

förmigen Elektrode kontaktiert ist. Im Betrieb bildet Regelung,

sich in der Halbleiterschicht eine Verarmungszone *<> Fig. 6 eine weitere HF-Verstärkerstufe, und

aus, deren Ausdehnung von der Gatevorspannung ab- Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der

hängt. Gleichzeitig bildet sich aber unter der Sperr- Abhängigkeit der Steilheit von der Gatevorspannung

schicht zwischen der Gatezone und der Halbleiter- für einen einzelnen Feldeffekttransistor und für die

schicht eine Inversionsschicht aus, welche die Kombination zweier Feldeffekttransistoren mit un-

Gatevorspannung zu kompensieren sucht und »5 terschiedlichen Kennlinien.

schließlich die Steuerbarkeit der Verarmungszone be- Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Signalübertragrenzt. Der auf (h^r anderen Seite der Halbleiter- gungsschaltung in Form einer Verstärkerschaltung, schicht befindliche Halbleiterblock des entgegenge- die einen Feldeffekttransistor 40 mit isoliertem Gate setzten Leitungstyps soll nun die Steuermöglichkeiten enthält. Der Transistor 40 hat eine Sourceelektrode erweitern, indem an ihn eine den pn-Übergang zwi- >o 42, eine Drainelektrode 44, eine Gateelektrode 46 sehen ihm und der Halbleiterschicht in Sperrichtung und ein Substrat 48, das durch einen Halbleiterkörper vorspannende Vorspannung angelegt wird, die auch gebildet wird. Die Sourceelektrode 42 ist an ein Bevon der Seite dieses pn-übergangs her eine Verar- zugspotential,z. B. Masse, angeschlossen. Die Drainmungszone ausbildet, die sich ebenfalls in die Halblei- elektrode 44 ist über einen Widerstand 56 mit einer terschicht hineinerstreckt, so daß der für die Stromlei- *5 positiven Klemme einer Vorspannungsquelle 60 vertung zwischen Source- und Drainelektrode zur bunden. Die negative Klemme der Vorspannungs-Verfügung stehende Kanal innerhalb der Halbleiter- quelle 60 liegt an Masse, schicht von beiden Seiten her gesteuert werden kann. Im vorliegenden Falle ist die Elektrode 44 räumlich

Ferner sind aus den USA.-Patentschriften weiter von der Gateelektrode 46 entfernt als die Elek-

2 791 758 und 2791760 ähnlich wie Isolierschicht- 30 trode 42 und dient daher als Drainelektrode. Die

Feldeffekttransistoren aufgebaute Halbleiterschalter- Elektrode 42, die näher an der Gateelektrode liegt,

elemente bekannt. Diese Schalterelemente zeichnen ist die Sourceeiektrode. Es könnten auch die Elek

sich durch einen Speichereffekt aus, der auf der PoIa- trode 44 als Sourceelektrode und die Elektrode 42

risierbarkeit eines ferroelektrischen Dielektrikums als Drainelektrode geschaltet werden, jedoch gehen

beruht, welches zwischen der Gateelektrode und dem 35 dabei die Vorteile verloren, die durch die versetzte

Halbleiterkörper vorgesehen ist. Zur stetigen Signal- Anordnung und die unterschiedlichen Abstände er

übertragung eignen sich diese Schalterelemente, wel- reicht werden.

ehe außerdem mit einem durch das Ferroelektrikum Die Gateelektrode 46 wird auf eine gewünschte

bedingten Hystereseeffekt behaftet sind, nicht. Spannung vorgespannt und ist hierzu über einen Wi-

Ausgehend von der eingangs erwähnten Signal- 40 derstand 52 an eine Klemme 54 einer nicht dargestellübertragungsschaltung mit mindestens einem Isolier- ten Vorspannungsquelle angeschlossen. Man beachte. schicht-Feldeffekttransistor besteht die Aufgabe der daß: 1) die Vorspannung für die Gateelektrode 46 Erfindung darin, daß hinsichtlich der Verstärkungsre- mittels eines geeigneten Spannungsteilers von der gelungeine größere Freizügigkeit erreicht werdensoll, Spannungsquelle 60 abgenommen werden kann und als es mit Feldeffekttransistoren bisher möglich gewe- 45 daß 2) der Widerstand 52 nach Masse führen kann, sen ist. Diese Aufgabe wird bei einer Signalübertra- wenn es die Drainstrom-Drainspannungs-Kennlinie gungsschaltung rfer eingangs erwähnten Art erfin- des verwendeten Transistors und der vorgesehene Ar dungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Source- beitsbereich des Transistors zulassen, oder der Drainelektrode und der Substratelektrode Der Gateelektrode 46 werden über einen Koppeine Vorspannungsschaltung zur Bestimmung der an 50 lungskondensator 50 Eingangssignale von einer nicht den pn-Übergängen wirksamen Vorspannung und/ dargestellten Signalquelle zugeführt. Ausgangssignale oder der Leitfähigkeit des Kanals vorgesehen ist. entstehen am Widerstand 56 und können über einen

Infolge der Heranziehung der Substratelektrode Kopplungskondensator 58 einem nicht dargestellten

zur zusätzlichen Beeinflussung der Uhertragungsei- Verbraucher zugeführt werden. Der Halbleiterkörper

genschaften der erfindungsgemäßen Schaltung läßt 55 48 ist mit der Sourceelektrode 42 verbunden,

sich ein wesentlich besseres Regelverhalten erzielen, Der Transistor 40 ist ein Feldeffekttransistor mit

als wenn man lediglich die Gateelektrodenvorspan- isoliertem, versetztem Gate. Wennsich die Gateelek-

nung hierzu benutzt. Der Grund dafür liegt in dem trode näher an der Sourceelektrode befindet, ergibt

für eine Gateelektrodenvorspannungsregelung relativ sich eine kleinere Eigenkapazität zwischen Gateelck-

ungünstigen Verlauf der Steilheitskennlinie bei Feld- 60 trode und Drainelektrode und dementsprechend eine

effekttransistoren, die einen relativ scharfen Anfangs- schwächere inhärente Rückkopplung über diese

knick hat. Kapazität, so daß auch ohne Neutralisation ein stabiles

Einzelne Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung Arbeiten in einem weiten Frequenzbereich möglich

sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Im fol- ist. Bei sehr hohen Frequenzen kann unter Umständen

genden ist die Erfindung an Hand einiger Schaltungs- 65 eine Neutralisation erforderlich werden, die Ausle-

beispiele im einzelnen erläutert. Es zeigt gung eines solchen Neutralisationskreises ist jedoch

Fig. 1 ein Schaltbild einer einfachen Verstärker- wegen der herabgesetzten Ausgangs-Eingangselek-

schaltung, !roden-Kapazität nicht schwierig. Man beachte, daß

die Gateelektrode 46 von dem Halbleiterkörper 48 und von derSource- und Drainelektrode 42 bzw. 44 isoliert ist, so daß praktisch kein Gatestrom fließt. Ein anderer Vorteil, der daraus resultiert, daß die Gate elektrode 46 näher an der Sourceelektrode 42 liegt, besteht darin, daß der größte Teil der naturgemäß vorhandenen Behinderung des Stromflusses im leitenden Kanal (der zwischen der Drain- und der Sourceelektrode 44 bzw. 42 auftritt und als Widerstand dargestellt werden kann) im Drain- oder Ausgangskreis des Transistors 40 liegt. Hierdurch wird der Verstärkungsgrad des Verstärkers erhöht, da die Gegenkopplung durch Innen widerstände der Einrichtung herabgesetzt wird. In anderen Worten gesagt wird durch das Versetzen der Gateelektrode ein größerer Teil des Kanalwiderstandes auf der Drainseite der Gateelektrode wirksam, während der Betrag des Kanalwiderstandes, der im Kreis zwischen der Gateelektrode und der Sourceelektrode wirksam wird, sich verringert. Durch die Herabsetzung des Widerstandes zwischen der Gate- und Sourceelektrode, also den Eingangselektroden, wird die Signalgegenkopplung verkleinert. Da außerdem der Eingangs-Reihenwiderstand herabgesetzt wird, ergibt sich eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit der Kreise, so daß sie bei höheren Frequenzen betrieben werden können.

Man beachte, daß die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Schaltungsanordnungen Feldeffekttransistoren mit versetzten Gates enthalten und daß daher bei allen diesen Kreisen der Vorteil einer höheren Eigenverstärkung infolge der beträchtlich verringerten inneren Gegenkopplung wirksam wird.

Fi g. 2 zeigt einen Signalübertragungskreis in Form einer abgestimmten Verstärkerschaltung, die einen Feldeffekttransistor 40 mit einer Gate-, Source- und Drainelektrode46,42bzw. 44enthält. Mit der Drainelektrodc 44 ist ein abgestimmter Ausgangskreis gekoppelt, der einen Transformator 72 mit Primärwicklung 74 und Sekundärwicklung 76 enthält. Ein Ende der Primärwicklung 74 ist direkt an die Drainelektrode 44 angeschlossen, das andere Ende ist über einen Festkondensator 78 an Masse angeschlossen. Die Sourceelcktrode 42 ist geerdet. An die Primärwicklng 74 sind ein Widerstand 80 und ein Durchführungskondensator 82 angeschlossen, um der Drainelektrode 44 von einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle eine positive Vorspannung zuzuführen. Die Gatcelektrodc 46 erhält durch einen Widerstand 52 und einen Durchführungskondensator 86 eine Vorspannung von einer ebenfalls nicht dargestellten Vorspannungsquelle.

Die Zuführung von Eingangssignalen erfolgt über einen Kopplungskondensator 50. Zur Neutralisation ist zwischen die Gateelektrode 46 und das untere Ende der Primärwicklung 74 des Transformators 72 ein Kondensator 90 geschaltet. Das Neutralisationsnetzwerk enthält eine Brückenschaltung, die die Eigenkapazität zwischen Gate und Drain, die Kapazität zwischen Drain und Masse, den Kondensator 78 und den Neutralisationskondensator 90 umfaßt. Da die Eigenkapazität des Transistors 40 zwischen Gate und Drain wegen der Versetzung der Gateelektrode 46 in Richtung auf die Sourceelektrode 42 sehr klein ist, bereitet die Neutralisation kaum Schwierigkeiten. Das Problem der Entwicklung und des Aufbaus eines bequem zu fertigenden Ncutralisationskreiscs wird daher beträchtlich verkleinert.

Die in F i g. λ dargestellte Verstärkerschaltung enthält zwei parallelgeschaltete Feldeffekttransistoren 40,40a mit isoliertem Gate. Die Drainelektroden 44. 44a und die Sourceelektroden 42, 42a der Transistoren 40 bzw. 40a sind jeweils miteinander verbunden.

Die Gateelektroden 46,46« der Transistoren 40 bzw. 40a sind wechselspannungsmäßig durch einen Kopplungskondensator 116 verbunden, der für die Signalfrequenzen eine niedrige Impedanz darstellt und die Gateelektroden gleichstrommäßig voneinander

ι» trennt. Die Substrate 48, 48a der Transistoren 40, 40a sind mit Anschlüssen 67 bzw. 67a versehen. Die von einer nicht dargestellten Quelle stammenden Eingangssignale werden über einen Kopplungskondensator 50 einem abstimmbaren Eingangskreis zugeführt, der mit Masse verbundene veränderliche Kondensatoren 118, 120 enthält, die durch eine Induktivität 122 unter Bildung eines Schwingkreises miteinander gekoppelt sind. Die Eingangssignale werden vom Eingangskreis auf die Gateelektrode 46 des Transistors

ao 40 gekoppelt. Mit den Drainelektroden 44, 44a ist ein abstimmbarer Ausgangskreis verbunden, der einen veränderlichen Kondensator 126 und einen Festkondensator 128 enthält, die mit einer Induktivität 130 einen auf die gewünschte Signalfrequenz abgc-

»5 stimmten Schwingkreis bilden.

Aus der Verstärkerschaltung können Ausgangssignalc durch eine Induktivität 131 ausgekoppelt werden, die induktiv mit der Induktivität 130 im Aus gangsschwmgkrcis gekoppelt ist. Die Sourceelektro den 42.4?a sind über einen Durchführungskondensator 138 mit einer negativen Klemme - ß einer nicht dargestellten Vorspannungsquelle verbunden. Die positive Klemme 4 B der Vorspannungsquellc liegt an Masse. Es fließt ein Strom von Masse durch den Durchführungskondensator 82, den Widerstand 80, die Induktivität 130, die Drainelektroden 44,44a, die Sourceelektroden 42, 42a zur negativen Klemme der Vorspannungsqueiie B. Zur Neutralisation des Verstärkers ist ein veränderlicher Kondensator 90a zwi-

+0 sehen die Kondensatoren 120. 128 geschaltet, wie oben in Verbindung mit Fig. 2 erläutert wurde. Die Gateelektroden 46. 46a werden durch Vorspannungskreise, die Widerstände 52 bzw. 52a und Durchführungskondensatoren 86 bzw. 86a enthalten,

♦5 auf verschiedene Spannungswerte vorgespannt. Der Widerstand 52 und der Kondensator 86 sind mit der Gateelektrode 46 und der Widerstand 52a und der Durchführungskondensator 86a sind mit der Gateelektrode 46a verbunden.

Die Steilheitskennlinie hinsichtlich der Gatespannung der Feldeffekttransistoren 40,40a haben einen steilen Verlauf mit ausgeprägtem Knick bzw. Einsatzpunkt, wie die Kurve A in Fig. 7 zeigt. Durch die Parallelschaltung der Feldeffekttransistoren und die unterschiedliche Vorspannung ihrer Gateelektroden läßt sich jedoch eine kombinierte Steilheitskennlinie mit Regelcharakteristik erzeugen, wie die Kurve B in Fig. 7 zeigt. Die Kurven A und ß in Fig. 7 zeigen die logarithmische Abhängigkeit der Steilheit g„ von

einem Maximalwert der Steilheit bei einer gegebenen Gate-Source-Vorspannung an mit wachsender negativer Gate-Source-Vorspannung. Die Steilheit ist als Änderung des Drainstromes dividiert durch die Änderung der Eingangssignalspannung für eine be-

stimmte Gate-Source-Vorspannung definiert. Die Kurve A in Fig. 7 zeigt, daß die &,-Gate-Source-Spannungskennlinie einen ersten Teil α umfaßt, der relativ flach verläuft und einen zweiten Teil /»,indem

die Kurve ziemlich scharf abfällt. Der erste Teil α beginnt am Punkt maximaler Steilheit und ist ziemlich eben bis zu einem Punkt, an dem die Drainstrom-Drainspannungskurven näher aneinander zu liegen beginnen. Indem man die beiden Feldeffekttransistoren parallel schaltet und ihre Gateelektroden in der beschriebenen Weise vorspannt, läßt sich die g_m-Gatespannungskennlinie derart verändern, daß sie praktisch linear verläuft, wie sie die Kurve B in Fig. 7zeigt, Hieraus ergibt sich eine Verbesserung der Betriebseigenschaften der Einrichtung, da Kreuzmodulationsverzerrungen beträchtlich herabgesetzt werden. Es wurde gefunden, daß die beschriebene Schaltungsanordnung bessere Resultate ergibt als eine Verstärkerschaltung mit einem Flächentransistor, da die Kreuzmodulationsverzerrungen beträchtlich kleiner sind.

Die in Fig. 4 dargestellte Signalübertragungsschaltung enthält eine Hochfrequenzverstärkerstufe 136, auf die eine Mischstufe 141 und eine erste ZF-Stufe 143 eines Hochfrequenzempfängers folgen. Die HF-Verstärkerstufe 136 enthält einen Feldeffekttransistor 40 mit isoliertem Gate, der dem in F i g. 1 und 2 dargestellten Transistor entsprechen kann. Der Feldeffekttransistor 40 hat Gate-. Source- und Drainelektroden 46,42 bzw. 44 und ein Substrat 48 aus Halbleitermaterial. Die Source- und Drainbereiche sind dotiert (n +) und das aus Silizium bestehende Substrat ist p-leitend. so daß zwischen den Drain- und Sourcebereichen und dem Substrat zwei gleichrichtende pn-Übergänge vorhanden sind. Die auf der Seite des Substrats liegenden Teile dieser Dioden arbeiten in der Praxis als Anode Die Drainelektrode 44 des Transistors 40 ist über eine Reihenschaltung, die eine Induktivität 130 und einen Widerstand 132 enthält, an eine Klemme B + angeschlossen, die ihrerseits mit der positiven Klemme einer nicht dargestellten Vorspanmmgsquelle verbunden ist. Der Widerstand 132 ist über einen Kondensator 128 mit Masse verbunden. Die Drainelektrode 44 ist über einen Kopplungskondcnsator 58 mit der Mischstufe 141 verbunden.

Die Polung der pn-Übergänge ist typisch für einen Transistor, dessen Substrat bezüglich den Source- und Drainelektroden p-leitend ist. Der Transistor kann natürlich auch mit einem Substrat hergestellt werden, das bezogen auf die Source- und Drainelektroden η-leitend ist. Bei Transistoren der zuletzt erwähnten Art würden die pn-übergänge umgekehrt gepolt sein, so daß die Anodenseite des pn-Uberganges auf der Seite der Source- und Drainelektroden und die Kathodenseite auf der Seite des Substrats liegen. Die Beschreibung soll hier jedoch der Kürze halber auf Transistoren beschränkt werden, bei denen die Substratelektrode aus einem p-leitenden Material, bezogen auf die Source- und Drainelektroden ist. Dies umfaßt dann also auch Materialien des η-Typs, die jedoch bezüglich der stärker dotierten (n +) Quelle und Senke p-leitend sind.

Der Gateelcktrode 46 des Feldeffekttransistors 40 werden über einen Kopplungskondensator 50 Eingangssignale von einer nicht dargestellten Signalquelle zugeführt. Zwischen die Drainelektrode und die Gateelektrode des Feldeffekttransistors 40 ist zur Neutralisation ein veränderlicher Kondensator 90 geschaltet, wie in Verbindung mit F i g. 2 und λ beschrieben worden ist. Die Sourceelektrode 42 ist über einen Widerstand 170 mit Masse verbunden. Der Sourceelektrodcnkreis ist fur Signalfrequenzen durch einen Übcrbruckungskondcnsator 172. der dem Widerstand 170 parallelgeschaltet ist, geerdet. Die Klemme 67 ist über einen Kondensator 173 mit Masse gekoppelt. Zwischen die Gateelektrode 46 und die Sourceelektrode 42 ist ein Widerstand 52 geschaltet, um das Potential der Gateelektrode 46 in Relation zu dem Potential der Sourceelektrode 42 zu bringen.

Der Ausgang der Mischstufe 141 ist mittels eines Kopplungskondensators 176 mit dem Eingang der ersten ZF-Stufe 143 verbunden, die einen Feldeffekttransistor 406 mit isoliertem Gate entsprechend dem Feldeffekttransistor 40 enthält. Der Transistor 406 hat eine Gate-. Source- und Drainelektrode 466, 426 bzw. 446 Die Drainelektrode 446 ist über eine Induktivität 1306 und einen Widerstand 1326 an eine Klemme B+ einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, hierfür kann dieselbe Vorspannungsquelle verwendet werden, die die Vorspannung fur die Drainelektrode 44 des Transistors 40 liefert. Der Widerstand 1326 ist durch einen Kondensator

»0 128/? nach Masse überbrückt. Die Klemme 676 ist nicht an eine Vorspannungsquelle angeschlossen, und das aus Halbleitermaterial bestehende Substrat des Feldeffekttransistors 406 ist daher potentialfrei.

Die Ausgangssignale der ersten ZF-Stufe 143 wer-

»5 den einem nicht dargestellten Verbraucher über einen Kondensator 586 zugeführt. Der Gateelektrode 466 des Transistors 406 wird über einen Widerstand 526 eine Regelspannung zur automatischen Verstärkungsregelung zugeführt, deren Amplitude eine Funktion des mittleren Signalpegels ist. Zur Zuführung der Regelspannung an die HF-Verstärkerstufe 136 ist die Drainelektrode 446 des Transistors 406 mit der Klemme 67 des Transistors 40 über einen Leiter 214 verbunden, der an den Verbindungspunkt zwischen der Induktivität 1306 und dem Widerstand 1326 angeschlossen ist.

Die Regelspannung, die von einer nicht dargestellten Quelle stammt, wird mit wachsendem Signalpegel negativer und setzt den Source-Drainstrom des Transistors406 und damit seinen Verstärkungsgrad herab. Das Potential des Verbindungspunktes zwischen dem Widerstand 1326 und der Induktivität 1306 wird positiver, wenn der Drainstrom des Transistors 406 abnimmt, und gelangt über den Leiter 214 zum Substrat des Transistors 40. Gewünschtenfalls kann in die Leitung 214 ein Trennwiderstand eingeschaltet werden. Wenn das Substratpotential positiver wird als das Potential der Source- und Drainelektroden 42, 44. werden die dazwischenliegenden Sperrschichten leitend. Die eine Sperrschicht kann dabei zuerst leitend werden, je nachdem, ob die Drain- oder Sourceelektrode 44 bzw. 42 weniger stark positiv bezüglich des Substrats ist. Wenn das Substratpotential positiver wird als das Potential an der Sourceelektrode 42, wird der pn-Übergang zwischen Source und Substrat leitend und der Stromfluß durch den Widerstand 170 nimmt zu. Die Vorspannung der Gateelektrode 46 bezüglich der Sourceelektrode 42 bleibt jedoch gleich, da die Gateelektrode über den Widerstand 52 mit der Sourceelektrode verbunden ist. Wenn das Substratpotential positiver als das Potential der Drainelektrodc 44 wird, fließt über die Sperrschicht 152 ein Strom. Bei stromführendem pn-Übergang zwischen Drain und Substrat wird die Drainelektrode 44 über die pn-Übergänge und den Kondensator 173 für die Signalfrequenzen praktisch mit Masse verbunden, so daß der Verstärkungsgrad der Hochfrequenzverstärkerstufe dementsprechend abnimmt.

509508/143

ίο

Fig. 5 zeigt eine gegenüber Fig. 4 abgewandelte HF-Verstärkerstufe 136'. Der Hauptunterschied besteht in der Vorspannung der Gateelektrode 46, die bei der Schaltung nach Fig. 5 über den Widerstand 52 mit einem auf einer Vorspannung liegenden Schaltungspunkt verbunden ist, der hier als Masse dargestellt ist. Wenn der Signalpegel steigt, wird die über die Leitung 214 auf das Substrat des Feldeffekttransistors 40 zurückgekoppelte Spannung positiver. Wenn das Substratpotential des Feldeffekttransistors 40 positiver wird als das Vorspannungspotential der Sourceelektrode 42, wird die Sperrschicht 154 stromführend, wodurch wiederum der Betrag des Stromflusses durch den zur automatischen Vorspannungserzeugung dienenden Widerstand 170 steigt. Da die Spannung am Widerstand 170 zwischen der Source- und der Gateelektrodenspannung liegt, ändert sich der Arbeitspunkt des Transistors infolge des zusätzlichen Stromes von der Sperrschicht zwischen Sourceelektrode und Substrat, Wenn die Vorspannung zwi- »o sehen der Sourceelektrode und der Gateelektrode einen bestimmten Wert erreicht, wird der Feldeffekttransistor 40 praktisch gesperrt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Gateelektrode 46 mit einer von Masse »5 verschiedenen, jedoch bezüglich Masse festen Vorspannung vorgespannt werden. In diesem Falle kann dann zum Sperren des Transistors 40 ein stärkerer Strom durch den pn-übergang 154 erforderlich sein.

In die in F i g. 4 und 5 dargestellten HF-Verstärkerstufen 136 ist zusätzlich zu der oben beschriebenen Regelung noch jeweils eine Spannungsverzögerung vorgesehen. Die Verzögerung in der in Fig. 4 dargestellten Schaltung entspricht der Substratspannung, die erforderlich ist, um die Vorspannung an der Drainelektrode 44 zur Änderung der Impedanz des pn-Übergangs zwischen Drainelektrode und Substrat zu überwinden. Bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltung ist die Verzögerungsspannung diejenige Substratspannung, die nötig ist, um die Impedanz des pn-Übergangs zwischen Sourceelektrode und Substrat zu andern.

Fi g. 6 zeigt einen Hochfrequenzverstärker, der einen Feldeffekttransistor 40 mit einer Gateelektrode 46, einer Sourceelektrode 42, einer Drainelektrodc 44 und einem Substrat 48 aus Halbleitermaterial enthält. Die Gate- und die Drainelektrode 46 bzw. 44 sind über Widerstände 52 bzw. 56 mit einer nicht dargestellten Vorspannungsquelle verbunden. Der Gateelektrode 46 werden über einen Kopplungskondensator 50 Eingangssignale von einer nicht dargestellten Signalquelle zugeführt. Die Ausgangssignale des Verstärkers werden an einem Widerstand 56 abgenommen und über einen Kondensator 58 einem nicht dargestellten Verbraucher zugeführt.

Wie oben in Verbindung mit den Fig. 1, 2, 4 und 5 beschrieben wurde, sind Source- und Drainbereich so dotiert, daß sie η⁺-leitend sind, während das Substrat aus dem Siliziumkörper effektiv p-dotiert ist. so daß zwischen den Source- und Drainbereichen und dem Substrat zwei pn-Ubergänge gebildet werden. Diese pn-Übergänge sind in Fig. 6 an Masse angeschlossen.

Die Sourceelektrode 42 ist über einen Widerstand 170 mit Masse verbunden, um die Verstärkerschaltung mit einer automatischen Vorspannung zu versorgen. Der Widerstand 170 ist durch einen Kondensator 172 überbrückt. Wenn ein Strom von der Drainelektrode 44 durch den leitenden Kanal, die Sourceelektrode 42 und den Widerstand 170 nach Masse fließt, wird das Potential an der Sourceelektrode 42 positiv bezüglich Masse und der pn-Übergang zwischen Source und Substrat wird in Sperrichtung vorgespannt. Hierdurch wird die Kapazität des pn-Uberganges herabgesetzt, so daß die gesamte Ausgangskapazität des Feldeffekttransistors 40 entsprechend sinkt und das Hochfrequenzverhalten des Verstärkers besser wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

.j Patentansprüche:

²I. Signalübertragungsschaltung mit einem lso-Jierschicht-Feldeffekttransistor, der an einem mit einer Substratelektrode kontaktierten Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps unter Bildung von pn-Übergängen angrenzende, ebenfalls mit Elektroden kontaktierte Source- und Drainbereiche des entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, zwischen denen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein unter Zwischenlage einer Isolierschicht mit einer Gateelektrode versehener Kanal verläuft und die in Reihe mit einer Last an eine Stromquelle geschaltet sind, während zwisehen Gateelektrode und Sourcedektrode ein Signaleingangskreis geschaltet ist. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Source- oder der Drainelektrode und der Substratelektrode (67 eine Vorspannungsschaltung (132, B + . 56, 170) *° zur Bestimmung der an den pn-Übergängen wirksamen Vorspannung und/oder der Leitfähigkeit des Kanals vorgesehen ist.
2. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor- *5 spannung so gewählt ist, daß die pn-Übergänge in Durchlaßrichtung vorgespannt sind.
3. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Substratelektrode (über die Leitung 214) zügeführte Vorspannung eine Regelspannung zur Veränderung des Verstärkungsgrades der Signalübertragungsschaltung ist.
4 Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Feldeffekttransistor (40a) mit abweichender Steilheitskennlinie für die Gatevorspannung vorgesehen ist, dessen Source- und Drainelektroden (42a, 44a) mit den entsprechenden Elektroden (42, 44) des ersten Feldeffekttransistors verbunden sind und die gemeinsam an die Last (126, 130) und die Stromquelle [B) geschaltet sind und deren wechselspannungsmäßig (Kondensator 116) gekoppelten Gateelektroden (46, 46a) unterschiedliche Regelspannungen derart zuführbar sind, daß die Steilheitskennlinie der Gesamtschaltung sich aus zwei unterschiedlichen Bereichen entsprechend den Kennlinien der einzelnen Transistoren (40, 40a) zusammensetzt.
5. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch der zweite Feldeffekttransistor (40a) ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor ist.
6. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeitsverhältnisse so gewählt sind, daß bei positiver Substrat vorspannung gegenüber Source- und Drainbereich zwischen diesen Bereichen ein leitender Stromweg besteht, bei negativer Vorspannung dagegen nicht.
7. Signalübetragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsschaltung zwischen Sourceelektrode und Substratelektrode geschaltet und die Vorspannung so gewählt ist, daß der pn-Übergang zwischen Sourcebereich und Substrat leitend vorgespannt ist.
8. Signalübertragungsschaltung nach An-

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Halbleiterkörpers und die Polarität der Stromquelle derart gewählt sind, daß eine Majoritätsträgerleitung zwischen Source- und Drainbereich stattfindet.
9 Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Last'als abstimmbarer Ausgangskreis (126, 130) ausgebildet ist, zwischen den und den abstimmbaren Eingangskreis (118, 120, 122) eine einen veränderbaren Kondensator (90, 90a) enthaltende Neutraüsationsschaltung geschaltet ist.

K) Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sourceelektrode über einen Widerstand (170) mit einem Bezugspotentialpunkt (Masse) verbunden ist und die der Substratelektrode zugeführte Vorspannung derart gewählt ist, daß der pn-Übergang (154) zwischen Sourcebereich und Halbleiterkörper gesperrt ist.