DE1789152C3

DE1789152C3 - Signalübertragungsschaltung

Info

Publication number: DE1789152C3
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: 1978-05-18
Also published as: DE1789152A1; US3917964A; JPS4923628B1; DE1789152B2; JPS4838988B1; SE316802B; NL301882A; US3513405A; NL301883A; GB1075092A; DE1464396B2; SE316834B; NL145418B; NL142293B; DE1218008B; BR6354996D0; GB1074577A; DE1464396A1; BE641361A

Description

Die LmIincJting betrillt eine Signalühcrlragungs schallung in·; einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor, der an einem mit einer Substratelektrode kontaktieren Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps

jo unter Bildung von pn-Übergangen 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 Gatcelcklrode versehener Kanal verläuft und die in Reihe mit einer Last an eine Stromquelle geschaltet sind, während zwischen Gateelektrode und Souicei'lektrode ein Signaleingangskreis geschaltet ist.

Eine derartige Anordnung ist - jedoch mit einem bipolaren Transistor aus der USA.-Patentschrift 2°OO.S31 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 Kollektorhereich ist der stabförmige Basiskörper von einer /ylinderförmigen Isolierschicht und einer darüber befindlichen zusätzlichen Elektrode umgeben, an welche sich eine von der Basisvorspannung unabhängige Vorspannung anlegen läßt. Die Anordnung läßt sich dadurch für Misch-, Modulations- und Dcmodulationszwecke u.dgl. vei wenden. Bipolare Transistoren unterscheiden sich jedoch von Feldeffekttransistoren nicht nur hinsichtlich ihres Funktionsmechanismus, sondern auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Kennlinien, und vor allern hinsichtlich ihrer Verstärkungsregelbai keit, die bei Feldeffekttransistoren wegen des relativ scharfen Anfaugsknicks der Verstärkingskcnnlinie normaler weise rehiliv ungünstig ist.

Mit dem Problem der Steuerbarkeit von Feldcl ■ fekttransisloren befaßt sich die USA.-Patentschrift 3OIOO33. Der dort beschriebene Feldeffekttransistor besteht aus einer Halhleiterschicht eines Leitungstyps, die auf einer Seite mit zwei streifenförmiuon. /ueinan-

der parallelen, ohmstfu-n Elektroden (Sourceelekirode und Draineleklrode) kcmtaktiert ist, zwischen denen sich ein ebenfalls streifenförmiger Malbleiterbereich des entgegengesetzten Leitungstyps befindet, der das Gate bildet. An der gegenüberliegenden Seite grenzt die Halhleiterschicht an einen Halbleiterblock ebenfalls vom entgegengesetzten Lestungstyp an, der auf seiner anderen Seite ebenfalls mit einer streifenfömiigcn Elektrode kontaktiert ist. Im Betrieb bildet sich in der Halbleiterschicht eine Verarmungszone aus, deren Ausdehnung von der Gatevorspannung abhängt. Gleichzeitig bildet sich aber unter der Sperrschicht zwischen der Galczonc und der Halbleiterschicht eine Inversionsschicht aus, welche die Gatevorspannung zu kompensieren sucht und schließlich die Steuerbarkeit der Verarmungszone begrenzt. Der auf der anderen Seile der Halbleiterschicht befindliche Halbleiterblock des entgegengesetzten Leitungstyps soll nun die Steuermöglichkeiten erweitern, indem an ihn eine den pn-Übergang zwi- jo sehen ihm und der Halbleiterschicht in Sperrichtung vorspannende Vorspannung angelegt wird, die auch von der Seite dieses pn-Übergangs her eine Verar-HiUHgSZt)IiC ausbildet, die sich ebenfalls in die Halbleiterschicht hineinersluvkt,so daß der für die Stromleilung zwischen Source- und Drainelektrodc /ur Verfugung stehende Kanal innerhalb der HaIbU iterschicht von beiden Seiten her gesteuert werden kann.

Ferner sind aus den USA.-Palentschriften 2 741758 und 2 791760 ähnlich wie Isolierschicht-Feldeffekttransistoren aufgebaute Halblei terschaltcrelemente bekannt. Diese Schaltelemente zeichnen sich durch einen Speichereffekt aus. der auf der PoIarisicrbarkett eines ferroelektrischen Dielektrikums beruht, welches zwischen der Gateelektrode und dem is Halbleiterkörper vorgesehen ist. Zur stetigen Signalübertragung eignen sich diese Schalterelemente, welche außerdem mit einem durch das Ferroelektrikum bedingten Hystereseeffekt behaftet sind, nicht.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Signalübertragungsschaltung mit mindestens einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor besteht die Aufgabe der Erfindung darin, daß hinsichtlich der Verstärkungsregelungeine größere Freizügigkeil erreicht werden soll, ills es mit Feldeffekttransistoren bisher möglich gewesen ist. Diese Aufgabe wird bei einer Signalübertragungsschaltung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Source oder der Drainelektrode und der Substratelektrode eine Vorspannungsschaltung zur Bestimmung der an ilen pn-Übergängen wirksamen Vorspannung und/ oder der Leitfähigkeit des Kanals vorgesehen ist.

Infolge der Heranziehung der Substratelektrode /ur zusätzlichen Beeinflussung der Übertragungseigenschaften der erfindungsgemäßen Schaltung läßt sich ein wesentlich besseres Regelverhalten erzielen, :ils wenn man lediglich die Gatcelektrodenvorspan iiniig hierzu benutzt. Der Grund dafür liegt in dem für eine Gateelektrodenvorspannungsregeluiig relativ ungünstigen Verlauf der Steilheitskennlinie bei Feldcffekttransisloren,die einen relativ scharfen Anfangsknick hat.

Ein/eine Ausgeslaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprücheii gekennzeichnet. Im folgenden ist die Erfindung an Hand einiger Schal'ungsheispielc im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer einfachen Verstärker Schaltung,

Fig. 2 eine abgestimmte HF-Stufe,

Fig. 3 eine Hochfrequenzverstärkerstufe mit zwei parallel geschalteten Feldeffekttransistoren, die eine zusammengesetzte Steilheitskennlinie ergeben,

F i g. 4 eine schematische Schaltung eines Hochfrequenzempfängers mit einer geregelten HF-Verstär kerstufe,

Fig. 5 eine HF-Verstärkerstufe mit verzögerter Regelung.

Fig. ft eine weitere HF-Verstärkerstufe, und

Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Steilheit von der Gatevorspannung für einen einzelnen Feldeffekttransistor und fiir du Kombination zweier Feldeffekttransistoren mit unterschiedlichen Kennlinien.

Fig. I zeigt ein Schaltbild einer Signalubcrtragungsschaltung in Form einer Verstärkerschaltung, die einen Feldeffekttransistor 40 mit isoliertem Gate enthält. Der Transistor 40 hat eine Sourceelektrodc 42, eine Drainelektrode 44, eine Gateelektrodc 46 und ein Substrat 48, das durch einen Halbleiterkörper gebildet wird. Die Sourceelektrode 42 ist an ein Ikzugspotential, z. B. Masse, angeschlossen. Die Drain elektrode 44 ist über einen Widerstand 56 mit einer positiven Klemme einer Vorspannungsquelle 60 sei bunden. Die negative Klemme der Vorspannung quelle 60 liegt an Masse.

Im vorliegenden Falle ist die Elektrode 44 räumlich weiter von der Gateelcktrode 46 entfernt als die Elektrode 42 und dient daher als Drainelektrode. Die Elektrode 42, die näher an der Gatcelektrode liegt, ist die Sourceelektrode. Es könnten auch die Elektrode 44 als Sourceelektrode und die Elektrode 42 als Drainelektrode geschaltet werden, jedoch gehen dabei die Vorteile verloren, die durch die versetzte Anordnung und die unterschiedlichen Abstände ei reicht werden.

Die Gateelektrode 46 wird auf eine gewünschte Spannung vorgespannt und ist hierzu über einen Widerstand 52 an eine Klemme 54 einer nicht ihn gestell ten Vorspannungsquelle angeschlossen. Man beachte, daß: I) die Vorspannung für die Gateelektrode 46 mittels eines geeigneten Spannungsteilers von der Spannungsquelle 60 abgenommen werden kann und daß 2) der Widerstand 52 nach Masse führen kann, wenn es die Drainstrom-Drainspannungs-Kennlinic des verwendeten Transistors und der vorgesehene Ai bcitshereich des Transistors zulassen.

Der Gateelektrodc 46 werden über einen Kopplungskondensator 50 Eingangssignale von einer nicht dargestellten Signalquelle zugeführt. Ausgangssignalc entstehen am Widerstand 56 und können über einen Kopplungskondeiisalor 58 einem nicht dargestellten Verbraucher zugeführt werden. Der Halbleiterkörper 48 ist mit der Sourceelektrode 42 verbunden

Der Transistor 40 ist ein Feldeffekttransistor mit isoliertem, versetztem Gate. Wenn sich die Gateelek-Irode näher an der Sourceelektrode befindet, ergibt sich eine kleinere Eigenkapazitiit zwischen Gatcclck trode und Drainelektrode und dementsprechend eine schwächere inhärente Rückkopplung über diese Kapazität, so daß auch ohne Neutralisation ein stabiles Arbeiten in einem weiten Frequenzbereich möglich ist. Bei sehr hohen Frequenzen kann unter Umständen eine Neutralisation erforderlich werden, die Auslegung eines solchen Neutralisationskreises ist jedoch wegen der herabgesetzten Ausgangs-Eingangselek-

die Gateeiektrode 46 von dein Halbleiterkörper 48 und von der Source- und Draineleklrode 42 bzw. 44 isoliert ist, so dall praktisch kein Gatcstrom fließt. Ein anderer Vorteil, der daraus resultiert. daß die Gateeleklrode 46 naher an der Sourcccleklioilc 42 liegt, bestellt darin, daß der größte Teil der naturgemäß vorhandenen Behinderung des Stromflusscs im leitenden Kanal (der /wischen der Drain- und der Sourceelektrocle 44 b/vv. 42 auftritt und als Widerstand dargestellt werden kann) im Drain- oder Ausgangskicis des Transistors 40 liegt. Hierdurch wird der Vcrstarkungsgrad des Verstiirkers erhöht, da die Gegenkopplung durch Innenwiderstände der Einrichtung herabgesetzt wird. In anderen Worten gesagt wird durch das Versetzen der Gateelektrode ein größerer Teil des Kanalwiderstandes auf der Draiiiscitc der Gateelektrode wirksam, während der Betrag des Kanalwiderstandes, der im Kreis zwischen der Gatcelcktrode und der Sourceelektrode wirksam wird, sich verringert. Durch die Herabsetzung des Widerstandes zwischen der (Jäte- und Soureeeleklrode, also den Eingangsclcktroden, wird die Signalgegenkopplung verkleinert. Da außerdem der Eingangs-Rcihcnwiderstand herabgesetzt wird, ergibt sich eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit der Kreise, so daß sie bei höheren Frequenzen betrieben werden können.

Man beachte, daß die in den I- i g. 1 bis 6 dargestellten Schaltungsaiiordnungen Feldeffekttransistoren mit versetzten (iates enthalten unddaüdahei bei allen diesen Kreisen der Vorteil einei höheren Figcnvcrsiärkung infolge der betrachtlich verringerten inneren Gegenkopplung wirksam wird.

Fig. 2 zeigt einen Sigiialübertragungskreis in Form einer abgestimmten Verstärkerschaltung, die einen Feldeffekttransistor 40 mit einer Gale-, Source- und Drainelektrode46.42bzw. 44 enthält. Mit der Drainelektiode 44 ist ein abgestimmter Ausgangskreis gekoppelt, der einen Transformator 72 mit Primärwicklung 74 und Sekundärwicklung 76 enthält. Ein Finde der Primärwicklung 74 ist direkt an die Drainclektiode 44 angeschlossen, das andere linde ist über einen Testkondensator 78 an Masse angeschlossen. Die Sonrceclektrode 42 ist geerdet. An die Primärwicklng 74 sind ein Widerstand 80 und ein Durchführungskondensator 82 angeschlossen, um der Draineleklrode 44 von einer nicht dargestellten Glcichspanlumgsqucllc eine positive Vorspannung zuzuführen. Die (iateelektrode 46 erhält durch einen Widerstand 52 und einen Durchführungskondensator 86 eine Vorspannung von einer ebenfalls nicht dargestellten Vorspannungsquclle.

Die Zuführung von liingangssignalen erfolgt über einen Kopplungskondcnsator 50. Zur Neutralisation ist zwischen die Gateelektrodc 46 und das untere Ende der Primärwicklung 74 des Transformators 72 ein Kondensator 90 geschaltet. Das Ncutralisationsnelzwerk enthält eine Urückcnschaltung, die die Eigenkapazität zwischen Gate und Drain, die Kapazität zwischen Drain und Masse, den Kondensator 78 und den Neutrali.sationskondcnsator 90 umfaßt. Da die EigcnkapazitäV 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 Ncutralisationskrciscs wird daher beträchtlich verkleinert.

Die in Fig. 3 dargestellte Verstärkerschaltung enthalt zwei parallelgeschaltete Feldeffekttransistoiei 40, 4Ou mit isoliertem Gate. Die Drainelektroden 44 44« und die Sourceelektroden 42, 42« der Transisto ren 40 bzw. 40« sind jeweils miteinander verbunden Die Galcclcktroden 46. 46« der Transistoren 40 bzw 40« sind wechselspannungsniäßig durch einen Kopp lungskoiulensatoi 116 verbunden, der für die Signal frequen/en eine niedrige Impedanz darstellt und die Gateelektrodc η gleichst rommäßig voneinandci

·<> trennt. Die Substrate 48, 48« der Transistoren 40, 40« sind mit Anschlüssen 67 Iv.w. 67« versehen. Die von einer nicht dargestellten Quelle stammenden Eingangssignale werden über einen Kopplungskondcnsator 50 einem abstimmbaren Flingangskreis zugeführt.

• 5 der mit Masse verbundene veränderliche Kondensatoren 118. 120 enthält, die durch eine Induktivität 122 unter Bildungeines Schwingkreises miteinander gekoppelt sind. Die Eingangssignale werden vom Eingangskreis auf die Gatcelektrode 46 des Transistors 40 gekoppelt. Mit den Drainelektroden 44, 44« 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 abge

*5 stimmten Schwingkreis bilden.

Aus der Verstärkerschaltung können Ausgangssignale durch eine Induktivität 131 ausgekoppelt werden, die induktiv mit der Induktivität 130 im Aus gangsschwnigkreis gekoppelt ist. Die Sourccclcktro den 42.42« sind über einen Durchführungskondensator 138 mit einer negativen Klemme - R einer nicht dargestellten Vorspannungsquelle verbunden. Die positive Klemme -f H der Vorspannungsquelle liegt an Masse. Es fließt ein Strom von Masse durch den Durchführungskondensator 82, den Widerstand 80. «.lic Induktivität 130. die Drainelektroden 44, 44«, die Sourceelektroden 42, 42« zur negativen Klemme der Vorspannungsquclle Ii. Zur Neutralisation des Verstärkers ist ein veränderlicher Kondensator 90a zvvisehen die Kondensatoren 120. 128 geschaltet, wie oben in Verbindung mit T'ig. 2 erläutert wurde. Die Gateelektroden 46. 46u werden durch Vorspannungski eise, die Widerstände 52 bzw. 52« und Durchf ülirungskonJcnsatorcn 86 bzw. 86a enthalten, auf verschiedene Spannungswerte vorgespannt. Der Widerstand 52 und der Kondensator 86 sind mit der Gateelektrodc 46 und der Widerstand 52a und der Durchführungskondensator 86« sind mit der Gatcelektrode 46« verbunden.

Die Steilheitskcnnlinie hinsichtlich der Gatespannung der Feldeffekttransistoren 40, 4Oo 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 Steilheitskennlinic mit Regeicharakteristik erzeugen, wie die Kurve B in Fig. 7 zeigt. Die Kurven A und B 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-Sourcc-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 g^-Gate-Source-Spannungskennlinie einen ersten Teil α umfaßt, der relativ flach verläuft und einen zweiten Teil b, in dem

die Kurve ziemlich scharf ahfälll. Der ersle Teil α beginnt am Punkt maximaler Steilheit und ist ziemlich eben bis /u einem Punkt, an dem die Drainslrom-Drainspannungskuivcn näher anciiiandci /u liegen beginnen. Indem man die beiden Fcldcffckttransistorc η piiiallel schaltet und ihre Gateclektroden in dei beschriebenen Weise vorspannt. IaUt sich die g_m-liatespannungskcnnlinie derart verandern, daLt sie praktisch linear verläuft.wie sie die Kurve H in Hg. 7 zeigt. Hieraus ergibt sich eine Verbesserung der Betriebseigenschaften der Hinrichtung, da Kicu/modulationsverzerriingen beträchtlich herabgesetzt werden. Hs wurde gefunden, dal! die beschriebene Schaltungsanordnung bessere Resultate ergibt als eine Verstärkerschaltung mi! einem Flächen!!ansistor, da die Krcuzmodulationsver/errungen beträchtlich kleiner sind.

Die in Fig. 4 dargestellte Signalübertragungssclialtuiig enthält eine Hochfrequcnzvcrstärkerstufc 136. auf die eine Mischstufc 141 und eine erste ZF-Stufc 143 eines Hochfrequenzempfängers folgen, üie HF-Verstärkerstufc 136enthält 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 Draineleklroden 46,42 bzw. 44 und ein Substrat 48 aus Halbleitermaterial. Die Source- und Drainbereiche sind dotiert (iH) und das aus Silizium bestehende Sutistrat ist p-lcitcnd.so daß zwischen den Drain- und Sourecbereichen und dem Substrat zwei gleichrichtende pn-Obergänge 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 /H angeschlossen, die ihrerseits mit der positiven Klemme einer nicht dargestellten Vorspannungsquelle verbunden ist. Der Widerstand 132 ist über einen Kondensator 128 mit Masse verbunden. Die Drainclcktrode 44 ist über einen Kopplungskondensator 58 mit der Mischstufe 141 verbunden.

Die Polung der pn-Übcrgange ist typisch für einen Transistor, dessen Substrat bezüglich den Source- und Drainclcktroden p-leitend ist. Der Transistor kann natürlich auch mit einem Substrat hergestellt werden, das bezogen auf die Source- und Drainelektroden η-leitend ist. Hei Transistoren der zuletzt erwähnten Art wurden die pn-Übcrgängc umgekehrt gepolt sein, so daß die Anodenscitc des pn-Übcrganges auf der Seite der Source- und Drainclektroden 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-leitcnden Material, bezogen auf die Source- und Drainelcktroden ist. Dies umfaßt dann also auch Materialien des η-Typs, die -jedoch bezüglich der stärker dotierten (n + ) Quelle und Senke p-lcitend sind.

Der Gateelektrode 46 des Feldeffekttransistors 40 werden über einen Kopplungskondensator 50 Eingangssignalc von einer nicht dargestellten Signalquelle zugeführt. Zwischen die Drainelcktrode und die Gateclektrodc des Feldeffekttransistors 40 ist zur Neutralisation ein veränderlicher Kondensator 90 geschaltet, wie in Verbindung mit Fig. 2und3 beschrieben worden ist. Die Sourceelcktrode 42 ist über einen Widerstand 170 mit Masse verbunden. Der Sourceelektrodenkreis ist für Signalfrequenzen durch einen Überbrückungskondensator 172. der dem Widerstand 170 panillclgcschitltct ist. geerdet. Die Klemme 67 ist über einen Kondensator 173 mit Masse gekoppelt, /wischen die Gateelektrodc 46 und die Sourccelck-Iiode 42 ist ein Widerstand 52 geschaltet, um das Potential der Gateelektrodc 46 in Relation zu dem Potential der Soiirceelektrodc 42 zu bringen.

Der Ausgang der Mischstufe 141 ist mittels eines Kopplungskondensators 176 mit dem Hingang der ersten ZF-Stufc 143 verbunden, die einen Feldcffekt-

if transistor 40fr mit isolierten) Gate entsprechend dem Feldeffekttransistor 40 enthält. Der Transistor 40fr hat eine Gate-, Source- und Drainelektrode 46/), 42fr bzw. 44/.'. Die Drainelektrode 44/) ist über eine Induktivität 130fr und einen Widerstand 132fr an eine KI(MIiItIO H -I einet nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, hierfür kann dieselbe Vorspar.-nungsquelle verwendet werden, die die Vorspannung fm die Drainelektrode 44 des Transistors 40 liefert. Der Widerstand 132fr ist durch einen Kondensator

»" 128fr nach Masse überbrückt. Die Klemme 67fr ist nicht an eine Vorspannungsquelle angeschlossen, und das aus Halbleitermaterial bestehende Substrat des Feldeffekttransistors 40/> ist daher potentialfrci.

Die Ausgangssignale dei ersten ZF-Stufe 143 wer-

»5 den einem nicht dargestellten Verbraucher über einen Kondensator 58fr zugeführt. Der Gateelektrode 46fr des Transistors 40/> wird über einen Widerstand 52/> eine Rcgelspannung zur automatischen Verstärkungsregelung zugeführt, deren Amplitude eine Funktion des mittleren Signalpcgcls ist. Zur Zuführung der Regelspannung an die HF-Verstärkerstufe 136 ist die Drainelektrode 44fr des Transistors 40fr mit der Klemme 67 des Transistors 40 über einen Leiter 214 verbunden, der an den Verbindungspunkt zwischen der Induktivität 130fr und dem Widerstand 132fr angeschlossen ist.

Die Rcgelspannung, die von einer nicht dargestellten Quelle stammt, wird mit wachsendem Signalpegcl negativer und setzt den Sourec-Drainstrom des Transistors 40fr und damit seinen Verstärkungsgrad herab. Das Potential des Verbindungspunktes zwischen dem Widerstand I32fr und der Induktivität 130fr wird positiver, wenn der Drainstrom des Transistors 40fr 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 Drainelcktroden 42, 44, werden die dazwischenliegenden Sperrschichten leitend. Die eine Sperrschicht kann dabei zuerst leitend werden, je nachdem, ob die Drain- oder Sourccelektrodc 44 bzw. 42 weniger stark positiv bezüglich des Substrats ist. Wenn das Substratpotential positiver wird als das Potential an der Sourceelcktrode 42, wird der pn-Übergang zwischen Source und Substrat leitend und der Stromfluß durch den Widerstand 170 nimmt zu. Die Vorspannung der Gateelektrodc 46 bezüglich der Sourceelcktrode 42 bleibt jedoch gleich, da die Gateelektrodc über den Widerstand 52 mit der Sourceelcktrode verbunden ist. Wenn das Substratpotential positiver als das Potenttal der Drainelektrode 44 wird, fließt über die Sperrschicht 152 ein Strom. Bei stromführendem pn-übergang zwischen Drain und Substrat wird die Drehelektrode 44 über die pn-Übergängc und den Kondensator 173 für die Signalfrequenzen praktisch mit Masse verbunden, so daß der Verstärkungsgrad der Hochfrequenzverstärkerstufe dementsprechend abnimmt.

Hg. 5 zeigt eine gegenüber Fig. 4 abgewandelte HF- Verstärkerstufe 136'. Der Haiiptunter.schied 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 lies Feldeffekttransistors 40 zurüekgekoppelte Spannung positiver. Wenn das Substraipotcntial des Feldeffekttransistors 40 po "> sitivei wird als das Vorspannungspotential der Sourceelektrode 42. wird die Sperrschicht 154 stromführend, wodurch wiederum der Detrag des Stromflusses durch den zur automatischen Vorspannungser-/euguDg dienenden Widerstand !70 steigt. Da die '5 Spannung am Widerstand 170 zwischen der Source- und der Gatceicktrodenspamuing liegt, ändert sich der Arbeitspuiikt des Transistors infolge des zusätzlichen Stromes von der SpcfGerücht '.wischen Sourceelektrode und Substrat, Wenn die Vorspannung zwi- ao sehen der Sourceelektrode und der Gateelektrode einen bestimmten Wert erreicht, wird der Feldeffekttransistor 40 praktisch gesperrt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Krfindung kann die Gatcclektrodc 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 erforderlich sein.

In die in Fig. 4 und 5> dargestellten HF-Verstärkerstulen 136 ist zusätzlich zu der oben beschriebenen Regelung noch jeweils eine Spannungsverzogerung voigesfhen. Die Verzögerung in der in Fig. 4 dargestellten Schaltung entspricht der Suhstratspuniuing. die crfordeiliih ist, um die Vorspannung an der Drainclckliodc 44 zur Änderung der Impedanz des pn-Übergangs zwischen Drainelektrode und Substrat zu überwinden. Hei der in Fig. .'S dargestellten Schaltung ist die Verzögeriingsspannung diejenige Siibstralspaniuing. die nötig ist, um clic Impedanz des pn Obergangs /wischen Sourceelektrode und Substrat zu ändern.

F^-ig. (1 zeigi ι inen Hochfrequenzverstärker, der ei neu Fcldcffcktliansislor 40 mit einer Galcelektrode 46. einer Souiceelektrode 42. einer Draiiiclektrndc 44 und einem Substrat 4K aus Halbleitermaterial enthält. Die Giilc und die Drainelcktiode 46 bzw. 44 sind über Widerstünde 52 bzu. 56 mit einer nicht dargestellten Vorspannungsi|uel!e verbunden. Der Gateelektrode 46 werden über einen Kopplungskondensator 50 Eingangssignalc von einer nicht dargestellten Signalquelle zugeführt. Die Ausgangssignale des Ver stärkers werden an einem Wideistand 56 abgenommen und über einen Kondensator 58 einem nicht dar gestellten Verbraucher zügeliihit.

Wie oben in Verbindung mit den Fig. 1, 2. 4 und 5 beschrieben wurde, sind Source- und DrainbereicM si) dotiert, daü sie 11' -leitend sind, wahleml das Substrat aus dem Siliziumkörper effektiv p-doliert ist. so daß zwischen ilen Source- und Diainbereichen und dem Substrat zwei pn-Übcrgänge gebildet werden. Diese pn-Obergänge sind in Fig. (1 an Masse angeschlossen.

Die Sourceelektrode 42 ist über einen Widerstand 170 mit Masse verbunden, um die Verstärkerschaltung mit einer automatischen Vorspannung zu vei sorgen. Der Widerstand !70 ist durch einen Kondensator 172 überbrückt. Wenn ein Strom son der Drainelektrode 44 durch den leitenden Kanal, die Sourceelekirode 42 und den Widerstand 170 nach Masse fließt, wird das Potential an der Souiceelektrode 42 positiv bezüglich Masse und der pn-Obcigang zwischen Source und Siibsir::» wird in SpcnUhtung vorgespannt. Hierdurch wird die Kapazität des pn-Oberganges herabgesetzt, so daß die gesamte Ausgangskapazität des Feldeffekttransistors 40 entsprechend sinkt und das Hochlr<.i|ueiiz.\erhalten des Verstärkers besser wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Signalübertragungsschaltung mit einem Isolierschicht-Feldeffekttransistor, der an einem mit einer Substratelektrode kontaktierten Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps unter Bildung von pn-Ühergängen 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 zwischen Gateelektrode und Sourceelektrode ein Siynaleingangskreis geschalte! ist. dadurch ge kennzeichnet, daß /wischen der Source - oder der Drainelektrode und der Substratelektrode (67) eine Vorspannungsschaltung (132, B +, 56, 170) zur Bestimmung der an den pn-Ubergängen wirksamen Vorspannung und oder der Leitfähigkeit des Kanals vorgesehen ist.
2. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung 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) zugeführle Vorspannung eine Regelspannung zur Veränderung des Verstärkungsgrades der Signalübertragungsschaltung ist.
4. Signalübertragungssehaltung nach Anspruch I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein /weiter Feldeffekttransistor (40«) mit abweichender Steilheitskennlinie für die· Gatevorspannung vorgesehen ist, dessen Source- und Drainelektroden (42«. 44«) mit den entsprechenden Elektroden (42, 44) des eisten Feldeffekttransistors verbunden sind und die gemeinsam an die Last (126. 130) uiul die Stromquelle (Ii) geschaltet sind und deren weehselspannungsmäßig (Kondensator 116) gekoppelten Gateelektrodcn (46, 46«) unterschiedliche Regelspannungen derart /uführbar sind, daß die Steilheitskennlinie der Gesamtschallung sieh aus zwei unterschiedlichen Bereichen entsprechend den Kennlinien der einzelnen Transistoren (40, 40«) zusammensetzt.
5. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch der /.weite Feldeffekttransistor (40«) ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor ist.
fi. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die LeitIahigkeitsverhältnisse so gewählt sind, daß bei positiver Substratvorspannunggegeniiber Source- und Drainbeieich zwischen diesen Bereichen ein leitender Stromweg besteht, bei negativer Vorspannung dagegen nicht.
7. Sign ilübetragunysschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor spannungsschaltung /wischen Sourceelektrode und Substratelektrode geschaltet und die Vorspannung so gewählt ist, daß der pn-Übergang /wischen Sourcebereich und Substrat leitend vorgespannt ist.

K. Signalühcrlragunusschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Halbleiterkörpers und die Polarität der Stromquelle derart gewählt sind, daß eine Majoritätsträgerleitung zwischen Source- und Drainbercich stattfindet.

¹J. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Last als abstimmbarer Ausgangskreis (126, 130) ausgebildet ist, zwischen den und den abslimmbaren F.ingangskreis (118, 120. 122) eine einen veränderbaren Kondensator (90. 90«) enthaltende Neutralisationsschaltung geschaltet ist.

Kl. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Sourceelektrode über einen Widerstand (170) mit einem Hczugspolcntktlnunkt (Masse) verbunden ist und die der Substratelektrode zugeführte Vorspannung derart gewählt ist, daß der pn-übergang zwischen Sourcebereich und Halbleiterkörper gesperrt ist.