DE2104379C3 - Schaltungsanordnung zur Realisierung einer steuerbaren Kapazität - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Realisierung einer steuerbaren Kapazität

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Realisierung einer steuerbaren Kapazität nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus Nachrichtentechnik - 18 (1968) Heft 8, Seiten 304—308, bekannt. Die bekannte Integrationsschaltung, die in der Veröffentlichung mathematisch beschrieben wird, enthält keine steuerbaren ohmschen Widerstände und ist nur in Form eines sehr komplexen Ersatzschaltbildes Grundlage der mathematischen Berechnungen.
Aus der BE-PS 6 79 291 ist ein Spannungsverstärker für trapezförmige Eingangsimpulse bekannt, der Feldeffekttransistoren enthält, wobei zwischen die Gate-Elektrode und eine Hauptelektrode eines Feldeffekttransistoren ein Kondensator geschaltet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit der eine veränderbare Kapazität nachgebildet wird, die in einem großen Bereich variabel ist Dabei soll sich die Kapazität zwischen zwei Eingangsklemmen einstellen. Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst
Durch diese Schaltungsanordnung ergibt sich eine Eingangskapazität, deren Wert ein veränderbares Vielfaches der zwischen Gate-Elektrode und Source-EIektrode geschalteten Kapazität beträgt
Vorzugsweise findet ein Feldeffekttransistor vom
ίο Verarmungstyp Verwendung, da bei einer solchen Anordnung die variable Eingangskapazität bereits bei einer Eingangsgleichspannung t/e,= 0 vorliegt Beim Verarmungstyp-Feldeffekttransistor ist bereits ohne Steuerspannung ein leitender Kanal zwischen der
is Source- und der Drain-Elektrode vorhanden. Er entsteht bei einem MOS-Feldeffekttransistor mit von der Halbleiteroberfläche isolierter Steuerelektrode dadurch, daß in der Isolierschicht unter der Steuerelektrode schon bei der Spannung Ud=Ucs=0 eine Inversion eines beispielsweise p-leitenden Grundkörpers zu einer η-leitenden Oberfläche verursacht wird, die die Source- und die Drain-Elektroden miteinander kurzschließt Der leitende Kanal unter der Isolierschicht bei der Eingangsspannung null kann auch durch einen zusätzlichen Diffusionsprozeß erzeugt werden.
Die Variation der Eingangskapazitäi Ca ist von der Größe des steuerbaren Widerstandes und von der Steilheit des Feldeffekttransistors abhängig. Als veränderbarer Widerstand kann beispielsweise ein normales Potentiometer verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist die Schaltungsanordnung dann, wenn auch der steuerbare Widerstand aus einem Feldeffekttransistor besteht. Die beiden dann für den Aufbau der Schaltungsanordnung erforderlichen FeIdeffekttransistoren können in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert werden. Auch der zwischen die Gate-Elektrode und die Drain-Elektrode geschaltete Kondensator C kann aus einem Bauelement bestehen, das in einem Arbeitsgang mit den Feldeffekttransistoren hergestellt und mit diesen integriert werden kann. Der Kondensator besteht vorteilhafterweise aus einem Varaktor. Varaktoren lassen sich dadurch realisieren, daß ähnlich wie bei der Herstellung eines Feldeffekttransistors eine Elektrode durch eine Isolierschicht vom Halbleiterkörper getrennt ist. Die andere Elektrode kann beispielsweise auf der der Isoherschicht abgewandten Oberflächenseite des Halbleitergrundkörpers angeordnet werden.
Der Kondensator zwischen der Gate-Elektrode und
so der Drain-Elektrode kann konstant oder veränderbar
sein.
Die in der Schaltungsanordnung verwendeten Feldeffekttransistoren sind vorzugsweise MOS- oder allgemeiner MIS-Transistoren.
Die Erfindung soll im weiteren anhand der F i g. 1 bis 4 noch näher erläutert werden.
In der F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Prinzip dargestellt.
Zwischen die Gate-Elektrode Gi und die Drain-Elektrode D des Transistors Ti ist ein Kondensator C geschaltet. Parallel zu dem gesteuerten Kanal D-S des Feldeffekttransistors ist der veränderbare Widerstand R in Reihe mit der Versorgungsspannung Ueat geschaltet. Zwischen der Gate-Elektrode Gi und der Source-EIektrode 5 wird die veränderbare Eingangskapazität Crigemessen.
In der F i g. 2 wurde der Widerstand R durch einen Feldeffekttransistor T2 ersetzt. Die beiden steuerbaren
Kanäle sind parallel zueinander geschaltet Zwischen der Gate-Elektrode Ci des Transistors T2 und der beiden Feldeffekttransistoren gemeinsamen Source-Elektrode 5 liegt die Steuerspannung Usu mit der der Widerstand des Kanals im Feldeffekttransistor T2 verändert wird. Auch der Kcrdensator C kann veränderlich sein, wenn der Steuerbereich der Eingangskapazität erweitert werden soll. Die vor der Spannungsquelle Ubm angeordnete Drossel Dr verhindert d-:n wechselstrommäßigen Kurzschluß dieses Leitungszweiges. Ersetzt man den Widerstand R von Fig. 1 durch einen zweiten Feldeffekttransistor, dessen steuerbarer Strompfad nicht wie in Fig.2 parallel, sondern in Reihe zum Strompfad des Feldeffekttransistors Γι geschaltet ist, wird keine Drossel benötigt ι ί
Die F i g. 3 zeigt das vereinfachte Ersatzschaltbild des Feldeffekttransistors Γι in Verbindung mit dem zugeschalteten Kondensator C und dem veränderbaren Widerstand R. Bei diesem Ersatzschaltbild ergibt sich für die Eingangskapazität der Wert:
Cei = C0 + C
■(-
+ G
+ 1
sofern Cklein ist gegen 5Ί und gegen (GdS+ G).
Hierbei ist S\ die Steilheit des Transistors, Ca die Transistorkapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode, G der Leitwert des veränderbaren Widerstandes R und G^ der Leitwert des Transistorwiderstandes zwischen den beiden -Hauptelektroden D und S. Bei einem geeigneten Ausführungsbeispiel liegen folgende Werte eines Feldeffekttransistors vor:
Si=2mS, G=5pF,
mS
für die übrigen Bauelemente werden folgende Werte gewählt:
C= 15 pf, G= 1 mS bis 0,05 mS
Hieraus ergibt sich:
Ce,=50bis520pF
Das Kapazitätsvariationsvcrhältnis beträgt somit etwa 1 :10. In der Fig.4 ist eine Realisierungsmöglichkeit der Schaltungsanordnung dargestellt; sie betrifft die Parallelschaltung der beiden Feldeffekttransistoren 71 und T2.
In einen p-leitenden Halbleiterkörper 1 wurden im Abstand voneinander zwei η+-leitende Halbleiterzonen 2 und 3 als Source- und Drain-Elektrode eindiffundiert Die Halbleiteroberfläche ist mit einer Isolierschicht 4 bedeckt, die positive Ladungsträger enthält Durch diese positiven Ladungen in der Oxidschicht wird eine durch eine gestrichelte Linie angedeutete η-leitende Oberflächeninversionsschicht im Kanalgebiet zwischen den beiden Zonen 2 und 3 bereits ohne anliegende Steuergleichspannung induziert Das Kanalgebiet zwischen den beiden Zonen 2 und 3 is* auf der Isolierschicht 4 von zwei Gate-Elektroden Gs und Gz bedeckt, die durch eine Unterbrechung voneinander isoliert sind. Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE-OS 15 64 222, Fig. 2, bekannt.
Die Gate-Elektrode G, bildet mit den beiden Hauptelektroden D und S den Feldeffekttransistor 71, während die Gate-Elektrode Gz mit den beiden Hauptelektroden D und S den Feldeffekttransistor T2 und damit den steuerbaren Widerstand R bildet. Gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig.2 ist zwischen die Gate-Elektrode G\ und die Drain-Elektrode D der Kondensator C geschaltet, während zwischen Gj und der Source-Elektrode 5 die Steuerspannung Us, liegt, mit der der Widerstand des Feldeffekttransistors Ti verändert wird. Die Batteriespannung liegt zwischen den beiden Hauptelektroden S und D. Auch der Kondensator C kann mit in den Halbleiterkörper integriert werden, wenn er durch einen Varaktor auf MOS- oder MIS-Basis realisiert wird.
Hierzu 2 BUilt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. a) Schaltungsanordnung zur Realisierung einer
steuerbaren Kapazität
b) mit einem Transistor (Ti),
c) bei dem zwischen die Steuerelektrode (Gi) und eine Hauptelektrode (D) ein Kondensator (C) geschaltet ist,
dadurch gekennzeichnet,
e) daß der Transistor (Ti) ein Feldeffekttransistor ist,
f) daß zwischen die Source-EIektrode (S) und die Drain-Elektrode (D) ein steuerbarer ohmscher Widerstand (7?,)geschattet ist,
g) so daß sich zwischen der Gate-Elektrode (Gi) und der Source-EIektrode (S) des Feldeffekttransistors (Ti) eine sich mit dem steuerbaren Widerstand (R) ändernde Eingangskapazität (Cd) ergibt
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
h) daß der Feldeffekttransistor (Ti) vom Verarmungstyp ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
i) daß der steuerbare ohmsche Widerstand (R) ein Feldeffekttransistor (T2) ist,
j) und daß die beiden Feldeffekttransistoren (Ti, Ti) in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
k) daß die zwischen die Gate-Elektrode (Gi) und die Drain-Elektrode (DJ des Feldeffekttransistors (Ti) geschaltete Kapazität (C) veränderbar ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
1) daß die Feldeffekttransistoren (Ti, T2) MIS-Feldeffekttransistoren sind.
DE2104379A 1971-01-30 1971-01-30 Schaltungsanordnung zur Realisierung einer steuerbaren Kapazität Expired DE2104379C3 (de)

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DK134919B (da) * 1966-01-04 1977-02-07 Soeren Anton Wilfre Joergensen Matrix-kobling.

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