DE2163924A1 - Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement - Google Patents

Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement

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Akio Ikeda; Fujita Takashi Toyonaka; Yamashita (Japan). P
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Description

PATENTANWALTSBÜRO ThOMSEN - TlEDTKE - BüHLING 2163924
TEL. (0611) 53 0211 TELEX: 5-24 303 topat
0212
PATENTANWÄLTE Mönchen: Frankfurt/M.:
Dipl.-Chem.Dr.D.Thomson Dipl.-tng. W. Weinkauff
Dipl.-Ing. H. Tiedtke (Fuchshohl 71)
Dipl.-Chem. G. Bühling
Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers
8000 München 2
Kaiser-Ludwäg-Platz 6 22. Dezember I971
Matshuhita Electric Industrial Co., Ltd. Osaka, Japan
Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement und insbesondere auf eine Steuervorrichtung, bei der ein spannungsgesteuertes Element mit negativem Widerstand zur Durchführung einer Phasensteuerung verwendet wird.
Mit der Erfindung wird eine Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement geschaffens die ein spannungsgesteuertes Element mit negativem Widerstand aufweist und eine Serienschaltung eines veränderlichen Widerstandes mit einem Widerstand, deren gemeinsamer Schaltungsknoten mit einem Steuerkreis für das Element mit negativem Widerstand verbunden ist.
20982^/0641
Erfindungsgemäß ist eine Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement vorgesehen, die ein B'eldeffektelement mit negativem Widerstand aufweist und eine Serienschaltung aus einem Kondensator und einem veränderlichen Widerstand, deren gemeinsamer Schaltungsknoten mit einem Steuerkreis für das Element mit negativem Widerstand verbunden ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen aus Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines in der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung verwendeten Halbleiterelements;
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskennlinien des Elements nach Fig. 1;
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
Fig. 4 zeigt Spannungs- und Stromwellenformen an verschiedenen Punkten der Vorrichtung nach Fig. 3; und
Fig. 5 und 6 zeigen Schaltbilder von anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
ι
Das in Fig. 1 dargestellte spannungsgesteuerte Element
20982Sl1/0641
' BAD ORIGINAL
mit negativem Widerstand hat pnpn-Aufbau mit einem Toraufbau zur Spannungssteuerung über eine Isolierschicht. Gemäß Darstellung besitzt das Element einen n-leitfähigen Halbleiterkörper 1, pleitfähige Bereiche 2 und 3> die in dem Körper 1 gebildet sind und voneinander getrennt sind, einen in dem p-Bereich 3 gebildeten n-leitfähigen bereich 4, eine auf der Oberfläche des Körpers 1 gebildete Isolierschicht 5 und Elektroden 6, 7 und 8, die auf dem p-bereich 2 und dem η-Bereich h und auf der Isolierschicht gebildet sind. Diese Elektroden 6, 7«und 8 dienen jeweils als Anode, Kathode-und Tor.
Die Strom-Spannungskennlinien an den Elektroden 6 und sind in Fig. 2 gezeigt. Wird die Spannung erhöht, befindet sich das Element zuerst im Sperrzustand und schaltet bei einer Spannung Vcn auf den Leitzustand um. Dabei ist die Torspannung auf I-iull gesetzt und die Polarität derart gewählt, daß die Elektrode 6 positiv ist und son.it das Element in Durchschaltrichtung vorgespannt ist. liird dann die Spannung vermindert, kehrt das Element vom Leitzustand zum Sperrzustand zurück. Wird die Spannung ferner in Sperrichtung angelegt, so daß die Elektrode 7 positiv ist, Di'icht sie bei der Spannung Vp durch. Wird bei Durchlaßrichtung - \:ie negative Spannung an das Tor angelegt, nimmt die Schaltspannung V0 ab, beispielsweise nach Von, V0. und dann VQO, und wird eine positive Spannung an das Tor angelegt, steigt sie an.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, die ein solches - in Fig. 1 gezeigtes - span-,v-igsgesteuertes Element mit negativern Widerstand sur Durchführung
209879/ D.6M
BAD ORiGSMAL
einer Phasensteuerung eines Wechselstroms verwendet; sie besitzt ein spannungsgesteuertes Element 9 mit negativem Widerstand mit diesen Eigenschaften, eine Spannungsquelle 13 und eine Last 10, wobei diese drei Komponenten in Reihe geschaltet sind. Ferner sind ein veränderlicher Widerstand 11 und ein Widerstand 12 in Reihe geschaltet, und diese Reihenschaltung ist dem spannungsgesteuerten Element 9 mit negativem Widerstand und der Last 10 parallelgeschaltet. Eine Torelektrode 8 des Elements 9 mit negativem Widerstand ist mit dem gemeinsamen Schaltungsknoten des ™ veränderlichen Widerstands 11 und des Widerstands 12 verbunden, so daß an der Torelektrode 8 die Anschlußspannung des Widerstandes 12 liegt.
In dem zuvor beschriebenen Aufbau (Fig. 3) liegt eine Wechselspannung, die in Phase mit der Spannung der Lastschaltung ist, an der Torelektrode 8 des Elements 9 mit negativem Widerstand, Wird ein Element mit pnpn-Aufbau verwendet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, erhöht die angelegte Torspannung die Schaltspannung, und wird ein Element mit npnp-Aufbau verwendet (d. h. die n- und p-Schichten vertauscht), vermindert die Torspannung die Schaltspannung. Beispielsweise werden mit einem npnp-Element die in Fig. 4 gezeigten Spannungs- und Stromwellenformen erhalten, bei denen die Kurve lk eine Wechselspannungswellenform der Spannungsquelle 13 repräsentiert, die Kurve 15 eine an der Torelektrode 8 ' anliegende Wechselspannungsv/ellenform und die Kurve 16 eine Wechselstromwelienform, die durch die Lastschaltung 10 fließen gelassen wird. Diese Kurven zeigen, daß das Element 9 mit negativem Widerstand zum Durchlaßzustand (Ein-Zustand) schaltet, wenn
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die Torspannung eine bestimmte Triggerspannung erreicht, und zum Sperrzustand (Aus-Zustand), wenn die Torspannung unter die Triggerspannung absinkt. Eine solche Torspannung kann durch Änderung des veränderlichen Widerstandes 11 phasengesteuert v/erden.
In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gezeigt. In dieser Ausführungsform ist eine Last 10 über ein Feldeffektelement 9 mit negativem Widerstand mit einer Spannungsquelle 13 in Reihe geschaltet; Ein Kondensator 17 ist mit einem veränderlichen Widerstand 11 in Reihe geschaltet, und diese Reihenschaltung ist an die Spannungsquelle 13 angeschlossen. Der gemeinsame Schaltungsknoten des veränderlichen Widerstandes 11 und des Kondensators 17 ist mit der Torelektrode 8 des Peldeffektelements 9 mit negativem Widerstand verbunden.
In dem zuvor beschriebenen Schaltungsaufbau wird der Kondensator 17 bei jedem halben Zyklus der Spannungsquelle 13 über den veränderlichen Widerstand 11 aufgeladen, und die Ladungsspannung liegt während jedes anderen Halbzyklus an der Torelektrode 8 des Feldeffektelements 9 mit negativem Widerstand an, um das Halbleiterelement 9 leitend werden zu lassen und eine Spannung an die Last 10 anzulegen.
Ferner kann eine Last mit einer Spannungsquelle in einer in Fig. 6 gezeigten Weise in Reihe geschaltet werden. Wie dort dargestellt ist, ist eine Last 10 mit der Spannungsquelle über ein Feldeffektelement 9 jnit negativem Widerstand in Reihe
ί
209829/0641 BAD ORIGINAL
geschaltet. Ein veränderlicher Widerstand 11 und ein Kondensator 17 sind in Reihe geschaltet, und diese Reihenschaltung ist deni Element 9 mit negativem Widerstand parallel geschaltet, wobei der gemeinsame Schaltungsknoten des Widerstands 11 und des Kondensators 17 mit der Torelektrode 8 des Elements 9 mit negativen widerstand verbunden ist.
Eei diesem Schaltungsaufbau wird der Kondensator 17 ebenfalls bei jedem halben Zyklus der V/echselspannungsquelle 13 geladen, und die Ladespannung liegt bei jedem anderen Ilalbzyklus an der Torelektrode 8 des Elements 9 an, um dieses leitend werden zu lassen und der Last 10 eine Spannung zuzuführen. Wird bei dieser Ausführungsform das Halbleiterelement 9 leitend, entlädt sich der Kondensator 17, und daher ist die Zeitverzögerung kleiner im Vergleich zu der Zeitverzögerung bei der Schaltung nach Fig. 5
Bei den zuvor beschriebenen Aus führung r, formen der erfindungagemäßen Steuervorrichtung kann die Phasensteuerung des Laststroms allein durch die Ladespannung des Kondensators durchgeführt werden, und der steuerbare Phasenwinkel erfaßt vollständig den Bereich von 0° bis l80°. Diese Merkmale können bei den konventionellen Thyristoren nicht erwartet werden und sind für eine Steuervorrichtung ideal.
In den vorhergehenden Ausführungen wurden pnpn-Elemente zur VeranschaulichunE angegeben; es können ebenfalls npnp-Elemente verwendet werden, Elemente mit einer anderen mit dem Halbleiterkörper verbundenen Elektrode, birektionale (in zwei Richtungen
20982^/064 1 BAD 0RIGiNAL
wirkende) pnpnp- oder npnpn-Elemente mit negativem Widerstand, etc., ohne daß eine wesentliehe Änderung des erfindungsgemäßen .Schaltungsaufbaus eintritt.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ein spannungsgesteuertes Element mit negativem Widerstand und ein Widerstand in dessen Torkreis zur Durchführung einer Phasensteuerung verwendet. Im Vergleich mit den konventionellen Thyristoren benutzt die erfindungsgemäße
Vorrichtung kein Schaltelement in dem Torkreis, verursacht niedrige Kosten und besitzt hohe Stabilität und kann eine Phasensteuerung in einem weiten Bereich durchführen. Damit hat die
erfindungsgemäße Steuervorrichtung einen hohen industriellen
Wert.
Mit der Erfindung wird somit eine Steuervorrichtung
mit einem Halbleiterelement geschaffen, die ein Feldeffektelement mit negativem Widerstand und einen mit dem Torkreis dieses Elements verbunäeienveränderlichen Widerstand aufweist und dadurch eine Phasensteuerung eines Wechselstroms durchführt.
BAD ORfGfNAL
309829/0341

Claims (1)

  1. Patentansprüche -
    ( 1,/Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement, gekennzeichnet durch ein spannungsgesteuertes Element (9) mit negativem Widerstand und eine Reihenschaltung eines veränderlichen Widerstandes (11) und eines Widerstands (12), deren gemeinsamer Schaltungsknoten mit einem Steuerkreis für das Element (9) mit negativem Widerstand verbunden ist.
    |f 2. Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement,
    gekennzeichnet durch ein Feldeffektelement (9) mit negativem Widerstand und eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (17) und einem veränderlichen Widerstand (11), deren gemeinsamer Schaltungsknoten mit einem Steuerkreis für das Element (9) mit negativem Widerstand verbunden ist.
    3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine· Last (10) mit dem Element (9) mit negativem Widerstand zur Bildung einer Lastschaltung (9, 10) in Reihe geschaltet ist, die der Reihenschaltung (11, 17) mit dem veränderlichen Widerstand (11) parallel geschaltet ist (Fig. 5).
    4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (9) mit negativem Widerstand der Reihenschaltung (11, 17) mit dem veränderlichen Widerstand (11) parallel geschaltet igt und daß eine Last (10) zwischen diese Parallelschaltung und eine Spannungsquelle (13) geschaltet ist (Fig. 6). · ■
    ι BAD ORIGINAL
    203829/0641
DE19712163924 1970-12-28 1971-12-22 Steuervorrichtung mit einem Halbleiterelement Pending DE2163924A1 (de)

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DE1927610B2 (de) * 1969-05-30 1975-01-09 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Signalschaltung unter Verwendung eines Feldeffekttransistors

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GB1375379A (de) 1974-11-27
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AU3730471A (en) 1973-06-28
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NL7117878A (de) 1972-06-30
AU443616B2 (en) 1974-01-03

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