DE2953403C2

DE2953403C2 - Hochleistungs-Schalter unter Verwendung eines torgesteuerten Diodenschalters

Info

Publication number: DE2953403C2
Application number: DE2953403T
Authority: DE
Inventors: Adrian Ralph Murray Hill N.J. Hartman; Terence James Warren N.J. Riley; Peter William Bridgewater N.J. Shackle
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DK347680A; ATA906079A; IL58972A; AU524717B2; IE792475L; PL127059B1; IN153145B; JPS55501042A; IL58972A0; DE2953403T1; HU181029B; GB2050716B; IT1126605B; BE880730A; SG34984G; GB2050716A; IT7928208A0; FR2445075A1; HK69484A; TR20826A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Hochspannungs- und Hochstrom Schalter und -Opto-Trennschaltungen. die mit relativ hohen Spannungen und hohen Strömen belastbar sind, und die als Steuerung einen Verstarker verwenden, der im Betneb nur mit relativ niedriger Spannung, jedoch mit hohem Strom belastbar ist

Viele Anwendungsfälle erfordern Relais und andere Arten von Schaltet n. die bei hohen Spannung«, und Strompegeln arbeiten. Ks sind viele Versuche unternom men worden, photoaktivierbare Opto-Trennschalter die Bipolartransistoren enthalten, als Ersatz fir mechanische Relais zu verwenden. Es wurde allgemein herausgefunden, daß die Auslegung von B'polartransi stören für die benötigten Erfordernisse hinsichtlich sehhoher Spannung und sehr hohem Strom wirtschaftlich nicht durchführbar ist aufgrund der begrenzter SpannungsBelastbarkenen solcher Transistors

In einem Artikel mit dem Titel »A Field Terminal' Diode« von Douglas E Houston u. a. veröffentlicht
»IEEE Transactions on Electron Devices«, Voi. EU-io, Mr. 8, August 1976, ist ein diskreter Höchspännungs-Festkörperschalter beschrieben, der eine vertikale Geometrie aufweist und eine Zone enthält, die abgeklemmt werden kann, um einen »AUS«-Zustand zu schaffen, odei die mittels Doppel-Trägerinjektion in

hohem MaQe leitend g-macht warder, kann, um einen »EIN«-Zustand zu schaffen. Doppel-Trägerinjektion bezieht sich auf die Injektion sowohl von Löchern als auch von Elektronen zum Schaflen eines leitenden Plasmas in dem Halbleiter. Ein Problem bei diesem Schalter besteht darin, daß er nicht einfach mit anderen ähnlichen Schaltvorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat herstellbar ist Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Abstand zwischen den Steuerelektroden und der Kathode klein sein sollte, um die Höhe der Steuerelektrodenspannung zu beschränken; dies jedoch beschränkt den brauchbaren Spannungsbereich, weil es die Steuerelektroden-Ksthoden-Durchbruchspannung herabsetzt Diese Beschränkung wiederum beschränkt die Verwendung von zwei antiparallel geschalteten, d. h. mit der Kathode der einen an die Anode der anderen geschalteten Vorrichtungen auf relativ niedrige Betriebsspannungen. Eine solche Schaltung wäre nützlich als bidirektionaler Hochspannungs-Festkörperschalter. Ein zusätzliches Problem besteht darin, daß die Basiszone im Idealfall hoch dotiert sein sollte, um einen Durchgriff von der Anode auf die Steuerelektrode zu vermeiden; dies jedoch führt zu einer n>drigen Durchbruchspannung zwischen Anode und Kathode. Die Verbreiterung der Basiszone begrenzt den Durchgriffeffekt; es erhöht jedoch auch den Widerstandswert der Vorrichtung im »EIN«-Zustand.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Hochleistungs-Schalter zu schaffen, der in der Lage ist, bei wenigstens mehreren hundert Volt und mehreren hundert Milliampere zu arbeiten und bei dem die vorstehend angegebenen Nachteile vermieden sind.

Eine Lösung des obigen Problems besteht darin, in geeigneter Weise einen Verstärker oder Schalter mit niedriger Spannungs- und hoher Strombelastbarkeit zu kombinieren mit einer Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung und einem torgesteuerten Diodenschalter (GDS). so wie er in den Unterlagen von Houston u.a. offenbart ist. Eine bevorzugte Form des GDS ist unten in der Beschreibung erläutert.

In einer Ausführungsform ist der Schalter ein p-n-p-Transistor. dessen Kollektor an das Gate eines GDS angeschlossen ist und dessen Basis als Eingang dient. Der Transistor besitzt eine relativ hohe Strombelastbarkeit, jedoch nur geringe Spannungsbe-IastbarHit. Die Pegelverschiebungs-£:haltungsanordnung ist eine p-n-Diode. Diese Schaltungsanordnung ist brauchbar als Hochleistungs-Schalter. Die Kombination der hohen Spannungs- und Strombelastbarkeiten des GDS und die hohen Stronbelastbarkeiten des p-n-p-Transistors ergeben einen Schalter, der sowohl eine hohe Spanm'ngsbelastbarkeit als auch eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.

In weiteren Ausführungsformen ist der Schalter die Kombination eines ρ n-p-Transistors und eines n-p-n-Transistors oder ganz ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung eine Opto-Trjnrischaltung mit einem Verstärken der ein Paar von n-p-n-Transistoren (Ql, Q2) aufweist,-die in Darlington-Anordnung gekoppelt sind, wobei die Basis Von Ql photoempfindlich ist. Die Pegeiverschiebungs-'Schaltungsanordnüng besteht aus zwei in Serie geschalteteiV p-n-Diöden (DX, D2). Die Kollektoren von Ql und Q 2 und die Anode von Dl sind an einen gemeinsamen Anschluß gekoppelt Der Emitter von Ql ist an die Anode des GDS gekoppelt und die Kathode von D2 ist an das Gate des GDS gekoppelt. Die Darlingtonanordnung der Transistoren (Q 1 und Q2) besitzt eine relativ hohe Verstärkung und hohe Strombelastbarkeit, jedoch nur mäßige Spannungs-BIockiereigenschaft. Diese Eigenschaften ergeben, kombiniert mit der hohen Strom- und hohen Spannungs-BIockiereigenschaft des GDS einen optisch gekoppelten Schalter, der ausgezeichnete elektrische Trennung, eine hohe Verstärkung und hohe Strom- und Spannungsbelastbarkeit aufweist. Dies wird erreicht, ohne daß das Erfordernis eines Hochstrom- und Hochspannungs-Transistors besteht

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein optisch ansprechender bidirektionaler Schalter, der eine Kombination aus zwei Opto-Trennschaltungen, wie sie oben beschrieben wurden, und zwei zusätzlichen Dioden aufweist

Diese und weitere neue Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden durch die Betrachtung der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit de^r dazugehörigen Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

F i g. 1 und 2 eine Schaltungsanordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;

Fig.3 eine andere Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;

Fig.4 eine Schaltungsanordnung gemäß einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; Fig.5 die Schaltungsanordnung gemäß einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und

Fig.6 eine Schaltungsanordnung gemäß einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen; dort ist eine zwischen Anschlüssen X und Y liegende Schaltungsanordnung IO dargestellt, die einen Verstärker A mit Transistoren Ql und Q2 (die gemäß der Darstellung in einer Darlingtonanordnung verschaltet sind), eine Pegel-Verschiebungsschaltung LS mit Dioden Dl und D 2 und einen torgesteuerten Diodenschalter (GDS) aufweist, welcher in Fig. 1 in einer Halbleiter-Querschnittansicht und in Fig. 2 mittels eines elektrischen Symbols dargestellt ist. Der Verstärker A kann als Schalter bezeichnet werden. Q 1 ist ein Phototransistor, dessen Basiszone photoenpfindlith ist. Der Emitter von Q 1 ist an die Basis von Q 2 gekoppelt. Gemäß der Darstellung sind das Halbleitersubstrat 12 und der Körper 16 sowie die Zonen 18, 20, 22 und 24 Zonen vom (n)-. (p-)-, (p + )-. (_n + )-, (p)- bzw. (n + )-Leitungstyp. Die Zonen 18 und 24 dienen als Anode bzw. Kathode, und die Zonen 20 und 12 dienen als Gate (Steueranschluß) des GDS. Die Zone 22 dient als Durchgriffsabschirmung. Die Elektrodenzonen 28, und J2 sind üblicherweise Aluminium und sorgen für niederohmigen Kontakt zu den Zonen 18,20 bzw. 24.

Der Schalter CDi, ist gekennzeichnet durch einen Pfad relativ niedrigen Widerstands zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24, wenn er sich im »EIN«-(leiiende-)Zustand befindet, und er ist gekennzeichnet durch einen wesentlich höheren Widerstand, wenn er sich im »AUS«-(Blockier-)Züstand befindet Im EIN-Zustand ist das Pot'aniial der Gateelektrode 30 auf dem Potential der Anode 28 oder unter diesem. Von der Anodenzone 18 werden Löcher ifi den Körper 16 injizic M, und Von der Kathodenzone 24 werden in den Körper 16 Elektronen injiziert. Diese Löcher und Elektronen haben eine ausreichende Zahl,

um ein Plasma zu bilden, das die Leitfähigkeit des Körpers 16 steuert. Dies vermindert wirksam den Widerstand des Körpers 16, derart, daß der Widerstand zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24 relativ gering ist, wenn der GDS im EIN-Zustand ~> arbeitet. Diese Betriebsart, bei der sowohl Löcher als auch Elektronen als Stromträger dienen, wird als Doppel-Trägerinjektion bezeichnet.

Die Zone 22 hilft den Durchgriff einer Verarmungsschicht, die während des Betriebs zwischen der Zone 20 m und dem Substrat 12 und der Kathodenzone 24 ausgebildet wird, zu beschränken. Die Zone 22 hilft ferner, die Bildung einer Oberflächen-Inversionsschicht zwischen den Zonen 24 und 20 zu verhindern. Ferner ermöglicht sie, daß die Anodenzone 18 und die Kathodenzone 24 relativ dicht beabstandet sind. Dies resultiert in einem relativ niedrigen Widerstand zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24 während des EIN-Zustands.

Das Leiten zwischen der Änodciucne 18 und der ™ Kathodenzone 24 wird verhindert oder gesperrt, wenn das Potential der Gateelektrode 30 hinreichend mehr positiv ist als das der Anodenelektrode 28 und der Kathodenelektrode 32. Der Mehrbetrag des positiven Potentials, der benötigt wird, ein Leiten zu verhindern oder zu sperren, ist eine Funktion der Geometrie und der Störstellenkonzentrationsgrade der Struktur 10. Dieses positive Gatepotential verursacht, daß ein ausreichender Teil des Körpers 16 verarmt wird, so daß das Potential dieses Abschnitts des Körpers 16 mehr JO positiv ist als das der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24. Diese Sperrschicht positiven Potentials sperrt das leitende Plasma und verhindert die Löcherleitung von der Anodenzone 18 zur Kathodenzone 24. Sie dient ferner zum Sammeln von Elektronen, die von der Kathodenzone 24 emittiert werden, bevor sie die Anodenzone 18 erreichen können. Der Schalter CDS wurde hergestellt auf einem n-Typ-Substrat mit einer Stärke von 457 bis 559 Mikrometern und einer Leitfähigkeit von 10¹⁵ bis 10" Fremdstoffe/cm³ (nachstehend als Störsteller bezeichnet). Der Körper 16 ist vom p-Leitfähigkeitstyp und hat eine Stärke von 30 bis 40 Mikrometern, eine Breite von 720 Mikrometern und eine Länge von 910 Mikrometern, und er besitzt eine Störstellenkonzentration im Bereich von Ί5 5—9 · 10¹³ Störstellen/cm³. Die Anodenzone 18 ist vom (p +)-Leitfähigkeitstyp und besitzt eine Stärke von 2 bis 4 Mikrometern sowie eine Störstellenkor.zentration von 10" Störstellen/cm³. Die Kathodenzone 24 ist vom (n + )-Leitfähigkeitstyp und hat eine Stärke von 2 bis so 4 Mikrometern sowie eine Störstellenkonzentration von 10¹⁹Störste!ijn/cm³. Der Abstand zwischen der Anode und der Kathode beträgt typischerweise 120 Mikrometer.

Die Schaltung tO ist brauchbar als Opto-Trennschal- ^5:> ter, der zwischen den Anschlüssen Xund Feinen Pfad niedriger oder hoher Impedanz liefert Die Stromverstärkung und die hohe Strombelastbarkeit des Verstärkers A sowie die hohe Spannungs- und hohe Strombelastbarkeit des GDS werden kombiniert, um ^M einen Hochspannungs-Hochstrom-Schalter zu schaffen. Zusätzlich schafft die Schaltungsanordnung 10 eine relativ hohe elektrische Trennung zwischen der Quelle des eingegebenen Lichts (nicht dargestellt) und dem X- und y-Anschluß. ^M

Die Kollektoren von Q1 und Ql und die Anode von D1 sind sämtlich an den Anschluß X gekoppelt Der Emitter von Q 2 ist beim Anschluß B an die Anode des GDS gekoppelt. Die Kathode von Dl ist am Anschluß Can das Gate des GDS gekoppelt Die Kathode des GDS ist an den Anschluß ^angeschlossen. Die Kathode von Dl ist an die Anode von Dl gekoppelt. Der Transistor C? 1 ist ein Phototransistor mit einer photoempfindlichen Basisfläche, die als Eingang für die Schaltung 10 dient. Leitung zwischen dem Kollektor und dem Emitter von Q1 erfolgt, wenn ausreichend Licht auf die phötöempfindliche Basis voll Q 1 fällt.

Wie aus der nachstehenden Beschreibung deutlich werden wird, entsteht, wenn ausreichend Licht auf die phötöempfindliche Basis von C? 1 fällt, ein Pfad relativ niedriger Impedan7 zwischen den Anschlüssen Λ und Y, und eine Leitung von dem Anschluß X zum Anschluß Y erfolgt, wenn der Anschluß X um einen vorgewählten Betrag mehr positiv ist als der Anschluß Y. Wenn auf die photoempfindliche Basis von Ql ein unzureichendes Lichtsignal fällt, liegt ein im wesentlichen offener Schaltkreis (ein Pfad hoher Impedanz) zwischen den An«.hlil«en Xund V vor.

Während des EIN-(leitenden)Zustands des GDS ist das Potential der Anodenzone 18 mehr positiv als das der Gatezonen 12 und 20 und der Kathodenzone 24, und es liegt ein Stromfluß von der Anodenzone 18 durch die Zonen 16 und 22 in die Kathodenzone 24 vor. Die Leitung zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24 wird verhindert oder gesperrt, wenn das Potential der Gatezonen 12 und 20 hinreichend mehr F «itiv ist als das der Anodenzone 18 und Kathodenzone 24. Der Mehrbetrag des positiven Potentials, das benötigt wird, um die Leitung zu verhindern oder zu sperren, ist eine Funktion der Geometrie und der Störstellenkonzentrationsgrade der Halbleiterzonen des GDS.

Die Schaltungsanordnung 10 kann betrieben werden, um eine Schaltfunktion zu erhalten und um als Opto-Trennverstärkerschaltung zu dienen. Wenn ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basis von Qi fällt, werden Qi und Ql derart vorgespannt, daß die Leitung durch sie unterstützt wird. Das Substrat 12 (dr>s Gate des GDS) und die Zone 24 (die Kathode des GDS) dienen auch als der Kollektor bzw. Emitter eines Vertikal-n-p-n-Transistors, wobei der Körper 16 und die Zone 22 als Basis dienen. Die Leitung von der Anodenzone 18 zur Kathodenzone 24 dient als Basisstrom, der die Leitung vom Substrat 12 zu der Kathodenzone 24 unterstützt Es entsteht ein erster Leitungspfad von dem Anschluß A"über Qi, Ql, die Zone 18 (die Anode des GDS). den Körper 16 und die Zonen 22 und 24 (die Kathode des GDS) zu dem Anschluß Y. Es entsteht auch ein zweiter Leitungspfad vom Anschluß X über D1. D 2, die Zone 20, das SrSstrat 12, den Körper 16 und die Zonen 22 und 24 zum Anschluß X.

Der oben beschriebene Betriebszustand wird dadurch erreicht daß die Kollektor-Emitterspannung von C? 2 kleiner gewählt wird als die kombinierten Durchlaß-Vorspannpotentiale von D1 und D Z Dies stellt sicher, daß das Potential des Anschlusses C (das Potential des Gates des GDS) weniger positiv ist als das des Anschlusses B (das Potential der Anode des GDS) während des Leitens. Dies stellt sicher, daß eine Leitung zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24 auftreten kann.

Wenn das die photoempfindliche Basis von Qi beleuchtende Licht entfernt wird, dann sind Q1 und Q 2 sperrend vorgespannt, und der Stromnuß durch sie hört auf. Das Potential am Anschluß B fällt nun unter das

Potential des Anschlusses C, so daß der GDS in den AÜS-Züstand geschaltet wird, Dies sperrt jeglichen Leifungsvorgang zwischen den Anschlüssen X und Y. Somit liegt zu dieser Zeit eine relativ hohe Impedanz zwischen den Anschlüssen X und Y. Der meiste Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen X und Y erfolgt an der Anodenzone 18 (Anschluß B) Und der Kathodenzone 24 (Anschluß Y) und nur eine relativ genhjTp Größe liegt an der Kölleklor-Eriiittefstrecke von QX Die Spannung an der Kollektor-Emitterstrecke Von Q 2 ist derart, daß das Potential des Anschlusses B hinreichend Weniger positiv 1st als das am Anschluß C, um sicherzustellen, daß der GDS in den AUS-Zustand vorgespannt ist.

Aus Vorstehendem kann man ersehen, daß die Pegel-Verschiebungsschaltung LS für das GDS-Gate eine Selbst-Vorspannung liefert, ohne daß es einer separaten Vorspannungsquelle bedarf. Sie schafft während des EIN-Zustands weiterhin einen Ausweichst rnmpfad. der den durch den Verstärker A fließenden hohen Strom herabsetzt.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig.3, in der zwischen Anschlüssen Xi und Vl eine Schaltungsanordnung 100 gekoppelt ist, die der Schaltungsanordnung 10 sehr ähnlich ist. Die Schaltungsanordnung 100 umfaßt einen Verstärker A 1, einen torgesteuerten Diodenschalter (GDSi) und eine Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung LSi. Ai umfaßt einen p-n-p-Transistor Q3 sowie einen n-p-n-Transistor Q 4 und kann als Schalter bezeichnet werden. Der Emitter von Q3 ist an den Kollektor von Q 4 gekoppelt und der Kollektor von Q3 is* an die Basis von QA gekoppelt. LSI umfaßt in Serie geschaltete p-n-Dioden D 3 und D 4. Die Basis des Transistors Q 3 (Eingangsanschluß Dl) ist nicht photoempfindlich wie der Transistor Qi von Fig. 1. Der Betrieb der Schaltungsanordnung 100 ist dem Betrieb der Schaltungsanordnung Q10 sehr ähnlich, mit der Ausnahme, daß das Eingangssignal an die Basis von Q3 über eine elektrische Verbindung und nicht über einen Lichtweg erfolgt, und daß die Verstärkung des Verstärkers A 1 von der Verstärkung des Verstärkers A verschieden sein kann.

Es wird nun Bezug genommen auf F i g. 4, in der eine zwischen Anschlüsse X2 und Y2 gekoppelte Schaltungsanordnung 102 dargestellt ist, die der Schaltungsanordnung 100 sehr ähnlich ist Die Schaltungsanordnung 102 umfaßt einen Verstärker A 2, der einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor Q5 enthält, dessen Gate an den Eingangsanschluß 12 gekoppelt ist. A 2 kann als Schalter bezeichnet werden. Sie enthält weiterhin eine Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung LS2, die eine p-n-Diode DS umfaßt, sowie ferner einen torgesteuerten Diodenschalter (GDS2). Der grundlegende Unterschied zwischen der Schaltungsanordnung 102 und 100 besteht darin, daß Q3 und Q 4 durch den Sperrschicht-Feldeffekttransistor Q 5 ersetzt sind, und daß anstelle der Dioden D 3 und D 4 eine einzelne Diode DS verwendet ist Der Betrieb der Schaltungsanordnung 102 ist sehr ähnlich wie bei der Schaltungsanordnung 100 gemäß Fig.3 mit der Ausnahme, daß die Verstärkung aes Verstärkers A3 etwas verschieden sein kann von der Verstärkung von /4 2genäßFig.3.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig.5, wo eine zwischen Anschlüsse XS und YS gekoppelte Schaltungsanordnung 104 dargestellt ist, die einen Verstärker A 5, eine Pegelverschiebungs-Schaitungsanordnung LS5 und einen torgesteuerten Diodenschalter (GDSS) aufweist. AS enthält einen p^n-p-Transistor QS und LS5 enthält eine p-n-Diode D 10, A 5 kann als Schalter bezeichnet werden. Die Schaltungsanordnung 104 ist sehr ähnlich der Schaltungsanordnung 102 gemäß Fig>4< mit der Ausnahme, daß anstelle des Sperrschicht-Feldeffekttransistors QS der p-ri'piTransistor Q% und anstelle der Diode DS die Diode DlO verwendet sind. Der Betrieb der Schaltungsanordnung iÖ4 ist sehr ähnlich dem Betrieb der Schaltüngsanordiö nung 102, jedoch kann die Verstärkung von A 5 von der Verstärkung von A 2 verschieden sein.

Nun wird auf Fig.6 Bezug genommen, wo eine zwischen Anschlüssen X3 und Y3 gekoppelte Schaltungsanordnung 106 gezeigt ist, die Verstärker A 3 und /4 4, torgesteuerte Diodenschalter GDS3 un^J GDS4, Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnungen LS3 und LS4mit Dioden D 6 bzw. D 8, und eine erste und zweite, in einer Richtung wirkende Schaltungsanordnung mit Dioden Dl und D9 aufweist. A3 und A4 können 'Awhile »ic Schalter bezeichnet werden. Die SchshüP.¹¹⁵-anordnung 106 ist in der Lage, als zweiseitiger Schalter betrieben zu werden, der die Anschlüsse X3 und V3 koppelt. Stromfluß kann vom Anschluß X3 nach Y3 oder in die umgekehrter Richtung erzielt werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Schaltungsanordnung 106 umfaßt der Verstärker A 3 einen n-p-n-Transistor Q 6, dessen Basiszone photoempfindlich ist, und der Verstärker A 4 umfaßt einen n-p-n-Transistor Q7, dessen Basis ebenfalls photoemp-³⁽¹ findlich ist Die Kombination von A3, GDS3 und D6 sowie die Kombination von A4, GDS4 und D8 sind beide im wesentlichen in derselben Weise aufgebaut wie A, GDS und LS gemäß F i g. 1 und 2, und sie funktionieren im wesentlichen auf dieselbe Weise. Der ^Ji Kollektor von Q 6 ist an die Anode von D 6, die Kathode von D 7 und den Anschluß X3 gekoppelt. Der Emitter von Q6 ist an die Anode von GDS3, die Kathode von GDS4 und an den Anschluß Ugekoppelt. Der Kollektor von Ql ist an die Anode von D8, die Kathode von D9 und den Anschluß X3 gekoppelt. Der Emitter von Q 6 ist an die Anode von GDS4, die kathode von GDS3 und einen Anschluß V gekoppelt Die Kathoden von D 6 und D8 und die Gates von GDS3 und GDS4 sind alle zusammen an einen ⁴' Anschluß Wangeschlossen.

Wenn der Anschluß λ'3 in seinem Potential mehr positiv ist als Y3 und ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basis von Q 6 fällt, erfolgt ein Leitungsvorgang vom Anschluß λ'3 über Q6 und D 6 '" sowie durch GDS3 in die Kathode von GDS3 und dann durch D9 und in den Anschluß Q3. Die Impedanz zwischen den Anschlüssen X3 und Y3 ist relativ niedrig, wenn ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basis von O 6 gegeben wird.

Wenn der Anschluß Y3 in dem Potential mehr positiv ist als X3 und ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basis von O 7 gegeben wird, erfolgt eine Leitung vom Anschluß Y3 durch <?7und D 8 und in GDS4, und dann durch D 7 und in den Anschluß X3. Die Impedanz zwischen den Anschlüssen Y3 und X3 ist relativ niedrig, wenn ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basis von Q 7 gegeben wird.

Es ist somit klar, daß die Schaltungsanordnung 106 eine zweiseitige Schaltfunktion liefert, die auch eine ^6d Verstärkung herbeiführt

Die hier erläuterten Ausführungsformen sollen nur zur Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung dienen. Verschiedene Modifikationen sind im

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Rahmen des Grundgedankens der Erfindung möglich. Beispielsweise kann (können) der (die) Verstärker ein einzelner η-Kanal- oder p-Kanal-MQS-Transistor sein, und die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung kann eine äquivalente MOS-Typ-Diode sein. Weiterhin kann (können) der (die) Verstärker ein Paar in Darlingtonanordnung zusamme.ngeschaltete Transistoren sein. Ferner kann (können) der (die) Schalter beträchtlich

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komplexer sein als gerade ein oder zwei Transistoren und die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung kann in ähnlicher Weisf komplexer sein als gerade eine oder zwei Dioden. Weiterhin kann (können) der (die) Schalter und die Pegelveischiebungs-Schaltungsanordnung aus anderen Bauelementen gebildet sein, als Sperrschicht-Feldeffekttransistoren oder Dioden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Schaltanordnung, mit einem torgesteuerten Diodenschalter (GDS), enthaltend einen Halbleiterkörper (16), von dem ein Hauptteil von einem ersten Leit/ähigkeitstyp ist, eine erste Zone (18) vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Zorn (24) von einem zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und einer Gatezone (20, 12) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, wobei die erste, zweite und die Gatezone gegenseitig voneinander durch Abschnitte des Halbleiter-Hauptteils (16) getrennt sind und der spezifische Widerstand des Hauptteils im Vergleich zu den spezifischen Widerständen der ersten, zweiten und Gatezone gering ist, an die erste und zweite Zone angeschlossene Ausgangsanschlüsse sowie einen an die Gatezone angeschlossenen Gateanschluß, wobei die Parameter der Vorrichtung so sind, daß, wenn eine erste Spannung an die Gatezone gelegt wird, in dem Halbleiterkörper eine Verarmungszone gebildet wird, die ir. wesentlichen verhindert, daß Strom zwischen der ersten und zweiten Zone fließt, und daß. wenn eine zweite Spannung an die Gatezone und geeignete Spannung an die erste und zweite Zone gelegt werden, ein Strompfad mit relativ geringem Widerstand zwischen der ersten und zweiten Zone durch Doppel-Trägerinjektion entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Ausgangsanschluß des torgesteuerten Diodenschalters ein Verstärker (A) angeschlossen ist. und daß an den Verstärker und den Gateanschluß eine Pegelverschirbungs-Schaltungsanordnung (LS) angeschlossen ist.
2 Schaltanordnung nach ,Anspruch 1, dadurch a gekennzeichnet, daß de» Verstärker (A. A3. A4) optisch anspricht.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 2. weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (A) einen ersten und zweiten Transistor (Q 1. Q 2) ίο aufweist, die in einer Darlingionanordnung zusammengeschaltet sind, und daß der Stcueranschluß des ersten Transistors (Q 1) photoempfindlich ist.
4. Schaltanordnung nach Anspruch 3. weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelverschie bungs-Schaltungsanordnung (LS) eine erste und zweite in Serie geschaltete Diode (DX.D2)aufweist.
5 Schaltanordnung nach Anspruch 4. weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (Q 1.

Q 2) Sperrschicht Transistoren und die Dioden (D 1. >o D2)p-n-Dioden sind.
6 Schaltanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (A 1. A 2. A 5) elektrisch anspricht.
7. Schaltanordnung nach Anspruch b. dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (A 1. ,4 2. A 5) wenigstens einen ersten Transistor (Q 3. Q 5. QS) aufweist
8. Schaltanordnung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (Q 5. QS) ein Sperrschicht-Transistor und die Pegelverscn.i bungs-Schaltungsanordnung (LS2. /.55) eine Sperrschicht-Diode (Do₁ D10) ist,
9. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (A 1) einen ersten und zweiten Sperrschicht-Transistor (Q3, Q4) aufweist, die in einer Darlingtonanordnung ztisammengeschaltet sind, und daß die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung (LSl) eine erste und zweite in Serie geschaltete Diode (D3, D4) aufweist.

to. Schaltanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Verstärker (A 4), der einen Eingang und einen ersten und zweiten Ausgang aufweist; einen zweiten torgesteuerten Diodenschalter (GDS4), der vom selben Typ ist, wie der torgesteuerte Diodenschalter, und der Ausgangsanschlüsse und einen Gateanschluß aufweist, eine zweite Pegelverschiebungsschaltung (L.^4), die an den ersten Ausgang des zweiten Verstärkers (A 4) und an einen ersten Anschluß (Ύ3) und an den Gateanschluß des zweiten torgesteuerten Diodenschalters (GDS4) und einen zweiten Anschluß (W) geschaltet ist; wobei die erste Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung (LS3) an einen ersten Ausgangsanschluß des ersten Verstärkers (A 3) und an einen dritter, Anschluß (X 3) angeschlossen ist und mit dem Gate des torgesteuerten Diodenschalter (CDS 3) und dem zweiten Anschluß (W) gekoppelt ist; eine erste und zweite Diode (D 7, D 9); wobei der erste Verstärker (A 3) einen ersten und zweiten Ausgang aufweist, die erste Diode (D 7) an den dritten Anschluß (O), den ersten Ausgang des ersten Verstärkers (A 3), an einen Ausgangsanschluß des zweiten torgesteuerten Diodenschalters (GDS4). an einen vierten Anschluß (U). an den zweiten Ausgang des ersten Verstärkers (A 3) und an einen Ausgangsanschluß des ersten torgesteuerten Diodenschalters (GDS3) gekoppelt ist. und wobei die zweite Diode (D9) an den ersten Ausgang des zweiten Verstärkers (A 4) und an den ersten Anschluß (Y3) gekoppelt ist und an einen Ausgang des torgesteuerten Diodenschalters (GDS4) und an einen fünften Anschluß (V)%ovjie einen Ausgangsanschluß des zweiten torgesteuerten Diodenschalters (GDS4) und an den zweiten Ausgang des zweiten Verstärkers (A 4) angeschlossen ist.