DE2953403T1

DE2953403T1 - High power amplifier/switch using gated diode switch

Info

Publication number: DE2953403T1
Application number: DE792953403T
Authority: DE
Inventors: A Hartman; T Riley; P Shackle
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1980-12-18
Also published as: PL220495A1; AU524717B2; IT1126605B; HK69484A; HU181029B; IE792475L; JPS55501042A; KR830000498B1; SE8005705L; CA1122331A; GB2050716A; NL7920187A; IN153145B; AU5386779A; ATA906079A; BE880730A; IT7928208A0; DE2953403C2; ES487068A1; PL127059B1

Description

BLUMBACH · WESER . BERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Peteniconsult RadeckeslraGe 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patenlconsult Pateniconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsull

Western Electric Company, Incorporate! ' Hartman 12

Hochleistungs-Verstärker/Schalter unter Verwendung eines torgesteuerten Diodenschalter

Diese Erfindung bezieht sich auf Festkörperyorrichtungen , insbesondere auf Hochspannungs- und Hochstrom-Schalter-Verstärker und -Opto-Trennschaltungen. Insbesondere stellt die Erfindung eine Schaltung zur Verfügung, die mit relativ hohen Spannungen und hohen Strömen belastbar ist, und die als Steuerung einen Verstärker verwendet, der im Betrieb nur mit relativ niedriger Spannung, jedoch mit hohem Strom belastbar ist.

Vie]e Anwendungsfälle erfordern Relais und andere Arten von Schaltern, die bei hohen Spannungs- und Strompegeln arbeiten. Es sind viele Versuche unternommen worden, photoaktivierte Opto-Trennschalter, die Bipolartransistoren enthalten, als Ersatz für mechanische Relais zu verwenden. Es wurde allgemein heraus-

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München: R. Kramer Dlpl.-Ing. . W. Woser Dipl.-Phys. ür. rer. nat. · F. Hoffmann Dipl.-Incj. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dlpl.-Ing. . P. Bergen Prof. Dr.JUr.Dipl.-Ing, Pat.-Ass., Pal.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

gefunden, daß die Auslegung von Bipolartransistoren für die benötigten Erfordernisse hinsichtlich sehr hohe: Spannung und ■ sehr hohem Strom wirtschaftuch nicht durchfü irbar ist aufgrund, der begrenzten Spannungs-Belastbarkeiten soldier Transistoren..·-

In einem Artikel mit dem Titel "A Field Terminated Diode" von Douglas E. Houston u. a., veröffentlicht in "IEEE Transactions* on Electron Devices", Vol. ED-23, Nr. 8, August 1976, ist ein '" diskreter Hochspannungs-FestkÖrperschalter beschrieben, der -eine vertikale Geometrie aufweist und eine Zone enthält, die abgeklemmt werden kann, um einen "AUS"-Zustand zu schaffen, oder die mittels Doppel-Trägerinjektion in hohem Maße leitend gemacht wer· den kann, um einen "EIN"-Zustand zu schaffen. Doppel-Trägerinjektion bezieht sich auf die Injektion sowohl von Löchern als auch von Elektronen zum Schaffen eines leitenden Plasmas in dem Halbleiter. Ein Problem bei diesem Schalter bestellt darin, daß er nicht einfach mit anderen ähnlichen Schaltvorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat herstellbar ist. Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Abstanc'. 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-Kathoden-Durchbruchspannung herabsetzt. Die£e Beschränkung wiederum beschränkt die Verwendung von zwei antiparallel geschalteten, d. h. mit der Kathode der einen an die Anode der anderen geschalteten Vorrich-

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tungen auf relativ niedrige Betriebsspannungen. Eine solche Schaltung wäre nützlich als bidirektionaler Hochspannungs-Fest-- körperschaltor. Ein zusätzliches Problem besteht darin, daß die Basiszone im tdealfall hoch dotiert sein sollte, um einen Durchgriff von der Anode auf die Steuerelektrode zu vermeiden; dies jedoch führt zu einer niedrigen Durchbruchspannung zwischen Anode und Kathode. Die Verbreiterung der Basiszone begrenzt den Durchgriffeffekt; es erhöht jedoch auch den Widerstandswert der Vorrichtung im "EIN"-Zustard.

Es ist wünschenswert, einen Hochleistungs-Verstärker/Schalter zur Verfügung zu haben, der in der Lage ist, bei wenigstens mehreren hundert Volt und mehreren hundert Milliampere zu arbeiten.

Eine Lösung des obigen Problems besteht darin, in geeigneter Weise einen Verstärker oder Schalter mit niedriger Spannungsund 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 Verstärker/Schalter ein p-n-p-Transistor, dessen Kollektor an das Gs te eines GDS angeschlossen ist und dessen Basis als Eingang dient . Der Transistor besitzt

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eine relativ hohe Strombeiastjarkeit, jedoch nur geringe Spannungsbelastbarkeit . Die Pegelversohiebungs-Schaltungsanordnunc*"-„_■" ist eine p-n-Diode. Die.se Schaltungsanordnung ist brauchbar '. .. als Hochleistungs-Verstärker/Schalter. Die Kombination der hoher/; . Spannungs- und Strombelastbarkeiten des GDS und die hohen Strom"-*', belastbarkeiten des p-n-p-Transistors ergeben einen Verstärker/^ Schalter, der sowohl eine hohe Spannungsbelastbarkeit als auch;i.; eine hohe Strombelastbarkeit aufweist.

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

In einer v/eiteren Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung eine Opto-Trennschaltung mit einem Verstärker, der ein Paar von n-p-n-Transistoren (Q1, Q2) aufweist, die in Darlington-Anordnung gekoppelt sind, wobei die Basis von Q1 photoempfindlich ist. Die Pegelverschiebungs-Schaltungscnordnung besteht aus zwei in Serie geschalteten p-n-Dioden (D1, D2). Die Kollektoren von Q1 und Q2 und die Anode von D1 sind an einen gemeinsamen Anschluß gekoppelt Der Emitter von Q2 ist an die Anode des GDS gekoppelt und die Kathode von D2 ist an das Gate des GDS gekoppelt. Die Darlingtonanordnung der Transistoren (Q1 und Q2) besitzt eine relativ hohe Verstärkung und hohe Strombelastbarkeit, jedoch nur mäßige Spannungs-Blockiereigenschaft. Diese Eigenschaften ergeben, korn-

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(ο

biniert mit der hohen Strom- und hohen Spannungs-Blockiereigcnschaft d^s GDS einen optisch gekoppelten Verstärker/Schalter,; der ausgezeichnete elektrische Trennung, eine hohe Verstärkung und hohe Strom- und Spannungsbelastbarkeit aufweist. Dies wird er.reicht, ohne, daß das Erfordernis eines Hochstrom- und Hoch- — spannungs-Transistors besteht.

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

Diese und weitere neue Merkmale und Vorteile der vorlieg mden Erfindung werden besser verstanden durch die Betrachtung der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der dazugehörigem Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Schaltungsanordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eier 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;

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Fig. 5 die Schaltungsanordnung gemäß einer noch anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, und :

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung gemäß einer noch anderen bei-;" spielhaften Ausführungsform der Erfindung. : :

Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen; dort ist eine-zwischen Anschlüssen X und Y gekoppelte Schaltungsanordnung 10 dargestellt, die einen Verstärker A mit Transistoren Q1 und Q2 (die gemäß der Darstellung in einer Darlingtonanordnung verschaltet sind), eine Pegel-Verschiebungsschaltung LS mit Dioden D1 und D2 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 ''erstarker Ά kann als Verstärker/Schalter bezeichnet werden. Q1 · ist ein Phototransistor, dessen Basiszone jphotöempfinällch. 1st. ^Λ Der· Eihi'tter von Q1 ist ah die Basis von Q2 gekoppelt.

Gemäß der Darstellung sind das Halbleitersubstrat'12¹und der Körper 16 sowie die Zonen 18, 20, 22 und 24 Zonen vom (n)-, (p-)-'(£+)·-,-; (n+) -, (p) - bzw.' (h+) -Leitungst;jfp.i Die i2onen ^;T8 und 24 dienen' als Anode- bzw. Kathode/,: und.'die 3onfeh ■ ?0" und" 'f 2 Plenen als Gate "(Steueranschluß) des GDS. Die Zone 22.'dient als OurchgrdffS'äbsGh-r-iitiung. Die Elektrodenzonen , 28 ,"' 30 und '32 sind üblicherweise Aluminium und sorgen für nieclerÖhmigen Kontakt ?,^. den Zonen 18, 20 b?.w. 24.

Der Schalter GDS ist gekennzeichnet durch einen Pfad relativ niedrigen Widerstands zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24, wenn er sich im "EIN"-(leitenden)Zustand befindet, und er ist gekennzeichnet durch einen wesentlich höheren ■ Widerstand, wenn er sich im "AUS"-(Blockier-)Zustand befindet. " Im EIN-Zistand ist das Potential der Gateelektrode 30 auf dem Potential der Anode 28 oder unter diesem. Von der Anodenzone 18-werden Löcher in den Körper 16 injiziert, und von der Kathodenzone 24 werden in den Körper 16 Elektronen injiziert. Diese Löcher und Elektronen können eine ausreichende Zahl haben, um ein Plasma zu bilden, dessen Leitfähigkeit den Körper 16 moduliert. 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 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

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niedrigen Widerstand zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24 während des EIN-Zustands. :-.

Das Leiten zwischen der Anodenzone 18 und der Kathodenzone 24 ---. wird verhindert oder gesperrt, wenn das Potential der Gateelek--. trode 30 hinreichend mehr positiv ist als das der Anodenelektrode 28 und der Kathodonelektrode 32. Der Mehrbetrag des positiven Potentials, der benötigt wird, ein Leiten zu verhindern oder zusperren, ist eine Funktion der Geometrie und der Störstellenkonzentrationsgrade der Struktur 10. Dieses positive Gatepotential verursacht, daß ein ausreichender Teil des Körpers 1.6 verarmt wird, so daß das Potential dieses Abschnitts des Körpers 16 mehr 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 GDS wurde hergestellt auf einem n-Typ-Substrat mit einer Sterke von 457

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bis 559 Mikrometern und einer Leitfähigkeit von 10 bis 10 Fremdstoffe/cm-³. 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 5 - 9 χ 10 Störstellen/cm^. Die Anodenzone 18 ist vom (p+)-Lejtfähigkeits-

nachstehend als Störsteller bezeichnet

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typ und besitzt eine Stärke von 2 bis 4 Mikrometern sowie eine

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Störstellenkonzentration von 10 Störstellen/cm . Die Kathodenzone 24 ist vom (n+)-Leitfähigkeitstyp und hat eine Stärke von 2 bis 4 Mikrometern sowie eine Störstellenkonzentration von

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10 Störstellen/cm³. Der Abstand zwischen der Anode und der Kathode beträgt typischerweise 120 Mikrometer.

Die Schaltung 10 ist brauchbar als Op^:.o-Trennschalter, der zwischen dnn Anschlüssen X und Y einen P ad niedriger oder hoher Impedan ;. liefert. Die Stromverstärkung und die hohe Strombelastbarkeit des Verstärkers A sowie die hohe Spannungs- und hohe Strombelastbarkeit des GDS werden kombiniert, um einen Hochspannungs-Hochstr mi-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.

Die Kollektoren von Q1 und Q2 und die Anode von D1 sind sämtlich an den Anschluß X gekoppelt. Der Emitter von Q2 ist beim Anschluß B an die Anode des GDS gekoppelt. Die Kathode von D2 ist am Anschluß C an das Gate des GDS gekoppelt. Die Kathode des GDi ist an den Anschluß Y angeschlossen. Die Kathode von 01 ist an die Anode von D2 gekoppelt. Der Transistor Q1 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

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-γί-

photoempfindliche Basis von Q1 fällt.

Wie aus der nachstehenden Beschreibung deutlich werden wird,

entsteht, wenn ausreichend Licht auf die photoempfindliche Basis von Q1 fällt, ein Pfad relativ niedriger Impedanz zwischen den- _- Anschlüssen X und Y, und eine Leitung von dem Anschluß X zum Aj>~ -

Schluß Y erfolgt, wenn der Anschluß X um einen vorgewählten Be. ,

trag mehr positiv ist als der Anschluß Y. Wenn auf die photoempfindliche Basis von Q1 ein unzureichendes Lichtsignal fällt, liegt ein im wesentlichen offener Schaltkreis (ein Pfad hoher Impedanz) zwischen den Anschlüssen X und Y vor.

Während des EIN-(leitenden)Zustande 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 dor Kathodenzone 24 wird verhindert oder gesperrt, wenn das Potential der Gatezonen 12 und 20 hinreichend mehr positiv ist als das der Anodenzone 18 und Kathodenzone 24. Der Mehrbetrag des positiven Potentials, das benötigt wird, uri 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 Schalt-

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funktion zu erhalten und um als Opto-Trennverstärkerschaltung zu dienen. Wenn ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basisvon Q1 fällt, v/erden Q1 und Q2 derart vorgespannt, daß die Leitung durch sie unterstützt wird. Das Substrat 12 (das Gate des

GDS) und die Zone 24 (die Kathode des GDS) dienen auch als der ""-Kollektor bzw. Emitter eines Vertikal-npn-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 entsteh .ein erster Leitungspfad von dem Anschluß X über QI, Q2, 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 Le.itungspfad vom Anschluß X über D1 , D2, die Zone 20, das Substrat 12, don Körper 16 und die Zonen 22 und 24 zum Anschluß X.

Der oben beschriebene Betriebszustand wird dadurch erreicht, daß die Kollektor-Emitterspannung von Q2 Meiner gewählt wird als die kombiniert2n Dvrchlaß-Vorspannpotentiale von D1 und D2. 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 Q1 beleuchtende Licht

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entfernt wird, dann sind Q1 und Q2 sperrend vorgespannt, und der Stromfluß durch sie hört auf. Das Potential am Anschluß B :■_ ; fällt nun unter das Potential des Anschlusses C, so daß der ' -

GDS in den AUS-Zustand geschaltet wird. Dies sperrt jeglichen

Leitungsvorgang 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 Katho~·· denzone 24 (Anschluß Y) und nvr eine relativ geringe Größe liegt an der Kollektor-Emitterstrecke von Q2. Die Spannung an der Kollektor-Emitterstrecke von Q2 ist derart, daß das Potential des Anschlusses B hinreichend weniger positiv ist als 'las am Anschluß C, um sicherzustellen, daß der GDS in den Al S-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 Ausweich-Strompfad, der den durch den Verstärker A fließenden hohen Strom herabsetzt.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 3, in der zwischen Anschlüssen X1 und Y1 eine Schaltungsanordnung 100 gekoppel : ist, die der Schaltungsanordnung 10 sehr ähnlich ist. Die Schaltungsanordnung 100 umfaßt einen Verstärker A1 , einen torgesteuerten Diodenschalter (GDS1) und eine Pegelverschiebungs-Schaltungsanord-

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nung LS1. Λ1 umfaßt einen pnp-Transistor Q3 sowie einen jpn-Transistor Q4 und kann als Verstärker/Schalter bezeichnet, werder Der Emitter von Q3 ist an den Kollektor von Q4 gekoppelt und der Kollektor von Q3 ist an die Basis von Q4 gekoppelt. LS1 umfaßt in Serie geschaltete pn-Dioden D3 und D4. Die Basis des Transistors Q3 (Eingangsanschluß D1) ist nicht photoempfindlich wie der Transistor Q1 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 A1 von der Verstärkung des Verstärkers A verschieden sein kann.

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 4, in der eine zv/isc.ien Anschlüsse X2 und Y2 gekoppelte Schaltungsanordnung 102 dargestellt ist, die der Schaltungsanordnung 100 sehr ähnlich ist. Die Schaltungsanordnung 102 umfaßt einen Verstärker A2, der einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor Q5 enthält, dessen Gate an den Eingangsanschluß 12 gekoppelt ist. A2 kann als ein Verstärker/Schalter bezeichnet werden. Sie enthält weiterhin eine Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung LS2, die eine pn-Diode D5 umfaßt, sowie ferne: einen torgesteuerten Diodenschalter (GDS2). Der grundlegende Unterschied zwischen der Schaltungsanordnung 102 und 100 besteh: darin, daß Q3 und Q4 durch den Sperrschieht-Feldeffekttransisto;· Q5 ersetzt sind, und daß anstelle der Dioden D3 und D4 eine einzelne

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Diode D5 verwendet ist. Der Betrieb der Schaltungsanordnung 102 ist sehr ähnlich wie bei der Schaltungsanordnung 100 gemäß ; Fig. 3 mit der Ausnahme, daß die Verstärkung des Verstärkers AÜ... etwas verschieden sein kann von der Verstärkung von A2 gemäß Fig. 3. -"-'

Es wird nun Bezug genommen auf Fig. 5, wo eine zwischen Anschluß·?; se X5 und Y5 gekoppelte Schaltungsanordnung 104 dargestellt ist*,' die einen Verstärker A5, eine Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung LS5 und einen torgesteuerten Diodenschalter (GDS5) aufweist. A5 enthält einen pnp-Transistor Q5 und LS5 enthält eine ρ l-Diode D10. A5 kann als ein Verstärker/Schalter bezeichnet warden. Die Schaltungsanordnung 104 ist sehr ähnlich der Schaltungsanordnung 102 gemäß Fig. 4, mit der Ausnahme, daß anstelle des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 0.5 der pnp-Transistor Q8 und anstelle der Diode D5 die Diode D10 verwendet sind. Der Betrieb der Schaltungsanordnung 104 ist sehr ähnlich dem Betrieb der Schaltungsanordnung 102, jedoch kann die Verstärkung von A5 von der Verstärkung von A2 verschieden sein.

Nun wird auf Fig. 6 Bezug genommen, wo eine zwischen Anschlüssen X3 und Y3 gekoppelte Schaltungsanordnung 106 gezeigt ist, die Verstärker A3 und A4, torgesteuerte Diodenschalter GDS3 und GDS4, Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnungen LS3 und I. S4 mit Dioden Γ 6 bzw. DS, und eine erste und zweite, in ei er Richtung wirkende

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Schaltun jsanordnung mit Dioden D 7 und D9 aufweist- A3 und A4 können j ;weils als ein Verstärker/Schalter bezeichnet vrerden. Die Schaltungsanordnung 106 ist in der Lage, als zweiseitiger ·-■' Schalter betrieben zu werden, der die Anschlüsse X3 und Y3 : koppelt. Stromfluß kann vom Anschluß X3 nach Y3 oder in die umgekehrte Richtung erzielt werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform der Schaltungsanordnung 106 umfaßt der Verstärker A3 einen npn-Transistor Q6, dessen Basiszone photoempfindlich ist, und der Verstärker A4 umfctßt einen npn-Transistor Q7, dessen Basis ebenfalls photoempfindlich 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 Fig. 1 und 2, und sie funktionieren im wesentlichen auf dieselbe Weise. Der Kollektor von Q6 ist an die Anode von D6, die Kathode von D7 und den Anschluß X3 gekoppelt. Der Emitter von Q6 ist an die Anode von GDS3, die Kathode von GDS4 und an den Anschluß U gekoppelt. Der Kollektor von Q7 ist an die Anode von D8, die Kathode von D9 und den Anschluß Y3 gekoppelt. Der Emitter von Q6 ist an die Anode von GDf4, die Kathode von GDS3 und einen Anschluß V gekoppelt. Die Kathoden von D6 und D8 und die Gates von GDS3 und GDS4 sind alle zusammen an einen Anschluß W angeschlossen.

Wenn der Anschluß X3 in seinem Potential mehr positiv ist als Y >

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und ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basis von Q6 fällt, erfolgt ein Leitungsvorgang vom Anschluß X3 über Q6 und-, D6 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 Q6 gegeben wird. "" "

Wenn der Anschluß Y3 in dem Potential mehr positiv ist als X3 -"

und ein Lichtsignal auf die photoempfindliche Basis von Q7 gegeben wird, erfolgt eine Leitung vom Anschluß Y3 durch Q7 und D8 und in GDS4, und dann durch D7 und in den Anschluß X3. Die Impedanz zwischen den Anschlüssen Y3 und X3 ist relativ niedrig, wenn ein Lichtsignal auf die photoempfi.idliche Basis von Q7 gegeben wird.

Es ist somit klar, daß die Schaltungsanordnung 10( eine zweiseitige Schaltfunktion liefert, die auch eine Verstärkung herbeiführt.

Die hier erläuterten Ausführüngsformen sollen nur zur Veranfchaulichung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung dienen. Verschiedene Modifikationen sind im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung möglich. Beispielsweise kann (können) der (die) Verstärker ein einzelner η-Kanal- oder p-Kanal-MOS-Trai sistor sein, und die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnong k; nn eine äquivalente MOS-Typ-Diode sein. Weiterhin kann (können) der (die)

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-ν-

Verstärker ein Paar in Darlingtonanordnung zusammengeschaltete Transistoren sein. Ferner kann (können) der (die) Verstärker/ Schalter beträchtlich komplexer sein als gerade ein oder zwei Transistoren und die Pegelverschiebuncjs-Schaltungsanordnung kann in ähnlicher Weise komplexer sein als gerade eine oder zwei Dioden. Weiterhin kann (können) der (die) Verstärker/Schi?Tr Ue und die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung aus anderen Bauelementen gebildet sein, als Sperrschicht-Feldeffekttransistoren oder Dioden.

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Claims

Ansprüche

1/ Schaltanordnung, mit einem torgesteuerten Diodenschalter enthaltend einen Halbleiterkörper (16), von dem ein Hauptteil von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist, eine erste Zone.

(18) vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Zone (24) von""' einem zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und einer Gatszone (20, 12) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, wobei dia 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 im wesentlichen verhindert, daß Strom zwischen der ersten und zweiten Zone fließt, und daß, wenn eine zweite Spannung an di>2 Gatezone und geeignete Spannung an die erste und zweite Zone gelegt worden, ein Strompfad mit relativ geringem Widerstand zwischen der ersten und zweiten Zone durch Doppel-Trägerinjektion entsteht,

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dadurch gekennzeichnet , daß an einen Ausgangs, xnschluß des torgesteuerten Diodenschalters ein Verstärk ir (A) angeschlossen ist, und daß an den Verstärker und den C iteanschluß eine PegelverschiebuncfS-Schaltungsanordnumj -·· (LS) angeschlossen ist.
2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (A, A3, A4) optisch anspricht.
3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker (A) einen ersten und zweiten Transistor (Q1, Q2) aufweist, die in einer Darlingtonanordnung zusammengeschaltet sind, und daß der. Steueranschluß des ersten Transistors (QD photoempfindlich ist.
4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung (LS) eine erste und zweite in Serie geschaltete Diode (D1, D2) aufweist.
5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, weiterhin dadurch gekennzeichnet , daß die Transistoren (Q1, Q2) Sperrschicht-Transistoren und die Dioden (Dl, D2) pn-Dioden sind.

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6. Schaltanordnung nach Ansprich 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker (A1 , A2, A5) elek- ■ '--" trisch anspricht.
7. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η - '_."/■ zeichnet , daß der Verstärker (A1 , A2, A5) wenig- .--,-, stens einen ersten Transistor (Q3, Q5, Q8) aufweist. .■ ··.
8. Schaltanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Transistor (Q5, Q8) ein Sperrschicht-Transistor und die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung (LS2, LS5) eine Sperrschicht-Diode (D5, D1O) ist.
9. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker (A1) einen ersten und zweiten Sperrschicht-Transistor (Q3, Q4) aufweist, die in einer Darlingtonanordnung zusaramengeschaltet sind, und daß die Pegelverschiebungs-Schaltungsanordnung (LS1) eine erste und zweite in Serie geschaltete Diode (D3, D4) aufweist.
10. Schaltanordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen zweiten Verstärker (A4), 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

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and einen Gateanschluß aufweist, eine zweite Pegelverschiebungsschaltung (LS4), die an den eisten Ausgang des zweiten Verstärkers (A4) und an einen erste ι Anschluß (Y3) und an der Gateanschluß des zweiten torgesteuerten Diodenschalters (GDfM) und einen zweiten Anschluß (W) geschaltet ist; wobei die er ^V. a Pegel/erschiebungs-Schaltungsanordnung (LS3) an einen ersten Ausgengsanschluß des ersten Verstärkers (A3) und an einen dritten Anschluß (X3) angeschlossen ist und rn.it dem Gate des torgesteuerten Diodenschalters (GDS3) und dein zweiten 7uischluß (W) gekoppelt ist; eine erste und zweite in einer Richtung wirkende Schaltungseinrichtung (D7, D9); wobei der erste Verstärker (A3) einen ersten und zweiten Ausgang aufweist, die erste in einer Richtung wirkende Schaltungseinrichtung (D7) an den dritten Anschluß (X3), den ersten Ausgang des ersten Verstärkers (A3), an einen Ausgangsanschluß des zweiten torgesteuerten Diodenschalters (GDS4), an einen vierten Anschluß (U), an den zweiten Ausgang des ersten Verstärkers (A3) und an einen Ausgangsanschluß des ersten torgesteuerten Diodenschalters (GDS3) gekoppelt ist, und wobei die zweite in einer Richtung wirkende Schaltungseinrichtung (D9) an den ersten Ausgang des zweiten Verstärkers (A4) und an den ersten Anschluß (Y3) gekoppelt ist und an einen Ausgang des torgesteuerten Diodenschalters (GDS4) und an einen fünften Anschluß (V) sowie einen Ausgangsanschluß des zweiten torgesteuerten Diodenschalters (GDS4) und an den zweiten Ausgang des zweiten Verstärkers (A4) angeschlossen ist.

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