DE3829843A1

DE3829843A1 - Elektronisches, monolithisch integriertes geraet

Info

Publication number: DE3829843A1
Application number: DE19883829843
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Phys Conzelmann; Gerhard Dipl Ing Fiedler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-03-08
Also published as: JPH04500292A; WO1990003065A1; EP0432175A1

Description

Wie bereits in den E-Meldungen 737/86, 1103/87 (R. 21 633) und 735/88 gezeigt wurde, werden in Fahrzeugleitungen im hochfrequenten Feldbe reich starker Sender Spannungen beachtlicher Amplitude influenziert. Führen solche Leitungen zu elektronischen Geräten, so können diese gestört werden. Die bereits genannten Vorschläge ermöglichen einen störungsfreien Betrieb, jedoch mit einer Ausnahme:

Führen nämlich Leitungen zu einem Anschlußfleck einer monolithisch integrierten Schaltung, der direkt mit dem Kollektor eines Tran sistors, dessen Emitter praktisch auf Masse oder auf Betriebsspannung liegt, verbunden ist, so hängt die Funktion von den Ansteuerbedingun gen an der Basis des Transistors ab. Übersteigt die hochfrequente Wechselspannung die momentan zwischen Kollektor und Emitter anliegende Gleichspannung, so wird die Kollektorzone zum Emitter eines invers betriebenen Transistors und die Basis mit Strom beaufschlagt. Wegen der gegenüber der Periodendauer der Wechselspannung großen Lebensdauer der erzeugten Ladungsträger bleibt der Transistor auch bei der Rück kehr aus dem inversen Betrieb in den Normalbetrieb leitfähig, sofern die Ladungsträger nicht aus der Basis abfließen können. Dies bedeutet, daß der Transistor unter dem Einfluß hochfrequenter Wechselspannungen vom ausgeschalteten in den eingeschalteten Zustand übergehen kann, wobei er jedoch meist hochohmiger bleibt, als bei einer Ansteuerung durch den regulären Basisstrom. Aufgabe der Erfindung sind einfache Mittel, die den gesperrten Zustand des betroffenen Transistors aufrechterhalten.

Die Erfindung sei anhand der Fig. 1 bis 8 erläutert:

Fig. 1a, b zeigt die Schaltung eines NPN- und PNP-Transistors; in

Fig. 2 ist der Zeitverlauf der Kollektorspannung des Richtstrom erzeugenden Transistors unter dem Einfluß einer überlagerten hochfrequenten Wech selspannung dargestellt, sofern der Transistor gesperrt bleibt.

Fig. 3 zeigt die Beschaltung des Transistors mit einem hinreichend niederoh migen Widerstand zwischen Basis und Emitter, bzw. einem gesteuerten Transistor als Ersatz,

Fig. 4 eine geeignete Ansteuerschaltung für den gesperrt zu haltenden Transistor. In

Fig. 5 ist eine gegenüber der Schaltung von Fig. 4 verbesserte Schaltung wiedergegeben, die in

Fig. 6 weiter vereinfacht ist. Die

Fig. 7 und 8 zeigen eine Klammerung der regulären Kollektor-Basisstrecke mit einer Schottky-Diode.

In Fig. 1a ist 01 der masseseitige Anschluß, 02 der Anschluß für den positiven Pol der Betriebsspannung und 2 ein wie gebräuchlich auf einem p-Substrat dargestellter NPN-Transistor, 21 sein beispielsweise direkt mit der Masse 01 verbundener Emitter, 22 seine Basis und 23 sein Kollektor, der einerseits mit dem Anschlußfleck 03 verbunden ist und andererseits mit dem Substrat als Anode 32 die parasitäre Diode 3 bildet; deren Kathode 31 entspricht somit dem Kollektor 23 von 2. In Fig. 1b ist die Anordnung für einen pnp-Transistor 2′ wiedergegeben.

In Fig. 2 ist der Zeitverlauf des Kollektorpotentials U ₃₁ gegen Masse dargestellt. Gerät die an die Anschlußflecken 01, 03 angeschlossene Leitung in das Feld eines starken Senders, so können Amplituden in fluenziert werden, die weit über das momentan zwischen Kollektor 23 und Emitter 21 anstehende Gleichpotential U ₁₃ hinausgehen; dieser Fall trete zum Zeitpunkt t _A ein; es entsteht vorzugsweise ein Richtstrom in der Substrat-Diode 3, der das Gleichpotential U ₁₃ auf den Wert U ₁₄ anhebt, sofern der Transistor nicht durch die Hochfrequenz eingeschal tet wird durch den auf die Basis fließenden Teil-Richtstrom. Durch die hohe Lebensdauer der Ladungsträger im Basisraum, die um Größenordnungen höher sein kann, als die Periodendauer der Wechsel spannung, bleibt normalerweise der Transistor in diesem Beispiel auch während der positiven Halbwelle leitend, sofern die Ladungsträger nicht nach Fig. 3 über einen zwischen Basis 22 und Emitter 21 geschal teten niederohmigen Widerstand 4 abfließen können. Der niederohmige Widerstand 4 bedingt einen hohen Ansteuerstrom für die Basis 22 des Transistors 2; er ist deshalb zweckmäßig durch einen steuerbaren Widerstand, beispielsweise den Transistor 5, zu ersetzen. In der daraus resultierenden Ansteuerschaltung nach Fig. 4 ist beispielsweise 6 eine Stromquelle, die den Basisstrom für den Transistor 2 liefert; soll 2 stromlos werden, so ist der Transistor 5 über seine Basis 52 einzuschalten. Der auf 52 fließende Basisstrom ist nun so hoch zu wäh len, daß der Transistor 5 nicht nur den Strom der Stromquelle 6 abzu leiten vermag, sondern auch noch den auf die Basis von 2 fließenden Anteil am Richtstrom.

Da dieser Anteil im normalen Betrieb nicht erforderlich ist, ist es vorteilhaft, ihn durch die hochfrequente Wechselspannung selbst zu erzeugen. Fig. 5 zeigt hierzu ein mögliches Beispiel:
Den zusätzlichen Hilfsstrom liefert der Transistor 55 aus der an sei ner Basis-Emitter-Diode gleichgerichteten Wechselspannung, die über den Kondensator 56 eingespeist ist. Der an der Basis von 54 wirksame Richtstrom wird mittels des Widerstands 55 bestimmt. Damit der Tran sistor 5 über seinen Basiseingang 52 auch beim Vorliegen größerer HF- Spannungen ein- und ausschaltbar bleibt, wird der Kollektorstrom des Transistors 54 über die UND-Verknüpfung 53 der Basis von 5 zugeführt. So kann die HF-Spannung nur wirksam werden, wenn 52 positiv ist, also Transistor 5 stromführend und Transistor 2 gesperrt ist.

Die Schaltung nach Fig. 5 läßt sich erheblich vereinfachen: Der in der Substratdiode 3 fließende kräftige Richtstrom injiziert einen Minori tätsstrom in das Substrat. Ein Teil dieses Stroms kann als Basisstrom für den Transistor 54 genutzt werden; wird der Transistor 54 benach bart zum Transistor 2 angeordnet, so fließt ein Teil des aus Elektro nen bestehenden Minoritätsstroms auf die an positiver Spannung liegen de n-dotierte Basis von 54; das System steuert sich selbst, Kondensa tor 56 und Widerstand 55 lassen sich einsparen.

Von schnellen bipolaren Logikschaltungen her ist es bekannt, den Sät tigungsbereich der Kollektoren durch eine Schottky-Diode vom Kollektor zur Basis der Schalttransistoren zu vermeiden, wodurch die Transisto ren erheblich schneller schalten. Diese Maßnahme hilft auch hier: Wird wie in Fig. 7 die Kathode der Schottky-Diode 8 mit dem Kollektor 23 und die Anode mit der Basis 22 verbunden, so wird der beim Untertau chen des Kollektors 23 unter das Massepotential 01 entstehende Richt strom größtenteils von der Schottky-Diode 8 aufgenommen. Fig. 8 zeigt die Beschaltung eines entsprechenden PNP-Transistors.

Kern der Erfindung sind in eine monolithisch integrierte Schaltung einzubringende Mittel, um den unter dem Einfluß hochfrequenter Wech selspannungen auf die Basis eines gesperrten Transistors fließenden Richtstrom abzuleiten und damit dessen Sperrzustand aufrechtzuerhal ten. Hierdurch wird es in vielen Fällen möglich, falls erforderlich unter Einbeziehung der in den bereits genannten Erfindungsmeldungen dargestellten weiteren Mittel, auf etwa in Steckverbindungen nur schwierig unterzubringende Entstörmittel ganz zu verzichten, oder min destens den Aufwand zu reduzieren.

Claims

1. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor, zu dessen Kollektor von außen eine Leitung geführt ist, wobei auf dieser Leitung durch äußere hochfrequente elektromagnetische Felder, wie sie in der Umgebung starker Sender auftreten, hochfrequen te Wechselspannungen influenziert werden mit Amplituden ähnlicher Größenordnung, vorzugsweise größer als die etwa momentan zwischen Kol lektor und Emitter wirksame Gleichspannung, wodurch der normalerweise gesperrte pn-Übergang, den die Kollektorzone mit mindestens einer an sie angrenzenden Zone umgekehrter Dotierung wie beispielsweise die Basis- und/oder Substratzone bildet, durch die influenzierte hochfre quente Wechselspannung im Bereich negativer oder positiver Halbwellen in Durchlaßrichtung gepolt ist, wodurch als Basisströme wirksame Richtströme entstehen, die zum Einschalten des vorher gesperrten Tran sistors (2, 2′) führen, gekennzeichnet durch Mittel, die das ungewoll te Einschalten des Transistors durch hochfrequente Wechselspannungen bzw. -Ströme verhindern (Fig. 1).

2. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschal ten des Transistors (2) im Bereich der influenzierten hochfrequenten Wechselspannung verhindert ist durch einen hinreichend niederohmigen Widerstand (4) zwischen Basis und Emitter des gesperrt zu haltenden Transistors (Fig. 3).

3. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Basis und Emitter des gesperrt zu haltenden Transistors (2) geschalte te niederohmige Widerstand ein steuerbarer Widerstand, vorzugsweise ein Transistor (5) ist (Fig. 3).

4. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als steuerbarer niederohmiger Widerstand zwischen Basis und Emitter des gesperrt zu haltenden Transistors (2) geschaltete Transistor (5) nur niederohmig geschaltet ist, während der regulären Ausschaltzeit des gesperrt zu haltenden Transistors (Fig. 4).

5. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstrom des als steuerbarer niederohmiger Widerstand zwischen Basis und Emit ter des gesperrt zu haltenden Transistors (2) geschalteten Transistors (5) von der Amplitude der hochfrequenten Wechselspannung abhängig gemacht ist.

6. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anpruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstrom des als steuerbarer niederohmiger Widerstand zwischen Basis und Emit ter geschalteten Transistors (5) durch die Amplitude der hochfrequen ten Wechselspannung verstärkt ist.

7. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisstrom des als steuerbarer niederohmiger Widerstand zwischen Basis und Emit ter geschalteten Transistors (5) durch die Amplitude der hochfrequen ten Wechselspannung verstärkt ist, wobei durch eine logische UND- Verknüpfung (53) mit dem regulären Steuersignal (52) die Verstärkung nur während seiner Einschaltzeit wirksam ist (Fig. 5).

8. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Verstärkung des Basisstroms des als steuerbarer niederohmiger Widerstand zwischen Basis und Emitter geschalteten Transistors (5) erforderliche zusätzliche Basisstrom mittels des Transistors (54) aus der hochfrequenten Wechselspannung erzeugt ist durch den in der Sub stratdiode (3) fließenden Richtstrom, bzw. durch den damit verbundenen Minoritätsstrom.

9. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilstrom des durch die hochfrequente Wechselspannung in der Sub stratdiode (3) in das Substrat injizierten Minoritätsstroms als Basis strom eines Transistors (54) dient, dessen Kollektor über die UND- Verknüpfung (53) mit der Basis (52) des Transistors (5) verbunden ist (Fig. 6).

10. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schottky-Diode (8), die zwischen Kollektor und Basis des gesperrt zu haltenden Transistors (2, 2′) geschaltet ist (Fig. 7, 8).

11. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Schottky-Diode (8), deren Kathode mit dem Kollektor und deren Anode mit der Basis des gesperrt zu haltenden NPN-Transistors (2) verbunden ist (Fig. 7).

12. Elektronisches, monolithisch integriertes Gerät mit mindestens einem Transistor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Schottky-Diode (8), deren Anode mit dem Kollektor und deren Kathode mit der Basis des gesperrt zu haltenden PNP-Transistors (2′) verbunden ist (Fig. 8).