KR870003346Y1 - 자동출력 레벨 제어회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자동출력 레벨 제어회로

제1도는 ALC 회로도.

제2도 및 제3도는 동 회로에서 사용하는 ALC트랜지스터의 특성도.

제4도는 증폭기 출력파형도.

제5도는 종래의 ALC트랜지스터의 패턴평면도.

제6도는 동 단면구조도.

제7도는 본 고안의 일실시예의 패턴평면도.

제8도는 동 단면구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : P형 기판 12 : N⁺형 매설층

13 : N형 콜렉터층 14 : P⁺형 베이스층

15 : N⁺형 에미터층 16 : N⁺형층

21 : 중복영역 Q₁-Q₃: 트랜지스터

본 고안은 가변저항소자로서 사용할 수 있는 반도체장치에 관한 것으로서, 특히 가변저항소자의 저항치를 변화시키는데 사용되는 자동출력 레벨제어회로(ALC : Automatic Level Control)이 관한 것이다.

제1도에 의하여, NPN트랜지스터가 가변저항소자로서 자동출력 레벨제어회로에 사용되고 있는 예를 설명한다. 도면중 Q₁-Q₃는 트랜지스터인데, Q₂가 주목되는 ALC트랜지스터이고, R₁,R₂는 저항이며, (1)은 음성등의 신호원, (2)는 증폭기, (3)은 ALC검파회로, (4)는 ALC단자, (5)는 입력단자, (6)은 증폭기출력단자, (7)은 ALC출력단자, SW는 절환스위치이다. 그리고, C점에는 신호원(1)으로부터의 신호가 발생하여 있고, 입력단자(5)를 통해서 트랜지스터 Q₃의 베이스 D점에 입력된다.

(a) ALC오프(OFF)의 경우

스위치 SW가 ALC의 오프축인 경우, 트랜지스터 Q₁의 베이스전위는 GND(접지)이고, 트랜지스터 Q₁에는 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 트랜지스터 Q₂의 베이스 전류도 흐르지 않으므로 트랜지스터 Q₂가 "오프"상태이다. 이 경우, ALC트랜지스터 Q₂의 콜렉터, 에미터간의 저항은 무한대가 된다. 트랜지스터 Q₃의 콜렉터전류를 30㎂, h_FE를 30으로 하면, 트랜지스터 Q₃의 베이스전류 I_BQ3는 1㎂가 된다. 이 1㎂의 베이스전류는 저항 R₂(1KΩ)를 통해서 신호원(1)으로 흐른다. 신호원(1)의 임피이던스를 0Ω으로 하면, 트랜지스터 Q₃의 베이스전위는 "R₂×I_BQ=1KΩ ×1㎂=1mV"가 된다. 즉, 직류적으로는 트랜지스터 Q₃의 베이스전위가 1mV이고 거의 접지에 가깝다. 이 직류전위에 신호원(1)으로부터의 교류신호가 중첩된다. 즉, 이 회로형식은 입력회로부가 거의 접지이고 입력커플링 용량이 필요없다는 특징이 있다. 여기에서, 트랜지스터 Q₃는 에미터 폴리워로서 사용되고 있고, 트랜지스터 Q₃의 베이스의 교류신호분은 Q₃의 에미터에 그대로 전달되고, 후단의 증폭기(2)에서 증폭되어 단자(6)로부터 출력된다. 또, 출력신호는 ALC검파부(3)에서 검파되어서 출력교류신호에 따른 직류전압이 단자(7)(ALC출력)에 발생되나 스위치 SW가 ALC"오프"이므로, ALC트랜지스터 Q₂의 콜렉터, 에미터간의 저항은 무한대에 가깝고, 단자(5)로부터 들어가는 교류신호는 감쇠되는 일없이 증폭기(2)에 전달되고, 즉 이것은 ALC가 ''오프"인 상태이다.

(b) ALC온(ON)의 경우

스위치 SW가 ALC"온"측인 경우, 단자(7)(ALC출력)이 발생한 직류전압은 ALC단자(4)이 전달되고, 트랜지스터 Q₁의 에미터전류가 흐르기 시작하여 트랜지스터 Q₂의 베이스 전류성분이 된다. 트랜지스터 Q₂의 베이스전류가 커지면 제2도와 같이 I_C-I_CE특성곡선이 K로부터 L쪽으로 이동한다. 즉, ALC트랜지스터 Q₂의 콜렉터, 에미터간의 저항성분이 작아지고 입력신호는 감쇠된다. 즉, D점에서의 입력신호가 크면 단자(6)에서의 증폭기 교류출력은 커지고, 단자(7)에서의 ALC검파직류 출력전압이 커지며, 트랜지스터Q₂의 베이스전류도 커진다. 그러면, 이 트랜지스터 Q₂의 콜렉터, 에미터간 저항성분이 작아져서 D점에서의 입력신호를 작게하는 부궤환회로를 구성되게 하고, 이와같이 해서 출력레벨을 자동적으로 제어한다.

그러나, 상기와 같이 ALC"오프''의 경우는 입력부 D점에서의 직류전위가 1mV였으나, ALC"온"의 경우는 ALC트랜지스터 Q₂가 동작상태로 되어 제2도와 같은 특성을 나타낸다. 즉, 트랜지스터 Q₂의 콜렉터전류 Ic=0mA인 경우 I점에서 약 10mV 우측이 있는 J점이 되므로, D점에서 이 포화전압 10mV가 발생한다. 따라서, ALC"오프"로부터 ALC"온"의 상태가 되었을때, 입력부 D점에는 10mV의 펄스파형이 발생한다. 증폭기(2)가 50dB(약 300배)의 증폭률을 가진다고 하면, 단자(6)에서의 증폭기출력은 10mV×300배 =3000mW=3V가 된다. 따라서, 증폭기 출력파형은 제4도(a)와 같고, ALC"온"시에는 신호이외의 파도음이 발생되는 문제가 있었다. 또, 이 문제를 없애기 위하여 트랜지스터(2)를 제3도와 같이 콜렉터와 에미터를 역접속해서 사용하면, 포화전압은 적어지나 I_C-V_CE특성의 직선성에 문제가 생기며, 또한 출력파형의 변형률이 악화되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기 실정을 고려하여 이루어진 것으로서, 상기 과도음의 원인이 되는 동작상태에서의 콜렉터전류 I_C=0일때의 포화전압이 적은 가변저항 소자로서의 트랜지스터로서 사용할 수 있는 자동출력레벨제어회로를 제공하려는 것이다.

상기 콜렉터전류 Ic=0일때의 포화전압이 적은 특성을 구비하는 트랜지스터는 베이스 확산과 콜렉터 확산을 일부이상 겹치지게 하는, 양편확산으로 하여 쇼트시키므로써 역방향 에미터 접지전류 증폭률을 증대시키고, 동작상태로서의 포화전압을 적게할 수 있도록 한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 일실시예를 설명한다. 또, 이 설명에 앞서 종래의 ALC트랜지스터의 구성을 제5도, 제6도에 의하여 설명한다. 도면중,(11)은 P형 기판,(12)는 N+형 매설층, (13)은 N형 콜렉터층, (14)은 P⁺형 베어스층, (15)는 N⁺형 에미터층, (16)은 N⁺형 콘택트층, (17)은 P⁺형 분리층, (18)은 콜렉터 전극인출부, (19)는 베이스 전극인출부, (20)은 에미터 전극인출부이다.

제5도, 제6도의 구조에서의 역방향 NPN트랜지스터의 에미터 N형층(13)에 해당)의 농도가 낮기 때문에 에미터 주입효율이 나쁘고, 에미터 접지전류 증폭률이 작기 때문에 포화전압이 커지게 된다.

제7도, 제8도는 본 고안에 의한 ALC트랜지스터의 패턴평면도 및 단면구조도이다. 이 구성은 제5도, 제6도의 것에 대응시킨 경우의 예이기 때문에 대응 개소에는 동일부호를 달아서 설명을 생략하고, 본 고안의 특징에 대해서만 설명을 한다. 본 구성의 특징은 P⁺형 베이스층(14) 및 콜렉터층(13)이 겹쳐지도록 베이스층(14)의 주위에 N⁺형층(16)을 형성한 것이다.(21)은 층(14),(16)의 중복부분인데 실제로는 N⁺형층(16)이 된다.

제7도, 제8도의 구성에는 베이스 확산과 콜렉터 확산을 중복시키므로써 역방향 NPN트랜지스터의 에미터 농도가 높아지고, 그에따라 역방향 NPN트랜지스터의 에미터 주입효율이 향상되고, 또한 역방향 NPN트랜지스터의 전류증폭률이 높아져서 포화전압이 감소된다. 또, 중복부분(16,21)이 영역(14)의 주위를 에워싸기 때문에 그 효과는 아주 크다. 이와같이 하여. ALC"온"일 때의 파도파형이 종래의 제4도(a)로부터 동 도면(b)과 같이 개선되어 과도음이 없는 파형을 얻게 된다.

이것을 더욱 구체적으로 설명한다. 일반적으로 바이폴라형 트랜지스터의 포화전압은 하기의 식으로 표시되는 것으로 알려져 있다.

단, (1)식에서 V_CE(sat)는 포화전압, K는 볼쯔만정수(1.38062×10^-23J/˚K), T는 절대온도(˚K), q는 전자의 전하(1.60219 × 10^-19C), αi는 역방향베이스 접지전류증폭률, β는 순방향 에미터 접지전류증폭률, Ic는 콜렉터전류, I_B는 베이스전류, Vsc는 콜렉터 직열전압이다. (1)식에시 ALC트랜지스터 Q₂에서는 Ic=0mA로 사용하고 있고, 또

(i는 역방향 에미터 접지전류 증폭류)이므로,

제5도, 제6도에 도시된 트탠지스터에서의 역방향 트랜지스터의 에미터 농도가 낮고 에미터 주입효율이 나쁘며 역방향 에미터 접지전류증폭률 βi는 "2"정도이다. 이것을 (2)식에 대입하면,

한편, 제7도, 제8도에 도시된 트랜지스터에서는 베이스층(14)에 농도가 높은 N⁺층(16)이 겹쳐지도록 되어 있기 때문에 역방향 NPN트랜지스터의 에미터 농도가 높아지고 에미터 주입효율이 좋아져서 βi는 "20"정도가 된다. 그러므로,

따라서, 과도음이 적고, 트랜저스터를 순방향으로 사용하고 있으므로 직선성이 좋아지며, 변형률이 적은 가변저항소자가 얻어진다.

또, 본 고안의 상기 실시예에 한정되지 않고 여러가지의 응용이 가능하다. 예를 들면, 본 실시예에서는 콜렉터영역을 콜렉터로서, 베이스영역을 베이스로서, 에미터영역을 에미터로서 사용하는 순방향접속의 경우를 설명하였으나, 콜렉터영역을 에미터로 하고, 베이스영역을 베이스로 하고, 에미터영역을 콜렉터로하는 역방향접속의 경우에도 적용이 가능하다.

이상의 설명과 같이, 본 고안에 의하면 베이스영역 및 콜렉터영역이 겹쳐지는 영역을 형성하고 베이스전류를 변화시키도록 구성했으므로 가변저항소자의 저항치를 변화시키는 자동출력레벨 제어회로를 제공할 수 있다.

Claims (1)

1. 베이스에 입력신호를 받아 이것을 증폭하는 트랜지스터의 베이스 및 콜렉터사이에 접속된 가변저항소자를 구비한 자동출력 레벨제어회로에 있어서, 상기 가변저항소자는 반도체 기체의 한 주면에 형성된 제1도 전형의 제1 영역, 이 제1 영역내에 형성된 제2 도전형의 제2 영역, 이 제2 영역내에 형성된 제1 도전형의 제3 영역, 상기 제2 영역 및 제1 영역에 겹쳐지도록 상기 제2 영역의 주위에 형성된 제1 도전형의 영역을 갖는 반도체 소자로 구성하고, 상기 반도체 소자의 상기 제2 영역이 공급하는 전류를 변화시키므로써 가변저항소자의 저항치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 자동출력레벨 제어회로.