DE2514619A1

DE2514619A1 - Verstaerkungssteuerschaltung nach differentialverstaerkerart

Info

Publication number: DE2514619A1
Application number: DE19752514619
Authority: DE
Inventors: Yoshio Ishigaki; Takashi Okada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1975-10-23
Also published as: JPS50131743A; ATA258275A; US3976951A; FR2266953B1; AU7972675A; SE7503873L; GB1502672A; BE827547A; DE2514619C3; JPS5754969B2; DE2514619B2; BR7502047A; SE412674B; IT1034856B; AT374052B; CA1022245A; FR2266953A1; NL7503995A

Description

25U619

It 3190

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Verstärk lings s teuer sch altungen nach Differentialverstärkerart

Die Erfindung betrifft allgemein Verstärkungssteuerschaltungen, die allgemein wie Verstärker wirken, uns insbesondere solche Verstärkungssteuerschaltungen nach Differentialverstärkerart, die zwei differentiell arbeitende Signalübertragungswege haben.

Verstärkungssteuerschaltungen nach Differentialverstärkerart werden allgemein für verschiedene Arten von elektrischen Geräten insbesondere in IC-Form verwendet. In diesen Verstärkungssteuerschaltungen besteht der grundsätzliche Aufbau darin, daß ein Differentialverstärker, der aus zwei Verstärkungselementen wie Transistoren gebildet wird, und eine Stromquelle, die gemeinsam mit den beiden Verstärkungselementen verbunden ist, vorgesehen sind, und der Verstärkungsfaktor von dem Differentialverstärker durch Änderung des Vorspannungszustandes des Verstärkungselements gesteuert wird, wodurch die Stromgröße der Stromquelle geändert wird, oder auf irgendeine andere mögliche Art verfahren wird. In allgemeinen wurde in der Praxis vorgeschlagen, um die Verstärkungssteuerung mit erhöhtem

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■ χ.

Wirkungsgrad und besserer Symmetrie zwischen den beiden Verstärkungselernenten zu erreichen, mehrere Differentialverstärker in mehreren Stufen zwischen einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß für zu in der Verstärkung zu steuernde Signale vorzusehen. Z.B. wird ein Differentialverstärker als erste Stufe vorgesehen, dem ein Eingangssignal zugeführt wird und der dieses verstärkt, und ein weiterer Differentialverstärker wird als zweite Stufe vorgesehen, der mit zwei Eingangsanschlüssen mit zwei Ausgangsanschlüssen des Differentialverstärkers der ersten Stufe verbunden ist, um das Ausgangssignal des Differentialverstärkers der ersten Stufe weiter zu verstärken, und wenigstens einer dieser Differentialverstärker wird in der Verstärkung gesteuert.

Es ist bekannt, daß in solch einer mehrstufigen Differentialverstärkerschaltung, wie sie oben beschrieben wurde, die Verstärkungssteuerung sehr wirksam erreicht werden kann. Die früher vorgeschlagenen Verstärkungssteuerschaltungen erfordern jedoch eine Anzahl von Elementen wie Transistoren und Dioden, um einen in der Verstärkung steuerbaren, mehrstufigen Differentialverstärker zu bilden und ihr Schaltungsaufbau ist relativ kompliziert. Außerdem ist es bei den früher vorgeschlagenen Schaltungen schwierig, wegen der mangelnden Gleichheit der Eigenschaften eines jeden Elements den gewünschten symmetrischen Betrieb zu verwirklichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkungssteuerschaltung nach Art eines mehrstufigen Differentialverstärkers zu schaffen, die aus einer geringeren Anzahl von Elementen besteht, deren S chaltungs aufbau vereinfacht ist und deren Symmetrieeigenschaft trotz eine· vereinfachten Schaltungsaufbaus verbessert ist.

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Durch die Erfindung wird eine Verstärkungssteuerschaltung geschaffen, die grundsätzlich einen ersten Differentialverstärker hat, der eine erste Stromquelle aufweist und dem ein Eingangssignal zugeführt wird, einen zweiten
Differentialverstärker, der eine zweite Stromquelle hat und so geschaltet ist, daß ihm das Ausgangssignal des
ersten Differentialverstärkers zugeführt wird, sowie eine neuartige Halbleitervorrichtung mit drei Anschlüssen, die so geschaltet ist, daß sie als Last des ersten Differentialverstärkers wirkt, wobei die Verstärkungssteuerung
der Stromgröße wenigstens einer der beiden Stromquellen erreicht wird. Aufgrund der Verwendung der neuartigen
Halbleitervorrichtung wird der Schaltungsaufbau vereinfacht und man erreicht einen gut symmetrierten Betrieb. Die neuartige Halbleitervorrichtung hat drei Anschlüsse und einen Halbleiterkörper ähnlich einem üblichen Transistor und ist in der Lage, Verstärkungs-, Verstärkungssteuerungs- oder Schaltvorgänge wie der übliche Transistor durchzuführen. Eines der unterschiedlichen Merkmale der neuartigen Halbleitervorrichtung ist die Leitfähigkeit in zwei Richtungen bei verbesserter Symmetrieeigenschaft, und dieses Merkmal wird in erster Linie bei der Verstärkungssteuerschaltung gemäß der Erfindung ausgenutzt.

Durch die Erfindung kann somit eine Verstärkungssteuerschaltung nach Art eines mehrstufigen Differentialverstärkers geschaffen werden, die aus einem ersten Paar
Transistoren besteht, die einen ersten Differentialverstärker bilden, dem ein Eingangssignal zugeführt wird,
einem zweiten Paar Transistoren, die einen zweiten Differentialverstärker bilden, der so geschaltet ist, daß
er das Ausgangssignal des ersten Differentialverstärkers weiter verstärkt, und einer neuartigen Halbleitervorrichtung mit drei Anschlüssen, die gemeinsam zwischen die
Ausgänge des ersten Paars Transistoren und eine Betriebsspannungsquelle geschaltet ist, wobei die Verstärkungs-

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steuerung durch Steuerung der Größe des Stroms erreicht wird/ der wenigstens durch einen Differentialverstärker fließt. Dabei hat die neuartige Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper ähnlich einem üblichen Transistor und arbeitet als ein in zwei Richtungen leitendes Element mit verbesserter Symmetrieeigenschaft.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Figur 1 und 2 Querschnittsdarstellungen eines Beispiels eines Halbleiterelements, das bei der Erfindung verwendbar ist, und

Figur 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Verstärkungssteuerschaltungen gemäß der Erfindung.

Vor der Beschreibung der Erfindung wird zunächst eine Ausführungsform der neuartigen Halbleitervorrichtung beschrieben, die bei der Erfindung verwendbar ist.

Der Stromverstärkungsfaktor h™ eines Transistors mit geerdetem Emitter, der einer der Parameter zur Auswertung der Eigenschaften eines bipolaren Transistors ist, kann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden, wenn der Stromverstärkungsfaktor des Transistors bei geerdeter Basis mit o( bezeichnet wird:

^{h =}

FE ⁼ 1 - o(
Der Faktor o( wird wie folgt ausgedrückt

o( = o(* β Υ (2)

wobei o( den Kollektorverstärkungsfaktor, β den Basisübertragungswirkungsgrad und Y den Emitterinjektionswirkungsgrad darstellen.

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Wenn der Emitterinjektionswirkungsgrad Y eines NPN-Transistors betrachtet wird, ist Ύ durch den folgenden Ausdruck (3) gegeben:

wobei J die Stromdichte der von dem Emitter in die Basis η

des Transistors injizierten Elektronen und J die Stromdichte der von der Basis in den Emitter des Transistors injizierten Löcher darstellen.

Da J_n und J durch die folgenden Gleichungen (4) und (5) ausgedrückt werden:

^Jn v

wird das Verhältnis £ von J und J wie folgt ausgedrückt:

n (6)

J2_ _£e

J ~ ~L D η ρ η

wobei L die Diffusionsstrecke der Minoritatsträger in der Basis des Transistors,L die Diffusionsstrecke der Minoritätsträger in dem Emitter des Transistors, D die Diffusionskonstante der Minoritätsträger in der Basis, D die Diffusionskonstante der Minoritätsträger in der Basis, η die Konzentration der Minoritätsträger in der Basis im Gleichgewichtszustand, ρ die Konzentration der Minoritätsträger in dem Emitter im Gleichgewichtszustand, V eine an den Emitterübergang des Transistors angelegte Spannung, k die Boltzmann-Konstante, T die Temperatur und Q der Absolutwert der Elektronenladung darstellen.

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Wenn angenommen wird, daß die Verunreinigungskonzentration in dem Emitter des Transistors N und diejenige in der

Pn Basis des Transistors N ist, kann der Ausdruck durch

den Ausdruck ——— ersetzt werden. Da außerdem L durch die

Basisbreite W begrenzt wird und L = W, wird das Verhältnis wie folgt ausgedrückt.

D_ N,

C W η

P ^{n D} .

Die Diffusionskonstanten D und D sind Funktionen der Übertragung der Träger und der Temperatur und können hierbei als im wesentlichen konstant angenommen werden.

Wie aus den obigen Gleichungen ersichtlich ist, genügt es, um den Stromverstärkungsfaktor h„_ eines Transistors zu erhöhen, das Verhältnis <S klein zu machen.

Daher wird bei einem üblichen Transistor die Verunreinigungskonzentration N, seines Emitters hoch genug gewählt, um das Verhältnis ο klein zu machen.

Wenn jedoch die Verunreinigungskonzentration des Emitters

19 3

ausreichend hoch, z.B. mehr als 10 Atome/cm gewählt wird, treten Gitterfehler und -störungen in dem Kristall des Halbleiterkörpers des Transistors auf und verschlechtern den Kristall. Da die Verunreinigungskonzentration des Emitters selbst hoch ist, wird die. Lebensdauer 'er der Minoritätsträger, die von der Basis in den Emitter injiziert werden, kurz.

Da die Diffusionsstrecke L durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt wird:

wird die Diffusionsstrecke L der Minoritätsträger bzw. -löcher kurz. Aus der Gleichung (7) ist daher ersichtlich,

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daß ei nicht so klein gemacht werden kann und damit der Injektionswirkungsgrad ν nicht über einen bestimmten Wert erhöht werden kann. Daher kann der Stromverstarkungsfaktor

^hFE^]
den.

h-,,, bei dem üblichen Transistor nicht so hoch gemacht wer-

Wie zuvor erwähnt wurde/ ist die neuartige Halbleitervorrichtung, die bei der Erfindung verwendbar ist, von den oben erwähnten Nachteilen des bekannten Transistors frei. Als Halbleitervorrichtung, die bei der Erfindung verwendet wird, könnte wie bei dem bekannten Transistor eine vom NPN-Typ und vom PNP-Typ in Betracht gezogen werden, es wird jedoch nun eine NPN-HaIbIeitervorrichtung, die bei der Erfindung verwendbar ist, anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise beschrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht die NPN-HaIbleitervorrichtung aus einer ersten N -leitenden Halbleiterzone, die auf einem N -leitenden Halbleitersubstrat gebildet ist, einer zweiten P-leitenden Zone 2, die in dem Halbleitersubstrat S nahe der ersten Zone gebildet ist, und einer dritten N~-leitenden Halbleiterzone 3, die in dem Substrat S nahe der zweiten Zone 2 gebildet ist, um einen ersten PN-Übergang J„ zwischen der ersten und zweiten Zone 1 und 2 und einen zweiten PN-Übergang J_n zwischen der zweiten und dritten Zone 2 und 3 zu schaffen.

BeiderbeidsrErfiniungverwendbaren und in Fig. 1 gezeigten Halbleitervorrichtung wird an der Stelle, die dem ersten Übergang J„ zugewandt und von diesem durch eine Strecke getrennt ist, die kleiner als die Diffusionsstrecke L der Minoritatsträger bzw. -löcher ist, die von der zweiten Zone 2 in die erste Zone 1 injiziert werden, eine Potentialschwelle gebildet, die eine Energie höher als die der Minoritatsträger bzw. -löcher oder wenigstens

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-sr- 25U619

•a.

die Wärmeenergie hat, in der ersten Zone 1 gebildet. In dem Beispiel der Fig. 1 wird die Verunreinigunqskonzentration in der ersten Zone 1 ausreichend niedrig, z.B. in der Größenordnung von 10 Atome/cm gewählt und eine Zone la vom N -Leitfähigkeitstyp bzw. mit einer Verun-

19 3 reinigungskonzentration von etwa 10 Atome/cm wird in der ersten Zone 1 gebildet, um einen LH-Übergang und damit die Potentialschwelle zu erzeugen.

Die Verunreinigungskonzentration in der zweiten Zone 2 wird etwa in der Größenordnung von 10 bis 10 Atome/cm und diejenige in der dritten Zone 3 ausreichend niedrig,

15 3 z.B. in dem Größenordnung von 10 Atome/cm , gewählt.

In dem Halbleitersubstrat S nahe der dritten Zone 3, jedoch getrennt von dem zweiten Übergang J-, ist eine Zone 3a

+ ^u

vom N -Leitfähigkeitstyp und mit einer Verunreiniqungs-

19 3 konzentration von etwa 10 Atome/cm gebildet.

Eine erste Zone 4E ist an der eine hohe Verunreinigungskonzentration aufweisenden Zone la in der Zone 1 in ohmschen Kontakt mit dieser gebildet. Eine zweite Elektrode 4B ist an der zweiten Zone 2 in ohmsehern Kontakt mit dieser gebildet und eine dritte Elektrode 4C ist an der eine hohe Verunreinigungskonzentration aufweisenden Zone 3a nahe der dritten Zone 3 in ohmschem Kontakt mit dieser gebildet. Von diesen Elektroden 4E, 4B und 4C sind ein erster, zweiter und dritter Anschluß E, B und C herausgeführt. In Fig. 1 bezeichnet 5 eine Isolierschicht aus z.B. SiO₂, die an der Oberfläche des Substrats S gebildet ist.

Die Halbleitervorrichtung der Fig. 1 kann als Transistor verwendet werden. Hierbei dient die erste Zone 1 als Emitterzone, die zweite Zone 2 als Basiszone und die dritte Zone 3 als Kollektorzone; eine Durchlaßspannung wird an den Emitterübergang J„ und eine Sperrspannung an den KoI-

Hl

lektorübergang J_c angelegt.

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-«·- 25H619

-⁰I.

Somit haben die Löcher, die von der Basis bzw. der zweiten Zone 2 zu dem Emitter bzw. der ersten Zone 1 injiziert werden, eine lange Lebensdauer, da die Emitterzone 1 eine niedrige Verunreinigungskonzentration und gute Kristalleigenschaften hat, und damit wird die Diffusionsstrecke L der Löcher in der Emitterzone 1 lang. Es kann daher, wie aus den Gleichungen (6) und (3) ersichtlich ist, der Emitterinjektionswirkungsgrad 2f hoch gemacht werden. Im Falle jedoch, daß die Diffusionsstrecke L lang gemacht wird, kann, wenn die in die Emitterzone 1 injizierten Löcher an der Oberfläche des Substrats S angelangen und in der Praxis mit Elektronen an der Oberfläche rekombinieren können, die Diffusionsstrecke L nicht wesentlich

lang gemacht werden. Da bei der in Fig. 1 gezeigten Halbleitervorrichtung die Potentialschwelle in der Emitterzone 1 gebildet und dem Emitterübergang J„ in einem Abstand gegenüberliegt, der kleiner als die Diffusionsstrecke L der Minoritatsträger ist, kann die Größe der Oberflächenrekombination verringert und die Diffusionsstrecke L ausreichend lang gemacht werden.

Infolge der Tatsache, daß die Potentialschwelle bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel in der obigen Weise gebildet wird, wird die Wirkung erreicht, daß die Stromdichte bzw. -komponente J der Löcher, die von der Basiszone 2 in die Emitterzone 1 injiziert werden, verringert wird. Dies bedeutet, daß an dem LH-übergang J„ in der Emitterzone 1

H.

eine falsche Ferminiveaudifferenz des inneren elektrischen Feldes verursacht wird, was die Wirkung hat, die Diffusion der Löcher bzw. Minoritätsträger zu unterdrücken. Wenn das Ferminiveau ausreichend hoch ist, heben sich der Diffusionsstrom, der durch den Konzentrationsgradienten der Löcher hervorgerufen wird und der Driftstrom, der durch das innere elektrische Feld hervorgerufen wird, an dem LH-tibergang auf und verringern den Löcherstrom J , der von der Basis 2 durch die Emitterzone 1 geringer Verunreinigungskonzen-

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tration injiziert wird. Durch diese Wirkung wird das Verhältnis des Elektronenstroms, der an der Kollektorzone 3 angelangt, bezüglich der Stromkomponente, die den Emitter-Übergang J durchläuft, erhöht und damit wird der Emitterinjektionswirkungsgrad ^erhöht, wie aus der Gleichung (3) ersichtlich ist, und der Stromverstärkungsfaktor h wird hoch.

Die obige Niveaudifferenz (die Höhe der Potentialschwelle) muß größer als die Energie der Löcher oder wenigstens die Wärmeenergie sein. Die Wärmeenergie kann näherungsweise als kT angenommen werden, jedoch sollte die obige Niveaudifferenz mehr als 0,1 eV betragen. In der Potentialübergangszone darf die Diffusionsstrecke L der Löcher nicht in der Übergangszone enden bzw. ist es erforderlich, daß die Diffusionsstrecke L der Löcher größer als die Breite der Übergangszone ist.

Wenn der LH-Übergang J„ wie in Fig. 1 gezeigt gebildet ist,

Xl

kann eine Potentialschwelle von 0,2 eV durch geeignete Wahl der Größe der Verunreinigung und des Gradienten der eine hohe Verunreinigungskonzentration aufweisenden Zone la gebildet werden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel der Halbleitervorrichtung, die bei der Erfindung verwendbar ist, bei der die gleichen Bezugsziffern und -buchstaben wie in Fig. 1 die gleichen Elemente bezeichnen, weshalb ihr Beschreibung unterbleibt.

Bei dem Beispiel der Fig. 2 ist zur Bildung eines PN-übergangs J_g, der dem ersten Übergang bzw. dem Emitte rüber gang J„ zugewandt ist, eine zusätzliche P-leitende Zone 6 in der ersten Zone 1 gebildet. Bei dem Beispiel der Fig. 2 ist die Strecke zwischen den übergängen J_ und J_ kleiner als die Diffusionsstrecke der Minoritätsträger in der ersten Zone 1 gewählt. Der übrige Aufbau des in Fig. 2 ge-

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zeigten Beispiels ist im wesentlichen der gleiche wie der des in Fig. 1 gezeigten Beispiels.

Da bei dem Beispiel der Fig. 2 die Diffusionsstrecke L der in die erste Zone 1 injizierten Löcher lang ist, wie oben beschrieben wurde, gelangen die Löcher tatsächlich bis zu der zusätzlichen Zone 6 und werden dann von dieser absorbiert. Wenn die zusätzliche Zone 6 vom elektrischen Standpunkt aus "überflutet" wird, wird ihr Potential erhöht, da die Anzahl der an der zusätzlichen Zone 6 ankommenden Löcher erhöht wird. Daher wird der PN-Übergang J_c, der zwischen den Zonen 6 und 1 gebildet wird, im wesentlichen mit seiner Anstiegsspannung in Durchlaßrichtung vorgespannt, und damit werden wieder Löcher von der zusätz lichen Zone 6 in die erste Zone 1 injiziert. Somit wird die Konzentration der Löcher in der ersten Zone 1 nahe der zusätzlichen Zone 6 erhöht und daher wird die Konzentrationsverteilung der Löcher zwischen den übergängen J_ und

X¹J

J_c in der ersten Zone 1 gleichmäßig und deren Gradient wird graduell, um den Diffusionsstrom J von der zweiten

P Zone 2 zur ersten Zone 1 zu verringern.

In dem Beispiel der Fig. 2 ist die zusätzliche Zone 6, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die zweite Zone 2 ist, in der ersten Zone 1 getrennt von der zweiten Zone 2 gebildet, es ist jedoch möglich, daß die zweite Zone 6 sich kontinuierlich von der zweiten Zone 2 aus erstreckend gebildet wird.

Die obige Beschreibung erfolgte für den Fall, daß die erste zweite und dritte Zone 1, 2 und 3 der Halbleitervorrichtungen als Emitter, Basis und Kollektor betrieben werden. Bei der obigen Halbleitervorrichtung sind jedoch die Verunreinigungskonzentrationen der ersten und dritten Zone 1 und 3, die die zweite Zone 2 umgeben, niedrig und von etwa gleicher Größenordnung gewählt und so ausgebildet,

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daß sie bezüglich der zweiten Zone 2 symmetrisch sind, so daß, wenn die erste, zweite und dritte Zone 1, 2 und 3
als Kollektor, Basis und Emitter betrieben werden, die
Halbleitervorrichtung als Transistor betrieben werden
kann, dessen Arbeitsrichtung zu der zuvor erwähnten umgekehrt ist.

Wenn die Symmetrie der Halbleitervorrichtung angewandt
wird, kann sie dadurch erhöht werden, daß in der dritten Zone 3 eine Potentialschwelle gebildet wird, die der zweiten Zone J_c zugewandt ist, diese umgibt und eine Energie hat, die höher als die der Minoritätsträger bzw. -löcher in der dritten Zone 3 ist, wie die Fig. 1 und 2 durch
gestrichelte Linien außerhalb des Übergangs J zeigen.
Hierzu wird die Zone 3 hoher Verunreinigungskonzentration in der dritten Zone 3 derart ausgebildet, daß sie den
übergang J umgibt und der Abstand zwischen dem Übergang J_n und der Zone 3a wird kleiner als die Diffusionsstrecke der Minoritätsträger bzw. -löcher gewählt, die an den
jeweiligen Teilen in die dritte Zone 3 injiziert werden.

Die Eigenschaften der oben beschriebenen Halbleitervorrichtungen, die sich aus der vorherigen Beschreibung ergeben, können wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Der Stromverstärkungsfaktor h_pE ist hoch und kann auf mehr als 3000 erhöht werden.

2. Der Stromverstärkungsfaktor h™ ist gleichmäßig. Dies bedeutet, daß bei einem bekannten Transistors die Verunreinigungskonzentration der Emitterzone ausreichend hoch gewählt wird, um den Emitterinjektionswirkungsgrad zu erhöhen bzw. daß der Stromverstärkungsfaktor des bekannten Transistors von der Differenz der Verunreinigungskonzentrationen nahe dem übergang zwischen den Emitter- und
Basiszonen abhängt, so daß es erforderlich ist, die Verunreinigungskonzentrationen in beiden Zonen relativ zu-

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einander zu wählen. Dagegen wird bei den Halbleitervorrichtungen zur Verwendung für die Erfindung durch Bildung der Potentialschwelle in der Emitterzone 1 gegenüber dem Emitterübergang J_ die Stromkomponente der Minoritätsträger, die in die Emitterzone 1 injiziert werden,unterdrückt, um den Emitterinjektionswirkungsgrad zu erhöhen, so daß der gegenseitige Einfluß zwischen den Emitter- und Basiszonen 1 und 2 infolge der Tatsache klein ist, daß die Verunreinigungskonzentration der Emitterzone 1 relativ niedrig gewählt wird, und die Breite der Basiszone 2 und die Verteilung der Verunreinigungskonzentration darin kann in der beabsichtigten Weise gewählt und damit h„„ gleichmäßig gemacht werden, wie oben beschrieben wurde.

3. Da die Wirkung der Oberflachenrekombination vermieden wird, kann der Stromverstärkungsfaktor h__ hoch gemacht werden, selbst wenn der Strom niedrig ist.

4. Das Rauschen kann verringert werden. Da die Hauptteile des ersten und zweiten Übergangs GL und J^ zwischen P- und N-leitenden Zonen niedriger Verunreinigungskonzentration gebildet sind, sind Kristallfehler gering. Wenn die Verunreinigungskonzentration nahe der Elektrode 4B, die z.B. an der zweiten Zone 2 befestigt ist, hoch gewählt wird, kann die Komponente des Emitter-Basis-Stroms längs der Oberfläche des Halbleitersubstrats S verringert werden. Daher kann das Rauschen von l/_f verringert werden. Außerdem können auch das Burstrauschen und das Rauschen von l/ψ dadurch verringert werden, daß h„„ hoch ist. Wenn zusätzlich der Basiserstreckungswiderstand 2Γ, . ' klein gemacht wird, kann das Rauschen selbst dann verringert werden, wenn die Impedanz einer Signalquelle niedrig

5. Der Stromverstärkungsfaktor h-,., ist hinsichtlich der Temperatureigenschaften gut.

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6. Die Halbleitervorrichtungen können als in zwei Richtungen leitende Transistoren verwendet werden und haben eine ausgezeichnete Symmetrie.

7. Da die Verunreinigungskonzentration in der Nähe des ersten und zweiten Übergangs J_ß und J-, niedrig ist, ist BV _E0 (die Basis-Emitter-Spannung bei offenem Kollektor) für die Durchlaß- und Sperrichtung der Transistoren hoch.

8. Wenn die Halbleitervorrichtungen als Leistungstransistoren verwendet werden, ist ihre Festigkeit hoch, da ihre Emission durch ihren verteilten inneren Widerstand in ihrer Emissionszone gleichmäßig gemacht ist.

9. Die Sättigungseigenschaften sind verbessert.

10. Wenn die Zone 6, die eine Injektion oder eine Reinjektion durchführt, gebildet wird, wird der äquivalente Widerstand der Basis niedrig gemacht.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die obige Halbleitervorrichtung bezüglich der zweiten Zone 2 symmetrisch ist und schafft eine Verstärkungssteuerschaltung, die eine gute Symmetrie hat und bei der die Anzahl der verwendeten Elemente aufgrund der Verwendung der obigen Halbleitervorrichtung gering ist.

Es wird nun eine Ausführungsform der Verstärkungssteuerschaltung gemäß der Erfindung anhand der Fig. 3 beschrieben, Wie Fig. 3 zeigt, werden bei der Erfindung eine Halbleitervorrichtung 10, wie sie in Fig. 1 oder 2 gezeigt ist, und erste bis vierte Transistoren 11 bis 14 verwendet. Die erste Elektrode 4E der Vorrichtung 10 ist mit dem Kollektor des ersten Transistors 11 und mit der Basis des dritten Transistors 13 verbunden, während die dritte Elektrode 4C der Vorrichtung 10 mit dem Kollektor des zweiten Transistors 12 und der Basis des vierten Transistors 14 verbunden

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ist. Eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen R^ ist zwischen die Emitter des ersten und zweiten Transistors

11 und 12 geschaltet, und der Verbindungspunkt der beiden Widerstände R_ ist mit einer ersten Stromquelle 15 verbunden. Die Emitter des dritten und vierten Transistors 13 und 14 sind mit einer zweiten Stromquelle 16 verbunden. Die Kollektoren des dritten und vierten Transistors 13 und 14 sind über Lastwiderstände R, mit einer Spannungsquelle 17 verbunden, von der z.B. eine positive Spannung +V abgegeben wird, und Ausgangsanschlüsse 18 und 19 sind von den Kollektoren des dritten und vierten Transistors 13 und 14 herausgeführt. Die zweite Elektrode 4B der Halbleitervorrichtung 10 erhält die Spannung ^+v _cc von der Spannungsquelle 17. Die Basen des ersten und zweiten Transistors 11 und 12 werden differentiell mit einem Eingangssignal S₃. versorgt. Hierbei können die Basen der Transistoren 11 und 12 eine bestimmte Vorspannung erhalten, und die Stromgröße wenigstens einer der beiden Stromquellen 15 und 16 ist steuerbar.

Wie zuvor beschrieben wurde, hat die Halbleitervorrichtung 10 bezüglich der zweiten Zone 2 (Fig. 1 und 2) einen symmetrischen Aufbau, so daß, wenn die zweite Elektrode 4B mit einer konstanten Vorspannung versorgt wird, wie Fig.3 zeigt, ein Strom von der zweiten Elektrode 4B zu der ersten Elektrode 4E und auch von der zweiten Elektrode 4B zu der dritten Elektrode 4C fließen kann. Wenn hierbei die Spannungen zwischen der zweiten und ersten Elektrode 4B und 4E und zwischen der zweiten und dritten Elektrode 4B und 4C gleich sind, sind die beiden obigen Ströme gleich. Wenn daher die Basen des ersten und zweiten Transistors 11 und

12 nur mit der gleichen Vorspannung versorgt werden, wie Fig. 3 zeigt, und die Stromgröße der ersten Konstantströmquelle I. = 2al angenommen wird, kann ein Strom al durch die Kollektoren der Transistoren 11 und 12 fließen. Wenn angenommen wird, daß die Stromgröße der

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zweiten Konstantstromquelle 16 zu Γ~ = 2bl angenommen wird und der Stromverstärkungsfaktor des dritten und vierten Transistors 13 und 14 bei geerdetem Emitter zu h angenommen wird, kann ein Strom —r-— I durch ihre Basen und ein Strom (a + —?—■) I durch die erste und dritte Elektrode 4E und AC der Halbleitervorrichtung 10 fließen. Außerdem kann ein Strom bl durch die Kollektorei
Transistors 13 und 14 fließen.

Strom bl durch die Kollektoren des dritten und vierten

Wenn das Eingangssignal S differentiell auf die Basen des ersten und zweiten Transistors 11 und 12 gegeben wird, fließt ein Signalstrom ais durch deren Kollektoren in entgegengesetzten Richtungen, -und ein Signalstrom -r·— fließt auch.durch die Basen der Transistoren 13 und 14 in entgegengesetzten Richtungen, wie Fig. 3 zeigt. Außerdem fließt ein Signalstrom (a + —r—) durch die erste und dritte Elektrode 4E und 4C der Halbleitervorrichtung 10 in entgegengesetzten Richtungen relativ zu ihrer zweiten Elektrode 4B und ein Signalstrom bis fließt durch die Kollektoren der Transistoren 13 und 14 in entgegengesetzten Richtungen. Daher werden an den Ausgangsanschlüssen 18 und 19 gegenphasige Ausgangssignale erhalten.

Das Verhältnis des Signalstroms ais, der durch die Kollektoren der Transistoren 11 und 12 fließt, und des Signalstroms bis, der durch die Kollektoren der Transistoren 13 und 14 fließt bzw. die Verstärkung G der in Fig. 3 gezeigten Schaltung wird wie folgt ausgedrückt:

Daher ist ersichtlich, daß durch Änderung der Stromgröße I, oder I₂ die Verstärkung G dieser Schaltung gesteuert werden kann.

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Wenn bei der Schaltung der Fig. 3 der Ausgangssignalpegel geändert werden soll und der Eingangssignalpegel konstant ist, wie im Falle der Lautstärkenregelung, genügt es, die Stromgröße I₂ der zweiten Konstantstromquelle 16 zu ändern, während, wenn der Ausgangssignalpegel konstant gehalten werden soll und der Eingangssignalpegel geändert wird, wie im Falle einer automatischen Verstärkungssteuerschaltung, genügt es, die Stromgröße I. der ersten Konstantstromquelle mit dem Verstärkungssteuersignal oder dergleichen zu ändern. In bestimmten Fällen kann es möglich sein, daß die Stromgrößen I, und I₂ beider Konstantstromquellen 15 und 16 in entgegengesetzten Richtungen aeändert werden.

Bei der Halbleitervorrichtung in Fig. 1 und 2 kann es möglich sein, daß die Zonen 1, la, 2, 3, 3a und 6 so ausgebildet werden, daß ihre Art der Leitfähigkeit von derjenigen der in den Figuren gezeigten Zonen verschieden ist, um ein PNP-Halbleiterelement mit der gleichen Wirkung zu schaffen.

Wenn daher das oben erwähnt PNP-Halbleiterelemente als Halbleitervorrichtung 10 der Erfinduna verwendet wird, sollten die ersten bis vierten Transistoren 11 bis 14 PNP-Transistoren sein.

Da die obige Halbleitervorrichtung wie ein Transistor wirkt, kann sie auch für die ersten bis vierten Transistoren 11 bis 14 der Erfindung verwendet werden. Es kann auch ein Feldeffekttransistor für die ersten bis vierten Transistoren 11 bis 14 der Erfindung verwendet werden. Es ist auch möglich, daß der Kollektor des dritten oder vierten Transistors 13 und 14 nur mit dem Lastwiderstand verbunden wird und ein Ausgangsanschluß von diesem Kollektor herausgeführt wird.

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Durch die Erfindung kann eine Verstärkungssteuerschaltung nach Art eines Differentialverstärkers mit guter Symmetrie geschaffen werden, wenn die neuartige Halbleitervorrichtung verwendet wird. Außerdem ist bei der Verstärkungssteuerschaltung der Erfindung die Anzahl der Elemente gering und damit kann er leicht als IC-Kreis hergestellt werden.

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Claims

25H619 Ansprüche

1. Verstärkungssteuerschaltung, bestehend aus einer ersten Differentialverstärkerstufe mit einer ersten und einer zweiten Verstärkungsvorrichtung und einer ersten Stromquelle, die mit der ersten und zweiten Verstärkunqsvorrichtung verbunden ist, einer zweiten Differentialverstärkerstufe mit einer dritten und einer vierten Verstärkungsvorrichtung, wobei die Eingangsanschlüsse der dritten und vierten Verstärkungsvorrichtung mit den Ausgangsanschlussen der zweiten und dritten Verstärkungsvorrichtung verbunden sind, und mit einer zweiten Stromquelle, die mit der dritten und vierten Verstärkungsvorrichtung verbunden ist, einer Signaleinqangseinrichtung, die mit wenigstens einem der Eingangsanschlüsse der ersten und zweiten Verstärkungsvorrichtung verbunden sind, und einer Signalausgangseinrichtung, die mit wenigstens einem der Ausgangsanschlüsse der dritten und vierten Verstärkungsvorrichtung verbunden sind, gekennzeichnet durch eine Halbleitervorrichtung, bestehend aus einer ersten Halbleiterζone der einen Leitfähigkeitsart, einer zweiten Halbleiterzone der anderen Leitfähigkeitsart nahe der ersten Zone mit einem ersten Halbleiterübergang dazwischen, einer dritten Halbleiterzone der gleichen Leitfähigkeitsart wie die erste Zone nahe der zweiten Zone mit einem zweiten Halbleiterübergang dazwischen, wobei in der ersten Zone eine Potentialschwelle, deren Energie größer als die der Minoritätsträger ist, die von der zweiten Zone in die erste Zone injiziert werden, an einer Stelle gegenüber dem ersten Übergang und von diesem um eine Strecke entfernt ausgebildet ist, die kleiner als die Diffusionsstrecke der Minoritätsträger ist, und ein erster, zweiter und dritter Anschluß von der ersten, zweiten und dritten

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Zone herausgeführt sind, von denen der erste und der dritte Anschluß mit den Ausgangsanschlussen der ersten und zweiten Verstärkungsvorrichtung und der zweite Anschluß mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist.

2. Verstärkungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Stromquellen veränderbar ist, um die Größe des durch sie fließenden Stroms zu steuern.

3. Verstärkungssteuerschaltung nach Anspruch 2_S dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgangseinrichtung aus einer Lastimpedanz besteht, die zwischen wenigstens einen der Ausgangs anschlüsse der dritten und vierten Verstärkuncrsvorrichtung und die Betriebsspannungsquelle geschaltet ist.

4. Verstärkungssteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verstärkungsvorrichtungen Transistoren des gleichen Leitfähigkeitstyps sind.

5. Verstärkungssteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verstärkungsvorrichtungen Halbleitervorrichtungen sind.

6. Verstärkungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte Zone der Halbleitervorrichtung eine Verunreinigungskonzentration von im wesentlichen der gleichen Größenordnung haben, und daß in der ersten Zone ein Teil, dessen Verunreinigungskonzentration größer als die der übrigen Teile der ersten Zone an einer Stelle ausgebildet ist, die von dem ersten Übergang um eine Strecke entfernt ist, die kleiner als die Diffusionsstrecke der Minoritätsträger ist, um die Potentialschwelle zu bilden.

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7. Verstärkungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte Zone der Halbleitervorrichtung eine Verunreinigungskonzentration von im wesentlichen der gleichen Größenordnung haben, und daß eine zusätzliche Halbleiterzone des gleichen Leitfähigkeitstyps wie die der zweiten Zone in der ersten Zone an einer Stelle gebildet ist, die von dem ersten Übergang um eine Strecke entfernt ist, die kleiner als die Diffusionsstrecke der Minoritätsträger ist, um die Potentialschwelle zu bilden.

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