DE2520282C2

DE2520282C2 - Frequenzvervielfacher

Info

Publication number: DE2520282C2
Application number: DE2520282A
Authority: DE
Inventors: Osamu Tokio Hamada; Hideo Komae Tokio Nakamura; Mitsuo Fujisawa Kanagawa Ohsawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-05-07
Publication date: 1982-12-02
Also published as: ES437552A1; AU8065175A; JPS5712303B2; CA1012612A; JPS50144386A; ATA346475A; NL7505424A; US4040075A; FR2270713B1; GB1508233A; FR2270713A1; DE2520282A1; AT373727B

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzvervielfacher mit einem Bipolartransistor, einer Vorspannungsschaltung für den Transistor und einem Resonanzübertrager, von dem ein in der Frequenz gegenüber einem Eingangssignal vervielfachtes Ausgangssignal abgenommen wird.

Ein derartiger Frequenzvervielfacher ist aus Funk-Technik Nr. 16, S. 616 bis 618, 1965 bekannt. Bei diesem Frequenzvervielfacher tritt im Ausgangskreis ein verzerrter, meistens impulsförmiger Wechselstrom auf, der neben der Grundwelle noch zahlreiche Oberwellen enthält, aus denen die gewünschte Oberwelle mit Hilfe eines abgestimmten Schwingkreises ausgefiltert wird. Dieser Frequenzvervielfacher weist den Nachteil eines nicht sehr hohen und auch nicht einwandfrei steuerba

ren Stromverstärkungsfaktors auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik einen Frequenzvervielfacher zu schaffen, dessen Halbleiterelement einen steuerbaren, möglichst hohen Stromverstärkungsfaktor hat.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsarten der ErfindunT sind in ίο den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Frequenzvervielfacher weist den Vorteil auf, daß seine Stromverstärkung entsprechend der Nichtlinearität der Kennlinie des verwendeten Transistors veränderbar ist. Des weiteren weist der erfindungsgemäße Frequenzvervielfacher den Vorteil einer hohen Stromverstärkung auf. Hinzu kommt der Vorteil, daß der Frequenzvervielfacher ein geringes Rauschen und gute Sättigungseigenschaften selbst bei hoher Verstärkung aufweist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung hervor. In letzterer zeigt

F i g. I eine schematische Ansicht eines Halbleiters mit drei Anschlüssen, die zur Erläuterung eines Halbleiters mit vier Anschlüssen gemäß F i g. 3 dient,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform eines Halbleiters mit drei Anschlüssen, die zur Ei läuterung eines Halbleiters mit vier Anschlüssen gemäß F i g. 3 dient,

Fig.3 eine Darstellung eines Halbleiters mit vier Anschlüssen, wie er in der Schaltung gemäß F i g. 6 verwendet wird,

Fig.4 eine Meßschaltung, die zur Ermittlung der Stromverstärkungskennlinie bzw. des Stromverstärkungsfaktors bei geerdetem Emitter benutzbar ist, wobei die Stromverstärkungskennlinie in F i g. 5 veranschaulicht wird,

Fig.5 die Stromverstärkungskennlinie des Halbleiters mit vier Anschlüssen bei geerdetem Emitter, die sich auf Grund der Änderung der Gate-Emitter-Vorspannung bei der Schaltung gemäß F i g. 4 ergibt,

F i g. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Frequenzwandlers, und

F i g. 7A, 7B, 7C und 7D Darstellungen der Signalverläufe zur Erläuterung der Funktion der Schaltung nach Fig.6.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Frequenzvervielfacherschaltung und die dargestellte, zu beschreibende Ausführungsform umfaßt einen Frequenzverdoppler, der einen neuartigen Halbleiter mit vier Anschlüssen verwendet, welcher eine spezielle Stromverstärkungskennlinie bei Emitterschaltung aufweist.

Die Halbleiter gemäß den Fig. 1, 2 und 3 weisen im Vergleich zu einem bekannten Bipolartransistor einen hohen Stromverstärkungsfaktor, gute Sättigungseigenschaft und niedriges Rauschen auf. Bei dem Halbleiter gemäß F i g. 3 ist zusätzlich zu den drei Anschlüssen eines nachstehend erläuterten Halbleiters eine vierte Elektrode am Halbleiterkörper vorgesehen.

Vor einer Beschreibung der Erfindung werden zum besseren Verständnis der Erfindung zwei Ausführungsföfmen eines neuen Halbleiters mit drei Anschlüssen bzw. eines Bipolartransistors näher beschrieben, für den in dieser Anmeldung kein Schutz begehrt wird.

Der Strom verstärkungsfaktor Hfi; eines Transistors in Emitterschaltung bzw. bei an Masse liegendem Emitter, welcher einen der Parameter zur Abschätzung der Eigenschaften eines Bipolartransistors darstellt, läßt sich durch nachstehende Gleichung (I) ausdrucken,

wenn man den Strr .^verstärkungsfaktor des Transistors in Basisschaltung mit λ bezeichnet;

" 1 - α

Der Faktor λ läßt sich durch nachstehende Gleichung ausdrücken:

a = a*ßy (2)

wobei a* dem Kollektor-Stromverstärkungsfaktor, β den Basisübertragungswirkungsgrad und ;-den Emitteririj^:ek.t!CuS',v^:rl,ungsgrad bezeichnen.

Der Emitterinjektionswirkungsgrad γ eines NPN-Transistors läßt sich durch nachfolgende Gleichung (3) veranschaulichen:

V =

(3)

wobei J_n die Stromdichte der vom Emitter in die Basis des Transistors injizierten Elektronen und J_p die Stromdichte der von der Basis in den Emitter des Transistors injizierten Löcher bezeichnen.

J_n und Jp lassen sich durch folgende Gleichungen (4) und (5) ausdrücken:

<♦>

(5)

qV \ ,1
—— J- 1 .

(6)

El

(7)

Das Verhältnis zwischen J_n und J_p läßt sich wie nachstehend wiedergeben:

wobei L_n die Diffusionslänge der Minoritätsträger in der Basis des Transistors, L_p die Diffusionslänge der Minoritätsträger im Emitter des Transistors, D_n die Diffusionskonstante der Minoritätsträger iu der Basis, Dp die Diffusionskonstante der Minoritätsträger im Emitter, n_p die Konzentration der Minoritätsträger in der Basis während des Gleichgewichtszustandes, p_n die Minoritätsträgerkonzentration im Emitter während des Gleichgewichtszustandes, Veine an den Emitter-Übergang des Transistors angelegte Spannung, k die Boltzmann-Konstante, T die Temperatur und q den Absolutwert der Elektronenladung bezeichnen.

Wird die Störstellenkonzentration im Emitter des Transistors mit Nd und die Störstellenkonzentration in der Basis des Transistors mit N_A bezeichnet, läßt sich der

Ausdruck —~ durch den Ausdruck N_AIN_D ersetzen.

Da L_n durch die Basisbreite Wbegrenzt ist und /,„ = W, läßt sich das Verhältnis ό folgendermaßen wiedergeben:

Die Diffusionskonstantcn D_n und Dasind Funktionen der Trägerübertragung und der Temperatur und werden im vorliegenden Fall als im wesentlichen konstant angesehen

Aus den obigen Gleichungen ergibt .sich, daß zur Erhöhung des Stromversiarkungsiakiuri. hn: <^^;i-^ Transistors es ausreicht, das Vfcihälurs # klein zu machen.

In einem gewöhnlichen Τη;;"!?¹,·,,· <:·.\\:\ datier t!ie Siörstellenkonzentration Np von dessen Emitter ho.n genug gewählt, so daß das Verhältnis ό klein wird.

Wenn jedoch die Störstellenkonzentration im Emitter ausreichend hoch gewählt wird und beispielsweise n.ehr als 10¹⁹ Atome/cm³ beträgt, treten Gitterfehler i-nd Versetzung im Kristall des Halbleiterkörpers des Transistors auf und verschlechtern den Kristall. Da die Störstellenkonzentration des Emitters selbst hoch ist, wird die Lebensdauer r_p der von der Basis in den Emitter injizierten Minoritätsträger klein.

Die Diffusionslänge L_p läßt sich durch die Gleichung (8) ausdrücken:

(8)

Demnach wird die Diffusionsiänge i._pder Minoritätsträger ode^r Löcher kurz. Aus Gleichung (7) ergibt sich, daß der Wert rfnicht so sehr klein ur.' infolgedessen der injektionswirkungsgrad γ nicht über Λτλκ bestimmten Wert hinaus erhöht werden kann. Der Stromverstärkungsfaktor /irekann damit nicht von solcher Höhe sein, wie bei einem gewöhnlichen Transistor.

Der im erfindungsgemäßen Frequenzvervielfacher enthaltene neuartige Halbleiter mit drei Anschlüssen weist die vorstehend erläuterten, bekannten Transistoren anhaftenden Nachteile nicht auf. Als im Rahmen der Erfindung verwendetes Halbleiterbauelement wird ein NPN-Halbleiter benutzt, wie dies nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 der Fall ist; es läßt sich jedoch auch ein PNP-Halbleiter - wie bei dem bekannten Transistor - verwenden.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, besteht ein NPN-Halbleiter mit drei Anschlüssen aus einem ersten Halbleiterbereich 1 mit N~-Leitung, welcher in einem Halbleitersubstrat S mit N+-Leitung gebildet ist, einem zweiten Halbleiterbereich 2 mit P-Leitung,der im Halbleitersubstrat 5 neben dem ersten Bereich 1 liegt, und einem dritten Halbleiterbereich 3 mit N--Leitung, welcher im Substrat 5 neben dem zweiten Bereich gebildet ist, so daß ein erster PN-Übergang Je zwischen dem ersten und zweiten Bereich 1 bzw. 2 und ein zweiter PN-Übergang Jc zwischen dem zweiten und dritten Bereich 2 bzw. 3hervorgerufen werden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Halbleiter wird in einer dem ersten Übergang Je unter Einhaltung eines Abstands gegenüberliegenden Anordnung eine Potentialschwelle erzeugt, wobei dieser Abstand kleiner als die Diffusionslänge L_pder vom zweiten Bereich 2 in den ersten Bereich 1 injizierten Minoritätsträger oder Löcher ist; die Potentialschwelle weist eine höhere Energie als die Minoritätsträger oder Löcher oder wenigstens als die Wärmeenergie auf und wird im ersten Bereich 1 gebildet In dem Beispiel gemäß Fig. 1 wird die Störstellenkonzentration im Bereich 1 ausreichend niedrig gewählt, beispielsweise in der Größenordnung von 10¹⁵ Atome/cm³ und der Bereich la mit N + -Leitung oder einer Störs\jllenkonzentration von 10¹⁹ Atome/ cm³ wird im ersten Bereich 1 erzeugt, um einen LH-Übergang zu bilden und damit die Potentialschwelle zu erzeugen.

Die Störstellenkonzentration im zweiten Bereich 2 wird in der Größenordnung von 10¹⁵- 10^l7/cm' und diejenige ctes dritten Bereichs 3 ausreichen-.! niedrig, beispielsweise in der Größcnordr..mg von IO^r> A,. -.sie/

cm' gewählt.

In dem Halbleitersubstrat S wird neben dem dritten Bereich 3, jedoch in Abstand /um /weiten Übergang /₍ ein dritter Bereich 3a mit N^f-Leitung und einer Störstellenkonzentration von etwa IO'^q Atome/cm¹ erzeugt.

Eine erste Elektrode 4E wird auf dem Bereich l;j hoher Störstellcnkonzentration, der sich im Bereich 1 befindet, in ohmschem Kontakt zu diesem ausgebildet; eine zweite Elektrode 4ß wird auf dem zweiten Bereich 2 in ohmschem Kontakt zu diesem vorgesehen und eine dritte Elektrode 4C wird auf dem Bereich 3<i hoher Störstellenkonzentration in ohmrehem Kontakt zu diesem ausgebildet, wonei der Bereich 3a neben dem Bereich 3 liegt. Von diesen Elektroden 4E. 4fl und 4C werden erste, zweite und dritte Anschlüsse E bzw. B bzw. Cweggefiihrt. In F i g. 1 bezeichnet die Ziffer 5 eine Isolierschicht aus beispielsweise SiCh, die auf der Oberfläche des Substrats erzeugt wird.

Das in F i g. 1 dargestellte Halbleiterbauelement kann als Transistor verwendet werden. Der erste Bereich I dient hierbei als Emitterbereich, der zweite Bereich 2 als Basisbereich und der dritte Bereich 3 als Kollektorbereich; an den Emitterübergang h wird eine Spannung in Durchlaßöffnung und an den Kollektorübergang /c eine Sperrvorspannung angelegt.

Die von der Basis oder dem zweiten Bereich 2 in den Emitter oder ersten Bereich 1 injizierten Löcher haben eine lange Lebensdauer, weil der Emitterbereich 1 niedrige Störstellenkonzentration und günstige Kristalleigenschaft aufweist; die Diffusionslänge L_p der Löcher im Emitterbereich 1 wird daher groß. Wie den Gleichungen (6) und (3) entnehmbar ist, läßt sich daher ein hoher Emitterinjektionswirkungsgrad y erhalten. Wenn jedoch die Diffusionslänge L_p groß gestaltet wird, könnte diese Diffusionslänge L_p tatsächlich nicht groß sein, wenn die in den Emitterbereich 1 injizierten Löcher die Oberfläche des Substrats S erreichen und mit den Elektronen an der Oberfläche rekombinieren würden. Da bei dem Halbleiter gemäß Fig. 1 die Potentialschwelle im Emitterbereich 1 erzeugt wird und dem Emitterübergang Je unter Einhaltung eines Abstands gegenüberliegt, welcher kleiner als die Diffusionslänge L_p der Minoritätsträger ist, kann der Wert der Oberflächenkombination reduziert werden und die Diffusionslänge L_p läßt sich als ausreichend groß annehmen.

Da die Potentialschwelle in der oben erläuterten Weise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erzeugt wird, ergibt sich eine Wirkung derart, daß die Stromdichte oder -komponente ]_p der vom Basisbereich 2 in den Emitterbereich 1 injizierten Löcher reduziert wird. Dies bedeutet, daß an der Potentialschwelle Jh im Emitterbereich 1 eine falsche Ferminiveaudifferenz oder ein eingeprägtes elektrisches Feld verursacht wird, welches die Diffusion der Löcher oder Minoritätsträger unterdrückt. Wenn daher der Wert des Ferminiveaus ausreichend hoch ist, werden der sich aufgrund des Konzentrationsgradienten der Löcher ergebende Diffusionsstrom und der sich durch das eingeprägte elektrische Feld ergebende Driftstrom an der Potentialschwelle gegeneinander aufgehoben, um den von der Basis 2 durch den Emitterbereich 1 niedriger Ströstellenkonzentration hindurch injizierten Löcherstrom /_pzu verringern. Das Verhältnis zwischen dem am Kollektorbereich 3 ankommenden Elcktronenstrom und der durch den Emitterübergang Je hindurchfließenden StromkomDonente wird erhöht und der Emitterinjektionswirkungsgrad /wird infolgedessen erhöht, wie dies aus Gleichung (J) hervorgeht, damit der Stromverstärkungsfaktor hn groß wird.

Die vorgenannte Niveaudifferenz (die Höhe der Potentialschwelle) muß größer sein als die Löchcrcnergie oder wenigstens die Wärmeenergie. Die Wärmeenergie kann näherungsweise mit kT wiedergegeben werden, jedoch soll obige Niveaudifferenz mehr als 0,1 eV betragen. Innerhalb des Übergangsbereichs des Potentials soll die Diffusionslänge /._rder Löcher nicht in dem Übergangsgebiet enden bzw. die Difusionslänge L_n der Löcher muß größer als die Breite des Übergangsbereichs sein.

Wenn die Potentialschwelle Jn so erzeugt ist. wie dies aus Fig. I hervorgeht, läßt sich die Potcntialsrhweüe von 0,2 eV durch geeignete Wahl des Betrags an Störstellen und des Gradienten des Bereichs la hoher Störstellenkon/cntration hervorrufen.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Halbleiters mit drei Anschlüssen uaigesieiii; uie gegenüber F i g. I gleichen Teile sind mit gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist zur Bildung eines PN-Übergangs Js. der dem ersten oder Emitter-Übergang Je gegenüberliegt, ein zusätzlicher Bereich 6 mit P-Leitung im ersten Bereich 1 angeordnet. Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist der Abstand zwischen den Übergängen /sund Je kleiner als die ütffusionslänge Z._pder Minoritätsträger im ersten Bereich 1 gewählt. Der übrige Aufbau dieses Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen demjenigen gemäß Fig. 1.

Da bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 die Diffusionslänge i._pder in den ersten Bereich \ injizierten Löcher groß ist, wie dies vorstehend erläutert wurde, erreichen die Löcher effektiv Wer. i-isätzlichen Bereich 6 und werden dann hier absorbiert. Wenn der zusätzliche Bereich 6 elektrisch leerläuft, wird sein Potential erhöht, da die Zahl der am zusätzlichen Bereich 6 ankommenden Löcher vergrößert ist. Der zwischen den Bereichen 6 und 1 gebildete PN-Übergang Js wird im wesentlichen auf seine Anstiegsspannung in Durchlaßrichtung vorgespannt und vom zusätzlichen Bereich 6 werden daraufhin Löcher in den ersten Bereich 1 zurückinjiziert. Die Konzentration der Löcher im ersten Bereich 1 nahe des zusätzlichen Bereichs 6 wird erhöht und demzufolge wird die Konzentrationsverteilung der Löcher zwischen den Übergängen Je und Js im ersten Bereich 1 gleichmäßig und der Gradient desselben wird graduell bzw. flach, so daß der Diffusionsstrom J_p vom zweiten Bereich 2 in den ersten Bereich 1 verringert wird.

Wenn bei einem Halbleiter der vorstehend erläuterten Art ein vierter Bereich oder Steuerbereich im ersten Bereich 1 gebildet wird und eine vierte Elektrode oder Steuerelektrode (Gate) mit diesem verbunden wird, ergibt sich ein neuartiger Halbleiter mit vier Anschlüssen, dessen Stromverstärkungsfaktor durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steuerelektrode bzw. Gate variiert werden kann.

Nachfolgend wird ein solcher neuartiger Halbleiter mit vier Anschlüssen unter Bezugnahme auf F i g. 3 beschrieben, der sich zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung eignet; hierbei ist eine Steuerelektrode (Gate) auf einer Oberfläche eines Teils (Halbleiter-Steuerbereich) des ersten Halbleiterbereichs bzw. Emitterbereichs 1 des Halbleiters mit drei Anschlüssen durch eine Isolierschicht hindurch angeordnet, wobei

der Halbleiter mit drei Anschlüssen in F i g. 1 naher veranschaulicht ist. Die Elemente in F i g. 3, welche Elementen in F i g. 1 entsprechen, sind mit gleichen Bezugsziffern und -buchstaben versehen und werden nicht nochmal erläutert.

Bei dem Alisführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist eine Steuerelektrode 4G. beispielsweise eine Metallschicht aus Aluminium, mit einer vorbestimmten Fläche, auf einem YJI des Halbleiterbereichs bzw. Emitterbereichs I des in Fig. 1 gezeigten Halbleiters durch eine Isolierschicht (Gate-Isolierschicht) 7 hindurch ausgebildet, welche eine vorbestimmte Dicke, beispielsweise 100 Ä besitzt und beispielsweise aus SiOj — ähnlich der Isolierschicht 5 — hergestellt ist und der Gate-Isolierschicht eines MOS-FET entspricht. Ein Gate-Anschluß G ist von der Steuerelektrode 4G als vierter Anschluß weggeführt. Ein Feil 8 im ersten Bereich 1 liegt der Steuerelektrode 4G gegenüber und stellt den Halbleiter-Steuorbereich dar.

Wenn eine Gate-Vorspannung .in das Gaie und den Emitter an den Gate-Anschluß G und den Emitteranschluß £"des Halbleiters mit vier Anschlüssen angelegt wird, wird der Stromverstärkungsfaktor hr-F. bei auf Masse liegendem Emitter in Abhängigkeit zu der Gate-Vorspannung entlang einer Kurve geändert, die in Abwärtsrichtung konvex verläuft und gegenüber ihrem Minimalwert im wesentlichen symmetrisch ist. Bei einer gegenüber dem Emi'teranschluO Ldes Halbleiters nach Fig.4 negativen Vorspannung wird innerhalb des positiven Bereichs von der Schwellwertspannung der Vorspannung eine Speicherschicht CG erzeugt, die eine der Potentialschwelle //(ähnliche Funktion aufweist, da die Potentialschwelle nach Fig. 1 in einem Teil des ersten Bereichs bzw. Emitterbereichs 1 hervorgerufen wird, da sich die Spannung der positiven Richtung nähert. Die Stromdichte J_n der Löcher des Diffusionsstroms vom zweiten Bereich bzw. Basisbereich 2 in den ersten bzw. Emitter-Bereich 1 wird verringert und demzufolge der Stromverstärkungsfaktor /if_f erhöht.

Da innerhalb des negativen Bereichs von der Schwellwertspannung der Vorspannung eine inverse Schicht IN in einem Teil des Emitterbereichs 1 oder Steuerbereichs 8 gebildet wird, da sich die Spannung der negativen Richtung annähen, werden ähnlich demjenigen Fall, in welchem der zusätzliche Bereich 6 gemäß F i g. 2 elektrisch leerläuft, Löcher von der inversen Schicht IN in den Emitterbereich 1 zurückinjiziert. Die Stromdichte J_p der Löcher des Diffusionsstroms vom Basisbereich 2 in den Emitterbereich 1 nimmt ab und demzufolge erhöht sich der Stromverstärkungsfaktor Affin F i g. 5 ist eine grafische Darstellung der Kennlinie des neuartigen Halbleiters gemäß F i g. 3 mit vier Anschlüssen dargestellt, die mit der Meßschaltung gemäß F i g. 4 ermittelt wurde.

Der Buchstabe Q bezeichnet den neuen Halbleiter mit vier Anschlüssen gemäß F i g. 3 symbolisch, wobei dem Symbol eines bekannten Bipolartransistors eine parallel zu dessen Emitter liegende kurze Linie als Gate des Halbleiters C' ?'' vier Anschlüssen hinzugefügt ist. Der neuartige Halbieitei Q mit vier Anschlüssen ist in F i g. 4 mit auf Massepotential liegendem Emitter dargestellt. Mit Rl ist ein Kollektor-Lastwiderstand des Halbleiters Q, mit Vccdie Kollektor-Spannungsquelie, mit /cdessen Kollektorstrom, mit Ib dessen Basisstrom (konstant) und mit Vce dessen Gate-Emitter-Spannung bezeichnet.

Wenn die Kollektor-Emitter-Spannung V_Ce 3 V und der Basisstrom h 1 μΑ beträgt, ergibt sich die Kennlinie von Gate-l'li Hter-Spannung (Gate-Vorspannung) V,n (V) — Kolluktorstrom /< (uA) und der .Stromverstärkungsfaktor /);/ bei geerdetem Emitter aus degrafischen Darstellung von Fig. 5.

Entsprechend der Kennlinie nach F i g. 5 läßt sich der SiromverstiirkungsfakUir hri: in Abhängigkeit von der Änderung der Gate-Vorspannung entlang einer Kurve ändern, die in Abwärtsrichtung konvex verläuft und gegenüber ihrem Mininialwert, an dem die Gate-Emit-

in ter-Spannung auf der obenerwähnten Schwellwertspannung liegt, annähernd symmetrisch ist.

Wenn die Dicke des F'mitterbereichs 1 des Halbleiters gemäß F i g. 3 kleiner als die Diffusionslänge L_n der Löcher (injizierten Träger) ist, ist der Einfluß der Oberfliichenrckombination bei einer Gate-Emitter Spannung Vo f. die im wesentlichen gleich der Schweilwertspannung ist, sehr groß. Die Lebensdauer der injizierten Träger (Minoritätsträger) wird somit kurz und demzufolge kann der Minimalwert des Faktors riFf.weiiei veikieineii weiden.

Bei der Ausführungsforiii nach F i g. 3 wurde ein NPN-Halbleiter verwendet, jedoch ist es auch möglich, einen PNP-Halbleiter wie beispielsweise im Falle eines Bipolartransistors zu benutzen.

In Fig. 6 ist eine Frequenzverdopplungsschaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Das im Rahmen der Erfindung verwendete Halbleiterbauelement mit vier Anschlüssen ist mit Q bezeichnet. Das Halbleiterbauelement weist Basis-, Kollektor-, Emitter- und Gate-An-Schlüsse B, C, E und G auf. Vom Schaltungspunkt ß^erfolgt eine Speisung über einen Widerstand 14 zur Basis und über einen Schwingkreis 15, der aus der Induktivität 18 und einem Kondensator 16 besteht, zum Kollektor des Halbleiters. Der Emitter ist in diesem Fall geerdet und ein Ausgangsübertrager 17 ist durch die Kombination der induktivität 18, die als Primärwicklung des Übertrager? wirkt, und einer Sekundärwicklung 19 vorgesehen. Das Ausgangssignal wird an einem Anschluß 20 der Sekundärwicklung 19 abgegeben, während der andere Anschluß der Sekundärwicklung in der gezeigten Weise geerdet ist bzw. an Masse liegt. Ein an einen Anschluß 11 angelegtes Eingangssignal wird über einen Kondensator 12 direkt an das Gate angelegt und eine negative Vorspannung liegt über einen Widerstand 13 ebenfalls an dem Gate an.

Fig. 7A veranschaulicht das an den Eingang 11 angelegte Eingangssignal 22. In Fig. 7B ist ein am Anschluß 20 der Sekundärwicklung 19 erzeugtes Ausgangssignal 23 veranschaulicht.

Fig. 7C veranschaulicht die am Kollektor des Halbleiters Q erhältliche Spannung, wenn anstelle des Schwingkreises ein ohmscher Widerstand angeschlossen wäre, wie es in der Zeichnung durch gestrichelte Linien gezeigt ist.

Fig. 7D veranschaulicht die Stromverstärkungskennlinie des Halbleiters Q bei geerdetem Emitter, wobei das Vor-Gleichspannungsniveau einen niedrigen Wert einnimmt und das Eingangssignal 22 um den Wert dti Gleichvorspannung fluktuiert um Änderungen des Stromverstärkungsfaktors um den unteren Punkt zu erzeugen. Folgt man dem Signal 22, so ist ersichtlich, daß der Stromverstärkungsfaktor während jeder Halbwelle des Signals zunächst erhöht und dann wieder verringert wird, so daß sich für jede Periode des Eingangssignals zwei volle Perioden des Stromverstäi kungsfaktors ergeben. Dies ist in Fig. 7C dargesteili, woraus ersichtlich ist, daß der Signalverlauf am Kollektor des Halbleiters Q sich für jeden Haibzyklus

des F.ingangssignals um einen vollen Zyklus wiederholt. Wenn anstelle des durch gestrichelte Linien dargestellten Widerstands ein Schwingkreis verwendet wird, erscheint das Ausgangssignal als Sinuswelle, wie dies in F i g. 7B dargestellt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzvervielfacher mit einem Bipolartransistor, einer Vorspannungsschaltuns für den Transistor und einem Resonanzübertrager, von dem ein in der Frequenz gegenüber einem Eingangssignal vervielfachtes Ausgangssignal abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Q) als symmetrischer Bipolartransistor ausgebildet ist, in dessen Emitterbereich (1) und in dessen Kollektorbereich zusätzliche Halbleiterbereiche (la, Za) mit einer höheren Verunreinigungskonzentration von im wesentlichen der gleichen Größenordnung gebildet sind, wobei die im Emitterbereich (1) durch den zusätzlichen Bereich (\a) gebildete Potentialschwelle (JH) von dem Halbleiterübergang (JE) zwischen dem Emitter- und dem Basisbereich um eine Strecke entfernt ist, die kleiner ab die Diffusionslänge (Lp) der Minoritätsträger vom Basis- in ddr Emitterbereich ist, daß der Emitterbereich eine weitere, als Steuerelektrode dienende Elektrode (G) aufweist, und daß der Transistor derart vorgespannt ist, daß der Arbeitspunkt im Minimum der bei geerdetem Emitter zu dem Minimum symmetrischen Stromverstärkungskennlinie liegt.

2. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich (1) und der Kollektorbereich (3) eine im wesentlichen in der gleichen Größenordnung liegende Verunreinigungskonzentration aufweisen.

3. Frequenzvervielfhcher m.jli Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzübertrager primärseitig einen Schwi: ^kreis enthält, der zwischen den Kollektor und die Betriebsspannung geschaltet ist.

4. Frequenzvervielfacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (15) als Parallelschaltung aus einer Induktivität (18) und einem Kondensator (16) ausgeführt ist und daß die Induktivität (18) die Primärwicklung des Resonanzübertragers darstellt, dessen Sekundärwicklung mit ihrem einen Anschluß an Masse liegt, während ihr anderer Anschluß das Ausgangssignal liefert.

5. Frequenzvervielfacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ausgangssignals doppelt so groß ist wie die Frequenz des Eingangssignals.