DE3017654C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/34—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
- H03F3/343—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
- H03F3/345—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only with field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung aus
wenigstens einem Betriebstransistor
mit mindestens einer Gate-Elektrode, einem
Hilfstransistor und einem Vorwiderstand.
MIS-Transistoren (MIS-Metall-Isolator-Halbleiter) benötigen
wegen prozeßtechnisch bedingter, teilweise erheblicher Streuungen
in ihren Werten von I DSS (Kurzschlußstrom bei MIS-Transistoren
vom Verarmungstyp) beziehungsweise von U S (Schwellenwertspannung
bei MIS-Transistoren vom Anreicherungstyp) aufwendige
Beschaltungsnetzwerke zur Arbeitspunkt-Einstellung. Diese
Beschaltungsnetzwerke beeinträchtigen aber unter anderem die
Hochfrequenz-Eigenschaften und erfordern außerdem einen größeren
Aufwand, was sich auf die Kosten insbesondere bei einer Massenfertigung
ungünstig auswirkt. Wenn diese Beschaltungsnetzwerke
weggelassen werden, müssen zeitraubende und ausbeutemindernde
Selektionen nach den gewünschten Transistordaten durchgeführt
werden.
Aus DE-OS 24 17 994 ist eine digitale Schaltung bekannt, bei der
eine zugehörige Teilschaltung Unterschiede in den elektrischen
Eigenschaften verschiedener MOSIC's kompensiert. Bei dieser bekannten
Schaltung wird die Betriebsspannung eines Funktionstransistors
mittels mindestens zweier weiterer Transistoren, von
denen einer gleichzeitig ein Lasttransistor ist, für den Kleinsignalbetrieb
stabilisiert. Dabei ist der Ausgang des gesteuerten
Lasttransistors die Source-Elektrode und es sind immer Anreicherungs-
und Verarmungs-Isolierschichttransistoren zusammen
vorhanden, so daß die Transistoren nicht im gleichen Herstellungsprozeß
fertigbar sind.
Aus IEEE Journal of Solid-State Circuits, Band SC-12, Nr. 3,
Juni 1977, Seiten 224-231, ist es beispielsweise bekannt, Referenzströme
mittels einer Stromspiegelschaltung, welche MOS-Transistoren
enthält, zu erzeugen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art anzugeben, bei der der Betriebsstrom
ohne äußere Zusatzbeschaltung in engen Grenzen abhängig
von einer frei wählbaren Hilfsspannung einstellbar ist,
so daß keine aufwendigen Beschaltungsnetzwerke zur Arbeitspunkt-Einstellung
benötigt werden und außerdem keine Selektionen erforderlich
sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine integrierte Schaltungsanordnung
nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
Bei der Erfindung werden also zusammen mit dem Betriebstransistor
durch monolithische Integration der Hilfstransistor im gleichen
Herstellungsprozeß sowie der hochohmige Vorwiderstand vorgesehen.
Dabei muß die Geometrie des Hilfstransistors lediglich in der
Kanallänge der Geometrie des Betriebstransistors entsprechen.
Der Kurzschlußstrom I DSS des Betriebstransistors muß unter dem
Betriebsstrom liegen. Vorzugsweise eignen sich hierfür Transistoren
vom Anreicherungstyp. Bei der Erfindung stellt sich der Betriebsstrom
ohne äußere Zusatzschaltung in engen Grenzen entsprechend
der Größe der Hilfsspannung U H ein.
Bei der Herstellung kann der gewünschte Betriebsstrom bei einer
vorgegebenen Hilfsspannung (zum Beispiel ist die Hilfsspannung
U H gleich groß wie die Betriebsspannung U B, das heißt U H=U B)
durch das eng tolerierbare Verhältnis der Gate-Breiten w GB/wGH (w GB=Gate-Breite des Betriebstransistors, w GH=Gate-Breite
des Hilfstransistors) und durch einen eng tolerierbaren Hilfswiderstand
R H eingestellt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
liegt darin, daß infolge der Kaskodenschaltung bei einem MIS-Transistor
vom Anreicherungstyp und bei
einer entsprechenden Schwellenwertspannung keine Regelspannung
unter dem Source-Potential beziehungsweise keine
Source-Vorspannung erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann sowohl als
selbständiges Bauelement, als auch als Komponente einer
integrierten MIS-Analogschaltung verwendet werden. Im
ersten Fall ersetzt sie ein diskretes MIS-Bauelement,
bei dem die aufwendige Arbeitspunkt-Einstellung entfallen
kann. Im zweiten Fall ist eine externe Arbeitspunkt-Einstellung
gar nicht möglich. Daher ist eine Regelschaltung
der beschriebenen Art eine Grundvoraussetzung
für eine wirtschaftliche Fertigung derartiger integrierter
MOS-Analogschaltungen.
Es ist vorteilhaft, daß der Betriebstransistor eine Tetrode
ist, an deren erstem Gate-Anschluß der Vorwiderstand
liegt und dessen zweitem Gate eine beliebige Steuer-
oder Regelspannung zuführbar ist.
Weiterhin können die Tetrode und der Hilfstransistor
oder der Ausgangstransistor der Tetrode selbstsperrend
sein.
Es ist vorteilhaft, daß dem Verbindungspunkt zwischen
Gate und Drain des Hilfstransistors ein Hilfsstrom zugeführt
wird.
Dieser Hilfsstrom kann mittels einer äußeren Hilfsspannung
und eines integrierten Hilfswiderstands zugeführt
werden. Die Hilfsspannung kann dabei die Drain-Spannung
des Betriebstransistors oder die am zweiten Gate des Betriebstransistors
liegende Spannung oder eine beliebige
Spannung sein. Der Hilfsstrom kann auch über einen äußeren
Widerstand zugeführt werden und von einer beliebigen
äußeren Spannung abgeleitet sein.
Es ist auch vorteilhaft, daß das zu verstärkende Signal
dem Verbindungspunkt zwischen dem Vorwiderstand und dem
ersten Gate des Betriebsstransistors eingespeist ist.
Schließlich besteht eine Weiterbildung der Erfindung
noch darin, daß die Source-Elektrode des Betriebstransistors
auf einem Bezugspotential, insbesondere Masse,
liegt.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 und 2 herkömmliche Schaltungsanordnungen zur Arbeitspunkt-Einstellung,
und
Fig. 3 und 4 jeweils ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
In Fig. 1 liegt an der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors
1 über einen Spannungsteiler aus Widerständen
2 und 4 eine Betriebsspannung U B oder eine Regelspannung
U Regel zur Einstellung der Verstärkung des Betriebsstroms.
Ein Kondensator 3 dient zur galvanischen
Trennung von einer Signalquelle.
Der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 1 wird ein
Drain-Strom I D zugeführt. Die Source-Elektrode des Feldeffekttransistors
1 ist einerseits über einen Kondensator
5 hochfrequenzmäßig und andererseits über einen Widerstand
6 geerdet. Die Betriebsspannung U B wird gegebenenfalls
über einen Widerstand 7 der Source-Elektrode
des Feldeffekttransistors 1 zugeführt.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche herkömmliche Schaltungsanordnung
mit einer MIS-Tetrode 10. Die zusätzliche Gate-Elektrode
dieses Beispiels ist wie die Schaltungsanordnung
der Fig. 1 über einen Widerstand 20 mit der Betriebsspannung
U B beziehungsweise der Regelspannung
U Regel beaufschlagbar. Weiterhin liegt der Mittelpunkt
der zusätzlichen Gate-Elektrode über einen weiteren Kondensator
30 hochfrequenzmäßig beziehungsweise über einen
weiteren Widerstand 40 an Erde.
Die Funktion der Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 ist
bekannt und wird daher nicht weiter erläutert.
Im folgenden wird auf die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
an Hand der Fig. 3 und 4 näher eingegangen.
Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
integrierten Schaltungsanordnung mit einem
Betriebstransistor Tr B, an dessen Drain-Elektrode der
Betriebsstrom I B mittels der Betriebsspannung U B liegt,
die den gleichen Wert hat wie die Spannung U b′
(U b′=U B). Über einen Hilfswiderstand R H wird ein
Hilfsstrom I H eingespeist. Dabei liegt eine frei wählbare
Hilfsspannung zur Einstellung des Betriebsstroms I B am
Hilfswiderstand R H. Der Hilfswiderstand R H ist über einen
Vorwiderstand R V mit der Gate-Elektrode des Betriebstransistors
Tr B verbunden. Der Mittenpunkt zwischen
dem Vorwiderstand R V und der Gate-Elektrode des
Betriebstransistors Tr B ist über eine Leitung 11 und einen
externen Kondensator 12 als Gate-Elektrode der
Anordnung 1′ herausgeführt.
Der Mittenpunkt zwischen dem Hilfswiderstand R H und dem
Vorwiderstand R V, an dem die Gate-Spannung U G auftritt,
ist einerseits mit der Gate-Elektrode eines Hilfstransistors
Tr H und andererseits mit der Source- beziehungsweise
der Drain-Elektrode des Hilfstransistors Tr H verbunden.
Die Drain- beziehungsweise die Source-Elektrode
des Hilfstransistors Tr H ist mit der Source-Elektrode
des Betriebstransistors Tr H verbunden.
Der Hilfstransistor Tr H wird mittels monolithischer Integration
durch den gleichen Herstellungsprozeß wie der
Betriebstransistor Tr B hergestellt. Das gleiche gilt
für den Hilfswiderstand R H und den hochohmigen Vorwiderstand
R V. Wesentlich ist, daß die Kanallänge L H des
Hilfstransistors Tr H der Kanallänge L B des Betriebstransistors
Tr B entspricht, also L H=L B.
Der Betriebsstrom stellt sich entsprechend folgender
Gleichung ein:
Mit
w GB = Gate-Breite des Betriebstransistors Tr B,
w GH = Gate-Breite des Hilfstransistors Tr H,
µ = Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger im Kanal,
L G = Gate-Länge des Betriebstransistors,
C GB = Gate-Kapazität des Betriebstransistors Tr B (beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist dies die Gate-Kapazität am Gate 1),
U i = interne Gate-Vorspannung (infolge beispielsweise Oxidladungen, Differenz der Austrittsarbeit zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleiter, Kanaldotierung und so weiter),
g OSS′ = Ausgangsleitwert der gesteuerten Elektrode (linear angenommen), und
g OSS = dynamischer Ausgangsleitwert.
w GB = Gate-Breite des Betriebstransistors Tr B,
w GH = Gate-Breite des Hilfstransistors Tr H,
µ = Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger im Kanal,
L G = Gate-Länge des Betriebstransistors,
C GB = Gate-Kapazität des Betriebstransistors Tr B (beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist dies die Gate-Kapazität am Gate 1),
U i = interne Gate-Vorspannung (infolge beispielsweise Oxidladungen, Differenz der Austrittsarbeit zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleiter, Kanaldotierung und so weiter),
g OSS′ = Ausgangsleitwert der gesteuerten Elektrode (linear angenommen), und
g OSS = dynamischer Ausgangsleitwert.
Für einen Betriebstransistor Tr B vom Anreicherungstyp
gilt mit U H»U G:
Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 erklärt sich
aus dieser Formel: In der durchgeführten Näherungsrechnung
hängt der Betriebsstrom I B nur noch von den fertigungstechnisch
gut reproduzierbaren Größen R H, wGB/wGH,
gOSS und den angelegten Spannungen U H und U b′ ab. Durch
geeignete Dimensionierung von R H · w GB/wGH kann bei vorgegebenem
Arbeitspunkt und bei einer vorgegebenen Versorgungsspannung
U H=U B=U b′ eingestellt werden. Damit
entfällt eine getrennte Erzeugung von U H.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung mit einer MOS-Tetrode
1′′. Die zweite Gate-Elektrode des Betriebstransistors
Tr B liegt an einem Anschluß "Gate 2".
Die Funktion dieser Schaltung kann erklärt werden, indem
die Tetrode Tr B in eine Kaskadenschaltung von zwei
Trioden aufgespaltet wird, wobei die untere Triode nach
Fig. 3 in ihrem Arbeitspunkt stabilisiert wird.
Claims (9)
1. Integrierte Schaltungsanordnung aus wenigstens einem Betriebstransistor
(Tr B) mit mindestens einer Gate-Elektrode zur Einweisung
eines Signals und einer mitintegrierten Teilschaltung
zur Einstellung des über die Drain-Source-Strecke des Betriebstransistors
(Tr B) fließenden Betriebsstromes (I B), bestehend
aus einem Hilfstransistor (Tr H), dessen Gate mit einer ersten
weiteren Elektrode des Hilfstransistors (Tr H) sowie über einen
Vorwiderstand (R V) mit einem Gate des Betriebstransistors (Tr B)
verbunden ist, wobei eine Einrichtung zur Zuführung eines
Hilfsstromes (I H) an den Verbindungspunkt zwischen der Gate-Elektrode
und der ersten weiteren Elektrode des Hilfstransistors (Tr H) vorhanden ist, wobei die
zweite weitere Elektrode des Hilfstransistors (Tr H) mit der
Source-Elektrode des Betriebstransistors (Tr B) verbunden ist,
wobei die Kanallänge des Betriebstransistors (Tr B) der Kanallänge
des Hilfstransistors (Tr H) entspricht und der Betriebstransistor
(Tr B) und der Hilfstransistor (Tr H) im gleichen
Herstellungsprozeß hergestellt sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebstransistor
(Tr B) eine Tetrode ist, an deren ersten Gate-Anschluß
der Vorwiderstand (R V) liegt und dessen zweitem Gate
eine beliebige Steuer- oder Regelspannung zuführbar ist (Fig. 4).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tetrode
(Tr B) und der Hilfstransistor (Tr H) selbstsperrend sind (Fig. 4).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstransistor
der Tetrode (Tr B) selbstsperrend ist (Fig. 4).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstrom
(I H) über eine äußere Hilfsspannung (U H) und einen integrierten
Hilfswiderstand (R H) zugeführt wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung
(U H) die Drain-Spannung des Betriebstransistors (Tr B)
oder die am zweiten Gate des Betriebstransistors (Tr B) liegende
Spannung oder eine beliebige Spannung ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstrom
(I H) über einen äußeren Widerstand zugeführt wird und von
einer beliebigen äußeren Spannung abgeleitet ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das zu verstärkende
Signal dem Verbindungspunkt zwischen dem Vorwiderstand
(R V) und dem ersten Gate des Betriebstransistors (Tr B) eingespeist
ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Source-Elektrode
des Betriebstransistors (Tr B) auf einem Bezugspotential,
insbesondere Masse, liegt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803017654 DE3017654A1 (de) | 1980-05-08 | 1980-05-08 | Integrierte schaltungsanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803017654 DE3017654A1 (de) | 1980-05-08 | 1980-05-08 | Integrierte schaltungsanordnung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3017654A1 DE3017654A1 (de) | 1981-11-12 |
DE3017654C2 true DE3017654C2 (de) | 1990-06-21 |
Family
ID=6101931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803017654 Granted DE3017654A1 (de) | 1980-05-08 | 1980-05-08 | Integrierte schaltungsanordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3017654A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4134177A1 (de) * | 1991-10-16 | 1993-04-22 | Telefunken Electronic Gmbh | Schaltungsanordnung mit einer dual-gate-feldeffekttransistor-tetrode |
DE4134176A1 (de) * | 1991-10-16 | 1993-04-22 | Telefunken Electronic Gmbh | Halbleiteranordnung |
US5337019A (en) * | 1992-02-20 | 1994-08-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Integrated circuit arrangement |
DE10123395A1 (de) * | 2001-05-14 | 2002-11-28 | Infineon Technologies Ag | Schaltungsanordnung mit kaskadierten Feldeffekttransistoren |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0758867B2 (ja) * | 1985-08-13 | 1995-06-21 | 日本電気株式会社 | バイアス回路 |
Family Cites Families (1)
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---|---|---|---|---|
GB1494491A (en) * | 1974-01-16 | 1977-12-07 | Hitachi Ltd | Compensation means in combination with a pulse generator circuit utilising field effect transistors |
-
1980
- 1980-05-08 DE DE19803017654 patent/DE3017654A1/de active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4134177A1 (de) * | 1991-10-16 | 1993-04-22 | Telefunken Electronic Gmbh | Schaltungsanordnung mit einer dual-gate-feldeffekttransistor-tetrode |
DE4134176A1 (de) * | 1991-10-16 | 1993-04-22 | Telefunken Electronic Gmbh | Halbleiteranordnung |
US5337019A (en) * | 1992-02-20 | 1994-08-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Integrated circuit arrangement |
DE10123395A1 (de) * | 2001-05-14 | 2002-11-28 | Infineon Technologies Ag | Schaltungsanordnung mit kaskadierten Feldeffekttransistoren |
US7030703B2 (en) | 2001-05-14 | 2006-04-18 | Infineon Technologies Ag | Circuit arrangement comprising cascade field effect transistors |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3017654A1 (de) | 1981-11-12 |
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