DE1212159B - Verstaerkerschaltung mit Feldeffekttransistor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03f

Deutsche Kl.: 21 al-18/08

Nummer: 1212159

Aktenzeichen: R 35956 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 22. August 1963

Auslegetag: 10. März 1966

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung, die einen Feldeffekttransistor mit einer Quellenelektrode, einer Abflußelektrode und einer Steuerelektrode, welche für Eingangssignale beliebiger Polarität eine hohe Impedanz aufweist, einen zwischen die Quellenelektrode und die Steuerelektrode geschalteten, eine Eingangssignalquelle enthaltenden Eingangskreis und einen zwischen die Abflußelektrode und einen Bezugsspannungspunkt geschalteten Ausgangskreis enthält.

In Röhrenverstärkern oder Halbleiterverstärkern, welche ein zugeführtes Signal linear verstärken, müssen wenigstens die beiden folgenden Bedingungen erfüllt werden. Zunächst muß der Eingangswiderstand des Verstärkers im gesamten Amplitudenbereich des zugeführten Signals praktisch konstant sein, und ferner muß der Verstärker so vorgespannt werden, daß die zugeführten Signale linear verstärkt werden.

Wenn in einem Röhrenverstärker das Steuergitter positiv gegenüber der Kathode gemacht wird, führt dieses Gitter Strom, so daß sich der Eingangswiderstand der Röhre außerordentlich stark verkleinert. Um dies zu vermeiden, wird das Steuergitter einer Verstärkerröhre negativ gegenüber der Kathode gemacht und dabei die Größe der negativen Vorspannung so gewählt, daß der Arbeitspunkt auf der Röhre sich im linearen Bereich der Kennlinie befindet. In Transistorverstärkern tritt, wenn die Basiselektrode gegenüber der Emitterelektrode in Sperrichtung vorgespannt wird, eine Verzerrung auf, weil die Basiselektrode dann keinen Strom mehr führt und daher der Eingangswiderstand des Transistors stark ansteigt. Die Basiselektrode muß gegenüber der Emitterelektrode daher in der Durchlaßrichtung so stark vorgespannt werden, daß der Transistor im linearen Bereich seiner Kennlinie arbeitet.

Die Röhrenverstärker können durch Kontaktspannungen ihre eigene Vorspannung erzeugen. Man kann aber auch mittels eines Kathodenwiderstandes oder eines Emitterwiderstandes, welcher nicht überbrückt ist, das zugeführte Signal gegenkoppeln oder man kann einen geeigneten Spannungsteiler zur Lieferung der Vorspannung für Transistoren oder für Röhren verwenden. Spannungsteiler belasten aber nicht nur die Versorgungsstromquelle, sondern können auch den an die Eingangselektrode der Röhre oder des Transistors angeschlossenen Stromkreis belasten und daher die Signalübertragung in unerwünschter Weise beeinflussen. Jedenfalls ist bei einem Röhrenverstärker oder Transistorverstärker Verstärkerschaltung mit Feldeffekttransistor

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Gerald Earl Theriault, Hopewell, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. September 1962
(222129)

auch bei verschwindendem Eingangssignal noch eine Gleichspannung zwischen der Eingangselektrode und der gemeinsamen Elektrode vorhanden, die die erforderliche Vorspannung liefert.

Durch die Erfindung soll eine einen Feldeffekttransistor enthaltende Verstärkerschaltung angegeben werden, die keine Vorspannung zwischen Eingangselektrode und gemeinsamer Elektrode benötigt und sich daher im Vergleich zu den bekannten Schaltungen durch besondere Einfachheit auszeichnet.

Eine Verstärkerschaltung, enthaltend einen Feldeffekttransistor mit einer Quellenelektrode, einer Abflußelektrode und einer Steuerelektrode, welche für Eingangssignale beliebiger Polarität eine hohe Impedanz aufweist, einen zwischen die Quellenelektrode und die Steuerelektrode geschalteten, eine Eingangssignalquelle enthaltenden Eingangskreis und einen zwischen die Abflußelektrode und einen Bezugsspannungspunkt geschalteten Ausgangskreis, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldeffekttransistor verwendet wird, dessen sich für den Wert Null der Vorspannung zwischen Quellenelektrode und Steuerelektrode ergebende Abflußspannungs-Abflußstrom-Kennlinie etwa in der Mitte des Kennlinienfeldes liegt, welches sich durch Variation der Vorspannung zwischen Quellen- und Steuerelektrode des Feldeffekttransistors ergibt, und daß die Quellenelektrode und die Steuerelektrode über eine den Eingangskreis umfassende Schaltungsanordnung derart gleichstrommäßig an den Bezugs-

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Spannungspunkt angeschlossen sind, daß die Vor- als eine Schicht 33 auf bestimmten Flächen der gespannung zwischen der Quellenelektrode und der reinigten Oberfläche des Körpers 23 angebracht. Bei-Steuerelektrode bei verschwindendem Eingangssignal spielsweise kann man eine gleichmäßige Schicht von gleich Null ist. dotiertem Silizium auf dem Kristallkörper 23 an-

Die Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung ist 5 bringen und dann diejenigen Teile dieser Schicht nicht nur einfacher als die bekannten Schaltungen, wieder entfernen, welche sich dort befinden, wo die da weniger Schaltelemente erforderlich sind, sondern Isolierschicht 31 gebildet werden muß. Das abgees können auch die an die Stromversorgung zu stel- lagerte Oxyd kann in beliebiger geeigneter Weise lenden Anforderungen herabgesetzt werden, da wieder entfernt werden, beispielsweise durch ein keine Belastung oder Gegenkopplung vorhanden ist, io Photoresistverfahren und durch Abätzung. Die wie sie durch die bekannten Vorspannungskreise Dicke der gelagerten Oxydschicht 33 beträgt vorentsteht, zugsweise zwischen 1 und 5 Mikron.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungs- Die abgelagerte Siliziumdioxydschicht 33 besitzt

und Anwendungsbeispielen in Verbindung mit der eine verhältnismäßig hohe Verunreinigungskonzen-

Zeichnung näher erläutert. 15 tration oder Dotierung, d. h., es wird ein N-Silizium

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines gebildet. Die Verunreinigungen können beispiels-

Feldeffekttransistors, wie er sich für die erfindungs- weise aus Antimon, aus Arsen oder aus Phosphor

gemäßen Schaltungen eignet; bestehen.

F i g. 2 zeigt den Abflußstrom in Abhängigkeit von Der Körper 23 wird sodann in einen Ofen ein-

der Abflußspannung für verschiedene Werte der 20 gesetzt und auf 900 bis 1100⁰C in trockenem

Spannung zwischen dem Steuergitter und der Sauerstoff erhitzt und sodann abgekühlt. Während

Quellenelektrode für den Transistor nach Fig. 1; der Erhitzung wird die freigelegte Oberfläche des

F i g. 3 ist ein schematisches und teilweise als Siliziumkörpers 23 (auf welcher später die Steuer-Blockschaltbild ausgeführtes Schaltbild eines erfin- elektrode 25 angebracht wird) in Siliziumdioxyd umdungsgemäßen Verstärkers; . 25 gewandelt. Dieses umgewandelte Material wird als

F i g. 4 ist ebenfalls ein schematisches und teil- thermisch gezüchtetes Siliziumdioxyd bezeichnet und

weise als Blockschaltbild ausgeführtes Schaltbild enthält die Oxydschicht 31 in F i g. 1. Das umge-

eines abgestimmten Hochfrequenzverstärkers gemäß wandelte Material 31 ist praktisch reines Silizium-

der Erfindung; dioxyd und besitzt einen hohen spezifischen Wider-

F i g. 5 ist ein schematisches Schaltbild eines Ver- 30 stand von der Größenordnung von 10¹⁸ Ohmzentistärkers gemäß der Erfindung, der unmittelbar an metern. Ein leitender Kanal 35 aus N-Material enteine als Detektor arbeitende Diode eines Signal- steht an der Berührungsstelle der Oxydschicht 31 empfangers angeschlossen ist; und des Siliziumkörpers 23.

F i g. 6 stellt eine Abwandlung der in F i g. 5 dar- Während dieses Erhitzungsvorgangs diffundieren

gestellten Schaltungsanordnung dar; 35 Verunreinigungen aus den Siliziumdioxydschichten

F i g. 7 ist ein schematisches Schaltbild eines ein- 33 in das Silizium hinein, wie bei 37 und 39 darstufigen Schallplattenverstärkers gemäß der Erfin- gestellt. Die Gebiete 37 und 39 haben einen geringen dung; spezifischen Widerstand und bilden eine Verbindung

F i g. 8 ist ein schematisches Schaltbild eines geringen Widerstandes zu dem leitenden Kanal 35.

mehrstufigen Gleichstromverstärkers gemäß einer 40 Sodann werden Teile der Oxydschicht 35 entfernt,

anderen Ausführungsform der Erfindung. um einen Zugang zu den Diffusionsgebieten 37 und

Gemäß F i g. 1 enthält ein im ganzen mit 21 be- 39 zu ermöglichen. Leitende Elektroden, beispielszeichneter Feldeffekttransistor, wie er für die Erfin- weise aus Aluminium, werden sodann auf die dung benutzt werden kann, eine Basis oder einen Diffusionsgebiete 37 und 39 aufgelegt, um die Körper 23 aus Halbleitermaterial. Die Basis 23 kann 45 Quellenelektrode 27 und Abflußelektrode 29 zu bilentweder ein Einkristall sein oder ein poly- den, und ferner wird auf der Isolierschicht 31 doch kristalliner Körper und kann aus einem beliebigen eine leitende Elektrode 25 angebracht, welche die Halbleitermaterial, wie sie für Transistoren ver- Steuerelektrode bildet. Die Steuerelektrode 25 kann wendet werden, bestehen. Der Transistor gemäß mit der Schicht 31 gleiche Ausdehnung besitzen. Je-F i g. 1 besitzt ferner eine leitende Steuerelektrode 25 50 doch ergeben sich dabei viele Fabrikationsschwierig- und zwei weitere leitende Elektroden 27 und 29, die keiten, denn es ist nicht einfach, die Steuerelektrode wahlweise als Quellenelektrode und Abflußelektrode 25 mit dem umgewandelten Körpermaterial 31 zur benutzt werden können. Die Steuerelektrode ist von Deckung zu bringen. Um die Herstellung zu vereindem Halbleiterkörper 23 durch eine isolierende fachen, kann man die Steuerelektrode 25 so erzeu-Oxydschicht 31 getrennt und von der Quellenelek- 55 gen, daß sie Teile der abgelagerten Oxydschichten trode und Abflußelektrode 27 und 29 durch Silizium- 33 überdeckt und die ganze Schicht 31 des Siliziumdioxydstreifen 33. dioxyds sowie Teile der angrenzenden Oxydschich-

Der Transistor nach F i g. 1 kann auf folgende ten 33 bedeckt. Da die Dicke der gelagerten Oxyd-Weise hergestellt werden. Ein Einkristallkörper aus schicht 33 wenigstens viermal so groß ist wie die P-Silizium und von verhältnismäßig hohem spezifi- 60 Dicke der Schicht 31 des Siliziumdioxyds, wird die schem Widerstand, beispielsweise von 500 Ohmzenti- Kapazität zwischen der Steuerelektrode 25 und dem metern, wird wenigstens auf einer Seite gereinigt und Körper 23 nur wenig erhöht,
dadurch das Körpermaterial freigelegt. Dies läßt Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man die Kanal 35 ungefähr 0,01 mm lang und etwa 1,2 mm eine Seite des Körpers mit einem chemischen Ätz- 65 breit. Die Länge des Kanals 35 ist als die Abmesmittel in Berührung bringt und daher alles gestörte sung zwischen den Diffusionsgebieten 37 und 39 Material auf dieser Oberfläche entfernt. Sodann wird definiert. Die Breite wird als die senkrecht dazu stark dotiertes Siliziumdioxyd in geeigneter Weise liegende Abmessung und parallel zur Oberseite des

Körpers 23 liegende Abmessung definiert. Die Schicht 31 aus Siliziumdioxyd ist etwa 2700 Angströmeinheiten dick. Eine derartige Vorrichtung hat einen Eingangswiderstand von etwa 10¹⁴ Ohm zwischen der Quellenelektrode und der Steuerelektrode. F i g. 2 zeigt eine Kurvenschar 40 bis 53, welche den Abflußstrom in Abhängigkeit von der Abflußspannung des Transistors für verschiedene Werte der Spannung zwischen Steuerelektrode und Quellen-

48 entspricht also einer positiven Vorspannung von 1 Volt, die Kurven 49 einer positiven Vorspannung von 2 Volt usw., während zu der Kurve 46 auch nur eine negative Vorspannung von 1 Volt gehört, zu der Kurve 45 eine negative Vorspannung von 2 Volt usw. Dabei werden alle Spannungen zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode gemessen. Eine Signalquelle 58 ist über einen Kondensator 59 an die Steuerelektrode 55 angeschlossen. Ein

elektrode veranschaulicht. Man sieht, daß die Kur- io Widerstand 60 im Eingangskreis des Transistors

ven 50 bis 53, welche einen verhältnismäßig hohen Abflußstrom darstellen, und die Kurven 40 bis 43, welche einen verhältnismäßig niedrigen Abflußstrom darstellen, verhältnismäßig dicht gedrängt sind,

bildet einen Gleichstromweg zwischen der Steuerelektrode 55 und der Quellenelektrode 56. Die Belastung des Transistors 54 wird durch einen geeigneten Verbraucher 61 gebildet, der eine Gleichstrom

während die dazwischenliegenden Kurven 43 bis 50 15 verbindung zwischen der Abflußelektrode 57 und der größere und gleichmäßigere Abstände aufweisen. positiven Klemme einer Betriebsspannungsquelle 62 Die gleichen Abstände der Kurven für eine gleiche bildet.

Zunahme der Spannung zwischen Steuerelektrode Die Quellenelektrode 56 ist an einem punktfesten

und Quellenelektrode zeigen ein lineares Arbeitsge- Potential, beispielsweise an Erde angeschlossen. Sobiet für den Transistor an. Ein Merkmal des Tran- 20 lange von der Signalquelle 58 kein Signal geliefert sistors nach F i g. 1 besteht darin, daß die Vorspan- wird, besteht zwischen der Steuerelektrode 55 und nung Null bei einer beliebigen Kurve 40 bis 53 ver- der Quellenelektrode 56 die Vorspannung Null,
wendet werden kann, wobei dann die Kurven ober- Die Kennlinie mit der Vorspannung Null für den

Transistor 54 ist die Kurve 47 in F i g. 2. Wenn also das seitens der Signalquelle 58 gelieferte Signal an positivem Wert annimmt, steigt der Abflußstrom um einen Betrag an, der linear mit der Änderung der Spannung zwischen Steuerelektrode und Quellenelektrode zusammenhängt. Wenn das zugeführte

halb dieser Kurve positive Spannungen zwischen Steuergitter und Quellenelektrode darstellen und Kurven unterhalb dieser Kurve negative Spannungen zwischen Steuerelektrode und Quellenelektrode.

Die Lage der Kurve mit der Vorspannung Null kann durch die Behandlung des Transistors bei

seiner Herstellung beeinflußt werden. Wenn man 30 Signal negativ ist, wird der Abflußstrom linear ver-

beispielsweise die Zeit und/oder die Temperatur des Verfahrensschrittes, innerhalb dessen die Siliziumdioxydschicht 31 gebildet wird, beeinflußt, kann die Zahl der freien Ladungsträger beeinflußt werden. Je

mindert. Wenn jedoch die Signalamplitude groß genug ist, um die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode bis auf die Kurven 40 und 53 zu bringen, welche zu nicht

länger der Transistor erhitzt wird und je höher in 35 linearen Arbeitsbereichen des Transistors gehören,

trockenem Sauerstoff die Erhitzungstemperatur ist, desto höher fällt der Abflußstrom für eine gegebene Abflußspannung bei der Vorspannung Null zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode aus. Um beispielsweise die Kurve 47 als die Kurve mit der Vorspannung Null zu bilden, wurde der Transistor während des Verfahrensschrittes zur Bildung der Siliziumdioxydschicht 31 für die Dauer von 2 Stunden in trockenem Sauerstoff auf 900° C erhitzt.

tritt eine Verzerrung auf. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß ein erfindungsgemäßer Verstärker besonders einfach im Aufbau ist und für eine lineare Verstärkung keine Vorspannung benötigt.

Ein entsprechend einfacher Aufbau der Schaltung ergibt sich auch für abgestimmte Hochfrequenzverstärker, beispielsweise für Zwischenfrequenzverstärker nach F i g. 4. Der Verstärker enthält einen Metalloxydtransistor 70 derselben Art wie die

Wenn die Temperatur oder die Behandlungsdauer 45 Schaltung in Fig. 3. Der Transistor 70 hat eine oder beide Größen erhöht werden, ist die Kurve mit Steuerelektrode 71, eine Quellenelektrode 72 und der Vorspannung Null eine der Kurven 48 bis 53. eine Abflußelektrode 73. Eine geeignete Signalquelle Durch Verminderung der Temperatur oder Behänd- 74 ist an den Verstärker über den Zwischenfrequenzlungsdauer oder durch Verminderung beider Größen transformator 75 angekoppelt, dessen Sekundärtritt die Kurve mit der Vorspannung Null für klei- 50 wicklung 76 durch einen Kondensator 77 auf die nere Werte des Abflußstromes, beispielsweise bei Zwischenfrequenz abgestimmt ist. Die eine Klemme einer der Kurven 40 bis 46 auf. der Sekundärwicklung 76 liegt an der Steuerelektrode In dem schematischen Schaltbild nach F i g. 3 ist 71, und die andere Klemme der Sekundärwicklung ein Metalloxydtransistor 54 mit einer Steuerelektrode 76 ist mit der Quellenelektrode 72 und mit Erde ver-55, einer Quellenelektrode 56 und einer Abfluß- 55 bunden. Der Ausgangskreis des Zwischenfrequenzelektrode 57 dargestellt. Bei dem Transistor 54 liegt Verstärkers enthält die Primärwicklung 78 eines Ausin dem Kennlinienbild nach F i g. 2 die Kurve mit gangstransformators 79. Die Primärwicklung 78 ist der Vorspannung Null in einem praktisch linearen durch einen Kondensator 80 auf die Zwischenfre-Arbeitsbereich. Beispielsweise kann in F i g. 2 die quenz abgestimmt und verbindet die Abflußelektrode Kurve 47 die Kurve mit der Vorspannung Null sein. 60 73 mit der positiven Klemme einer Versorgungs-

Die Kurven 48 bis 53 entsprechen positiven Vorspannungen der Steuerelektrode 55 gegenüber der Quellenelektrode 56 mit einer Spannungszunahme von 1 Volt je Kurve, und die Kurven 46 bis 40 entsprechen negativen Vorspannungen zwischen der Steuerelektrode 55 und der Quellenelektrode, wobei die Differenz der Vorspannung von Kurve zu Kurve ebenfalls wieder jeweils 1 Volt beträgt. Die Kurve

Spannungsquelle 81.

In der Schaltung nach F i g. 4 liegen die Steuerelektrode 71 und die Quellenelektrode 72 auf demselben Gleichspannungspotential, da sie nur über den geringen Widerstand der Sekundärwicklung 76 miteinander verbunden sind. Die Tatsache, daß der Transistor einen hohen Eingangswiderstand für positive und negative Signalspannungen besitzt, und

die Tatsache, daß der Arbeitspunkt mit der Vorspannung Null im linearen Bereich des Transistors liegt, ermöglichen eine lineare Signalverstärkung.

F i g. 5 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Metalloxydtransistor 108 unmittelbar an die zweite Detektorstufe eines Signalempfängers, beispielsweise eines Rundfunk- oder Fernsehempfängers angeschlossen ist. Eine modulierte Trägerwelle wird der Primärwicklung eines Kopplungstransformators 100 zugeführt. Die Sekundärwicklung 101 dieses Transformators ist durch einen Kondensator 102 auf die Trägerwellenfrequenz abgestimmt, welche beispielsweise die Zwischenfrequenz des betreffenden Empfängers sein kann. Ein Gleichrichter 103 ist in Reihe mit einem verstellbaren Widerstand 104 und einem dazu parallelliegenden Kondensator 105 für die Zwischenfrequenz an die Sekundärwicklung 101 angeschlossen.

Die modulierte Trägerwellenspannung, die an der Sekundärwicklung 101 auftritt, wird durch die Diode

103 gleichgerichtet, und die Modulationssignale treten an dem Widerstand 104 auf. Der verstellbare Anzapfkontakt 106 des Widerstandes 104 liegt unmittelbar an der Steuerelektrode 107 des Transistors 108. Die Quellenelektrode 109 dieses Transistor ist über Erde mit dem unteren Ende des Widerstandes

104 und mit der unteren Klemme der Wicklung 101 verbunden. Ein Lastwiderstand 110 verbindet die Abfiußelektrode 111 mit der positiven Klemme einer Betriebsspannungsquelle 112. Die an den Widerstand 110 auftretenden verstärkten Signale werden gegebenenfalls über weitere Verstärkerstufen einem geeigneten Verbraucher zugeführt. Gewünschtenfalls kann eine selbsttätige Regelspannung vom Widerstand 104 oder auch eine verstärkte selbsttätige Regelspannung vom Widerstand 110 abgegriffen werden.

In der Schaltung nach F i g. 5 arbeitet der Transistor 108 mit der Vorspannung Null, d. h. auf der Kennlinie 49 in Fi g. 2. Man sieht, daß für einen geringen Pegel des einfallenden Signals der Transistor entsprechend der Kurve 49 linear arbeitet. Mit zunehmendem Signalpegel entsteht jedoch an dem Widerstand 104 eine Gleichstromkomponente entsprechend dem Mittelwert des Signals, welche die Steuerelektrode 107 in negativer Richtung verlagert. Hierdurch wird der Arbeitspunkt des Transistors 108 nach der Mitte des linearen Arbeitsbereiches verlagert, und die Schaltung ist so bemessen, daß der Transistor für die maximale, zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode zu erwartende negative Gleichspannung auf der Kurve 47 arbeitet, um eine möglichst große Signalamplitude zu erhalten, die noch linear verstärkt werden kann. Da der Eingangswiderstand des Metalloxydtransistors hoch ist (er liegt nämlich in der Größenordnung von 10¹⁴ Ohm), kann ein hoher Widerstand 104 von etwa 5 bis 10 Megohm verwendet werden. Diese Größe des Widerstandes ermöglicht eine bessere Widerstandsanpassung, als sie bei den gegenwärtig benutzten Flächentransistoren erreichbar ist, so daß ein übergroßer Signalverlust vermieden wird und man es auch nicht nötig hat, eine so hohe Zwischenfrequenzverstärkung zu benutzen, als sie bei den gegenwärtig üblichen Transistorempfängern erforderlich ist. Diese Verbesserung ist so erheblich, daß man die Zahl der Zwischenfrequenzverstärkerstufen in einem Empfänger vermindern kann, ohne dabei wesentlich an Gesamtverstärkung einzubüßen.

Die Schaltung nach F i g. 6 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach F i g. 5, wobei der Unterschied lediglich in der Art der Amplitudenregelung besteht. Bei der Schaltung nach F i g. 6 ist das obere Ende des Widerstandes 104 dauernd mit der Steuerelektrode 107 verbunden. Die Amplitude wird durch Verstellung des Anzapfkontaktes 106 geregelt, der

ίο über einen Kondensator 113 an Erde angeschlossen ist. Wie bei den Schaltungen nach F i g. 4 und 5 liegt bei der Signalspannung Null keine Vorspannung zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf einen einstufigen Schallplatten verstärker und ist in F i g. 7 veranschaulicht. Dieser Verstärker kann an ein gewöhnliches Wechselstromnetz angeschlossen werden. Ein piezoelektrischer Tonabnehmer 130, der einen hohen Innenwiderstand besitzt, ist an einen verstellbaren Widerstand 131 angeschlossen, der beispielsweise ein Potentiometer von 10 Megohm sein kann. Ein Anzapfkontakt 132 dieses Potentiometers ist unmittelbar mit der Steuerelektrode 133 eines Transistors 134 verbunden. Der Transistor 134 kann beispielsweise von der in F i g. 3 verwendeten Art sein.

Die Quellenelektrode 135 dieses Transistors ist über Erde mit dem unteren Ende des Widerstandes 131 verbunden. Die Abflußelektrode 136 ist über eine Primärwicklung 137 eines Ausgangstransformators 138 an die Stromversorgung angeschlossen. Die Versorgungsgleichspannung für den Verstärker wird in bekannter Weise über einen Gleichrichter 139 sowie ein Widerstandskondensatorglied 140, 141 gewonnen. Der Gleichrichter 139 ist so gepolt, daß eine positive Spannung zur Speisung der Abflußelektrode 136 des Transistors geliefert wird. Die Sekundärwicklung 142 des Transformators 138 ist an einen Verbraucher, beispielsweise einen Lautsprecher 143, angeschlossen.

Wie bei F i g. 3 und 4 wird der Transistor 134 so ausgewählt, daß er bei der Vorspannung Null linear verstärken kann. Es ist also keine Schaltung zur Erzeugung einer geeigneten Vorspannung erforder-Hch. Der hohe Eingangswiderstand des Verstärkers 134 ermöglicht eine gute Widerstandsanpassung, so daß keine nennenswerte Leistung von dem Tonabnehmer 130 auf den Verstärker übertragen wird. Da keine Vorspannung erforderlich ist, wird der Eingangskreis auch nicht belastet, da man keinen Spannungsteiler zu verwenden braucht, wie er gewöhnlich auf der Eingangsseite von Transistorverstärkern benutzt wird. Man braucht auch keinen Widerstand auf der Seite der Quellenelektrode zur Erzeugung der Vorspannung und kann sich daher auch die zur Vermeidung einer Gegenkopplung erforderlichen großen Parallelkondensatoren ersparen.

Fig. 8 ist ein schematisches Schaltbild eines Gleichstrom-Transistorverstärkers gemäß der Erfindung. Der Verstärker nach Fig. 8 enthält drei Metalloxydtransistoren 160, 161 und 162. Signale einer geeigneten Signalquelle 163, welche einen Gleichstromweg 164 enthält, liegen zwischen der Steuerelektrode 165 und der Quellenelektrode 166 des Transistors 160. Die Abflußelektrode 167 dieses Transistors ist unmittelbar mit der Steuerelektrode 168 des Transistors 161 verbunden und liegt über einen Widerstand 169 an der positiven Klemme der

Betriebsspannungsquelle 170. Die Quellenelektrode 171 des Transistors 161 ist geerdet, und ihre Abflußelektrode 172 ist unmittelbar mit der Steuerelektrode

173 des Transistors 162 verbunden. Ein Lastwiderstand 174 verbindet die Abflußelektrode 172 mit der positiven Klemme der Stromversorgungsquelle 170. Auch die Quellenelektrode 175 des Transistors 162 ist geerdet, und seine Abflußelektrode 176 ist über einen Lastwiderstand 177 wieder mit der Stromversorgungsquelle 170 verbunden.

Der Transistors 160 ist wieder so gewählt, daß die Vorspannung Null die Kurve 47 in F i g. 2 ergibt. Solange also an der Steuerelektrode kein Signal liegt, tritt keine Gleichspannung zwischen den Elektroden 165 und 166 auf. Wenn die Signalquelle 163 ein Signal liefert, so wird dieses durch den Transistor 160 linear verstärkt und erscheint an dem Widerstand 169. Der Abflußstrom durch den Widerstand 169 liefert eine positive Spannung an der Steuerelektrode 168 im Ruhezustand, d. h. solange kein Signal zu verstärken ist. Wenn man annimmt, daß die positive Spannung an der Steuerelektrode 168 ± 4 Volt beträgt, so ist der Transistor 161 so zu wählen, daß er eine Kennlinie mit der Vorspannung Null für die Kurve 43 in F i g. 2 besitzt. Die positive Spannung an dem Lastwiderstand 169 verlagert den Arbeitspunkt des Transistors 162 auf die Kurve 47, so daß also das Signal linear verstärkt am Widerstand 174 auftritt. In gleicher Weise wird eine positive Gleichspannung am Widerstand 174 erzeugt, solange das Signal die Amplitude Null hat, und tritt daher auch an der Steuerelektrode 173 des Transistors 162 auf. Der Transistors 162 wird also so gewählt, daß er eine Kennlinie entsprechend der Kurve 43 in F i g. 2 besitzt, so daß die positive Spannung am Widerstand

174 den Arbeitspunkt des Transistors 162 wieder auf die Mitte des linearen Bereichs verlagert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verstärkerschaltung, enthaltend einen Feldeffekttransistor mit einer Quellenelektrode, einer Abflußelektrode und einer Steuerelektrode, welche für Eingangssignale beliebiger Polarität eine hohe Impedanz aufweist, einen zwischen die Quellenelektrode und die Steuerelektrode geschalteten, eine Eingangssignalquelle enthaltenden Eingangskreis und einen zwischen die Abflußelektrode und einen Bezugsspannungspunkt geschalteten Ausgangskreis, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldeffekttransistor verwendet wird, dessen sich für den Wert Null der Vorspannung zwischen Quellenelektrode und Steuerelektrode ergebende Abflußspannungs-Abflußstrom-Kennlinie etwa in der Mitte des Kennlinienfeldes liegt, welches sich durch Variation der Vorspannung zwischen Quellen- und Steuerelektrode des Feldeffekttransistors ergibt, und daß die Quellenelektrode und die Steuerelektrode über eine den Eingangskreis umfassende Schaltungsanordnung derart gleichstrommäßig an den Bezugsspannungspunkt angeschlossen sind, daß die Vorspannung zwischen der Quellenelektrode und der Steuerelektrode bei verschwindendem Eingangssignal gleich Null ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis einen Gleichstromweg zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode enthält.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemme der im Eingangskreis enthaltenen Eingangssignalquelle mit dem Bezugsspannungspunkt verbunden ist, daß die andere Klemme der Eingangssignalquelle über einen Kondensator mit der Steuerelektrode verbunden ist, daß die Quellenelektrode unmittelbar an den Bezugsspannungspunkt angeschlossen ist und daß der Bezugsspannungspunkt über einen Widerstand mit der Steuerelektrode verbunden ist (Fi g. 3).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis eine induktive Wicklung enthält, die die einzige Gleichstromverbindung zwischen der Steuerelektrode und dem Bezugsspannungspunkt darstellt und durch einen Kondensator auf die Frequenz der zu verstärkenden Signale abgestimmt ist, und daß die Quellenelektrode gleichstrommäßig mit dem Bezugsspannungspunkt verbunden ist (F i g. 4).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis eine zwischen die Steuerelektrode und den Bezugsspannungspunkt geschaltete Wicklung enthält und daß die Quellenelektrode unmittelbar an den Bezugsspannungspunkt angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als erste Stufe eines Gleichspannungsverstärkers, der außerdem mindestens noch eine nachgeschaltete Stufe umfaßt, die einen Feldeffekttransistor mit hochohmiger Steuerelektrode enthält, die mit der Abflußelektrode des Transistors der vorangehenden Stufe und einer Klemme eines Arbeitswiderstandes für diesen letztgenannten Transistor verbunden ist, daß die andere Klemme dieses Arbeitswiderstandes mit einer Klemme einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist, deren andere Klemme an die Quellenelektroden der Feldeffekttransistoren angeschlossen ist, und daß in den nachgeschalteten Stufen Feldeffekttransistoren verwendet werden, deren Abflußspannungs-Abflußstrom-Kennlinie, die sich bei einer dem Spannungsabfall am zugehörigen Arbeitswiderstand bei verschwindender Eingangsspannung der ersten Stufe entsprechenden Vorspannung zwischen Steuerelektrode und Quellenelektrode ergibt, etwa in der Mitte des Kennlinienfeldes liegt, welches sich durch Variation der Vorspannung zwischen Quellen- und Steuerelektrode des betreffenden Transistors ergibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Funk-Technik«, Nr. 5, 1956, S. 123, 124, 151 bis 153;

»Elektronik«, Nr. 6, Juni 1959, S. 169 bis 171;
»Proceedings of the IRE«, November 1952,
S. 1377 bis 1381; August 1950, S. 868 bis 871;
Juni 1962, S. 1462 bis 1469.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen