DE1762420A1 - Elektronischer Schalter mit Feldeffekttransistor - Google Patents

Description

• Elektronischer Schalter mit Feldeffekttransistor Die Erfindung betrifft einen lektronischen Schalter mit

  Feldeffekttransistor, bei deiDrain-Source-Strecke im Weg

  eines zu schaltenden Signals liegt und die Summe aus ddM

  Signale.14-einer Steuerspannung der 'Gate-Elektrode des Feld-

  effekttransistors zugeführt wird.
• Bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors als elektronischer Schalter liegt die Source-Elektrode in den meisten Fällen nicht auf konstantem Potential, sondern ist mit der zu schaltenden Signalspannung beaufsehlagt. Da nun für den leitenden, bzw. nicht leitenden Zustand des Fel.deffekttransistors die Gate-Source-Spannung maßgeblich ist., so kann eine Steuerspannungsquelle, deren einer Pol auf festem Potential liegt, nicht ohne weiteres mit dem Gate verbunden werden, ohne daß der Schaltzustand des elektronischen Schalters von der Höhe der Signalspannung abhängig ist. Deshalb wird der. Gate-Elektrode die Stamme aus der Steuerspannung und vier Signalspannung zugeführt.

  6lird ein derartiger elelctronischer Schalter mit einer ialtpuls-

  förmgen Steuerspannung angesteuert, so ergibt sich die Mög-

  lichkeitlin die Zuführung der Steuerspannung eine-yi aber trager

  einzuschalten.- Der Primärwicklung diesesbert@#°a,:@as wird

  dann die Steuerspannung zugeführt, während die Endon elei°

  Sekunddrwieklunimit der source-Elektrode ti@Id der

  zr ede verbunden sind. Diese; Schaltungsanordnung, -Jot jc :loch

  nicht brauchbar für Steuergleichspannung und fli 4,;,Lo;i:nnungi,

  die ein breitbamdiges Frsquenzspektrum auftoiano

  Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung wird die Steuerspannung über einen Widerstand der Gate-Elektrode zugeführt. Diese Schaltungsanordnung eignet sich jedoch nur bei Verwendung von Sperrschichtfeldeffekttransistoren, wobei die Steuerspannung derart gewählt wird, daß praktisch unabhängig von der Größe der Signalspannung ein Steuerstrom fließt. Dieser Steuerstrom verursacht jedoch im Feldeffektransistor e3Bn Spannungsabfall, der in vielen Fällen unerwünscht ist. Tim diesen Spannungsabfall, aimm möglichst klein zu halten, wird der Widerstand sehr groß gewählt. Gebräuchliche Werte dieses Wi-derstandes liegen zwischen 100 kohm und 1 mohm. Derartig hohe Widerstände verhindern aber kurze Schaltzeiten, auch wenn man einen kleinen Kondensator parallel zum Widerstand schaltet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen elektronischen Schalter mit Feldeffekttransistor anzugeben, der in einem wei- tem Frequenzbereich arbeitet, d.h. dessen Schaltzustände be-liebig lang aufrecht erhalten werden können und dessen Schalt- zeiten äußerst kurz sind.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anteil

  des Signals Imsumme aus dem Signal und der. Steuerspannung

  über ein FIalbleitersohaltungselement zur Gate-Elektrode-geführt .wird,

  Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die;,,Steuerspannunti

  über einen Widerstand und das .Signal über eine lIalbl.eit.erdiode.:der Gate-Elektrode zugeführt werden. Durch .die tI@find>,i.tg w@.d.Ä"---,.

  erreicht,: daß die Gate-Source-Spannung weitgehend unabh#i.ngig ,r r,

  von der Größe des Signals ist, ,und daß der elektr_onisetisr, ,Se.ti;)#1-

  ter in einem weiten Freque.zbereich anwendbar ist..Ferner wird ..

  mit geringem Aufwand durch die Ikfindung -verhindert, dgß .bei .Sperz,-

  sohiehtfeldeffekttransistoren ein Steuerstrom durch den Feld-

  effekttransistor fließt,.

  Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Von diesen zeigt Figur 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem als Halbleiterschaltungselement eine Halbleiterdiode verwendet wird; Figur 2 eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Figur i; Figur 3 eine Schaltungsanordnung, bei der sowohl das Signal als auch die Steuerspannung über einen Transistor der Gate-Elektrode zugeführt werden; Figur 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der die Signalspannung dem Emitter und die Steuerspannung der Basis eines Transistors zugeführt werden.
• Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In Figur 1 ist mit i das Eingangsklemmenpaar des elektronischen Soli alters bezeichnet, an das das Signal angelegt wird, welches geschaltet am Ausgangsklommenpaar 2 entnommen werden kann. Der Feldeffekttransistor 3 stellt die Verbindung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsklemmenpaar dar. Die Steuerspannung wird dem Klemmenpaar 4 zugeführt und gelangt von dort über den yYiderstand 5 zur Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors. Durch die Halbleiterdiode 6 wird erreicht, daß das Signal der Steuerspannung überlagert wird. Der Schaltzustand des Feldeffekttransistors 3 ist dadurch praktisch unabhängig von der Größe des Signals am Klemmenpaar 1, wobei jedoch vorausgesetzt wird, daß die Steuerspannung für den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors 3 stets positiver als das Signal ist. Die Halbleiterdiode 6 ist in Bezug auf ihre Durchlaßkqnnlinie derart ausgewählt, daß für den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors 3 die Gate-Source-Spannung nicht größer wird, als diejenige Spannung, bei der Steuerstrom durch den Feldeffekttransistor zu fließen geginnt.
• Soll die Schaltungsanordnung nach Figur 1 auch für schnelles Schalten geeignet sein, so darf der Widerstand 5 nicht allzu groß gewählt werden. Eventuell ist es vorteillaft, ihn durch einen Kondensator 7 zu überbrücken. Durch den Strom, der im Falle des leitenden Zustands des Feldeffekttransistors 3 durch den Widerstand 5 und die Diode 6 zur Quelle des Signals fließt, wird letztere zusätzlich belastet. Eine Schaltungsanordnung, bei der diese Belastung gegenüber der Schaltungsanordnung nach Figur 1 verringert wird, zeigt Figur 2.
• Wie bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 wird in Figur 2 die Steuerspannung über den Widerstand 5 der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 3 zugeführt. Das Signal jedoch wird über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8 und über die Diode 6 zur Gate-Elektrode geleitet. Der Transistor 8 ist zusammen mit dem Widerstand 9 als Impedanzwandler geschaltet und erhält seine Betriebsspannung über den Schaltpunkt 10. Der größte Teil des Stroms durch die Diode wird somit zum Schaltungspunkt 10 geleitet, und nur ein geringer um die Stromverstärkung des Transistors verminderter Teil dieses Stromes fließt in die Signalquelle 1.
• Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 erfolgt@die Bildung der Summe aus dem Signal und der Steuerspannung mit Hilfe der Widerstände 11 und 12, sowie der Daäis-Emitter-Strecke des Transistors 13. Die Basis des Transistors liegt auf festem Potential, beispielsweise +3 Volt, und der Kollektor des Transistors 13 ist einerseits mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 3 und andererseits über den Widerstand 14 und den Schaltungepunkt 15 mit einer Betriebsspannungsquelle von beispielsweise -12 Volt verbunden. Die Widerstände 11, 12 und 14 haben vorzugsweise gleiche Widerstandswerte. Soll der elektronische Schalter leitend sein, so wird an die Klemme 4 eine Steuerspannung angelegt, die bei den genannten Beispielen für die Basisspannung und die Betriebsspannung etwa +12 Volt beträgt. Die Signalspannung wird dann mit gleichbleibender Amplitude und ohne Phasendrehung zur Gate-Elektrode übertragen, sodaß der Feldeffekttransistor 3 unabhängig von der Größe der Signalspannung leitend ist.
• Zur Sperrung des elektronischen Schalters wird an das Klemmenpaar 4 eine Spannung angelegt, die kleiner als etwa +4 Volt ist. Die Gate-Elektrode erhält dann über den Schaltungspunkt 15 und den Widerstand 14 eine starke negative Spannung, da der Transistor 13 gesperrt ist.
• Eine Variante der Schaltungaanordnung nach Figur 3 zeigt Figur 4. Hierbei wird wie bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 die Signalspannung über einen Widerstand 21 den: Emitter eines Transistors 16 zugeführt. Die Spannung der Gatei@lektrode wird dem Kollektor des Transistors 16 entrioirm:en, der iftier den Uiderstand 19 mit einer negativen Be trIebsspannung verbunden ist. Der Widerstand 12 bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 dient einerseits dazu, die Belastung der Signalspannungsquelle zu begrenzen und andererseits sicherzustellen, daß das Signal mit seiner ursprünglichen Amplitude zur Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors gelangt. Die gleichen Aufgaben nimmt bei der Schaltungsanordnung nach Figur 4 der 4iiiderstand2wahr, jedoch kann dieser auch entfallen. Da der Widerstand 17, über den die Steuerspannung 4 zugeführt wird, bei dieser Schaltungsanordnung als Gegenkopplung in Bezug auf die Signalspannung dient. Dadurch wird sowohl die Verstärkung des Transistors 16 herabgesetzt, als auch der Eingangswiderstand für die Signalspannung erhöht. Um schnelles Schalten zu gewährleisten, kann der Widerstand 17 durch einen Kondensator 18, der dem Abfall der hohen Frequenzen an dem Widerstand 17 entgegenwirkt, überbrückt werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Elektronischer Schalter mit Feldeffekttransistor, bei dem die Drain-Source-Strecke im Weg eines zu schaltenden Signals liegt, und die Summe aus dem Signal und einer Steuerspannung der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Signals an der Summe aus dem Signal und der Steuerspannung über ein Halbleiterschaltungselement zur Gate-Elektrode geführt wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung über einen Widerstand und das Signal über eine Halbleiterdiode der Gate-Elektrode zugeführt werden.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung und das Sigz.al über je einen Widerstand dem Emitter eines Transistors zugeführt werden, daß die Basis des Transistors auf festem Potential liegt, und daß der Kollektor des Transistors einerseits mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors und andererseits über einen Widerstand mit einer Betriebsspannungsquelle verbunden ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Halbleiterdiode über einen als Impedanzwandler geschalteten Transistor zugeführt wird.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal dem Emitter eines Transistors (16) und die Steuerspannung über einen Widerstand (17) der Basis des Transistors zugeführt werden, und daß der Kollektor des Transistors (16) einerseits mit der Gate-Elektrode des Feld- effekttranaistors (3) und andeWits über einen Widerstand (19) mit einer negativen Betriebsapannungaquelle verbunden ist.