DE2016450A1 - Kurzschluß-Schutzvorrichtung für Halbleiterschaltungen - Google Patents

Description

Kurzschluß-Schutzvorrichtung für Halbleiterschaltungen.

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmeldung Serial No. 815 120 vom 10. April 1969 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleiterschaltungen und insbesondere auf eine neuartige Halbleiteranordnung, die in einer integrierten Schaltung oder dgl. zum Kurzsdhlußschutz dient.

Da die Ausgangs- oder Endstufen der meisten Logik-Schaltungen typischerweise ziemlich teuer sind, hat es sich in der Praxis eingebürgert, irgendeine Form von Kurzschlußschutz vorzusehen, damit die Schaltung nicht versehentlieh in einer zur Zerstörung führenden Weise betrieben werden kann. Seither bestand der Kurzschlußschutz in den.Endstufen von transistorierten Schaltungen allgemein darin, daß einfach ein Widerstand in Reihe mit dem Stromweg für den Ausgangsstrom geschaltet wurde, um die Zerstörung der Schaltelemente infolge eines unbeabsichtigten MasseSchlüsses zu verhindern. An den Ausgangsklemmen der meisten Schaltungen kann sehr leicht ein Masseschluß auftreten, da diese mit Schraubenziehern und anderen äußeren Einrichtungsteilen in Berührung kommen. Es ist natürlich

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gleichfalls möglich, daß eine Störung in der am Ausgang liegenden Belastung auftritt.

Eine vereinfachte integrierte Logik-Endstufe der in bekannten Schaltungen typischerweise verwendeten Ausführung ist in Figur 1 der Zeichnung dargestellt. In dieser Schaltung dient ein in Reihe geschalteter Widerstand als überstromschutz im Ausgangskreis. Wenn die Ausgangsklemmen versehentlich kurzgeschlossen werden oder einer Störung ausgesetzt sind solange die zwischen den Ausgangsklemmen und der Versorgungsspannung befindlichen Schaltstufen im leitfähigen Zustand sind, wird die Stromstärke durch den Schutzwiderstand begrenzt, so daß die Schaltung nicht zerstört werden kann.

Die Verwendung eines derartigen Schutzwiderstandes ist jedoch mit mehreren Nachteilen behaftet. Zunächst einmal muß der Widerstand eine niedrige Impedanz aufweisen, damit die Ausgangsstufe die während des normalen Betriebes innerhalb des vorgesehenen Arbeitsbereiches der Ausgangsstufe auftretenden hohen Ausgangsströme aufnehmen kann. Die dabei verwendeten Widerstandswerte betragen typischerweise 100 Ohm oder mehr. Es ist jedoch nicht einfach, in einer integrierten Schaltung einen 100 Ohm-Widerstand herzustellen, da dieser eine erhebliche Größe aufweisen muß. Um einen derartigen niedrigen Widerstand herzustellen, muß daher der Widerstandsaufbau an sich sehr breit sein, damit er den Strom aufnehmen kann. Daher nimmt er wiederum einen beträchtlichen Teil der zur Verfügrung stehenden P3£ittchenflache ein.

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Zweitens führt die Verwendung eines Widerstandes in dem Stromweg für den Ausgangsstrom allgemein dazu, daß die Kollektoren eines oder mehrerer Schaltelemente nicht mehr an dem vollen positiven Wert der Versorgungsspannung liegen, da sie durch den Widerstand von dieser getrennt sind. Daher müssen sie einzeln gegenüber allen anderen auf dem Plättchen befindlichen Bauelementen isoliert werden. Wenn jedoch der Widerstand in Fortfall kommen könnte, würde sich diese Isolation erübrigen, weil jeder Transistor, dessen Kollektor an der gemeinsamen positivsten Versorgungsspannung liegt, nicht isoliert zu sein braucht, da die positivste Versorgungsspannung in einer integrierten Schaltung normalerweise zum Zwecke der Vorspannung sowieso an das Unterlagenmaterial des Plättchens angelegt ist. Wenn daher der bei bekannten Schaltungen erforderliche große Schutzwiderstand in Portfall kommen kann, läßt sich die erforderliche Größe des Plättchens erheblich verringern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine neuartige Kurzschluß-Schutzvorrichtung in der Form eines integrierten Schaltungselementes zu schaffen, das keine große Plattchenfläehe benötigt. Dieses Halbleiterbauelement soll zum Kurzschlußschutz in einer Ausgangsstufe in integrierter Bauweise verwendbar sein, wobei sich im Stromweg für den Ausgangsstrom keine derartig hohe Impedanz wie bei bekannten Schaltungen befinden soll. Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung eines neuartigen Kurzschluß-Schutzelementes in der Form eines Bauteils einer Endstufe in einer integrierten

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Logik-Schaltung oder dgl.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kurzschluß-Schutzvorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Plättchen aus Halbleitermaterial, in dem sich eine erste Zone eines Halbleitermaterials von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Zone eines zweiten Halbleitermaterials, die an die erste Zone angrenzt und mit dieser einen pn-übergang bildet, und eine dritte Zone aus dem ersten Halbleitermaterial, die an die zweite Zone angrenzt und mit dieser einen pn-übergang bildet, befinden, und einen in einem ohmschen Kontakt mit der ersten Zone stehenden ersten metallischen Anschluß, einen zweiten metallischen Anschluß, der in einem ohmschen Kontakt mit der zweiten Zone und außerdem in einem ohmschen Kontakt mit einem Abschnitt der dritten Zone steht, und durch einen dritten metallischen Anschluß, der in einem ohmschen Kontakt mit einem anderen Abschnitt der dritten Zone steht, wobei der Ausbreitungswiderstand der dritten Zone einen Widerstandsnebenschluß zu dem pn-übergang zwischen der zweiten und der dritten Zone bildet.

Entsprechend der Erfindung wird die neuartige Kurzschluß-Schutzvorrichtung in den Endstufen von Transistor-Transistor-Logik-Schaltungen und Dioden-Transistor-Logik-Schaltungen und dgl. verwendet, wie manchmal auch als "Totempfahlschaltungen, aktive Ansprechschaltungen (active Pull-upcircuits) oder Kaskaden-Endkreise" bezeichnet werden. Die Vorrichtung weist einen neuartigen Transistoraufbau auf, bei dem der Emitteranschluß mit einem Abschnitt einer langgestreck-

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ten Emitterzone verbunden ist, während der Basisanschluß verlängert ist und mit einem anderen Abschnitt der Emitterzone in Kontakt steht, um den Ausbreitungswiderstand der Emitterzone effektiv in einen Nebenschluß zu dem Basis-Emitterübergang des Transistorbauelementes zu bringen* Der Emitter-Ausbreitungswiderstand, der einen niedrigen Widerstand aufweist, und der Basis-Emitter-Übergang der Vorrichtung lassen sich daher in einen passenden Endkreis einbauen und ergeben einen Kurzschlußschutz infolge der eine Emittervorspannung beseitigenden Wirkung (emitter debiasing action) der Vorrichtung.

Ein Hauptvorteil des Verfahrens zum Kurzschlußschutz besteht darin, daß sich die Vorrichtung zum Kurzschlußschutz in dem Stromweg für den Ausgangsstrom eines geeigneten Endkreises oder einer Endstufe verwenden läßt, ohne daß dabei die anderen aktiven Elemente der Schaltung isoliert sein müssen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der durch die neuartige Kurzschluß-Schutzvorrichtung in den Ausgangsstromweg eingeführte effektive Widerstand wesentlich kleiner ist als es bisher in integrierten Schaltungen ausführbar war. Infolge der kleineren Impedanz, die einem Stromdurchgang in dem Ausgangsstromweg entgegenwirkt, ergibt sich außerdem der Vorteil, daß für eine vorgegebene Stromstärke des Ausgangsstromes eine sehr viel höhere Spannung an den Ausgangsklemmen zur Verfügung steht. Schließlich lassen sich die, Arbeitseigenschaften des neuartigen Kurzschluß-Schutzelementes genau steuern, und es läßt sich ein.besser bestimmbarer Grenzwert

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der Kurzschlußstromstärke erzielen. Nicht zuletzt ist ein weiterer Vorteil der Erfindung darin zu sehen, daß die für eine vorgegebene Ausgangsstufe insgesamt erforderliche Plättchenfläche bei Verwendung der normalen Halbleitervorrichtung als KurzSchluß-Schutzelement erheblich verringert werden kann. Für den Fachmann sind noch weitere Vorteile der Erfindung aus dem nachstehend beschriebenen und in den verschiedenen Figuren der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Endstufe bekannter Ausführung, unter Verwendung einer Widerstands-Kurzschluß-Schutzvorrichtung. Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Kurzschluß-Schutzvorrichtung nach der Erfindung. Fig. 3 ist eine teilweise entlang der Linie 3-3 geschnittene schaubildliche Darstellung des Plättchens der Fig. 2.

Fig. 4 ist eine gleichwertige schematische Darstellung der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Plättchenaus führung.

Fig. 5 ist ein schematischer Schaltplan einer digitalen Logik-Endstufe, die eine Kurzschluß-Schutzvorrichtung nach der Erfindung aufweist. Fig. 6 ist eine zur Veranschaulichung der durch die erfindungsgemäße Kurzschluß-Schutzvorrichtung gewonnenen Vorteile dienende graphische Darstellung.

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Die in Figur 1 der Zeichnung schematisch dargestellte Schaltung zeigt eine typische Endstufe, die für integrierte Logik-Schaltungen und dgl. verwendbar ist. Die Schaltung weist eine Eingangsklemme 10 und Ausgangsklemmen 12, vier npn-Transistoren Tl, T2, T3 und T^, drei Vorspannungswiderstände Rl, R2 und R3_S sowie einen Kurzschluß-Schutzwiderstand R4=Rp auf. Da der Widerstand Rp sich in der dargestellten Weise im Ausgangs-Stromweg befindet, muß er einen möglichst niedrigen Widerstand aufweisen, damit die Endstufe den unter normalen Bedingungen erforderlichen hohen Ausgangsstrom führen kann, dabei jedoch den Strom auf einen Bereich begrenzt, innerhalb dessen die aktiven Elemente nicht zerstört werden können. Ein typischer Wert für Rp ist 100 Ohm oder höher.

Das Hauptproblem bei der Begrenzung des Stromes vermittels dieses Verfahrens besteht darin, daß es nicht einfach ist, in einer integrierten Schaltung vermittels der bekannten Techniken einen Widerstand von 100 Ohm herzustellen. Zu diesem Zweck muß der Widerstand sehr breit ausgebildet sein, damit er den gewünschten niedrigen Widerstandswert erhält. Dazu wird jedoch wiederum ein großer Teil der Oberfläche des dazu verwendeten Halbleiterplättchens benötigt.

,Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß die Kollektoren der Transistoren T3 und T4 durch den Widerstand Rp von der Spannungsquelle V⁺ getrennt sind und sich daher nicht mehr auf der positivsten Versorgungsspannung befinden, so daß sie einzeln gegenüber den anderen Bauelementen de» Plättchens isoliert werden müssen. Dazu wird natürlich

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weitere Plättchenfläche benötigt.

Entsprechend der Erfindung wird kein derartig abgetrennter oder isolierter Widerstand benötigt. Stattdessen erfolgt der Kurzschluß-Schutz durch Verwendung eines Halbleiterelementes wie beispielsweise in Figuren 2 und 3 der Zeichnung dargestellt ist. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführung ist die Bipolar-Vorrichtung 13 in einer η-Unterlage ausgebildet, welche eine Kollektorzone 14 bildet, in die eine p-Basiszone 16 eindiffundiert ist. Eine langgestreckte n-Emitterzone 18 ist in die p-Zone 16 eindiffundiert.

Zur elektrischen Verbindung der Vorrichtung dienen die metallischen Anschlüsse (interconnects) 20, 24 und 30. Der Emitteranschluß 20 steht bei 22 in einem ohmschen Kontakt mit der Emitterzone 18. Der Basisanschluß 24 steht bei 26 in einem ohmschen Kontakt mit der Basiszone 16, ist über den Kontakt 26 hinausgeführt und steht in einem ohmschen Kontakt mit dem Endabschnitt 28 der Emitterzone 18. Der Kollektoranschluß 30 ist bei 32 in geeigneter Weise mit der Kollektorzone 14 verbunden.

" Infolge der Verlängerung des Basisanschlusses 24," so daß dieser bei 28 in einem ohmschen Kontakt mit der Emitterzone 18 steht, wird um den Basis-Emitter-Übergang herum und über den Ausbreitungswiderstand 34 der Emitterzone 18 ein Nebenstromweg gebildet. Das ist vielleicht deutlicher aus der schematischen Darstellung der Figur 4 ersichtlich, in welcher der AusbreitungBwiderstand 34 als Verbindung zwischen Basiskontakt 28 und Emitterabschnitt 22 dargestellt ist. Da

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der Emitter in einem bipolaren Transistor einen endlichen inneren Ausbreitungswiderstand besitzt, verursacht ein von dem Kontakt 28 zu dem Kontakt 22 durch die Emitterzone 18 erzwungener Strom einen" Potentialabfall zwischen diesen beiden Kontakten. Die Verwendung des Ausbreitungswiderstandes zur äußeren Kopplung von Emitter- und Basiszone eines Transistors stellt einen Weg zur Beseitigung von Emittervorspannung in integrierten Schaltungen dar.

Da der Ausbreitungswiderstand 34 in erster Linie von der Breite des Emitters, dessen Scheibenwiderstand und dem Abstand zwischen den Kontakten 28 und 22 abhängig ist, läßt · er sich vermittels herkömmlicher Herstellungsverfahren in genau bestimmbarer Weise herstellen. Die Eigenschaften der Emitterzone 18 werden vorzugsweise so gewählt, daß sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Widerstand von angenähert 10 Ohm ergibt, wobei jedoch auch andere geeignete Werte möglich sind.

Der Strom, der in herkömmlicher Weise erzwungen wird und an der Stelle 28 in die Emitterzone 18 eintritt und an der Stelle 22 austritt, bewirkt, daß der Emitteranschluß 20 in bezug auf den.Basisanschluß 24 negativ vorgespannt wird. Der Wert dieser Vorspannung beträgt I»R, wobei.I die Stromstärke und R der Ausbreitungswiderstand des Emitters 18 ist. Wenn die Größe dieser Vorspannung das Vorwärtspotential der Emitter-Basis-Diode erreicht, injiziert der Endabschnitt 22 des Emitters 18 einen Strom. Wenn der Kollektor 30 in bezug auf die Basis 24 positiv vorgespannt ist, erscheint am

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Kollektor 30 das α-fache dieses injizierten Stromes. Anders ausgedrückt, der Ausbreitungswiderstand 34 wird so gewählt, daß der von der Anschlußklemme 24 zur Anschlußklemme 20 durch den Widerstand 34 fließende Strom den Transistor T bei einer vorbestimmten Stromstärke I leitend macht.

Anhand der Figur 5 soll jetzt der Einsatz des neuartigen Transistors, der von Emittervorspannung befreit ist, als Kurzschluß-Schutzelement beschrieben werden. In der Schaltung 40, die beispielsweise eine Logik-Endstufe sein kann, ist die Eingangsklemme 42 mit der Basis eines npn-Transistors 44 verbunden, dessen Kollektor 46 über einen Widerstand 47 mit einer Spannungsquelle V verbunden ist. Der Emitter 48 des Transistors ist durch einen Widerstand 49 mit Masse verbunden.

Die Darlington-Schaltung 50 weist zwei npn-Tranistoren 52 und 54 auf, deren Kollektoren 56 bzw. 58 mit der Quelle V verbunden sind. Die Basis 60 des Transistors 52 ist bei 62 mit der Niederspannungsseite des Widerstandes 47 verbunden, während der Emitter 64 des Transistors 54 über die Kurzschluß-Schutzvorrichtung 68 mit der Ausgangsklemme 66 verbunden ist. Der Kollektor 70 des Transistors 72 ist mit der Ausgangsklemme 66 verbunden, und sein Emitter 74 liegt an Masse. Die Basis 76 des Transistors 72 ist mit dem Emitter 48 des am Eingang liegenden Transistors 44 verbunden.

Die Kurzschluß-Schutzvorrichtung 68 besteht aus einer integrierten Transis*orschaltung mit beseitigter Emittervorspannung (integrated emitter debiased transistor circuit) 80

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der in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Ausführung. Die Basis 82 ist mit dem Emitter 64 des Transistors 54, und der Emitter 84 ist mit der Ausgangsklemme 66 verbunden. Der Kollektor 86 ist mit dem Kollektor 46 des Transistors 44 verbunden. Der Ausbreitungswiderstand der Vorrichtung 68 ist als Nebenschlußwiderstand 88 parallel zu dem Emitter-Basisübergang des Transistors 80 dargestellt.

Wenn während des Betriebs an die Anschlußklemme 42 der Schaltung 40 ein positives Eingangssignal angelegt wird, wird der Transistor 44 leitfähig und vervollständigt einen Stromweg von der Spannungsquelle V durch den Widerstand 47, den Transistor 44 und den Widerstand 49 zu Masse. Der sich dadurch ergebende Spannungsabfall am Widerstand 49 hebt das Basispotential des Transistors 72 an, wodurch dieser leitfähig wird. Der Spannungsabfall am Widerstand 47 verringert gleichzeitig das Basispotential des Transistors 52, wodurch beide Transistoren 52 und 54 gesperrt werden. Wenn der Transistor 72 "angeschaltet" ist und die Halbleiter der Darlington-Schaltung 50 "abgeschaltet" sind, befindet sich die Basis 82 des Transistors 80 auf im wesentlichen dem gleichen Potential wie der Emitter 84, so daß sich der Transistor 80 im nichtleitenden Zustand befindet. Wenn daher kein Stromweg zur Spannungsquelle V vervollständigt wird, befindet sich das Ausgangssignal an den Anschlußklemmen im Wesentlichen auf null YoIt. Wenn die Ausgangsklemmen in diesem Zustand mit Masse verbunden werden, kann keine Beschädigung erfolgen.

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Wenn das an die Eingangsklemme 42 angelegte Eingangssignal negativ gemacht wird, entfällt die Beaufschlagung des Transistors 44, so daß dieser gesperrt wird. Dadurch wird der Stromdurchgang durch den Widerstand 49 unterbrochen, so daß die an der Basis 76 des Transistors 72 anliegende Spannung auf das Potential der Masse abfällt und der Transistor 72 gesperrt wird. Die am Kollektor 46 des Transistors 44 anliegende Spannung nimmt jedoch bis zur Versorgungsspannung zu und schaltet die Darlington-Schaltung 50 "an", wodurch die Spannung an der Ausgangsklemme 66 ansteigt.

Obwohl das Potential an der Basis 82 des Transistors 80 ansteigt, wird dieser Transistor normalerweise nicht leitend gemacht, da die Potentiale an Kollektor 86 und Emitter 84 gleichfalls gesteigert werden. Jeder von den Ausgangsklemmen 66 abgegebene Strom muß daher von der Spannungsklemme V⁺ durch die Schaltung 50 und den zur Beseitigung von Vorspannung dienenden Widerstand 88 der Kurzschluß-Schutzvorrichtung 68 hindurchgehen. Da dieser Widerstand niedrig ist und in einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise 10 Ohm beträgt, ist die Impedanz für den Ausgangsstrom niedrig, und die für einen vorgegebenen Ausgangsstrom an den Ausgangsklemmen 66 zur Verfügung stehende Ausgangsspannung ist wesentlich höher als die Spannung, die vermittels bekannter Schaltungen erzielbar ist.

Wenn sich der von der Klemme 66 abgenommene Ausgangsstrom verändert, wird der Basis-Emitter-Übergang des Transi-

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stors 80 durch den Spannungsabfall an dem Widerstand 88 in veränderlicher Weise von der Vorspannung befreit, so daß der Transistor nur dann "angeschaltet" wird, wenn der von den Ausgangsklemmen 66 abgenommene Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet, d.h. wenn ein Kurzschlußstrom auftritt. Wenn der Ausgangsstrom den Wert des Kurzschlußstromes überschreitet und der Transistor 80 angeschaltet wird, steht von der Spannungsquelle V durch den Widerstand 47 ein Stromweg zur Ausgangsklemme 66 zur Verfügung.

Durch den sich dabei ergebenden Spannungsabfall an dem Widerstand 47 wird die an der Schaltung 50 anliegende Vorspannung verringert, wodurch die Schaltung gesperrt wird und damit den Stromdurchgang durch den Widerstand 88 unterbricht. Der Widerstand 47 dient während des Überlastungszustandes zur Strombegrenzung in dem Ausgangskreis. Wenn der Kurzschlußstrom an der Ausgangsklemme 66 auf einen zulässigen Wert zurückgeht, verringert sich der Spannungsabfall an dem Widerstand 47, die Schaltung 50 wird wiederum "angeschaltet" und der Transistor 80 wird "abgeschaltet", so daß der Ausgangsstrom wiederum durch den zur Beseitigung von Vorspannung dienenden Widerstand 88 fließt.

Wenn die Belastung nur vorübergehend ist, wie beispielsweise bei einem Kondensator, begrenzt die Vorrichtung 68 die Aufladungsgeschwindigkeit des Kondensators, gestattet jedoch, daß die Last den vollen Spannungswert erreicht, der bei dieser Schaltung der positiven Versorgungsspannung V , abzüglich des

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Spannungsabfalls an dem Widerstand 88 entspricht. Wenn es sich bei der Belastung um eine Gleichstromlast handelt oder die Last fehlerhaft ist, z.B. ein sehr niedriger Widerstand oder ein Masseschluß, wird der Strom auf den gewählten Kurzschlußwert begrenzt, und die Ausgangsspannung wird natürlich auf den Spannungswert der Masse oder einen von dem Kurzschluß abhängigen Wert gebracht.

Anhand der Figur 6 wird die durch die neuartige Kurzschluß-Schutzvorrichtung ermöglichte Verbesserung im Vergleich zu der in Pig. I dargestellten bekannten Schaltung weiter veranschaulicht. Wenn sich die Spannungsquelle V beispielsweise auf einer Spannung von 3,5 Volt befindet, zeigt die gestrichelte Linie den Verlauf der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der an den Ausgangsklemmen 12 der bekannten Schaltung verfügbaren Stromstärke bei Verwendung eines Widerstandes Rp von 100 Ohm. Dabei ist zu beachten, daß die Ausgangsspannung V„„_ bei zunehmendem Ausgangsstrom I„„_ stark abfällt.

Bei Verwendung der Kurzschluß-Schutzvorrichtung nach der Erfindung wird die Ausgangsspannung nur durch den zur Beseitigung von Vorspannung dienenden Widerstand 88 von 10 0hm begrenzt, so daß der Abfall der für zunehmenden Ausgangsstrom zur Verfügung stehenden Ausgangsspannung innerhalb der betrieblichen Grenzwerte der Schaltung nur 1/10 desjenigen bei den besten bekannten Schaltungen beträgt. Wenn der Ausgangsstrom den unzulässigen Grenzwert von beispielsweise 36 mA erreicht, so aaltet der Spannungsabfall an dem Widerstand

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88 den Transistor 80 an und öffnet wie oben beschrieben einen Stromweg durch den Widerstand 47. Dadurch ergibt sich dann durch die infolge des Ansehaltens des Transistors 80 in den Lastkreis eingeführten Impedanzeigenschaften ein sehr starker Abfall der Ausgangsspannung. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Widerstand 47 einen Widerstandswert von 1000 Ohm. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Kurzschluß-Schutzvorrichtung lassen sich kapazitive Lasten wesentlich schneller aufladen. Das bedeutet, daß an die Ausgangsklemmen 66 größere Pan-Outs (Zahl gleicher Schaltungen, die parallelgeschaltet an den Ausgang angeschlossen werden können) anderer logischer Gatter angeschlossen werden können, -da für jede vorgegebene AusgangsStromstärke höhere Ausgangsspannungen zur Verfügung stehen.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem bekannten Verfahren zum Kurzschluß-Schutz sind daher ohne weiteres offensichtlich, und die neuartige Vorrichtung läßt sich in vielen unterschiedlichen Schaltungen mit großem Vorteil verwenden. Die Vorrichtung ermöglicht nicht nur bessere Ausgangsbedingungen im Vergleich zu den bekannten Schaltungen, sie führt auch zur einer erheblichen Verringerung des Platzbedarfs auf dem integrierten Schaltungsplättchen, so daß sich die Gesamtgröße der integrierten Schaltung erheblich verringern läßt. Die Erfindung ist also keineswegs auf das hier dargestellte, bevorzugte und lediglich zur Veranschaulichung dienende Ausführungsbeispiel beschränkt.

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Claims (7)

- 16 Patentansprüche :

1.) Kurzschluß-Schutzvorrichtung in der Form einer integrierten Schaltung mit einem zur Beseitigung von Emittervorspannung dienenden Element, gekennzeichnet durch ein Plättchen (1*1) aus Halbleitermaterial, in dem sich eine erste Zone eines Halbleitermaterials von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Zone (16) eines zweiten Halbleitermaterials, die an die erste Zone angrenzt und mit dieser einen pn-übergang bildet, und eine dritte Zone (18) aus dem ersten Halbleitermaterial, die an die zweite Zone (16) angrenzt und mit dieser einen pn-übergang bildet, befinden, und einen in einem ohmschen Kontakt mit der ersten Zone (14) stehenden ersten metallischen Anschluß (30), einen zweiten metallischen Anschluß (24), der in einem ohmschen Kontakt mit der zweiten Zone (16) und außerdem in einem ohmschen Kontakt mit einem Abschnitt (28) der dritten Zone (18) steht, und durch einen dritten metallischen Anschluß (20), der in einem ohmschen Kontakt mit einem anderen Abschnitt (22) der dritten Zone (18) steht, wobei der Ausbreitungswiderstand (34) der dritten Zone einen Widerstandsnebenschluß zu dem pn-übergang zwischen der zweiten und der dritten Zone bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone (18) länglich ausgebildet ist und der zweite metallische Anschluß (24) in einem Kontakt mit dem

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einen Endabschnitt (28) dieser dritten Zone steht, während der dritte metallische Anschluß (20) in einem Kontakt mit dem anderen Endabschnitt (22) dieser dritten Zone steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (16) in die erste Zone (14) eindiffundiert ist., und die dritte Zone (1.8) in die zweite Zone eindiffundiert ist.

4, Kurzschluß-Schutzvorrichtung für eine Endstufe in einer Logik-Schaltung, die eine Anschlußklemme für eine Versorgungsspannung und einen ersten und einen zweiten parallelen Schaltkreis zur alternierenden Verbindung der Versorgungsspann ungsklemme mit Masse aufweist, wobei der erste Schaltkreis einen ersten Widerstand und eine erste Schaltvorrichtung in Reihenschaltung, und der zweite, zu diesem ersten Schaltkreis parallele Schaltkreis eine zweite Schaltvorrichtung, eine Kurzschluß-Schutzvorrichtung und eine Last in Reihenschaltung aufweist und die erste Schaltvorrichtung auf das Potential zwischen der ersten Schaltvorrichtung und dem ersten Widerstand ansprechbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschluß-Schutzvorrichtung aus einem Transistor (80), dessen Kollektor (86) zwischen dem ersten Widerstand (47) und der ersten Schaltvorrichtung (44) geschaltet, und dessen Basis (82) mit der zweiten Schaltvorrichtung (50), sowie dessen Emitter (84) mit der Last (66) verbunden ist, und einem im

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Nebenschluß zu dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors liegenden niedrigen Widerstand (88) besteht, wobei diese Anordnung derart ausgelegt ist, daß der Ausgangsstrom während des normalen Betriebs der Endstufe von der Versorgungsspannung (V ) durch die dritte Schaltvorrichtung (50) und den Nebenschlußwiderstand (88) zu der Last (66) fließt, bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes jedoch den Transistor (80) in den leitfähigen Zustand bringt und einen Nebenstromweg für den Ausgangsstrom von der Anschlußklemme für die Versorgungsspannung durch den ersten Widerstand (47) und den Transistor (80) zu der Last bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die transistorierte Kurzschluß-Schutzvorrichtung aus einer integrierten Schaltung, und der Nebenschlußwiderstand (88) aus dem Ausbreitungswiderstand des Emitters (84) des Transistors besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (84) der transistorierten Kurzschluß-Schutzvorrichtung (68) aus einer länglichen Halbleiterzone (18) besteht, der Emitteranschluß (20) in einem ohmschen Kontakt mit dem einen Endabschnitt (22) der Emitterzone, und ein Abschnitt des Basisanschlusses (24) in einem ohmschen Kontakt mit dem anderen Endabschnitt (28) der Emitterzone steht.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Schaltung (68) aus einer integrierten Schaltung besteht, die auf einem einzigen Halbleiterplättchen (14) ausgebildet ist.

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