JPH0230206B2 - - Google Patents

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JPH0230206B2
JPH0230206B2 JP54044015A JP4401579A JPH0230206B2 JP H0230206 B2 JPH0230206 B2 JP H0230206B2 JP 54044015 A JP54044015 A JP 54044015A JP 4401579 A JP4401579 A JP 4401579A JP H0230206 B2 JPH0230206 B2 JP H0230206B2
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JP
Japan
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field effect
switch
effect transistor
electrode side
capacitor
Prior art date
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Application number
JP54044015A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS55136720A (en
Inventor
Hiroshi Sakuma
Toshuki Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP4401579A priority Critical patent/JPS55136720A/ja
Publication of JPS55136720A publication Critical patent/JPS55136720A/ja
Publication of JPH0230206B2 publication Critical patent/JPH0230206B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電界効果トランジスタを用いた双方
向の固体スイツチに関するものである。
従来、商用電圧のような比較的高い交流電圧
や、直流電圧のスイツチには、いわゆる機械式接
点スイツチや水銀リレー等が利用されて来た。特
にスイツチ制御回路系と被スイツチ回路系の電位
レベルが異なる場合、あるいは両者を電位的に独
立に保ちたい場合には、両回路が電気的に絶縁分
離されている必要があり、上記スイツチが有利で
あつた。しかし、電子回路の固体化、集積化が進
み電子装置全体の小型化が進むに従い、従来の機
械式接点スイツチに代る小型高性能な双方向固体
スイツチの実現が望まれ、種々開発が行なわれて
いる。第1図は、スイツチ用トランジスタとし
て、電界効果トランジスタを用い、入力信号回路
と被スイツチ回路とをトランスで絶縁分離した従
来の固体交流スイツチの一例である。この固体交
流スイツチは、バイポーラ形素子を用いたスイツ
チに比し高出力、高電圧のスイツチとして信頼性
が高い等種々の長所を有するが、小型化に限界の
あるトランスを用いているためスイツチ全体を小
型化もしくは集積化できないという欠点があつ
た。
第2図は本願発明と同日に出願された、本願発
明者らによる発明を引用したものである。
第2図は、この点を解決すべく入力端にコンデ
ンサを用いた固体交流スイツチであり、入力信号
回路と被スイツチ回路とは、コンデンサにより直
流的に分離されている。用いるコンデンサの容量
は数十pF〜数百pF程度と比較的小容量でよいた
め、スイツチ全体の小型化、集積化が容易という
特徴を有する。
ところで、トランジスタを用いたスイツチは、
一般にトランジスタ自身のオン抵抗のため、従来
の機械式接点スイツチ等に比べて直列抵抗が高く
なるという欠点がある。直列抵抗はスイツチ機能
に差しつかえない程度に、低くする必要があるか
ら、第1図、第2図の固体スイツチの場合、電界
効果トランジスタを大きくすることによつて、オ
ン抵抗を下げる必要がある。実際、電界効果トラ
ンジスタでは、ゲート幅を大きくすることによつ
て、容易に1Ω程度のオン抵抗が得られるが、同
時にドレイン面積の増大に伴ない、ドレイン容量
が大巾に増加してしまう欠点を有する。たとえば
ドレイン耐圧150V以上オン抵抗1Ω程度の高耐
圧電界効果トランジスタの場合、ドレイン容量は
1000pF程度にもなる。かかる電界効果トランジ
スタを第1、第2図の様な固体交流スイツチに用
いれば、該固体スイツチの被スイツチ端入力容量
が1000pF程度になり、該スイツチの周波数特性
が著しく劣化する。たとえば、1KHzの交流被ス
イツチ入力信号に対して、該スイツチは約160K
Ω10KHzの交流被スイツチ入力信号に対して、
16KΩ程度のインピーダンスとしてしか作用しな
い。従つて、負荷抵抗を10KΩとした場合、1K
Hzの交流電圧に対して6%程度、10KHzで38%程
度の分圧が、スイツチオフ時にも、負荷端に表わ
れることになり、充分なスイツチ動作をしない。
第2図のスイツチは、第1図のスイツチに比べ
応答の遅いトランスではなく、コンデンサを使用
している点で周波数特性が改善されている。
第2図のスイツチではトランジスタ2個には端
子4,5から交流の被スイツチ電圧が加えられる
ので、正の大きな電圧から負の大きな電圧が加え
られることになる。大きな電圧がかかつている間
はどちらかのトランジスタのドレインのPN接合
が逆バイアスされ、容量が下がる結果、スイツチ
全体の容量は低減する。しかしOV付近の小さな
電圧がかかる間はドレイン容量が極めて大きくな
る。従つてこのスイツチは低いインピーダンスを
持つこととなり周波数応答に限界があり、改善の
必要があつた。
本発明の目的は、従来、相反する特性であつた
低オン抵抗と、良好な周波数特性とを兼ね備えた
小型化集積化可能な、新規な固体交流スイツチを
提供するところにある。
本発明によれば、ゲートシヤント抵抗を有する
電界効果トランジスタのドレイン、ソース端間に
p形トランジスタならばアノードを、n形トラン
ジスタならばカソードをドレイン側に向けて2個
直列接続したダイオード列を2組設け、それぞれ
のダイオード列の中点を被スイツチ端とし、駆動
用パルス電源の出力端と該電界効果トランジスタ
のゲート電極側端、および駆動用パルス電源の接
地電極端該電界効果トランジスタのソース電極側
端同志のうち、少なくとも、駆動用パルス電源の
出力端と該電界効果トランジスタのゲート電極側
端とを、コンデンサで接続し、駆動用パルス入力
電圧列によつて該コンデンサのゲート電極側端と
ソース電極側端間に生ずるパルス電圧列を、該コ
ンデンサのゲート電極側端と、電界効果トランジ
スタのゲート電極間に設けた整流平滑化回路によ
り、整流平滑化し、電界効果トランジスタの直流
ゲート入力となしたることを特徴とする固体交流
スイツチが得られる。
以下、本発明を一実施例を示す図面を用いて詳
細に説明する。
第3図は、本発明の一実施例を示す固体スイツ
チの回路図である。本発明にかかる固体交流スイ
ツチは、コンデンサ6,7を介して、入力された
パルス状駆動電圧をダイオード10および抵抗1
2によつて整流平滑化し、電界効果トランジスタ
1を導通させて動作させるもので同図の如く、ダ
イオード13〜16のブリツジ構成の中に電界効
果トランジスタ1を入れることにより双方向の信
号をオンオフすることができる。
本構成の固体交流スイツチは、スイツチ用トラ
ンジスタとして、オン抵抗1Ω以下、ドレイン容
量1000pF以上の電界効果トランジスタを用いて
いるのにもかかわらず、高周波交流信号のスイツ
チが充分可能となつた。これは、電界効果トラン
ジスタ1がオフの場合、電界効果トランジスタ1
とダイオードの交点17および18が、一定振幅
の被スイツチ交流入力信号に対してそれぞれ、正
および負の一定電圧まで直流的にバイアスされて
しまうので、トランジスタ1のドレイン−ソース
端には常に入力信号の最大振幅と同じ電圧の直流
電圧が加わることによる。このことが従来例と大
きく相違している点である。端子18が負に、端
子17が正の電位にバイアスされるのはダイオー
ドブリツジのダイオードの整流作用により、一旦
流入した電荷が流出できないためである。こうし
てトランジスタ1のドレイン、ソース間に入力信
号の最大振幅と同じ直流電圧が加わるので、トラ
ンジスタのドレイン領域が逆バイアスされ空乏化
するのでドレイン容量が数十分の1に低下する。
こうしてトランジスタ1の静電容量は小さい状態
に保たれるので入力信号に対してスイツチの直列
等価容量としてはダイオードの容量のみが表われ
る。ダイオードの容量はもともとトランジスタの
ドレイン容量に比べ十分小さい。またダイオード
ブリツジを構成するダイオード16と15、13
と14のうち少なくともどちらか一つは常に逆バ
イアスとなるので低静電容量となる。その結果全
体として低容量となる。尚トランジスタの容量が
逆バイアスで低減することは、ジイー著(S.M.
Sze)「半導体デバイスの物理」(コロナ社)第1
巻86、87頁に記載されていて、順バイアスから逆
バイアスへ変わると、PN接合の容量が、1/100
程度に変化することが図9からわかる。ちなみ
に、ダイオードの容量は、耐圧数百V、平均整流
電流1A程度のものでも高々数十pFである。たと
えば、本発明の固体交流スイツチの直列入力容量
を10pFとすれば、先の例で、1KHzの交流信号に
対するインピーダンスは、16MΩ、10KHzの交流
信号に対しても、1.6MΩとなり、充分なスイツ
チ効果が得られることがわかる。
すなわち、本構成の固体交流スイツチにおいて
は、ドレイン容量の大きな電界効果トランジスタ
や、ゲート入力側にスイツチ制御回路との電気的
分離のためのコンデンサーが使われているにもか
かわらず、被スイツチ端の直列等価入力容量をき
わめて小さくすることができるから、小型、集積
化可能で且つ、高周波信号のスイツチが充分行な
える固体交流スイツチが実現されることになる。
尚、第3図に示した固体交流スイツチ回路は、
あくまで本発明の一実施例を説明するためのもの
であつて、本発明の主旨に沿つて、種々、異なつ
た回路構成が選択可能なことは言うまでもない。
たとえば、本発明の固体交流スイツチは駆動用パ
ルス電源の接地側端と電界効果トランジスタのソ
ース電極側とを結ぶコンデンサ7を省略しても、
被スイツチ回路系の寄生容量の存在等により駆動
用パルスに対して、スイツチ制御回路と被スイツ
チ回路を結ぶ等価的な閉回路が存在する場合には
充分動作が可能である。又、駆動用パルス入力に
対する整流平滑化回路は図の様な簡単な構成のも
のから、直流ゲート入力のリツプルを減少させる
ような、より複雑な形式のものまで、スイツチの
使用目的に合わせて選択することができる。また
使用されるトランジスタとしては、いわゆるpチ
ヤンネル、nチヤンネルMOS形トランジスタの
外接合形電界効果トランジスタ、静電誘導形電界
効果トランジスタ等、種々の電界効果形トランジ
スタの使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のトランスを用いた固体交流スイ
ツチの回路構成、第2図は従来の改良された小型
化可能な固定交流スイツチの回路構成、第3図は
本発明の小型化可能で且つ、高周波特性に優れた
固体交流スイツチの回路構成例を示し、各図にお
いて、1,2は電界効果トランジスタ、3はトラ
ンス、4,5は被スイツチ端、6,7は入力信号
端コンデンサ、8,9はスイツチの入力信号端、
10は整流用ダイオード、11はゲートシヤント
抵抗、12は平滑化のための抵抗、13〜16は
双方向スイツチを構成するためのダイオード、1
7および18は、電界効果トランジスタのソース
電極端およびドレイン電極端をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ゲートシヤント抵抗を有する電界効果トラン
    ジスタのドレイン、ソース端間に、p形トランジ
    スタならばアノードを、n形トランジスタならば
    カソードをドレイン側に向けて2個直列接続した
    ダイオード列を2組設け、それぞれのダイオード
    列の中点を被スイツチ端とし、駆動用パルス電源
    の出力端と該電界効果トランジスタのゲート電極
    側端、および駆動用パルス電源の接地電極端と該
    電界効果トランジスタのソース電極側端同志のう
    ち少なくとも、駆動用パルス電源の出力端と該電
    界効果トランジスタのゲート電極側端とをコンデ
    ンサで接続し、駆動用パルス入力電圧列によつて
    該コンデンサのゲート電極側端と、ソース電極側
    端間に生ずるパルス電圧列を、該コンデンサのゲ
    ート電極側端と、電界効果トランジスタのゲート
    電極間に設けた整流平滑化回路により整流平滑化
    し、電界効果トランジスタの直流ゲート入力とな
    したることを特徴とする固体交流スイツチ。
JP4401579A 1979-04-11 1979-04-11 Solidstate alternating current switch Granted JPS55136720A (en)

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