SE420254B - Styrkrets for styrd diodomkopplare - Google Patents

Description

#- 10 15 20 25 30 35 40 5965702-9 2 i ringsspänning till styret (eller gallret) måsta knnna tåla en mera positiv spänning än den som förefinns på anoden och katoden och de i_måste kunna tillföra en ström som som är åtminstone av samma storleks- ordning som den genom själva omkopplaren gående._ GDS av den nämnda typen är relativt nya inom teknikområdet ifråga och det finns därför föga publicerad information som beskriver de tillsammans med desamma använda styrkretsarna.

Det är önskvärt att åstadkomma i halvledarteknik utförda styr- kretsar för användning tillsammans med GDS, vilka kretsar kan tillver- kas på samma substrat som de omkopplare som skall styras.

En lösning på problemet att styra tillståndet för en första styrd diodomkopplare (GDS1) är i enlighet med uppfinningen att anordna kretsar som är kännetecknade av att de innehåller en andra styrd diodomkopplare (GDS2) vars katod är kopplad till styret i GDS1 samt en spänningsstyrningsgrenkrets som är kopplad till GDS2 för att styra ledningsförmågan mellan dennas anod och katod.

Tillståndet för GDS2 styres väsentligen av spänningsstyrnings- grenkretsen som selektrivt ställer in styre-anod-spänningen. En relativt lågspänd puls triggar spänningsstyrningskretsen. Spännings- styrningskretsen tål höga spänningar men endast måttlig ström. Sålun- da måste en konstant ström som går igenom GDS2 ha ett måttligt värde för att spänningsstyrningskretsen skall kunna slå om GDS2 från TILL- -tillståndet till FRÅN-tillståndet. l När GDS2 är i FRÅN-tillståndet är styret i GDS1 på en potential- nivå som ej är mera positiv än potentialen på dess anod och katod, och följaktigen är GDS1 i TILL-tillståndet, så att ström kan ledas mellan anoden och katoden. För att koppla om GDS1 till FRÅN-tillståndet krävs att dess styre-potential kan ökas till ett värde som är mera positivt än potentialen på anoden och katoden och att elektroner, åtminstone i den mängd som går mellan dess katod och dess anod, upp- samlas på styret och därefter avlägsnas från detta. Ur kretsteknisk synpunkt är avlägsnande av elektroner från styret i GDS1 ekvivalent med att (från en källa) tillföra positiv laddning (ström) till styret i DS1. Anoden i GDS2 är kopplad till en potentialkälla som är vald så att den är mera positiv än potentialen på anoden i GDS1. När GDS2 är i TILL-tillståndet är potentialen på styret i GDS1 (och även kato- den i GDS2) mera positiv än potentialen på anoden i DS1, och GDS2 kan tillföra tillräcklig positiv ström för att GDS1 skall kopplas om till eller kvarhållas i FRÅN-tillståndet. Olika ytterligare utföringsfor- mer kommer att beskrivas. 10 15 20 25 30 35 NO 8005702-9 3 ritning med fig. 1 - 6 är §ig¿_1 en schematisk genom- Fig. 2 visar en omkopplare med en styrkrets i enlighet med uppfinningen. Fig. 3 visar en annan utföringsform av en styrkrets i enlighet med uppfinningen. Fig. N visar en dubbelriktad omkopplare som likaledes kan styras med den i fig. 1 visade styrkretsen. Fig. 5 visar omkopplar-styrkretsar i enlighet med ytterligare en utföringsform av uppfinningen, och fig. 6 visar styrkretsar i enlighet med ännu en utföringsform av uppfinningen.

I fig. 1 visas en föredragen form av en GDS-struktur 10 som innehåller en stöddel 12 med en huvudyta 11 och en monokristallinisk halvledarkropp 16 vars huvudmassa eller "bulk" är av konduktivitets- typen poch vilken är skild från stöddelen 12 av ett dielektriskt skikt 1h.

På bifogade skärningsbild av en styrd dicdomkopplare.

En lokalt begränsad anodregion 18 som är av konduktivitetstypen p+ befinner sig i kroppen 16, och en del av denna region sträcker sig till ytan 11. En lokalt begränsad styre-region 20, som är av konduk- tivitetstypen n+, och en lokalt begränsad katodregion ZH, som är av konduktivitetstypen n+, befinner sig likaledes i kroppen 16. dn region 22 som är av konduktivitetstypen p och som har en del vilken sträcker sig till ytan 11, omger katoden 2U och verkar såsom en skärm som förhindrar penetrering genom det utarmade skiktet. Den förhindrar dessutom inversion i de delar av kroppen 16 som befinner sig vid eller i närheten av ytan 11 mellan regionerna 20 och 23. Styre-regionen 20 befinner sig mellan anodregionen 18 och regionen 22 och är skild från båda dessa av bulk-partier av kroppen 16. Resistiviteterna i regio- nerna 18, 20 och 2ü är låga i förhållande till resistiviteten 1 bulk- -delarna av kroppen 16. Resistiviteten i regionen 22 har ett värde mellan resistiviteten i katodregionen 25 och resistiviteten i kroppens 16 bulk-del.

Elektroderna 28, 30 och 32 är ledare som gör lågresistív kontakt med ytdelarna av regionerna 18, 20 resp. 2U. Ett dielektriskt skikt 26 täcker huvudytan 11 så att det isolerar elektroderna 28, 30 och 32 från alla regioner utom dem till vilka de skall vara elektriskt an- slutna. En elektrod 36 ger lågresistiv kontakt med stödet 12 genom en kraftigt dopad region 34 som är av samma konduktivitetstyp som stödet 12.

Stödet 12 och kroppen 16 kan båda lämpligen vara av kisel, och stödets konduktivitetstyp kan vara antingen n eller p. Var och en av elektroderna 28, 30 och 32 överlappar med fördel den halvledarregion till vilken de är lågresistivt anslutna. Elektroden 32 överlappar ' 10 15 20 25 30 35 NO ltial som finns tillgänglig. 8905702~9 U 2 även regionen 22. Denna överlappning, som med ett engelskt fackut- tryck kallas "field plating", gynnar drift vid hög spänning, eftersom den ökar den spänning vid vilken genombrott inträffar.

Ett flertal skilda kroppar 16 kan vara framställda i ett gemen- samt stöd 12 för åstadkommande av ett flertal omkopplare.

Strukturen 10 arbetar i typiska fall som en omkopplare vilken är kännetecknad av en lågimpediv strömbana mellan anodregionen 18 ooh katodregionen 2% när den är i TILL-tillståndet (ledande) och en hög- impediv strömbana mellan de båda regionerna när den är i FRÅN-till- ståndet (det blockerade tillståndet). Den potential som tillföres till styre-regionen 20 bestämmer omkopplarens tillstånd. Ledning mellan anodregionen 18 och katodregionen 2U föreligger om potentialen i styre-regionen 20 understiger potentialen i anodregionen 18 och katodregionen ZU. Vid TILL-tillståndet injiceras hål i kroppen 16 från anodregionen 18, och elektroner injiceras i kroppen 16 fråns katodregionen 24. Dessa hål och elektroner kan förefinnas i tillräck- lig mängd för att bilda ett plasma vilket konduktivitetsmodulerar kroppen 16. Detta medför effektivt sett en sänkning av kroppens 16 resistans, så att resistansen mellan anodregionen 18 och katodregionen 24 är relativt låg när strukturen 10 arbetar i TILL-tillståndet.

Denna typ av funktion benämnes dubbelriktad laddningsbärarinjicering.

Regionen 22 hjälper till att begränsa penetreringen genom ett utarmningsskikt som under drift bildas mellan styre-regionen 20 och katodregionen ZU och hjälper till att förhindra bildandet av ett ytinversionsskikt mellan dessa båda regioner. Dessutom medför den att det blir lättare att placera styre-regionen 20 och katodregionen 24 relativt nära varandra. Detta medför att man lättare kan erhålla relativt låg resistans mellan anodregionen 18 ocb katodregionen 22 i TILL-tillståndet. Ev ' Substratet 12 hålles iïtypiska fall på den mest positiva poten- ¿Ledning mellan anodregionen 18 och katod- regionen ZN spärras eller avskäres om potentialen i styre-regionen 20 är tillräckligt mycket mera positiv än potentialen i anodregionen 18, katodregionen 2U och regionen 22. Storleken av den positiva över- skottspotential som krävs för att förhindra ledning är en funktion av geometrin och störämneskoncentrationsnivåerna (dopämnesnivâerna) i strukturen 10. Denna positiva styre-potential medför att en vertikal tvärsnittsdel av kroppen 16 mellan styre-regionen 20 och den därunder befintliga delen av det dielektriska skiktet 14 utarmas och att poten- tialen i denna del av kroppen 16 blir mera positiv än potentialen i ' 10 15 20 25 30 35 40 8005702-9 5 anodregionen 18, katodregionen 2U och regionen 222 "Denna positiva potentialbarriär förhindrar hål-ledning från anodregionen 18 till katodregionen 24. I stort sett avsnör den kroppen 16 mot det dielekt- riska skiktet 1U i kroppens bulk-del under styre-regionen 20 och sträcker sig ned till det dielektriska skiktet 1U. Den har även till uppgift att uppsamla i katodregionen 24 emitterade elektroner innan de kan nå anodregionen 18. Det blockerande (icke-ledande) tillståndet är FRÅN-tillståndet.

I fig. 2 visas styrkretsar 210 (visade inom den större i strecka- de linjer ritade rektangeln) som är kopplade till en styrd diodomkopp- lare GDS1 av den i fig. 1 visade typen med anod-, kstod- och styre-an- slutningsklämmor. GDS1 har visats representerad med en elektronisk symbol som har antagits för att beteckna en styrd diodomkopplare av godtycklig typ.

Styrkretsarna 210 innehåller en styrd diodomkopplare GDS2 som likaledes kan vara av den i fig. 1 visade typen med anslutningar för anod, katod och styre, en första och en andra strömbegränsare CL1 och CL2, en npn-transistor Q1, pn-dioder D1, D2 och D3, resistcrer R1, R2 och R3 samt kondensatorn C1. Anoderna i D1 och D3 samt en första anslutning till CL1 är samtliga förbundna med en anslutningsklämma 212. Kollektorn i Q1 är kopplad till katoden i D3 och till en anslut- ningsklämma 211. Katoden i D1 är kopplad till styret i GDS2 och till en anslutningsklämma 220. Basen i Q1 är kopplad till en ingångs- anslutningsklämma 216 via dioden D2. Emittern i Q1 är kopplad til en ingångsklämma 218 och till matningsdonet VSS. En andra anslutning till CL1 är kopplad till matningsdonets +V1 och till en anslutninge- klämma 21U. CL2 är med en första anslutningsklämma kopplad till katoden 1 GDS2, styret i GDS1 och till en anslutningsklämma 222. CL2 är kopp1ad.med en andra anslutningsklämma till matningsdonets -V3 och till en anslutningsklämma 228. En tredje strömbegränsare CL3 är kopplad via en första anslutningsklämma till anslutningsklämman 220 och via en andra anslutningsklämma till ett matningsdons -VÄ samt till en anslutningsklämma 226. CL3 och -VH kan båda väljas enligt önskan. -V4 kan vara samma potential som VSS eller -V3.

Anoden i GDS2 är kopplad till en anslutningsklämma hos R3 och till en anslutningsklämma 221. En andra anslutningsklämma till R3 är kopplad till en första anslutningsklämma till R2 och till en anslut- ningsklämma 223 samt till en första anslutningsklämma till C1. En andra anslutningsklämma till R2 är kopplad till matningsdonets +V2 och till en anslutningsklämma 224. En andra anslutningsklämma till C1 är' 10 15 20 25 30 35 H0 3-965702-9 6 kopplad till anslutningsklämman 218. positiv än +V2. _ Kombinationen av D1, D2, D3, Q1, CL1, R1 och CL3 (visad inom den med streckade linjer inritade rektangeln A) tjänstgör som en spän- ningsreglerings-grenkrets och är anordnad att ställa in potentialen på anslutningsklämman 220 (styret i GDS2) så att den styr tillståndet för GDS2. C1 och R3 kan tillfogas om man så önskar. Utan C1 och R3 skulle anslutningsklämmorna 221 och 223 vara direkt hopkopplade. C1 tjänstgör som en begränsad laddningskälla vilken används för att göra det lättare för GDS1 att koppla om till FRÅN-tillståndet. Utan C1 skulle man behöva ha en större konstant ström genom GDS2 när den är i TILL-tillståndet för att säkerställa att tillräcklig ström finns tillgänglig att tillföras till styret i GDS1 för att försätta GDS1 i FRÅN-tillståndet.

Det grundläggande arbetssättet är följande. anod- och katodanslutningsklämmorna till GDS1 är kopplade till +220 volt resp. -220 volt kan ledning ske mellan anod och katod i denna GDS om styret (anslutníngsklämman 222) är mindre positiv än +220 volt.

Det ledande tillståndet upphör (bryts) genom att man höjer styrets _ (klämma 222) potential över +220 volt och genom att man tillhandahål- ler en källa till positiv ström som går in i styret (klämman 22) hos GDS1. Om +V1 = +280 volt VSS = noll volt, +V2 = +220 volt, -V3 = -250 volt, -VH = -250 volt och om strömbegränsarna CL1, CL2 och CL3 begrän- sar de genom desamma gående strömmarna till 50, 5 resp. 5 mikroampere, kan kretsarna 210 tillhandahålla de erforderliga potentialerna på klämman 222 och den strömkälla till klämman 222 som erfordras för styrning av tillståndet för GDS1. Strömbegränsarnas konstruktion är exempelvis beskriven i "Sourcebook of Electronic Circuits", John Markus, McGraw-Hill Book Co., 1968, sid 171.

Om man först antar att man önskar tillåta ledning genom GDS1, tillföres en ingängssignal med en potentialnivå mellan 0 och 0,4 volt till anslutningsklämman 216. Därigenom förspännes Q1 i spärriktningen och tillåtes att anslutningsklämman 212 antar en potential av ungefär +V1 (ca +28O volt)Å Om CL3 ej finns, leder D1 i framriktningen till dess att anslutningsklämman 220 inom några tiondels volt når den på anslutningsklämman 212 rådande potentialen och upphör därefter att leda: Om CL3 finns anordnad får man en ström från +V1 via CL1, D1, CL 3 och till -VH. CL1 och CL3 är så valda att den spänning som uppträder på klämman 220, då Q1 är förspänd till oledande tillstånd, har en nivå som är avsevärt mera positiv än potentialen +V2. Även i +V1 är vald så att den är mera Om man antar att 10 15 20 25 30 35 H0 8005702-'9 7 detta fall antar anslutníngsklämman 220 en potential av nära +28O volt. I detta tillstånd förspännes GDS2 till FRÅN-tillståndet, och sålunda isoleras anslutningsklämman 222 från potentialen +V2. Spän- ningen på anslutningsklämman 222 faller sålunda till följd av den negativa potentialen -V3 (-250 volt) till dess att styre-anod-över- gången i GDS1 blir förspänd i framriktningen. Anslutningsklämman 222 stabiliseras nu på en potential nära men ej överstigande potentialen på anoden i GDS1. Följaktligen förspännes GDS1 till TILL-tillståndet och ledning föreligger mellan dess anod och katod. Den ström som går från anoden till styret i GDS1 begränsas av CL2 till en obetydlig bråkdel av den genom GDS1 gående strömmen mellan anod och katod.

Om GDS2 hade befunnit sig i TILL-tillståndet före tillförandet av ingàngsnivån O à 0,U volt till anslutníngsklämman 216, så går positiv ström från +v1 via D1 ooh till styret i GDS2. CL1 är vald så att den tillåter en större genom densamma gående ström än CL2, så att det säkerställas att tillräcklig positiv ström finns tillgänglig att tillföras till styret i GDS2 för att ledningstillståndet mellan dess anod och katod skall bringas att upphöra. Endast en relativt måttlig positiv ström behöver tillföras till styret i GDS2 för att bringa dess ledningstillstånd att upphöra, eftersom endast 5 mikroampere går genom GDS2. Det är sålunda ej nödvändigt att använda en högströmsanordning för att tillhandahålla den erforderliga strömkällan för att försätta GDS2 1 oieaanee tillstånd (FRÅN).

Klämmans 216 potential höjas till en nivà_av 2-5 volt för att bringa GDS1 ett koppla om till det oledande tillståndet (FRÅN). Denna ingångsspänningsnivå förspänner Q1 till ledande tillstånd och tillåter Q1 att arbeta i mättníng. Potentialen på klämman 212 dras ned till ungefär +1,6 volt (under antagande av en ingångsspänning på klämman 216 av 2 volt, en mättad kollektor-emitter-spänning VCE(SAT) av 0,3 volt för Q1 och ett spänníngsfall över D3 av 0,7 volt). Potentialen på klämman 212 är nu en funktion av ingångsspänningsnivån, VCE(SAT) för Q1 och framspänningsfallet över D3. Om CL3 saknas, dras klämman 220 till ett värde nära +V2 eller till en mera negativ potential till följd av lackning genom D1. Potentialen på klämman 220 kan ej gå ned så att den är lägre än ett diodspänningsfall under potentialen på anoden i GDS2, eftersom en'skiktdiod innefattande anoden ooh styret i GDS2 blir förspänd i framriktningen och lyfter potentialen på klämman 220. Om CL3 är anordnad, kommer klämman 220 att snabbt och aktivt hållas på ett värde nära ett diodspänningsfall under potentialen för anoden i GDS2. I båda fallen kommer detta att medföra att GDS2 slår I 10 15 20 25 30 35 H0 3005702-9 8 om till TILL-tillståndet. Detta medför att potentialen på klämman 222 är på +V2 minus spänningsfallet över R3 och R2 och minus framspän- ningsfallet mellan anod och katod i GDS2. Spänningsfallen över R2, R3 och GDS2 är så valda att potentialen på anslutningsklämman 222 är tillräcligt mycket mera positiv än potentialen på anoden i GDS1 för att GDS1 skall slå om till oledande tillstànd (FRÅN). Dessutom går en tillräckligt stor ström till styret i GDS1 för att denna skall slå om till FRÅN-tillståndet. Sá snart GDS1 har bragts till oledande till- stånd upphör strömmen till dess styre. Geometrin och störämneskon- centratíonerna för GDS1 bestämmer exakt hur mycket potentialen på styret måste överskrida potentialen på anoden och katoden för att GDS1 skall slås om till FRÅN.

Minoritetsladdningsbärare (t.ex. elektroner) som emitteras från katoden i GDS1 och uppsamlas av styret är ekvivalent med en positiv ström från +V2 genom R2, R3, GDS2 och till styret i GDS1. Denna ström kan vara betydande, och därför är det nödvändigt att ha ett för hög spänning och stor ström lämpligt organ, exempelvis GDS2, för att koppla om GDS1 till oledande tillstånd. En för hög spänning och stor ström avsedd transistor i denna styrkrets skulle vara orimligt kost- nadskrävande. ' R2 och H3 begränsar strömmen från +V2 genom GDS2 och till styret i GDS1. Dessutom begränsar R3 strömmen från C1. Detta medverkar till att med säkerhet förhindra att GDS1 och/eller GDS2 bränns sönder. I många telefonväxelapplikationer arbetar GDS1 med endast 48 volt mellan anod och katod i FRÅN-tillståndet; det är dock möjligt att 1 220 volt uppträder på anoden och/eller katoden till följd av ringsignal, prov- spänningar, styrning av myntapparater samt inducerade 60 Hz spänning- ar, och styrkretsen 10 är därför utförd för att blockera dessa höga spänningar.

När Q1 arbetar i mättning är dess bas-kollektor-övergång poten- tialmässigt förspänd i framriktningen. D3 har till uppgift att med- verka till att förhindra att ström går från ingångsklämman 16 via kollektor-bas-övergången i Q1 och därefter genom D1.

Kretsen enligt fig. 2 exklusive CL3, R2, R3 oc C1 har tillverkats på en enda IC-kretsbricka, varvid GDS1 och GDS2 är av den i fig. 1 visade typen. Den tillverkade styrkretsen tillät blockering av 500 volt mellan anod och katod i GDS1 och brytning av en ström av 100 milliampere genom densamma. Detta är en mycket större ström än vad som skulle kunna hanteras av en spänningsstyrkrets A med komponenter som är ekonomiskt rimliga eller lämpliga för tillverkning medelst 10 15 20 25 30 35 H0 8005702- 9 9 IC-kretsteknik. Resistorernas R1 och R3 resistansvärden är 1000 resp. 3000 ohm när C1 och R2 ej användes och med R3 kopplad direkt till +V2. När C1 och H2 används reduceras den tid som erfordras för om- koppling av GDS1 från TILL till FRÅN. Ett föredraget värde på C1 är 0,1/uF med R1 = 1000 ohm, R2 = 2x105 ohm och R3 = 3000 ohm.

I fig. 3 visas en styrkrets 310 som är kopplad till en styrd diodomkopplare GDS31 med anslutningsklämmor för anod, katod resp. styre. Styrkretsen 310 liknar styrkretsen 210 enligt fig. 2 utom i det att dioderna D1 och D3 är eliminerade och att en strömspegelkrets- konfiguration innefattande pnp-transistorerna 02 och Q3 har använts.

Emittrarna i Q2 och Q3 är hopkopplade och anslutna till klämman 31N och till matningsdonets +V30. Baserna i Q2 och Q3 är hopkopplade och anslutna till kollektorn i Q2 och till en första anslutningsklämma hos CL31 och till en anslutningsklämma 330. Kollektorn i Q3 är kopp- lad till styret i GDS31, till en första anslutningsklämma hos CL33 samt till en kretsklämma 320. I stort sett samtliga övriga komponen- ter och mellankopplingar liknar dem som förekommer i kretsen enligt fig. 2.

Kombinationen av D32, Q31, R31, Q2, Q3, CL31 och CL33 (visad inom en med streckade linjer ritad rektangel B) kallas spänningsreglerings- grenkrets och är anordnad att ställa in anslutningsklämmans 320 poten- tial så att den styr tillståndet för GDS32.

Med en lämplig högnivå-spänning (i typiska fall +2 till 5 volt) tillförd till klämman 316 är Q31 förspänd till ledande tillstånd och leder från matningsdonets +V31 via Q2, CL31, Q31, R31 och till mat- ningsdonet VSSO. Q2 och Q3 utgöres av i stort sett identiskt lika transistorer. Det är välkänt för en fackman att denna konfiguration för Q2 och Q3 resulterar i väsentligen samma ström genom Q2 som genom Q3. Med Q31 förspänd i framriktningen är anslutningsklämman 320 på potentialen +V31 minus kollektor-emitter-spänningen (VCE) i Q3. Med en ingángssignal på låg nivå (0 - 0,Ä volt) tillförd till anslutnings- klämman 316 är Q31 förspänd till FRÅN-tillståndet och ingen ledning sker genom Q31 och Q2. Ingen ledning sker sålunda genom 03. Klämmans 320 potential dras sålunda åt ett värde av ca -V3Ä till dess att anod-styre-övergången i GDS32 är förspänd i framriktningen nära men något mindre positiv än potentialen +V32.

+V31 är vald så att den är mera positiv än +V32, och potentialen -V3H är vald så att den är mera negativ än +V32. Verkningssättet för GDS32 vid styrning av tillståndet för GDS31 är väsentligen detsamma som det för GDS2 i fig. 2 beskrivna. Användningen av samma potentia-n 10 15 20 25 30 35 HO 8005702-9 10 ler för matningsdonen i fig. 3 som för motsvarande matningsdon i fig. 1 resulterar i en krets som underlättar styrningen av tillståndet för GDS31 med ¿ 220 volt på anoden och/eller katoden. Variation av poten- tialen på klämman 320 medför att GDS32 arbetar på samma sätt som den motsvarande GDS2 i fig. 1. Sålunda styres tillståndet för GDS31 på samma sätt som tillståndet för den motsvarande GDS1 i fig. 2, men med en ingångssignal av motsatt polaritet.

De komplementära transistorerna Q31 och Q2 eller Q3 kan tillver- kas på samma IC-kretsbricka som GDS32 varvid båda framställes med användning av dielektriskt isolerade strukturer.

I fig. U visas en dubbelriktad omkopplare som innehåller de dstyrda diodomkopplarna GDS3 och GDSV, varvid katoden i GDS3 är kopplad till anoden i GDSÄ och styrena är hopkopplade. En fördel med den styrda diodomkopplaren i fig. 1 är att tvâ sådana omkopplare kan kopplas i motriktad parallellkoppling på detta sätt och fortfarande tåla höga spänningar utan lavingenombrott. Styrena i GDS3 och GDSH kan kopplas till anslutningsklämman 222 hos styrkretsen 10 i fig. 2 eller till anslutningsklämman 322 i fig. 3 för att styra dessa på det ovan beskrivna sättet. D.v.s. tillståndet för GDS3 och GDSU kan styras på samma sätt som tillståndet för GDS1 i fig. 2 och GDS31 i fíß- 3.

Många olika variationer är möjliga inom ramen för uppfinningen.

Man kan exempelvis använda ett flertal andra styrkretsar i stället för de visade, kopplade till styrena i GDS2 och GDS32 i fig. 2 resp. 3 för att åstadkomma de spänningsnivå- och drivström-prestanda som krävs för styrning av desamma. Vidare kan man ersätta npn-transistorerna med pnp-transistorer under förutsättning att matningsdonens polariteter ändras på för en fackman välkänt sätt. Dessutom kan R1 och R31 utgö- ras av stryp-resistorer. Vidare kan emittrarna i Q1 och Q31 vara kopplade direkt till VSS resp. VSSO. I detta fall skulle strömbegrän- sare, i typiska fall en resistor, inkopplas i serie med respektive ingångsklämmor 216 och 316. 3 3 2 I fig. 5 visas ytterligare en utföringsform av uppfinningen som innefattar en styrkrets 510 som är kopplad till styre-anslutningskläm- man 528 i en styrd diodomkopplare GDS51. Styrkretsen 510 har till uppgift att styra tillståndet för GDS51, och den innehåller transisto- rerna Q51 och Q52, dioderna D51 och D52, en styrd diodomkopplare GDS52, strömbegränsarna CL51 och CL52 samt resistorerna B51 och R52.

Komponenterna inom den med streckade linjer ritade rektangeln 5A har till uppgift att styra anod-till-katod-potentialen i GDS52. R52 kan Å 10 15 20 25 30 35 NO 8005702-9 11 insättas om så önskas och den kan även utelämnas.

Om man antar att anoden och katoden i GDS51 är kopplade till +220 volt resp. -220 volt sker ledning mellan dennas anod och katod om styret i GDS51 (klämman 528) är mindre positiv än +220 volt. Ledning upphör (bryts) om man ökar styrets (klämma 28) potential över +220 volt och om man åstadkommer en strömkälla för att tillföra ström till styret (klämman 528) i GDS51. Med +V51 = 250 volt, VSS = noll volt, -V52 = -220 volt och om strömbegränsarna CL51 och CL52 begränsar strömmen därigenom till 50 resp. 5 mikroampere, kan kretsen 510 ge de erforderliga potentialerna på klämman 528 och de strömtillförselpres- tanda som krävs för styrning av tillståndet för GDS51.

Om man önskar tillåta ledning genom GDS51 tillföres en ingångs- signal pâ O å 0,H volt till ingángsklämman 516. Härigenom förspännes Q51 i spärriktningen och klämman 518 antar en potential av ungefär +V51. Detta tillstånd medför att Q52 förspännes i spärriktningen och resulterar i en väsentligen öppen krets mellan +V51 och klämman 526 (anoden i GDS52). Sålunda befinner sig GDS2 i FRÅN-tillstånd, efter- som ingen ström kan gå mellan dess anod och dess katod. När GDS52 är i FRÅN-tillståndet är klämman 528 isolerad från +V51 och tenderar att anta negativa potentialen -V52 (-250 volt) till dess att potentialen för styre-anod-övergången i GDS51 blir förspänd i framriktningen.

Anslutningsklämmans 528 potential stiger nu till ett värde som är lägre än men nära potentialen på anoden i GDS51. Följaktligen för- spännes GDS51 till TILL-tillståndet, och ledningstillstånd råder mellan anoden och katoden i däri. Strömmen från anoden till styret i GDS51 begränsas av CL52.

Potentialen på klämman 516 pulsas nu till 3-5 volt. att framgå av det följande medför detta att GDS51 kopplas om till FRÅN-tillståndet. Q51 förspännes till ledande tillstånd och arbetar i mättning. Detta medför att D51 och emitter-bas-övergången i Q52 förspännes i framriktningen. Q52 förspännes sålunda till ledande tillstånd och kan då leda från +V51 via emitter-kollektor-sträckan 1 Q52, anod-katod-sträckan 1 GDS52 och CL52 till -V52. Kollektor-emit- ter-spänningen i Q52 (VCE) med Q52 förspänd till ledande tillstånd väljas så att den är mindre än framspänningsfallet över D52. Härige- nom säkerställes att potentialen på anoden (klämman 526) är mera positiv än potentialen på styret (klämman 52N) så att GDS52 förblir i ledande tillstànd. Med GDS52 i ledande tillstånd antar anslutninga- klämman 528 en potentialnivå nära +V51. Denna potentialnivå är till- räokligt mycket mera positiv än potentialnivån på anoden i GDS51 för ' Som kommer 10 15 20 25 30 35 no 31005702-9 12 att GDS51 skall övergå till FRÅN-tillståndet. Geometrin och störäm- neskoncentrationen (dopningsnivåerna) i GDS51 bestämmer exakt hur mycket mera positiv styrets potential måste vara í förhållande till anoden för att GDS51 skall övergå till oledande tillstånd.

För att slå om GDS51 till FRÅN-tillståndet är det nödvändigt att man ej endast tillför den erforderliga potentialnivån till styret i GDSSJ utan att man dessutom tillför en ström till styret i GDS51 vars storlek är jämförlig med storleken av den ström som går mellan anoden och katoden i GDS51. övervägande delen av den ström som går in i styret i GDS51 går från +V51 via D52 och därefter genom styret och katoden i GDS52. Resten av strömmen går från +V51 via kollektor-emit- ter-sträckan i Q52 och därefter genom anod-katodsträckan i GDS52.

Denna ström kan ha avsevärd storlek och det är därför nödvändigt att ha ett för hög spänning och stor ström avsett organ, exempelvis GDS52, för att bringa GDS51 att slå över till FRÅN-tillståndet.

Strömförstärkningen i Q52 medför begränsning av strömmen in i styret i GDS51 från GDS52. I många telefonväxelapplikatíoner arbetar GDS51 med endast H8 volt mellan anoden och katoden när den är i FRÅN- tillståndet; det kan dock förekomma att i 220 volt uppträder på anoden och/eller katoden till följd av ringsignaler och inducerade spänningar av frekvensen 60 Hz, och kretsen 510 är därför konstruerad för att blockera dessa höga spänningar.

I fig. 6 visas en styrkrets 610 som är kopplad till styre-anslut- ningsklämman till en styrd diodomkopplare GDS6]. Styrkretsen 610 liknar styrkretsen 510 i fig. 5 utom i det att npn-transistorerna Q63 och Q6U samt pn-dioderna D63 och Dóü har tillfogats på det i figuren âskådliggjorda sättet. _ Q63 och Qófl är hopkopplade i en Darlingtonekonfiguration med kollektorerna förbundna med varandra och anslutna till en klämma 620, och emittern i Q63 är kopplad till basen i Q6H och till en anslut- ningsklämma 63N. Kollektorn i Q62 är kopplad till basen i Q63 och till anslutningsklämman 632. Emittern i Q62 är även kopplad till anslutningsklämman 620. Emittern i Q6U är kopplad till anoden i GDS62 och till en anslutningsklämma 626. D62, D63 och Dóü är seriekopplade mellan klämmorna 620 och 62H med anoden i D62 kopplad till klämman 620 och katoden i D6U kopplad till klämman 62B. Komponenterna Q61, CL61, D61, 062, Q63, Q6ü, D62, D63, Dóü, R61 och R62 tjänstgör som regler- kretsgren (visad inuti den med streckade linjer ritade rektangeln 6A) som har till uppgift att styra potentialen på anoden i GDS20 i för- hållande till dess katod. R62 kan användas om så önskas, men den kan' 10 15 20 25 30 35 HO 8005702~9 13 även utelämnas.

Det är i viss typ av halvledarteknik svårt att åstadkomma en pnp-transistor som har hög strömförstärkning. Kombinationen av Q62, Q63 och Qßü verkar väsentligen som ekvivalent till en pnp-transistor som har relativt stor strömförstärkning. Sålunda fullgör Q62, Q63 och Q6N väsentligen samma funktion som Q62 i fig. 5. D63 och Dóü behövs för att förskjuta summan av emitter-bas-spänningsfallen i Q63 och Q6H. Med Q62, Q63 och Qöfl förspända till ledande tillstånd är spän- ningen pà styret i GDS62 (klämman 62N) mindre positiv än spänningen på anoden i GDS62 (klämma 626). Detta bidrar till att säkerställa att GDS62 är i TILL-tillståndet.

Kretsen enligt rig. 6, där R62 är utelämnad, har byggts och provats. Denna styrkrets 610 tillåter blockering av 500 volt mellan anoden och katoden i GDS61 och brytning av en ström av 100 milliampere därigenom.

De här beskrivna utföringsformerna är avsedda att belysa uppfin- ningens allmänna principer. Olika modifikationer är möjliga inom ramen för uppfinningen.' Exempelvis kan andra omkopplingsorgan, t.ex.

MOS-transistorer, användas istället för de bipolära transistorerna, förutsatt att spänningar och polariteter är valda på ett för fackman- nen välkänt sätt. une-_- ~~~~~~~ u-

Claims (3)

1. 8305792-9 _. lä Patentkrav 1. Kretsanordning för användning tillsammans med en första halv- ledare-omkopplingsanordning (GSD1) av den typ som innefattar en halv- ledarkropp (16) av vilken en bulk-del har relativt hög resistivitet, en första region (18) av en första konduktivitetstyp och med relativt låg resistivitet, en andra region (20) av en andra konduktivitetstyp, motsatt mot den första konduktivitetstypen, vilka första och andra regioner är anslutna till utgångsanslutningsklämmor hos omkopplings- anordningen, en styre-region (12) av den andra konduktivitetstypen, varvid den första regionen, den andra regionen ooh styre-regionen är _ åtskilda från varandra av partier av bulk-delen (16), varvid anord- ningens parametrar är sådana att, när ett första spänning är tillförd till styre-regionen, en utarmningsregion bildas i halvledarkroppen, vilken region väsentligen förhindrar att ström går mellan den första och den andra regionen samt att när en andra spänning är tillförd till styre-regionen och när avpassade spänningar är tillförda till den första och den andra regionen en relativt lågresistiv strömbana bildas mellan den första och den andra regionen genom dubbelsidig laddnings- bärar-injektion, vilken kretsanordning är k ä n n e t e c k n a d .av dels en andra omkopplingsanordning (GSD2) av samma typ som den första omkopplingsanordningen, varvid en utgångsanslutningsklämma hos den andra omkopplingsanordningen är kopplad till den första omkopplings- anordningens (GSD1) styre; dels en spänningsstyrningsgrenkrets (A) som är kopplad till den andra omkopplingsanordningen (GSD2) för att styra ledningstillstândet mellan dennas första och andra region.

2. Kretsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e o k n a d av att spänningsstyrningsgrenkretsen (A) som är kopplad till den andra styrda diodomkopplaren (GSD2) innefattar ett första omkopplingsdon (Q1) som har en styr-anslutningsklämma och en första (211) och en andra (217) utgàngsanslutningsklämma samt en första strömbegränsare (CL1) som är kopplad till det första omkopplingsdonets (Q1) första utgångsklämma (211).

3. Kretsanordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att den dessutom innefattar en andra strömbegränsare (CL2) vilken är ' _ anordnad att begränsa strömmen till en avsevärt mindre storlek än den första strömbegränsaren (CL1) och är kopplad till en utgångsklämma hos den andra styrda diodomkopplaren (GSD2). H. Kretsanordning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att omkopplingsdonet (Q1) är en skikttransistor vara kollektor är kopplad till den första strömbegränsaren (CL1). I _ 8005702-9 15 5. Kretsanordning enligt kravet N, k ä n n'e t e c k n a d av att den första xtrömbegränsaren (CL1) är anordnad att kopplas till en första potentialkälla (+V1) samt att utgångsanslutningsklämman hos den andra styrda diodomkopplaren (GSD2) är anordnad att kopplas till en andra potentialkälla (+V2) som är mindre positiv än den första poten- t1a1kä11an.' 6. Kretsanordníng enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en första resistor (R1) som är kopplad till den andra utgångsklämman hos det första omkopplingsdonet (Q1) och en andra resistor (R3) som är kopplad till en utgángsklämma hos den andra styrda diodomkopplaren (GSD2). 7. Kretsanordníng enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en tredje resistor (R2) och en första kondensator (C1) vilka båda är kopplade till den andra resistorn (R3). 8. Kretsanordning enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en tredje strömbegränsare (CL3) som är kopplad till en styre-region hos den andra styrda diodomkopplaren (GSD2). 9. Kretsanordning enligt kravet 5, k ä n n e t e o k n a d av att den dessutom innefattar en första diod (D1) som har en katod (anslut- ningsklämma 220) kopplad till den andra styrda diodomkopplarens (GDS2) styre och en anod (anslutningsklämman 212) kopplad till det första omkopplingsdonets (Q1) första utgångsklämma (211). 10. Kretsanordning enligt kravet 9, k ä n n e t e c k n a d av att den dessutom innefattar en andra diod (D2) som har en anod (an- slutningsklämman 216) som tjänstgör såsom ingângsklämma och en katod som är kopplad till transistorns (Q1, Q31) bas- 11. Kretsanordning enligt kravet 10, k ä n n e t e o k n a d av att den dessutom innefattar en tredje diod (D3) som har en anod kopp- lad till den första díodens (D1) anod och en katod kopplad till det första omkopplíngsdonets (Q1) första utgângsklämma. 12. Kretsanordníng enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att vart och ett av det andra och det tredje omkopplingsdonet (Q2, Q3 i fis- 3) uppvisar en styranslutningsklämma och en första och en andra utgångsklämma; varvid den andra utgångsklämman hos det andra och det tredje omkopplingsdonet (Q2, Q3) är hopkopplade och anslutna till en första kretsanslutningsklämma (314) och är anordnade att kopplas till den första potentialkällan (+V31 i fig. 3; varjämte styranslutningsklämmorna hos det andra och det tredje omkopplingsdonet (Q2, Q3) och den första utgångsklämman hos det andra' 8905702-9 16 omkopplingsdonet (Q2) är hopkopplade och anslutna till den första strömbegränsaren (CL31) och till en andra kretsanslutningsklämma (330); varjämte den första utgångsklämman hos det tredje omkopplingsdonet (Q3) är kopplad till styret hos den andra styrda diodomkopplaren (GDS32) och till en tvejde kretsansiutningsklämma (320). 13. Kretsanordníng enligt kravet 12, k ä n n e t e o k n a d av att det andra och det tredje omkopplíngsdonet (Q2, Q3) båda är skikt- transistorer vilkas styranslutningsklämmor är baser och vilkas första och andra utgångsklämmor är kollektorerna resp. emittrarna. 1N. Kretsanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att spänningsstyrningskretsgrenen (SA 1 fig. 5) innefattar dels en första omkopplargren (Q51) med en styranslutningsklämma som är kopplad till en ingângsklämma (516) och med en första (512) och en andra (514) utgângsklämma, dels en andra omkopplargren (Q52) med en styranslut- ningsklämma (518) kopplad till den första utgångsklämman (512) hos den första omkopplargrenen och en första (526) och en andra (520) utgångs- klämma med den första utgângsanslutníngsklämman (526) kopplad till en utgångsanslutníngsklämma hos den andra styrda diodomkopplaren (GDS52), samt en nivåväxlingsgren (D52) som har en första anslutningsklämma kopplad till den andra utgångsklämman (520) i den andra omkopplargre- nen och en andra anslutningsklämma (52U) kopplad till styret i den andra styrda diodomkopplaren (GDS52). 15. Kretsanordning enligt kravet lü, k ä n n e t e o k n a d av att den första omkopplargrenen är en npn-transistor, den andra omkopp- largrenen är en pnp-transistor ooh nivåväxlingsgrenen (D52) är en pn-diod. 16. Kretsanordning enligt kravet 14, k ä n n e t e c k n a d av att ' den första omkopplargrenen är en första npn-transistor (Q61 i fig. 6) och den andra omkopplargrenen är en kombination av en pnp-transis- tor (Q62), en andra npn-transistor (Q63) och en tredje npn-transistor (Q6H); kollektorn i den första npn-transistorn är kopplad till pnp-tran- sistorns bas; kollektorn 1 pnp-transistorn är kopplad till den andra npn-tran- sistorns (Q63) bas; emíttern 1 den andra npn-transistorn är kopplad till den tredje npn-transistorns (Qóü) bas; emittern i den tredje npn-transistorn är kopplad till en utgångs- klämma hos den andra styrda diodomkopplaren (GDS62); och Û 80 0 5 7 02- 9 17 nívâväxlingsgrenen innefattar en för-sta (DÉ2)", on andra (D63) och en tredje (DGU) pn-diod vilka är* hopkopplade i serie med katoden i den första kopplad till anoden i den andra och katoden i den andra kopplad till anoden i den tredje.