DE2011303B2

DE2011303B2 - Schutzschaltung fuer einen eingangskreis eines sperrschicht feldeffekt transistors

Info

Publication number: DE2011303B2
Application number: DE19702011303
Authority: DE
Inventors: Toru Tokio Takahashi
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1969-03-13
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1972-02-24
Also published as: US3655996A; DE2011303A1

Description

Die Erfindung betrifft e'w. Schutzschaltung für einen Eingangskreis eines Sperrschicht-F· 'deffekt-Transistors mit einem Eingangsschutzwiderstand zwischen einer Eingangsklemme und einer eingangsseitigen Gate-Elektrode.

Für den Fall, daß an den Eingangskreis eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors eine zu hohe Spannung angelegt wird, muß eine Schutzvorrichtung vorhanden sein, um sicherzustellen, daß die Gate-Spannung und die Spannung zwischen Gate- und Drain-Elektrode die Nenndaten des Feldeffekt-Transistors nicht übersteigt. Eine bisher zu diesem Zweck angewandte Schutzschaltung (USA.-Patentschrift 3 134 033) weist einen mit der Gate-Elektrode in Reihe geschalteten hohen Widerstand, der die erforderliche Schutzwirkung gegen Überspannungen in Durchlaßrichtung durch Ableitung des Gate-Elektroden-Stroms bietet, sowie eine die Gate-Elektrode schützende Diode und einen hohen Widerstand auf, die an die Gate-Elektrode angeschlossen sind und den Transistor vor Überspannungen in Sperr-Richtung schützen. Wenn eine derartige Sperrichicht-Feldeffekt-Transistorschaltung als Eingangskreis für einen Oszillographen eingesetzt wird, sollte die Schutz-Diode möglichst niedrigen Sperrstrom und eine niedrige Änderung der Sperrschicht-Kapazität infolge der Sperrspannung besitzen. Derartige, Dioden sind jedoch vergleichsweise teuer.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen Schutzschaltung für einen Eingangskreis eines Spcrrschicht-Fcldeffekt-Transistors, die ohne Verwendung einer Diode einen zufriedenstellenden Schutz gegen Überspannungen bietet.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgcmäß dadurch gelöst, daß eine zweite Gate-Elektrode unmittelbar oder über einen weiteren, negativ vorgespannten Widerstand an die Source-Eleklrode des Sperrschicht-Feldcffckt-Transistors angeschlossen ist und daß die Durchbruchspanniing (Kz) zwischen den beiden Gate-Elektroden kleiner ist als die Durdibruehsspannungen zwischen der ersten, eingangsseitigen Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode bzw. zwischen der ersten Gate-Elektrode und der Source-Elektrodr.

Diese Schutzschaltung bietet gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung den Vorteil, daß die Gefahr einer Beeinflussung durch Änderungen der Sperrschicht-Kapazität der Dioden entfälh und dal.; darüber hinaus die Kapazität des Eingangskreises auf vergleichsweise niedrigen Werten gehalten werden

ίο kann, trotzdem ein Schutz für Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren gegen Ülerspannungen sowohl in Durchlaß- als auch in Sperrichtung gewährleistet wird.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläuten.

Es zeigt

F i g. I ein Schaltbild einer herkömmlichen Schutzschaltung für einen Eingangskreis eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines bei der

erfindungsgemäßen Schaltung verwendeten Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors,

F i g. 3 ein charakteristisches Diagramm des Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors gemäß F i g. 2 und
F i g. 4 ein Schaltbild einer Schutzschaltung mit den Merkmalen der Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst eine herkömmliche Schutzschaltung für einen Eingangskreis eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors vom N-Kanal-Typ an Hand von F i g, 1 erläutert. Bei dieser Schutzschaltung ist die Drain-Elektrode D eines Feldeffekt-Transistors Q_x über einen Lastwiderstand R_D an eine Stromquelle Ed angeschlossen und die Source-Elektrode 5 über einen Vorspannungswiderstand Rs geerdet. Die Gate-Elektrode ist über einen Eingangsschutz-Widerstand R vergleichsweise hohen Werts mit einer Eingangsklemme verbunden. Die Gate-Elektrode G ist außerdem über eins Diode D₁ und eine negative Vorspannungsquelle Eg für diese geerdet.
Bei dieser Schaltungsanordnung wird bei Anlegung

einer Überspannung in Durchlaßrichtung die Gate-Elektrode des Transistors Q₁ gegen die Source-Elektrode positiv vorgespannt, so daß ein Spannungsabfall über dem Widerstand R auftritt. Durch entsprechende Auswahl des Werts des Widerstands R ist

es mithin möglich, einen Schutz vor Überspannungen bis zu einem bestimmten Wert zu bieten. Beim Fehlen der Diode D₁ wird dagegen die maximale Eingangs-.,pannung bei Überspannungen in Sperr-Richtung durch die Durchbruchsspannung zwischen Gate- und Source-Elektrode bestimmt. Wenn jedoch dieKathode der Diode D₁ mit der Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors Q₁ und die Anode mit der negativen Stromquelle Er; verbunden ist, leitet die Diode D₁, wenn das Potential der Gate-Elektrode niedriger ist als dasjenige der Stromquelle Er:, so daß der Feldeffekt-Transistor Q₁ bis hinauf zu der durch den Spannungsabfall über den Widerstand R bestimmten Spannung geschützt werden kann. Wie eingangs erwähnt, muß jedoch in der einen hohen Eingangswiderstand erfordernden Eingangs-Schutzschaltung die Diode Z)₁ einen geringen Sperrstrom besitzen, wodurch sie selbstverständlich kostspielig wird.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführiingsfoim der Erfindung an Hand der F i g. 2 und 4 erläutert.

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung eines modifizierten Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors mit mehreren, beispielsweise zwei Gate-Elektroden C₁ und G₂, wie er für die Erfindungszwecke geeignet ist. Das

2 Ui 1 303

Spannungs-Slrom-Diagramm dieser Gate-Elektroden int in F i g. 3 veranschaulicht. Gemäß F i g. 3 beginnt bei einer bestimmten Spannung V. der Strom abrupt zu Hießen. Bei entsprechend angeordneten Gate-Elektroden C₁ und Cj kann die Spannung V_z ausreichend kleiner eingestellt werden als die Durchbruchspannungen zwischen Gate- und Source-Elektrode sowie Gate- und Drain-Elektrode.

F ι g. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Drain-Elektrode D eines Sperrschicht-Feldeffeki-Transistors Q₂ mit der Charakteristik gemäß F i g. 3 über einen Last-Widerstand Ru an eine Stromquelle Ed angeschlossen und die Source-Elektrode 5 über einen Vorspannungs-Widerstand Rf, geerdet ist. Eine der Gate-Elektroden G₁ ist über einen Eingangsschutz-Widerstand R vergleichsweise hohen Werts an eine Eingangsklemme angeschlossen, während die andere Gate-Elektrode G₂ unmittelbar mit der Source-Elektrode S verbunden ist. Wahlweise kann die Gate-Elektrode C, auch unmittelbar geerdet sein, so daß sie durch den Spannungsabfall über dem Widerstand Rs gegenüber der Source-Elektrode S negativ vorgespannt ist.

Bei dieser Anordnung fließt beim Auftreten einei Überspannung in Durchlaßrichtung ein Strom von der Gate-Elektrode G₁ zur Source-Elektrode S, wobei der Feldeffekt-Transistor durch den Spannungsabfall über dem Widerstand R geschützt wird. Beim Auftreten einer Überspannung in Sperr-Richtung fließt dagegen der Strom mit der Schwellwert-Spannung V_z gemäß F i g. 3 von der Gate-Elektrode G₂ zur Gate Elektrode C₁, so daß der Feldeffekt-Transistor Q₂ gleichermaßen gegen Überstrom in Sperr-Richtung durch den Spannungsabfall über dem Widerstand R geschützt werden kann. Obgleich der Sperrschieht-Feldeffekt-Transistor vorstehend als N-dotierter Transistor beschrieben ist, kann ersichtlicherweise ein P-doticrter Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor mit gleichen Ergebnissen angewandt werden.

Die Erfindung schafft folglich eine neuartige Schutzschaltung, bei welcher durch einen mit einer Gate-Elektrode zusammengeschalteten Schutz-Widerstand ein Schutz gegen Überspannungen in Durchlaß- und Sperr-Richtung gewährleistet werden kann, ohne daß Schutz-Dioden verwendet zu werden brauchten, wie dies bei den herkömmlichen Schaltungen der Fall ist. Da die Sperrschicht-Kapazität der Diode nicht mit dem Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor parallel geschaltet ist, kann erlmdungsgemäß in vorteilhafter Weise die Kapazität des Eingangskreises herabgesetzt werden.

Zusammenfassend s .-iafft die Erfindung mithin eine Schutzschaltung für ein..n Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor, wobei der Transistor mehrere Gate-Elektroden aufweist, ein Eingangsschutz-Widerstand zwischen eine Signal-Eingangsklemme und eine eingangsseitige Gate-Elektrode geschaltet und die andere Gate-Elektrode an die Source-Elektrode des Feldeffekt-Transistors angeschlossen ist. Der Schutz-Widerstand schützt den Feldeffekt-Transistor vor Überspannung in Durchlaßrichtung durch Ableitung des Stroms zwischen der eingangsseitigen Gate- und Source-Elektrode und gegen Überspannungen in Sperr-Richtung durch Ableitung des Stroms zwischen der anderen Gate-Elektrode und der eingangsseitigen Gate-Eloktrode.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2 Oil 303 Patentansprüche:

1. Schutzschaltung für einen Eingangskreis eines Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors mit einem Eingangsschutzwiderstand zwischen einer Eingangsklemme und einer eingangsseitigen Gate-Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Gate-Elektrode unmittelbar oder über einen weiteren, negativ vorgespannten Widerstand an die Source-Elektrode des Sperrschicht-Feldeffekt-Transistors angeschlossen ist und daß die Durchbruchsspannung (Kz) zwischen den beiden Gate-Elektroden kleiner ist als die Durchbruchsspannungen zwischen der ersten, eingangsseitigen Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode bzw. zwischen der ersten Gatt Elektrode und der Source-Elektrode.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor N-dotiert ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor P-dotiert ist.