Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Transistoranordnung mit einem End¬ stufenstransistor nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 34 39 366 ist bereits eine Transistoranordnung mit ei¬ nem als Darlington-Transistor ausgebildeten Leistungstransistor be¬ kannt. Die Transistoranordnung dient als Zündungsendstufe zur An- steuerung von Transistorzündungen in Kraftfahrzeugen. Hierfür ist in den Kollektor-Emitter-Kreis des Leistungstransistors die Primärwick¬ lung einer Zündspule geschaltet. Damit eine möglichst hohe Zündspan¬ nung an der Sekundärseite der Zündspule erreicht wird, ist es nach dem Induktionsgesetz notwendig, daß der Strom durch die Primärwick¬ lung der Zündspule möglichst rasch abgeschaltet wird.

Bekanntlich vergeht beim Abschalten eines Transistors eine gewisse Zeit, bis der Transistor nach Beendigung der Basisansteuerung seine volle Sperrfähigkeit erlangt. Diese Ausschaltzeit wird vor allem ~ ^* λ durch in der Basisregion des Transistors gespeicherte Ladungsträger verursacht. Häufig spricht man auch von einer geladenen Kollektor- Basis-Kapazität des Transistors. Die Ausschaltzeit des Transistors ist daher verhältnismäßig lang, wenn zum Abschalten des Kollektor-

stroms einfach der Basisstrom unterbrochen wird. Sie läßt sich deut¬ lich verkürzen, wenn die im Transistor gespeicherten Ladungsträger mit Hilfe einer Umkehrung des Basisstroms ausgeräumt werden. Ent¬ sprechendes gilt auch, für Leistungstransistoren in Darlington-Schal¬ tung, wobei aber eine minimale Schaltzeit nur dann erreicht werden kann, wenn nicht nur die Basis des Treibertransistors sondern auch die Basis des Endstufentransistors ausgeräumt wird. In vielen Anwen¬ dungsfällen ist es aus schaltungstechnischen Gründen allerdings nicht möglich, eine Umkehrung des Basisstroms zur Erreichung eines raschen Abschaltvorgangs durchzuführen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Transistoranordnung mit einem Leistungstransistor zu finden, die ei¬ ne möglichst geringe Ausschaltzeit des Leistungstransistors ermög¬ licht, auch wenn der Basisstrom zur Ausschaltung nur unterbrochen wird. _ .

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Transistoranordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Transistoranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den besonderen Vorteil, sehr ein¬ fach monolithisch integrierbar zu sein. Da ihre Funktion im wesent¬ lichen unabhängig von den jeweiligen Transistordaten ist, weist sie eine sehr geringe Streuung der Ausschaltzeit innerhalb einer Serie auf. Sie ist daher besonders zuverlässig einsetzbar, wo an die Tole¬ ranz der Ausschaltzeit ein hoher Qualitätsanspruch gestellt wird, also insbesondere bei einer Verwendung als Zündungsendstufe zur An- steuerung von Transistorzündungen in Kraf fahrzeugen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un- teransprüchen angegeben. So ist es besonders vorteilhaft, wenn dem Ausräumtransistor ein Folgetransistor nachgeschaltet ist, der die eigentliche Ausräumfunktion übernimmt. Damit dient der Ausräumtran¬ sistor nur zur Ansteuerung des Folgetransistors und kann daher be¬ sonders klein und leistungsarm in monolithisch integrierter Technik unter Verwendung von Diffusionsbereichen benachbarter Bauelemente realisiert werden. Weiterhin ist besonders vorteilhaft, wenn der Leistungstransistor durch eine Darlington-Transistoranordnung darge¬ stellt ist, deren Basis-Emitter-Dioden durch parallele Widerstände überbrückt sind. Dann erfolgt eine Ausräumung der Basisregionen von nachgeschalteten Transistoren auch über die Widerstände und es wird eine geringe Abschaltzeit erreicht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge¬ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels, während Figur 2 eine mögliche Diffusionsstruktur auf einem Substrat zeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist das Schaltbild einer Transistoranordnung dargestellt, die eine Basisklerame B, eine Kollektorklerame C und eine Eraitterklem- rae E aufweist. Die Transistoranordnung weist einen Endstufen-Dar¬ lington-Transistor, bestehend aus einem Treibertransistor T1 und ei¬ nem Leistungstransistor T2 auf. Die Kollektoren der Transistoren T1 , T2 sind geraeinsam an die Kollektorklemme C gelegt. Die Basis des

,=-*\ Treibertransistors T1 führt zur Basisklemme B, während sein Emitter mit der Basis des Leistungstransistors T2 verbunden ist. Der Emitter des Leistungstransistors T1 führt dagegen zur Eraitterklemme E. Parallel zur Basis-Emitter-Diode des Treibertransistors T1 ist ein

Widerstand R1 geschaltet, während entsprechend parallel zur Basis- Emitter-Diode des Leistungstransistors T2 ein Widerstand R2 geschal¬ tet ist. Ein Widerstand R3 führt von der Basisklemme B zum Kollektor eines Transistors T3, der als Folgetransistor von einem Ausräumtran¬ sistor T4 angesteuert wird. Hierfür ist der Folgetransistor T3 mit der Basis an den Kollektor des Ausräumtransistors T4 angeschlossen, während der Emitter des Folgetransitors T3 an der Emitterklemme E liegt. Der Emitter des Ausräumtransistors T4 ist mit der Basisklemme B verbunden, während seine Basis mit der Kollektorklemme C verbunden ist. Der Leitfähigkeitstyp des Transistors TM ist invers zum Leit¬ fähigkeitstyp der Transistoren T1 , T2, T3.

Die Funktionsweise des Endstufen-Darlington-Transistors T1 , T2 und der Widerstände R1, R2 ist dem Fachmann bekannt und zur Vereinfa- chung der Darstellung darum hier nicht näher erläutert.

Die Ausschaltzeit eines Leistungstransistors hängt stark von der Höhe der Übersteuerung oder Sättigung im eingeschalteten Zustand ab. Die Übersteuerung ist abhängig von der Verstärkung des Leistungs¬ transistors und unterliegt daher wie diese starken Exemplarstreuun¬ gen. Durch den Ausräumtransistor T4 und den Folgetransistor T3 kann der Treibertransistor T1 zwar voll aufgesteuert werden, er gerät je¬ doch nicht in eine Übersteuerung. Denn wenn das Potential an der Kollektorklemme C in die Nähe des Ξmitterpotentials des Treibertran¬ sistors T1 gerät, wird der Ausräumtransistors T4 auf esteuert und damit der Folgetransistor T3- Daraufhin fließt über den Widerstand R3 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T3 Basisstrom von der Basis des Treibertransistors T1 ab, so daß einer Übersteue¬ rung entgegengewirkt wird.

Nach dem Abschalten des 3asisstroms an der Basisklemme B sind noch Ladungsträger in den Basisregionen der Transistoren vorhanden. Die

gespeicherte Ladung in der Basisregion des Folgetransistors T3 führt dazu, daß noch eine gewisse Zeit lang der Transistor T3 aufgesteuert bleibt. Dadurch wird auch die Basisregion des Transistors T1 und über die Widerstände R1 und R2 die Basisregion des Transistors T2 ausgeräumt. Es ist damit eine maximale Verkürzung der Ausschaltzeit der gesamten Transistoranordnung erreicht.

In Figur 2 ist eine Diffusionsstruktur einer monolithischen Integra¬ tion der in Figur 1 gezeigten Schaltung dargestellt, wie sie vor Aufbringen des metallischen Verbindungsnetzwerks auf der Oberfläche unter einem Mikroskop erscheinen könnte. Das Substrat zur Bildung des gemeinsamen Kollektors ist negativ dotiert und weist eine nicht dargestellte Rückseitenmetallisierung für den elektrischen Anschluß mit der Kollektorklemme C auf. Der rechte äußere Teil der in Figur 2 gezeigten Diffusionsstruktur stellt dementsprechend den Kollektor¬ bereich C2 des Leistungsiransistors T2 dar, während der linke äußere Teil entsprechend die Kollektorzone C1 des Treibertransistors T1 darstellt. In die Kollektorbereiche werden anschließend positiv do¬ tierte Basiszonen eingebracht. Die geometrische Form der Basiszonen entsteht durch Maskierung der nicht zu verändernden Bereiche. Und zwar entstehen gleichzeitig die Basiszone B1 des Treibertransistors T1 auf der linken Seite der Figur 2, die Basiszone B2 des Leistungs¬ transistors T2 auf der rechten Seite der Figur 2 und es entsteht die Basiszone B3 des Folgetransistors T3, die zwischen den Basiszonen Bl , B2 angeordnet ist. Die Basiszone B1 ist über zwei schmale außen¬ liegende Stege mit der Basiszone B2 verbunden. Durch die Stege wird der Widerstand R1 gebildet. Ein der Basiszone B3 benachbarter Teil der Basiszone B1 stellt gleichzeitig den Emitter E4 des Ausräumtran¬ sistors T4 dar. Der dazwischenliegende negativ dotierte Bereich des '""^ Kollektorsubtrats stellt die Basiszone B4 des Ausräumtransistors T4 dar. Der Kollektor des Ausräumtransistors T4 wird auf diese Weise durch die Basiszone B3 des Folgetransistors T3 dargestellt, ohne daß eine gesonderte Diffusion notwendig wäre.

In die positiv dotierten Basiszonen B1 , B2, B3 werden in bekannter Weise stark negativ dotierte Emitterzonen eingebracht. Auf der lin¬ ken Seite der Figur 2 ist der Emitter E1 des Treibertransistors T1 dargestellt. Auf der rechten Seite ist entsprechend der Emitter E2 des Leistungstransistors T2 dargestellt. Kσllektor C3 und Emitter E3 des Folgetransistors T3 werden durch zwei benachbarte kleine Zonen innerhalb der Basiszone B3 gebildet. Der Widerstand R3 wird durch eine kleine Ausbuchtung der Basiszone B1 gebildet. Er wird an die Kollektorzone C3 des Folgetransistors- T3 mit einer in Figur 2 nicht dargestellten kleinen metallischen Verbindung angeschlossen. Der in Figur 2 nicht dargestellte Widerstand R2 entsteht durch einen klei¬ nen Kurzschluß an einem Teil des an der Oberfläche des Substrats liegenden 3asis-Emitter-Übergangs des Leistungstransistors T2. Durch die Integration des Darlington-Endstufentransistors als Vertikal¬ struktur und das Ausräumtransistors mit Folgetransistor als benach¬ barte Horizontalstruktur wird also ein besonders geringer Flächenbe¬ darf auf dem Substrat erreicht.