DE3726682A1 - Halbleiter-schaltkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter-Schalt­ kreis und speziell auf einen Halbleiter-Schaltkreis, der ein Lichtsignal in ein elektrisches Signal umwandelt. Diese Umwandlung geschieht mit Hilfe einer photovoltaischen Diodenanordnung, die optisch gekoppelt ist mit einem Leuchtelement, z. B. einer Leuchtdiode, die wiederum ein Eingangs-Signal in das Lichtsignal umwandelt. Das so ent­ standene elektrische Signal ist dazu geeignet, Ausgangs- Mittel wie z. B. Feldeffekttransistoren (FET) anzusteuern. Vorzugsweise wird ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt- Transistor (MOSFET) verwendet.

Ein in der US-PS 42 27 098 offenbarter Halbleiter-Schalt­ kreis weist eine photovoltaische Diodenanordnung auf, die optisch mit einer Leuchtdiode gekoppelt, mit einem Wider­ stand parallelgeschaltet, der der Diodenanordnung einen hohen Widerstandswert verleiht, und mit der Gate- und Source-Elektrode des MOSFET in Reihe geschaltet ist.

Wenn in der Leuchtdiode ein Strom fließt, wird ein photo­ voltaisches Ausgangssignal an den beiden Endanschlüssen der photovoltaischen Diodenanordnung erzeugt. Dieses Aus­ gangssignal ist eine Spannung, die an die Gate- und Source- Elektrode des MOSFET angelegt wird. Als Folge daraus wird die Kompedanz des MOSFET, dessen Stromfluß-Elektroden mit Ausgangs-Anschlüssen verbunden sind, in starkem Maße geän­ dert. Das bedeutet im Falle des selbstsperrenden MOSFET, daß der Zustand über den Ausgangs-Anschlüssen vom Sperr- in den Durchfluß-Zustand gebracht wird. Bei diesem Vorgang dient der mit der Diodenanordnung parallelgeschaltete Wider­ stand dazu, die zwischen der Gate- und Source-Elektrode des MOSFET angesammelte elektrostatische Ladung abzufüh­ ren. Wenn der Widerstand nicht vorhanden wäre, könnte der Zustand an den Ausgangs-Anschlüssen nicht in den Sperr- Zustand zurückgeführt werden, selbst dann nicht, wenn in der Leuchtdiode kein Strom mehr fließen würde.

In der oben erwähnten US-PS treten Probleme der Art auf, daß es einerseits notwendig ist, den Widerstandswert des Widerstands groß zu machen, um den zum Erreichen des Durch­ laß-Zustands an den Anschlüssen notwendigen Mindesteingangs­ strom zu verringern, andererseits aber der Widerstandswert klein sein muß, um die Zeit zu verkürzen, die benötigt wird, die Ausgangs-Anschlüsse in den Sperr-Zustand zu schalten, nachdem der Eingangsstrom abgeschaltet worden ist. Daher ist es schwierig, diese beiden sich wiederspre­ chenden Wirkungsweisen gleichzeitig zu erreichen. Ein wei­ teres Problem tritt dadurch auf, daß, wenn der Eingangs­ strom sich im Mindesteingangsstrom-Bereich befindet, die Gate-Source-Spannung des MOSFET sich proportional zum Eingangsstrom ändert, so daß die Impedanz des MOSFET an den Ausgangs-Anschlüssen, die mit seinen Stromfluß- Elektroden verbunden sind, einen Wert annehmen kann, der dazu führt, daß die Ausgangs-Anschlüsse einen Zustand zwischen dem Sperr- und Durchlaß-Zustand einnehmen, der einen großen Leistungsverlust bewirkt und die Schaltkreis- Elemente beschädigt.

Ein weiterer, in der US-PS 43 90 790 offenbarter Halb­ leiter-Schaltkreis weist eine photovoltaische Diodenan­ ordnung auf, die optisch mit einer Leuchtdiode gekoppelt, mit einem MOSFET in Reihe geschaltet ist, an dessen Gate- und Source-Elektrode ein selbstleitender Sperrschicht- FET angeschlossen ist. Eine weitere photovoltaische Dioden­ anordnung ist mit der Gate- und der Source-Elektrode des Sperrschicht-FET über einen Widerstand in Reihe geschal­ tet. Gemäß der o. g. US-PS kann der Zwischenzustand des MOSFET dadurch vermieden werden, daß eine weitere Dioden­ anordnung vorhanden ist, um den selbstleitenden Sperr­ schicht-FET anzusteuern. Die Kombination aus Sperrschicht- FET und der Diodenanordnung führt aber zu einem weiteren Problem. Es rührt daher, daß der für die Diodenanordnung benötigte Chip vergrößert werden muß und die optische Ausbeute verschlechtert wird und somit die optische An­ sprechempfindlichkeit und das Schaltverhalten verschlech­ tert werden.

In der US-PS 44 92 883 ist ein Abschalt-Schaltkreis für den MOSFET offenbart, in dem ein weiterer P-Kanal-Typ-FET mit der Gate- und der Source-Elektrode des MOSFET verbun­ den ist. Eine Zener-Diode ist mit der Gate- und der Source- Elektrode des P-Kanal-Typ-FET verbunden, d. h. sie befindet sich zwischen den Gate-Elektroden des MOSFET und des P-Kanal- Typ-FET. Weiterhin ist ein Widerstand zwischen der Gate- und der Drain-Elektrode des P-Kanal-Typ-FET geschaltet. Mit Hilfe dieser Schaltkreis-Anordnung kann ebenfalls ein Durchschalten des MOSFET verhindert werden. Weil aber aufgrund des verwende­ ten Widerstands ein Verlust des Gate-Ansteuersignals auftritt, ist es notwendig, für das angestrebte schnelle Schalten in den Durchlaß-Zustand, eine Energiequelle mit hoher Spannung und großem Strom zu verwenden, was aber nachteilig für die Kopplung des Halbleiter-Schaltkreises mit der photovoltaischen Dioden­ anordnung ist.

Weiterhin ist in der deutschen Patentanmeldung P 37 08 812.2 ein Halbleiter-Schaltkreis offenbart, in dem ein MOSFET in Reihe geschaltet ist mit einer photovoltaischen Diodenanord­ nung, die optisch mit einer Leuchtdiode gekoppelt ist, mit einem Impedanz-Element, das mit der photovoltaischen Dioden­ anordnung ebenfalls in Reihe geschaltet ist. Weiterhin ist ein selbstleitender Treiber-Transistor mit dem MOSFET und mit seiner Steuer-Elektrode mit einem Verbindungspunkt, der sich zwischen der photovoltaischen Diodenanordnung und dem Impedanz- Element befindet, verbunden, damit er in einem Zustand hoher Impedanz mittels einer Spannung, die am Impedanz-Element in­ folge des photovoltaischen Ausgangssignals der photovoltaischen Diodenanordnung erzeugt wird, versetzt werden kann. Auf diese Weise kann der oben beschriebene Zwischenzustand der Ausgangs- Anschlüsse innerhalb eines Bereichs des benötigten Mindestein­ gangsstroms, der notwendig ist, die Ausgangs-Anschlüsse in den Durchlaß-Zustand zu versetzen, vermieden werden. Die Schalt­ geschwindigkeit kann derart verbessert werden, daß sie wesent­ lich größer ist, als die der oben aufgeführten drei US-Patent­ schriften.

Der Halbleiter-Schaltkreis der deutschen Patentanmeldung P 37 08 812.2 beseitigt zwar die o. a. Probleme, es ist aber weiterhin erforderlich, die Eingangs-Empfindlichkeit zu verbessern und die Ansprechzeit zu verkürzen, um eine höhe­ re Schaltgeschwindigkeit zu erreichen. Weil das Impedanz- Element, z. B. ein Widerstand, das dazu beiträgt, den selbst­ leitenden Treiber-Transistor in einen Zustand höherer Impe­ danz zu versetzen, auf einen hohen Wert eingestellt ist, den benötigten Mindest- oder Arbeitsstrom, der die Ausgangs- Anschlüsse in den Durchlaß-Zustand versetzt, verkleinert, die benötigte Ansprechzeit, bis die Ausgangs-Anschlüsse den Sperr- Zustand erreicht haben, merklich verlängert. Wird der Wert des Impedanz-Elements verringert, so tritt der entgegengesetzte Effekt auf. Trotzdem zeigt dieser Anmeldungsgegenstand mehr Verbesserungen als die o. a. Patente in vergleichbaren Zustän­ den.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halblei­ ter-Schaltkreis zur Verfügung zu stellen, dessen Empfindlich­ keit verbessert und dessen Schaltgeschwindigkeit höher ist. Zusätzlich zu dem in der deutschen Patentanmeldung P 37 08 812.2 erzielten Vermeidung einer plötzlichen Fehlauslösung soll ver­ mieden werden, daß bei einem Eingangsstrom, der dem Ansteuer­ strom nahekommt, ein Zwischenzustand zwischen Sperren und Durchlassen auftritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Halbleiter-Schaltkreis zur Verfügung gestellt wird, in dem eine Diodenanordnung optisch gekoppelt ist mit einem Leucht- Element, das gemäß eines Eingangsstroms ein Lichtsignal er­ zeugt, um ein auf dieses Lichtsignal ansprechendes photo­ voltaisches Ausgangssignal zu erzeugen; mit einem mit der Diodenanordnung in Reihe geschalteten Widerstand; mit einem Ausgangs-FET, der mit der Diodenanordnung verbunden ist, um den Ausgangs-FET mittels des an seiner Gate- und seiner Source- Elektrode angelegten photovoltaischen Ausgangssignals von einem ersten Impedanz-Zustand in einen zweiten Impedanz-Zustand zu versetzen; mit einem Treiber-FET der mittels einer in der photovoltaischen Diodenanordnung aufgrund des photovoltaischen Ausgangssignals erzeugten Spannung in den Sperr-Zustand vorge­ spannt werden kann, und der mit seiner Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode und mit seiner Source-Elektrode mit der Source-Elektrode des Ausgangs-FET verbunden ist, und daß der Widerstand zwischen seiner Gate- und seiner Source-Elektrode geschaltet ist; dieser Halbleiter-Schaltkreis ist gekennzeich­ net durch ein Konstantspannungs-Leiterelement, das leitend wird, wenn eine Spannung, die höher ist als die Schwellspannung des Treiber-FET, angelegt wird, dazu beiträgt, bei Stromfluß im Leitungszustand eine Ladung zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des Ausgangs-FET aufzubauen und eine Ladung, die zwischen der Drain- und der Gate-Elektrode des Ausgangs- FET angesammelt ist, abzuführen, und daß mit dem Widerstand parallel und zwischen der Gate- und Source-Elektrode des Trei­ ber-FET geschaltet ist.

In dem Halbleiter-Schaltkreis der vorliegenden Erfindung kann die Empfindlichkeit dadurch erhöht werden, daß der Widerstands­ wert des Widerstands, der zwischen der Gate- und der Source- Elektrode des Treiber-FET geschaltet ist, relativ groß festge­ setzt wird, so daß der Treiber-FET mittels eines geringen Ein­ gangsstroms in den Sperr-Zustand versetzt werden kann, und gegebenenfalls das Gate-Potential des Ausgangs-FET mittels ei­ nes geringen durch Lichteinfall erzeugten Stroms angehoben wer­ den kann, um den Ausgangs-FET vom Sperr- in den Durchlaß-Zu­ stand zu bringen.

Während des Umschaltvorganges des Ausgangs-FET vom Sperr- in den Durchlaß-Zustand wird andererseits eine Ladung, die sich zwischen der Drain- und der Gate-Elektrode des Ausgangs-FET angesammelt hat, abgeführt, wobei das Konstantspannungs-Lei­ terelement wegen der am Parallel-Schaltkreis, bestehend aus dem Widerstand und dem Konstantspannungs-Leiterelement, anlie­ genden Spannung leitend wird, so daß das Konstantspannungs- Leiterelement eine Stromflußbrücke bildet, um den von der Drain-Gate-Kapazität des Ausgangs-FET abhängigen Entladestrom auf einen hohen Wert zu halten. Dadurch wird das angestrebte schnelle Schalten des Ausgangs-FET vom Sperr- in den Durchlaß- Zustand erreicht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeich­ nungen zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungs­ form mit einer Zener-Diode als Konstantspannungs- Leiterelement;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ansteuer­ strom, um den Ausgangs-MOSFET aus dem Sperr-Zustand in den Durchlaß-Zustand zu bringen, also der Empfind­ lichkeit, und dem Widerstandswert darstellt;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Ansprech­ zeit des Halbleiter-Schaltkreises und dem Eingangs­ strom ohne Vorhandensein des Konstantspannungs-Leiter­ element darstellt und

Fig. 4 ein Schaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen Aus­ führungsform mit einem Anreicherungstyp-FET als Konstantspannungs-Leiterelement.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Halbleiter-Schaltkreises bzw. Halbleiter-Relais dargestellt. Der Schaltkreis 10 enthält eine Diodenanordnung 11, die op­ tisch mit einem leuchtenden Element, wie z. B. eine Leuchtdiode, gekoppelt ist. Diese Leuchtdiode erzeugt ansprechend auf einen Eingangsstrom ein Lichtsignal. Die Diodenanordnung 11 erzeugt aufgrund des von der Leuchtdiode erhaltenen Lichtsignals ein photovoltaisches Ausgangssignal. Die Diodenanordnung 11 befin­ det sich zwischen der Gate- und der Source-Elektrode eines Ausgangs-FET. Vorzugsweise werden ein MOSFET 12 und ein Wider­ stand 13 verwendet, der einen relativ großen Widerstandswert aufweist, und mit der Diodenanordnung 11 in Reihe geschaltet ist. Der Ausgangs-MOSFET 12 ist vorzugsweise ein selbstsper­ render N-Kanal-Typ (Anreicherungstyp) und wirkt derart, daß er von einem ersten Impedanz-Zustand unter Verwendung des photovoltaischen Ausgangssignals der Diodenanordnung 11, die parallel zur Gate- und der Source-Elektrode geschaltet ist, in einen zweiten Impedanz-Zustand übergeht. Der Ausgangs-MOSFET 12 ist mit seinen Gate- und Source-Elektroden über die Ausgangs­ anschlüsse 14 und 14 a an eine Reihenschaltung mit einer Strom­ quelle 15 und einer Last 16 so angeschlossen, daß er an der Drain-Elektrode gegenüber der Source-Elektrode ein positives Potential aufweist, und um die Last 16 gemäß dem Impedanz-Zu­ stand des Ausgangs-MOSFET 12 zu steuern.

Parallel zu den Gate- und Source-Elektroden des Ausgangs-MOSFET 12 sind die Drain- und Source-Elektroden eines Treiber-FET 17 vom Verarmungstyp (depression mode) geschaltet. Der Treiber- FET 17 ist wiederum mit seiner Gate- und Source-Elektrode mit dem mit der Diodenanordnung 11 in Reihe geschalteten Widerstand 13 verbunden. Für den Treiber-FET 17 wird vorzugsweise ein Sperrschicht-FET (JFET) verwendet in solcher Weise, daß er von einer Spannung in den Sperr-Zustand versetzt werden kann. Wenn diese Spannung, die von der Diodenanordnung 11 als photo­ voltaisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem Lichtsignal erzeugt worden ist, parallel zum Widerstand 13 auftritt.

Weiterhin ist parallel zum Widerstand 13 eine als Konstant­ spannungs-Leiterelement benutzte Zener-Diode 18 geschaltet. Diese Zener-Diode 18, als Besonderheit der vorliegenden Erfin­ dung, ist derart festgelegt, daß ihre Durchbruchsspannung größer ist als die Schwellspannung des (depression mode-) Treiber-FET 17. Die Zener-Diode 18 wird dann leitend, wenn die angelegte Spannung größer als die Schwellspannung des Treiber-FET 17 ist, und ist so gepolt, daß durch den Zener- Strom ein Potential zwischen der Gate- und Source-Elektrode des Ausgangs-MOSFET 12 auftritt.

Die Wirkungsweise der vorliegenden Ausführungsform ist folgen­ dermaßen. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird zuerst die Wirkungsweise ohne Vorhandensein der Zener- Diode 18 erklärt. Aufgrund des Lichtsignals erzeugt die Dioden­ anordnung 11 eine photovoltaische Spannung und es fließt in dem Schaltkreis 10 ein durch Lichteinfall erzeugter Strom. Dieser Strom fließt durch den Treiber-FET 17, der sich norma­ lerweise im Durchlaß-Zustand befindet, zum Widerstand 13, der einen relativ hohen Widerstandswert aufweist. Wenn die am Widerstand 13 abfallende Spannung die Schwellspannung des Treiber-FET 17 übersteigt, wechselt der Treiber-FET 17 in den Sperr-Zustand, woraufhin der durch Lichteinfall erzeugte Strom fließt, um parallel zur Gate- und Source-Elektrode des Ausgangs- MOSFET 12 eine Ladung aufzubauen, das Gate-Potential des Aus­ gangs-MOSFET 12 anzuheben und der Ausgangs-MOSFET 12 wechselt vom Sperr-Zustand in den Durchlaß-Zustand. Während des Umschalt­ vorgangs fällt das Drain-Potential von dem Source-Spannungspegel auf Null, so daß der Potentialunterschied zwischen der Drain- und der Gate-Elektrode des Ausgangs-MOSFET 12 ebenfalls sich stark ändert und es notwendig wird, eine zwischen der Drain- und der Gate-Elektrode angesammelte Ladung über die photovol­ taische Diodenanordnung 11 abzuführen. Die für diese Entladung benötigte Zeit nimmt den größten Teil der Schaltzeit oder An­ sprechzeit des gesamten Schaltkreises 10 ein.

Im vorliegenden Fall wird der benötigte Mindesteingangsstrom oder Arbeitsstrom, um zwischen den Ausgangs-Anschlüssen 14 und 14 a des Ausgangs-MOSFET 12 den Durchlaß-Zustand herzustellen, in dem Maße allmählich gesenkt, wie der Widerstandswert des mit der Gate- und der Source-Elektrode des Treiber-FET 17 verbundenen Widerstands 13 ansteigt (Fig. 2). Die in Fig. 2 gezeigten Kurven k, l und m stellen zugeordnete Fälle dar, wo­ bei die Gate-Source-Spannung des Treiber-FET 17 auf -0,3 V, -0,5 V und -0,9 V festgelegt ist. Dabei sinkt der Ansteuer­ strom I _on in dem Maße, wie der Widerstandswert des Widerstands 13 ansteigt. Der Ansteuerstrom I _on beträgt etwa 2 mA entweder bei einem Widerstandswert von 1,0 M Ω und einer Gate-Source- Spannung von -0,3 V, oder bei einem Widerstandswert von 1,7 M Ω und einer Gate-Source-Spannung von -0,5 V oder aber bei einem Widerstandswert von 3,0 M Ω und einer Gate-Source-Spannung von -0,9 V. Selbst wenn der Widerstandswert des Widerstands 13 le­ diglich erhöht wird, um das Lichtaufnahmevermögen der Dioden­ anordnung 11 zu erhöhen, wobei der Eingangsstrom I _f das optisch mit der Diodenanordnung 11 gekoppelten Leuchtelements erhöht wird, zeigt die Schalt- oder Ansprechzeit T _on des gesamten Schaltkreises 10, wie in Fig. 3 dargestellt, keine wesentli­ che Änderung und das angestrebte schnelle Schalten wird nicht erreicht. Die in Fig. 3 gezeigten Kurven n, o und p stellen diejenigen Fälle dar, bei denen der Widerstandswert des Wider­ stands 13 auf 0,3 M Ω, 1,0 M Ω und 3,0 M Ω festgelegt ist. In dem Fall, wobei der Widerstandswert des Widerstands 13 bei­ spielsweise größer als 3,0 M Ω ist, kann die Ansprechzeit T _ON nicht geringer als 600 µs sein, selbst dann nicht, wenn der Eingangsstrom I _f größer als 50 mA geworden ist, was darauf zu­ rückzuführen ist, daß der aufgrund des Abführens der zwischen der Drain- und Gate-Elektrode des Ausgangs-MOSFET 12 angesammel­ ten Ladung entstandene Entladungs-Strom von dem Widerstand 13 begrenzt ist.

In der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Zener-Diode 18 parallel mit dem Widerstand 13 geschaltet, so daß, selbst wenn ein Widerstand 13 mit großem Widerstandswert benutzt wird, die an diesem Parallel-Schaltkreis abfallende Spannung die Durchbruchspannung der Zener-Diode 18 überschrei­ ten muß, und zwar während des Abführens der zwischen der Gate- und Drain-Elektrode des Ausgangs-MOSFET 12 während des Um­ schaltvorgangs vom Sperr- in den Durchlaß-Zustand angesammel­ ten Ladung (siehe oben). Dadurch bildet die Zener-Diode 18 einen Stromüberbrückungsweg, wobei der Entladungsstrom haupt­ sächlich durch die Zener-Diode 18 fließt. Die Entladungszeit für die angesammelte Ladung kann dadurch ausreichend verrin­ gert werden und verläuft genauso, wie die in Fig. 3 darge­ stellte Kennlinie Q und es kann das angestrebte schnelle Schal­ ten in den Durchlaß-Zustand des Ausgangs-MOSFET 12 selbst dann erreicht werden, wenn der Widerstandswert des Widerstands 13 sehr groß gewählt und der Arbeitsstrom sehr niedrig festge­ setzt ist.

Wenn der Ausgangs-MOSFET 12 sich vollständig im Durchlaß-Zu­ stand befindet, endet die Entladung, während bezüglich der Gate- und Source-Elektrode eine Ladung aufgebaut wird, wobei die Gate- Source-Spannung ansteigt. Die am Parallel-Schaltkreis anliegen­ de Spannung fällt und die am Widerstand 13 abfallende Spannung wird geringer als die Durchbruchspannung der Zener-Diode 18, wo­ durch die Zener-Diode 18 nicht leitend wird. Danach fließt nur noch ein geringer Strom über die Drain- und Source-Elektrode des Treiber-FET 17 und aufgrund des Vorhandenseins des Wider­ stands 13 kann der Treiber-FET 17 im Zustand hoher Impedanz ge­ halten werden.

Wenn andererseits der Eingangsstrom des Leucht-Elements, das optisch mit der photovoltaischen Diodenanordnung 11 gekoppelt ist, nicht mehr vorhanden ist und die Diodenanordnung 11 des­ halb kein Lichtsignal mehr erhält, ist die Erzeugung des photo­ voltaischen Ausgangssignals der Diodenanordnung 11 unterbrochen und es fällt die Gate-Source-Spannung des Treiber-FET 17 ab. Der Treiber-FET 17 wechselt dadurch in den Durchlaß-Zustand und die zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des Aus­ gangs-MOSFET 12 angesammelte Ladung wird schnell durch den Treiber-FET 17 abgeführt, so daß der Ausgangs-MOSFET 12 in den Sperr-Zustand gebracht und bei den Anschlüssen 14 und 14 a ebenfalls ein Sperr-Zustand erreicht wird. Während die zwi­ schen der Gate- und Source-Elektrode des Treiber-FET 17 an­ gesammelte Leitung durch den Widerstand 13 abgeführt wird, ist die Kapazität der Elektroden des Treiber-FET 17 viel ge­ ringer als die der Elektroden des Ausgangs-MOSFET 12 und die benötigte Zeit, um die Ladung abzuführen ist gering, so daß diese Abführung keinen wesentlichen Einfluß auf das angestrebte schnelle Schalten des Ausgangs-MOSFET 12 hat.

In Fig. 4 ist eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Halbleiter-Schaltkreises dargestellt, wobei mit der Ausführungsform von Fig. 1 vergleichbare Schaltkreis-Elemente die gleichen, allerdings um 100 erhöhten Bezugszeichen auf­ weisen. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten nur darin, daß als Konstantspan­ nungs-Leiterelement ein selbstsperrender FET 118 (Anreicherungs­ typ) mit kurzgeschlossenen Gate- und Drain-Elektroden verwendet wird. Dieser selbstsperrende FET 118 weist eine Schwellspannung auf, die höher ist als die des Treiber-FET 117. Er ist mit dem Widerstand 113 parallel geschaltet und mit der Gate- bzw. Source-Elektrode des Treiber-FET 117 so verbunden, damit er eine Polarität aufweist, daß im Leitungszustand durch den Drain-Strom zwischen der Gate- und der Source-Elektrode des Ausgangs-MOSFET 112 eine Ladung aufgebaut wird. Sobald die Spannung, die zwischen den Enden des vom Widerstand 113 und vom selbstsperrenden FET 117 gebildeten Parallel-Schaltkreises anliegt, eine vorbestimmte Drain-Source-Schwellspannung des selbstsperrenden FET 118 übersteigt, wird der selbstsperrende FET 118 zwischen der Drain- und Source-Elektrode leitend. Weil aber seine Gate- und Drain-Elektroden kurzgeschlossen sind, hat er im wesentlichen dieselbe Wirkungsweise wie die Zener- Diode 18 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform hat der selbst­ sperrende FET 118 einen ähnlichen Aufbau wie der Ausgangs- MOSFET 112 und der Treiber-FET 117, damit die Herstellung des Halbleiter-Schaltkreises 110 als Schichtaufbau in einem einzigen Chip besonders vorteilhaft ist und die Massenproduk­ tion vereinfacht wird.

Ansonsten sind Ausbildung und Wirkungsweise des Halbleiter- Schaltkreises 110 gleich mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind möglich. So kann insbesondere anstelle des als Ausgangs- FET benutzten MOSFET ein nach dem Prinzip der elektrostatischen Induktion wirkender Transistor (static induction type transistor SIT) oder ein ähnlicher Halbleitertyp verwendet werden. Des weiteren kann anstelle der Sperrschicht-FET (JFET), der als selbstleitender Treiber-FET 17 oder 117 (depression mode) be­ nutzt wird, ein selbstleitender MOSFET (depression mode) oder ein SIT verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, anstelle des selbstsperrenden N-Kanal-Typ-Transistors, der als Ausgangs- MOSFET 12 oder 112 benutzt wird, einen P-Kanal-Typ-Transistor oder einen selbstleitenden (depression mode) zu verwenden.

Erfindungsgemäß kann in den beschriebenen Halbleiter-Schalt­ kreisen die Sperr- bzw. Durchlaßwirkung der Ausgangs-FET mit­ tels eines geringeren Eingangsstroms erreicht werden, so daß die Empfindlichkeit der Halbleiter-Schaltkreise verbessert wird, und die zwischen den Gate- und Drain-Elektroden der Ausgangs-FET angesammelten Ladungen rasch während der Umschalt­ vorgänge der Ausgangs-FET in den Durchlaß-Zustand abgeführt werden können. Dadurch kann das angestrebte schnelle Schalt­ verhalten erreicht werden, so daß sich die bei den in der Einleitung beschriebenen Halbleiter-Schaltkreisen gegenseitig sich ausschließenden Wirkungsweisen doch gleichzeitig erreicht werden können.

Claims (4)

1. Halbleiter-Schaltkreis, in dem eine Diodenanordnung op­ tisch gekoppelt ist mit einem Leucht-Element, das gemäß ei­ nes Eingangsstroms ein Lichtsignal erzeugt, um ein auf die­ ses Lichtsignal ansprechendes photovoltaisches Ausgangssignal zu erzeugen; mit einem mit der Diodenanordnung in Reihe ge­ schalteten Widerstand; mit einem Ausgangs-Feldeffekt-Transis­ tor, der mit der Diodenanordnung verbunden ist, um den Aus­ gangs-Feldeffekt-Transistor mittels des an seiner Gate- und seiner Source-Elektrode angelegten photovoltaischen Ausgangs­ signales von einem ersten Impedanz-Zustand in einen zweiten Impedanz-Zustand zu versetzen; mit einem Treiber-Feldeffekt- Transistor vom Verarmungstyp (depression mode), der mittels einer in der photovoltaischen Diodenanordnung aufgrund des photovoltaischen Ausgangssignals erzeugten Spannung in den Sperr-Zustand vorgespannt werden kann, und der mit seiner Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode und mit seiner Source- Elektrode mit der Source-Elektrode des Ausgangs-Feldeffekt- Transistors verbunden ist, und daß der Widerstand zwischen seiner Gate- und seiner Source-Elektrode geschaltet ist; dadurch gekennzeichnet, daß ein Konstantspannungs-Leiterele­ ment vorhanden ist, das mit dem Widerstand parallel geschal­ tet ist, zwischen Gate- und Source-Elektrode des Treiber- Feldeffekt-Transistors geschaltet ist, um nach Anlegen einer Spannung, die höher ist als die Schwellspannung des Treiber- Feldeffekt-Transistors vom Verarmungstyp (depression mode), leitend zu werden und um dazu beizutragen, bei Stromfluß im Leitungszustand eine Ladung zwischen der Gate- und der Source- Elektrode des Ausgangs-Feldeffekt-Transistors aufzubauen und eine Ladung, die zwischen der Drain- und der Gate-Elektrode des Ausgangs-Feldeffekt-Transistors angesammelt ist, abzu­ führen.

2. Halbleiter-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Konstantspannungs-Leiterelement eine Zener-Diode ist, deren Durchbruchspannung höher ist als die Schwellspannung des Treiber-Feldeffekt-Transistors.

3. Halbleiter-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Konstantspannungs-Leiterelement ein selbstsperren­ der Feldeffekt-Transistor ist, dessen Schwellspannung höher ist als die des Treiber-Feldeffekt-Transistors und der zwi­ schen Gate- und Drain-Elektrode kurzgeschlossen ist.

4. Halbleiter-Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgangs-Feldeffekt-Transistor ein Metall- Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor ist.