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Schaltungsanordnung mit einer negative Widerstandscharakteristik zeigenden Diode
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parallel zur Diode verläuft und einen positiven Widerstandswert aufweist, der geringer ist als der negative
Widerstand der Diode und wobei der Wechselstromarbeitskreis, die Vorspannungsquelle und der genannte
Widerstand so geschaltet sind, dass die Diode der Vorspannungsquelle als positiver, dem Wechselstromar- beitskreis jedoch als negativer Widerstand erscheint.
Bevor auf Einzelheiten der vorliegenden Schaltung eingegangen wird, die an Hand der Zeichnungen erläutert werden, sei bemerkt, dass dünne, eine abrupte Stossstelle besitzende Germaniumdioden aus hochdotiertem Material (entdeckt und erläutert von Leo Esaki) für eine schwache Vorwärtsspannung negativen Widerstand zeigen, welchen Effekt Esaki einer Quantentunnelwirkung zuschreibt. Es sei hier auf H. S. Sommer"Tunnel Diodes as High-Frequency Devices verwiesen (in "Proceedings of the IRE", Juli
1959), wo ein angenähertes Schaltungsäquivalent der Vorrichtung gezeigt ist, um eine physikalische Deutung der Vorrichtung zu liefern und die begrenzenden Zeitkonstanten sowie einige Möglichkeiten hochfrequenztechnischer Art der spannungsgesteuerten Negativdiode aufzuzeigen.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch eine typische Diode, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, Fig. 2 ein Diagramm. darstellend den Verlauf von Strom und Spannung für eine in Fig. 1 dargestellte Diode, Fig. 3 das schematische Schaltbild einer Negativ- diode und einer Gleichstromvorspannungsschaltung, Fig. 4 das Schaltschema einer Negativdiode mit Kurzschlusswiderstand und einer Gleichstromvorspannungsschaltung, Fig. 5 ein Diagramm, das die Spannungs-Stromcharakteristik der Diode darstellt, wenn diese gemäss Fig. 4 geschaltet ist, Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht einesübertragungsleitungsoszillators mitNegativdiode und schematischem Gleichstromkreis ;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Charakteristiken der sich längs der Übertragungsleitung ausbildenden stehenden Wellen erkennen lässt, wobei es sich um einen der Fig. 6 entnommenen Leitungsteil handelt ; Fig. 8 zeigt das Schaltbild eines Gegentaktoszillators mit Negativdioden, Fig. 9 das Schaltschema einer Verstärkerschaltung mit Negativdiode, Fig. 10 das Schaltschema eines Verstärkers, Fig. 11 das Schaltbild eines Oszillators, der eine Negativdiode einschliesst, die von einer Wechselstromquelle aus vorgespannt wird und Fig. 12 die schaubildliche Ansicht eines Paares von Leitungsoszillatoren, von denen jeder eine Negativdiode enthält, wobei die Dioden zwecks Vorspannung in Serie geschaltet sind.
Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Negativdiode, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Leo Esaki hat in "Physical Review", Bd. 109,1958, S. 603, eine dünne Diode beschrieben, die über einen Bereich einer niedrigen Vorwärtsvorspannung, nämlich weniger als 0, 3 V, negativen Widerstand zeigt. Die Diode war mit einem Halbleiter hergestellt, der eine Konzentration von freien Ladungsträgern aufwies, die um mehrere Grössenordnungen grösser war als jene, die man in gewöhnlichen Dioden anwendet.
Eine Diode, wie sie im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, umfasst eine einzige Kristallstange aus Germanium der n-Type, die mit Arsen gedopt ist, um eine Donatorenkonzentration von 4,0 X 1019 cm-s zu besitzen, was durch Anwendung bekannter Methoden erreicht wird. Beispielsweise kann dies so geschehen, dass man aus geschmolzenem Germanium, das den gewünschten Arsengehalt aufweist, einen Kristall zieht. Aus der Stange wird längs der 111-Ebene, d. h. einer Ebene, die zur kristallographi- schen 111er Achse senkrecht steht, ein Plättchen 10 geschnitten. Dieses Plättchen wird in eine Tiefe von etwa 0,05 mm mittels eines herkömmlichen Ätzbades geätzt. Das Plättchen 10 wird längs einer seiner grösseren Flächen auf einen Leiterstreifen 12, z.
B. aus Nickel bestehend, gelötet, was mit gebräuchlichem Blei-Zinn-Arsenlot geschieht, um einen nichtgleichrichtenden Kontakt zwischen dem Plättchen 10 und dem Streifen 12 zu schaffen. Der Nickelstreifen kann gewünschtenfalls als Basisleiter dienen. Mittels einer kleinen Menge eines handelsüblichen Flussmittels, wird ein Fleckchen 14, das aus 99 Gew.-je Indium, 0,5 Gew. -0/0 Zink und 0,5 Gew. -0/0 Gallium besteht und einen Durchmesser von etwa 0, 125 mm aufweist, auf die freie Oberfläche 16 des Germaniumplättchens 10 aufgebracht und sodann für eine Minute auf eine Temperatur um 4500C in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre erhitzt, um einen Teil des Fleckchens 14 mit dem Plättchen 10 zu legieren ; anschliessend wird schnell abgekühlt.
Während dieses auf die Bildung der Legierung gerichteten Verfahrensschrittes, wird die Einheit so schnell als möglich erhitzt und gekühlt, um so eine abrupte pn-Schicht zu erzielen. Die Einheit wird sodann noch einer 5 sec währende Tauchätzung unterworfen, wozu man sich einer jodierten Ätzlösung bedient, und schliesslich in destilliertem Wasser gesplilt. Eine geeignete schwachjodierte Ätzlösung kann auf folgende Weise be-
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chen Frequenzen verwendet werden soll, kann man an den Fleck 14 noch einen Anschlussleiter anlöten.
Wenn die Vorrichtung bei höchsten Frequenzen verwendet werden soll, dann muss die Verbindung unter Verwendung von Anscblusselementen niedriger Impedanz hergestellt werden.
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<tb>
<tb> AngabenR <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Ohm <SEP>
<tb> C-500 <SEP> Picofarad <SEP> ( <SEP> j. <SEP> t <SEP> = <SEP> pF)
<tb> Roc-0, <SEP> 5 <SEP> MillimikroseKunden <SEP> (muses),
<tb>
wobei R den Durchschnittswert des negativen Widerstandes vom Strommaximum zum Stromminimum, C die Kapazität der Verbindungsstelle im Arbeitspunkt der Diode und RC die ungefähre Zeitkonstante, wel- che die Frequenzcharakteristik der Diode bestimmt, vorstellt.
An Stelle von Germanium können auch andereHalbleiter, insbesondere Silizium und die AIIIBV Ver- bindungen benutzt werden. Eine AILS BU Verbindung ist eine Verbindung, die sich aus Elementen der III. und der V. Gruppe des periodischen Systems der Elemente zusammensetzt, z. B. Galliumarsenid,'In- diumarsenid und Indiumantimonid. Wenn man Verbindungen des Typs AIII BV verwendet, so dienen die gewöhnlich in diesen Verbindungen verwendeten Verunreinigungen der p-und n-Type auch zur Bildung der beschriebenen Diode. Demnach ist Schwefel eine geeignete Verunreinigung der n-Type und Zink eine solche der p-Type, die auch der Legierung einverleibt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Strom-Spannungscharakteristik einer typischen im Rahmen der Erfindung verwend- baren Diode. Die Strommassstäbe hängen von der Fläche und der Dotierung ab, doch liegen typische
Stromstärken in der Grössenordnung von Milliampere.
Für eine kleine in der Rückwärtsrichtung auftretende Spannung steigt der rückwärtsfliessende Strom der Diode als Funktion der Spannung an, wie dies durch den Bereich b der Fig. 2 angedeutet ist. Für eine kleine Vorwärtsspannung ist die Charakteristik symmetrisch (Fig. 2, Bereich c). Bei höheren Vorwärtsvor- spannungen erreicht der Vorwärtsstrom als Folge der Tunnelwirkung ein Maximum (Bereich d, Fig. 2) und beginnt sodann zu fallen. Dieser Abfall setzt sich fort (Bereich e, Fig. 2) bis eine eventuelle normale In- jektion über der Schranke Einfluss erlangt und die Charakteristik wieder in das übliche Vorwärtsverhalten einschwenkt (Bereich f, Fig. 2).
Der negative Widerstand der Diode ist das Spannungsdifferential dividiert durch das Stromdifferential oder die reziproke Steilheit des Bereiches e, Fig. 2. Um die Diode für eine stabile Arbeitsweise im negativen Widerstandsbereich vorzuspannen, ist eine geeignete Spannungsquelle erforderlich, die eine geringere innere Impedanz aufweist als der negative Widerstand der Diode ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann die Spannungsquelle 18 aus einer Batterie 22 und einem Regelwiderstand 24 bestehen, wobei der innere Widerstand dieser Quelle die Summe aus dem inneren Widerstand der Batterie 22 und dem eingestellten Widerstandswerte des Widerstandes 24 ist.
Eine solche Spannungsquelle hat eine Gleichstromlastlinie 26, Fig. 2, die durch eine Strom-Spannungsbeziehung gekennzeichnet ist, deren Steilheit grösser ist als die ne- gative Steilheit der Diodencharakteristik und welche die Diodencharakteristik in lediglich einem einzigen Punkt schneidet. Falls die Spannungsquelle 18 einen inneren Widerstand aufweist, der grösser ist als der negative Widerstand der Diode, so würde die Quelle eine Lastlinie 28 mit einer kleineren Steilheit als die negative Steilheit der Diodencharakteristik, wie in Fig. 2 angedeutet, aufweisen und die Diodencharakteristik in drei Punkten schneiden. Unter den letzteren Bedingungen ist die Diode im negativen Widerstandsbereich nicht stabil vorgespannt.
Es ist dies deshalb der Fall, weil ein Wechsel des durch die Diode fliessenden Stromes als Folge von Übergangs- oder Störströmen od. dgl. eine regenerative Reaktion zur Folge hat, was die Diode veranlasst einen ihrer beiden stabilen Zustände einzunehmen, die durch die Schnittpunkte der Lastlinie 28 mit den positiven Widerstandsteilen der Diodencharakteristik gegeben sind.
Wenn mehrere Negativdioden aus einer einzigen Spannungsquelle vorgespannt werden sollen, so ist es am besten, sie parallelzuschalten. Nun haben aber die meisten handelsüblichen Batterien keine Klemme, die weniger als eineinhalb Volt liefert und die Ermässigung dieser Spannung auf den kleinen Wert. den man zur richtigen Vorspannung der Dioden im negativen Widerstandsbereich ihrer Charakteristik benötigt (und der beispielsweise bei 150 mV liegt) ist bei einem Widerstand von einigen Ohm mit einer argen Ver- schwendung von Batteriestrom verbunden. Des weiteren kann bemerkt werden, dass, wenn der negative Widerstand der Diode den positiven Widerstand im Vorspannungskreis überschreitet, in letzterem ein negativer Widerstand resultiert.
Dieser negative Widerstand neigt dazu, im Verein mit der Induktanz der Verbindungsleitungen im Vorspannungskreis und der Kapazität der Diode störende Schwingungsvorgänge zu erzeugen, die einen Wechselstromkreis, der mit den Klemmen 30 verbunden sein möge, abträglich beeinflussen können.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird die Negativdiode aus einer spannungsgeregelten Vorrichtung in eine stromgeregelte Vorrichtung umgewandelt, auf eine Weise, dass der resultierende, dem Vorspannungskreis dargebotene Widerstand positiv wird, wodurch die Bereitschaft des Vorspannungskreises
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störende Schwingungen zu bilden, vermindert wird. Ein Gleichstromvorspannungskreis für eine Diode ist in Fig. 4 dargestellt.
Gemäss dieser Schaltung ist eine negativen Widerstand zeigende Diode 32 durch einen Widerstand 34 überbrückt, der einen positiven Widerstandswert aufweist, der niedriger ist, als der negative der Diode. Die Strom-Spannungscbarakteristikfür die Kombination der Diode 32 und des Widerstandes 34 zeigt die Fig. 5.
Es ist ersichtlich, dass da die Vorwärtsspannung, die der aus Diode und Widerstand bestehenden Kombination zugeführt wird, von Null aus stets ansteigt, der Strom ständig zunimmt und keine negative Steilheit entsteht. Demnach kann die Diode von einer Stromquelle 36 gesteuert werden, die einen hohen inneren Widerstand aufweist. Die Lastkurve 37 der Stromquelle 36 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Stromquelle 36 umfasst eine Batterie 38 und einen veränderbaren Widerstand 40 hohen Wertes, der so eingestellt wird, dass durch die Diode hindurch der gewünschte Strom fliesst. Da der Widerstand 34 einen kleineren Widerstandswert aufweist als der von der Diode 32 gezeigte negative Widerstand, ergibt sich ein resultierender positiver Widerstand für die Gleichstromquelle 36, wodurch störende Schwingungen in dem Gleichstromkreis vermieden werden.
Des weiteren können, weil die Diode stromgesteuert ist, mehrere Negativdioden, die in verschiedenen signalübertragenden Stufen angeordnet sein mögen, zwecks Vorspannung in Serie geschaltet werden. um einen wirtschaftlichen Verbrauch der Batterie zu sichern.
Damit die Diode 32 wirksam als aktives Schaltelement in einem Wechselstrorpkreis arbeiten kann, muss sie hinsichtlich der Klemmen 42 negativen Widerstand zeigen. Eine Möglichkeit, um dies zu erreichen, wird in Fig. 6 gezeigt, in der ein Resonanzleitungsoszillator dargestellt ist. Der Oszillator umfasst ein Paar von parallelen Übertragungsleitern 44 und 46. Die Übertragungsleitung kann aus elektrisch leitenden Streifen oder Bändern bestehen,. die sich mit ihren grösseren Flächen gegenüberliegen und die durch geeignete, nicht dargestellte Isoliermittel voneinander getrennt sein können.
Eine Negativdiode 48 ist zwischen den Leitern 44 und 46 an einem Ende derselben montiert, wobei das Plättchen 10 mit der inneren Oberfläche des Leiters 46 durch jedes geeignete Mittel verbunden sein kann, welches einen guten ohmschen Kontakt zwischen dem Leiter und dem Plättchen gewährleistet. In diesem Zusammenhang kann der Leiter 46 den Zweck erfüllen, der dem Streifen 12, Fig. 1, zugeschrieben wurde. Die andere Elektrode der Negativdiode ist mit der inneren Oberfläche des Leiters 44 verbun-
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bestehen möge.
Ein induktionsfreier Widerstand 50, der aus einem Plättchen Germanium hoher Leitfähigkeit bestehen kann, ist zwischen die beiden Leiter 44 und 46 in einen Punkt gelegt, der so nahe neben der Diode liegt, dass die beeinflussende Induktanz verglichen mit der wirksamen Induktanz der gewünschten Schwingungsart vernachlässigbar ist. Der Widerstand 50 ist mit den Leitern 44 und 46 an einem Punkt verbunden, indem die Spannung der stehenden Welle für die gewünschte Schwingungsart ein Minimum ist, weshalb der Widerstand 50 die in der Schaltung auftretenden Schwingungen nur unwesentlich dämpft. Die Gleichstromvorspannung für die Diode 48 wird von einer Stromquelle geliefert, welche eine Batterie 52 und einen regelbaren Widerstand 54 geeigneter Grösse aufweist.
Verbindungen von der Stromquelle, welche auch die Leiter 56 und 58 einschliessen, sind mit der Übertragungsleitung 44 bzw. 46 an Punkten nahe dem Widerstand. 50 verbunden. Der variable Widerstand 54 ist so eingestellt, dass er den nötigen Strom liefert, um die Diode 48 im geeigneten Punkt im negativen Widerstandsbereich ihrer Charakteristik vorzuspannen. Wenn zwischen der Vorspannungsschaltung und der Arbeitsschaltung eine weitere Isolierung gewünscht werden sollte, können geeignete, nicht dargestellte Filter zwischen die Vorspannungsschaltung und die Verbindungspunkte 5 der Leiter 56 und 58 mit der Übertragungsleitung eingelegt werden, ohne die Tätigkeit des Oszillators zu stören.
Aus der Übertragungsleitung wird Oszillatorenergie mittels einer Impedanz-Anpassvorrichtung entnommen, welche die parallelen Leiter 60 und 62, die als Verlängerungen der Leiter der Übertragungsleitung 44 und 46 zu verstehen sind, umfasst. Die Abmessungen der Leiter 60 und 62 sind so gewählt, dass sie zwischen der schwingenden Übertragungsleitung und einer geeigneten Last, welche nicht dargestellte Schaltungen umfassen möge und die mit einem Koaxialkabel in Verbindung stehen, die gewünschte Impedanztransformation ergeben.
Die Art der sich längs der schwingenden Übertragungsleitung und dem impedanzbehafteten Anpas- sungsglied ergebenden stehenden Wellen ist aus Fig. 7 erkennbar. Da die Übertragungsleitung nach dem Viertelwellenprinzip arbeitet, besteht in der Nähe ihres freien Endes ein Spannungsmaximum. Die Spannung fällt auf ein Minimum an jenem Punkte ab, an dem der induktionsfreie Widerstand 50 angeschlossen ist. Anschliessend steigt die Spannung wieder bis zum entgegengesetzten Leitungsende an. Dieser Verlauf hat den Vorteil einen Spannungsanstieg von der Diode zum offenen Leitungsende zu liefern, wodurch es
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möglich wird, die mit niedriger Impedanz behaftete Diode an eine Leitung gebräuchlicher Impedanz anzupassen.
Die Spannung, die längs der Anpasseinrichtung mit den Leitern 60 und 62 auftritt, steigt an ihrem freien Ende auf ein Maximum an.
Zwecks Betriebes wird die Negativdiode in einem im negativen Arbeitsbereich gelegenen Punkt ihrer Arbeitscharakteristik vorgespannt, indem der Regelwiderstand 54 eingestellt wird. Da der negative Widerstand der Diode grösser ist als der positive Widerstand des Widerstandes 50, erscheint die Kombination als ein rein positiver Widerstand in dem Gleichstromkreis, so dass Störschwingungen im Gleichstromschaltungsteil nicht auftreten können. Unerwünschte Schwingungsarten werden in der Übertragungsleitung zufolge der Dämpfungswirkung des Widerstandes 50 nicht aufrecht erhalten.
Damit es zum Schwingen kommt, muss der Schwingkreis so ausgelegt sein, dass die Lastlinie mit der Spannungs-Stromcharakteristik der Lastlinie der Diode mehrere Schnittpunkte aufweist, ähnlich der aus Fig. 2 ersichtlichen Lastlinie 28. Diese Lastlinie besteht für jede Frequenz, bei welcher die Gütezahl Q
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Da sich der an den Leitern 44 und 46 der Übertragungsleitung angeordnete Widerstand 50 an einem Spannungspunkt Null befindet, was einem Punkt niedriger Impedanz entspricht, hat der Widerstand nur einen geringen Einfluss auf die Wirkungsweise der Übertragungsleitung ; die Diode stellt einen negativen Widerstand für die Leiter 44 und 46 der Übertragungsleitung hinsichtlich der Erzeugung von Schwingungen vor.
Die sich ergebende Schwingungsenergie wird über eine impedanzbehaftete Anpassvorrichtung, wel- che die Leiter 60 und 62 einschliesst, an die Last angekoppelt. Die Übertragungsleitung kann über einen Frequenzbereich dadurch abgestimmt werden, dass man den Gleichstromarbeitspunkt der Diode ändert, oder durch Veränderung der körperlichen Länge der Leiter 44 und 46. Für sehr grosse Frequenzänderungen kann es sich als nötig herausstellen, den Widerstand 50 zu verändern. Anderseits lässt sich eine Abstimmung des Oszillators auch dadurch herbeiführen, dass man an das offene Ende der Übertragungseinrichtung ein veränderbares Kapazitätsglied anschliesst.
Die Diode negativen Widerstandes lässt sich auch in anderer Weise schalten, damit sie für den Vorspannungskreis einen positiven und für den Wechselstromkreis einen negativen Widerstand vorstellt. Fig. 8 zeigt als Beispiel für eine solche Schaltung eine Schwingkreis-Gegentaktanordnung. In dieser Schaltung wird ein Paar von Dioden 70 und 72 von einer Gleichstromquelle, die eine Batterie 74 und einen Regelwiderstand 76 hohen Widerstandswertes umfasst, auf einen gewünschten Punkt ihrer negativen Widerstandscharakteristik vorgespannt. Um die Dioden aus spannungsgeregelten Vorrichtungen in stromgeregelte Vorrichtungen umzuwandeln, ist ein Widerstand 78, dessen Widerstandswert niedriger ist als der wirksame kombinierte negative Widerstand der Dioden 70 und 72, parallel zu jeder der Dioden 70 und 72 gelegt.
Der Oszillator weist ein Paar von Schwingkreisen auf, die auf dieselbe Resonanzfrequenz abgestimmt sind und von denen der eine durch einen Leiter 80, der mit der wirksamen Kapazität der Diode 70 parallelliegt, besteht, wogegen der andere aus dem Leiter 82, der mit der effektiven Kapazität der Diode 72 parallel verläuft, besteht. Bei Arbeitsfrequenz ist der Q-Wert jedes Schwingkreises grösser als der wirksame Q-Wert der Diode, der er zugeordnet ist, was einen Zustand schafft, bei dem der Kreis schwingt. Dem Oszillator können Gegentaktschwingungen mittels eines Paares von Leitern 84 und 86 entnommen werden, die mit den entsprechenden Oszillatorschwingkreisleitern 80 bzw. 82 gekoppelt sind.
Da der positive Widerstand 78 kleiner ist als der kombinierte negative Widerstand, den die Dioden 70 und 72 vorstellen, stellt die Kombination hinsichtlich der Gleichstromverbindungen einen wirksamen positiven Widerstand vor, so dass störende Schwingungen nicht aufrechterhalten werden. Die Dioden 70 und 72 stellen jedoch hinsichtlich ihrer bezüglichen Tankkreise einen wirksamen negativen Widerstand vor. Dies ist aus folgenden Gründen der Fall : Wenn der durch die Diode 70 fliessende Strom ansteigt, so nimmt der durch die Diode 72 fliessende Strom ab. Da die durch beide Dioden fliessenden Ströme durch den Widerstand 78 fliessen und ihre Phasen um 1800 versetzt sind, trachten sie sich aufzuheben und der Rest erzeugt eine vernachlässigbare Wechselstromspannung über dem Widerstand 78 bei Resonanzfrequenz.
Dementsprechend hat dei Widerstand 78, weil er über Punkten mit im wesentlichen gleichem Wechselstrompotential liegt, wenig Einfluss auf die Tätigkeit des Oszillators. Es ist ersichtlich, dass der niedrige Widerstandswert des Widerstandes 78 trachtet, unerwünschte Arbeitsweisen der Schwingungen zu unterdrücken, da solche hindurchfliessende Ströme nicht gelöscht werden.
Der Vorspannungskreis kann auch vom Arbeits- oder Wechselstromkreis mittels einer Brückenanord- aung isoliert werden, wie dies Fig. 9 zeigt, die das schematische Schaltbild eines Verstärkers für eine abgestimmte Frequenz darstellt. Die Brückenschaltung umfasst Kondensatoren 100,102, 104 und 106. Eine
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Negativdiode 115 liegt in der einen durch die Eckpunkte 112 und 114 definierten Diagonale der Brücke. Die Quelle für den Vorspannungsstrom der Diode, die aus einer Batterie 120 und einem Regelwiderstand 122, der in Serie mit einer HF-Drossel 124 liegt, gebildet ist, liegt über der andern Brückendiagonale, die durch die Klemmen 116 und 118 definiert ist.
Zwecks Vervollständigung des Gleichstromvorspannungsweges zur Diode 115 sind Induktionsglieder 108 und 110 parallel mit den Kondensatoren 100 bzw. 104 gelegt.
Um die spannungsgesteuerte Diode in eine stromgesteuerte Einrichtung zu verwandeln, ist auch ein Widerstand 126 zwischen die Klemmen 116 und 118 gelegt. Der Widerstand 126 ist so gewählt, dass er einen positiven Widerstand bildet, der kleiner ist als der scheinbare negative Widerstand der Diode 115, der den Klemmen 116 und 118 dargeboten wird. Der Widerstand 126 hat den Zweck, störende Schwingungen im Vorspannkreis zu unterdrücken und ist demgemäss so nahe als möglich an die Brückenklemmen 116 und 118 herangerückt. Falls gewünscht, kann ein Signal-Überbrückungskondensator 128 parallel zu dem Widerstand 126 angeordnet werden, um einen Weg geringer Impedanz für Wechselstromsignale zu ergeben, welche zwischen den Klemmen 116 und 118 als Folge einer Unausgeglichenheit der Brückenschaltung auftreten können.
DerVerstärker besitzt einenEingangskreis 130, der zwischen die Eckpunkte 112 und 114 gelegt ist und auf die Frequenz der zu verstärkenden Signale abgestimmt ist. An die Klemmen 112 und 114 ist ausserdem ein Signalausgangskreis 132 gelegt, an dem die verstärkte Signalenergie liegt.
Die Induktionsglieder 108 und 110, welche den Vorspannstrom für die Diode 115 führen, sind so gewählt, dass sie im Verein mit ihren zugeordneten Überbrückungskondensatoren 100 bzw. 104 bei einer Frequenz schwingen, die niedrig im Vergleich mit der Abstimmfrequenz des Verstärkers ist. Demnach wirken diese Schaltungsteile bei Signalfrequenz wie Kondensatoren. Die Kondensatoren 102 und 106 und die wirksamen Kapazitanzen der Kreise 100,108 und 104,110 sind so gewählt, dass praktisch kein Wechselstromsignal zwischen den Punkten 116 und 118 als Folge der Wechselstromenergie, die über den Punkten 112 und 114 vorhanden ist, aufscheint. Demgemäss wird der geringe Widerstandswert des Widerstandes 126, der zwischen den Klemmen 116 und 119 liegt, praktisch keine Dämpfung der Signalkreise hervorrufen.
Der Widerstand 122 ist so eingestellt, dass er den nötigen Strom liefert, um die Diode 115 in einem geeigneten Punkt des Bereiches negativen Widerstandes ihrer Strom-Spannungscharakteristik vorzuspannen.
Um eine stabile Verstärkung zu erreichen, sollte der kombinierte Leitwert des Eingangs- und des Ausgangskreises 130 bzw. 132 grösser sein als der wirkende negative Leitwert der Diode 115. Eine Signalspannung, die an dem abgestimmten Eingangskreis 130 entwickelt wird, liegt gleichzeitig an der Diode 115 und dem Ausgangskreis 132 und verursacht einen Stromfluss durch diese Kreise. Die Signalspannung, die an die Diode 115 gelegt wird, verursacht jedoch einen Wechsel des durch sie vor sich gehenden Stromflusses, dessen Richtung entgegengesetzt dem Wechsel des Stromflusses ist, der durch den Ausgangskreis 132 vor sich geht. Demnach weist der Diodenstrom eine Richtung auf, die sich dem Strom im Ausgangskreis addiert, wodurch eine Verstärkung erzielt wird.
Der Verstärkungsgewinn, der im Verstärkerkreis auftritt, lässt sich wie folgt ausdrücken :
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same negative Leitwert der Diode 115 ist.
Fig. 10 ist das schematische Schaltbild eines Zwischenfrequenzverstärkers, der eine Negativdiode 140 enthält. Die Kapazitanz der Diode 140 ist auf die Zwischenfrequenz durch die Induktanz eines Autotransformators 142 abgestimmt. Ein Kondensator 144, der zwischen den Autotransformator 142 und die Diode 140 geschaltet ist, wirkt als Blockkondensator für den Vorspannungskreis. Der Vorspannungsstrom für die Diode 140 wird von einer Stromquelle geliefert, die aus einer Batterie 146 und einem Regelwiderstand 148 besteht. Die die Vorspannung liefernde Stromquelle ist mit der Anode der Diode 140 durch eine Hochfrequenzdrossel 150 verbunden und mit der Kathode der Diode 140 durch einen Autotransformator 142.
Ein wirkungsgemäss an die Diode 140 gelegter Widerstand 152, der einen positiven Wert hat. der kleiner ist als der negative Widerstandswert der Diode 140, wandelt die Diode 140 aus einer spannungsgeregelten Einrichtung in eine stromgeregelte Einrichtung um.
Wechselstromsigna1energie von der zu verstärkenden Zwischenfrequenz, wird der Schaltung vermittels eines abgestimmten Eingangskreises 154 zugeführt, der zwischen eine Anzapfung 156 des Autotrans-
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formators 142 und ein Bezugspotential gelegt ist. Verstärkte Signalenergie wird aus dem Tankkreis zwischen der Anzapfung 156 und einem Bezugspotentialpunkt gewonnen und an einem Lastkreis 158 entwickelt, der an geeignete Nutzschaltungen gekoppelt sein möge. Die Anzapfung ist so gewählt, dass sie die Eingangs- und die Ausgangsschaltung an die Impedanz der Diode anpasst, so dass der negative Leitwert der Diode kleiner wird als der positive Leitwert des kombinierten Eingangs- und Ausgangskreises.
Wie oben erwähnt, ist es für eine stabile Arbeitsweise erforderlich, dass der kombinierte Leitwert des Ausgangskreises und des Eingangskreises den negativen Leitwert der Diode, transformiert an dem Wicklungsteil zwischen der Klemme 156 und dem Bezugspotential, überschreitet.
Da der Kondensator 144 signalfrequenten Strömen eine geringe Impedanz entgegengesetzt, liegt der Widerstand 152 zwischen Punkten von ungefähr gleichem Gleichstrompotential und belastet daher die Wechselstromkreise nicht. Des weiteren hat der Widerstand 152 die Folge, dass sich der Vorspannungskreis wie ein positiver Widerstand auswirkt, so dass Störschwingungen nicht auftreten.
Für den Fall des Impulsbetriebes oder für Modulationsschaltungen, z. B. Frequenzmodulationsschal- tungen, kann es wünschenswert sein, eine Wechselspannung oder eine Impulsspannung als Vorspannung einer Negativdiode anzuwenden, wie dies in der Oszillatorschaltung der Fig. 11 dargestellt ist. Die Schaltung nach Fig. 11 ist ähnlich jener der Fig. 6, abgesehen davon, dass eine Wechselstromvorspannungsquelle vorgesehen worden ist. Die Grösse des der Diode zuzuführenden Wechselstromes lässt sich durch Einstellung des Regelwiderstandes 160 auf den richtigen Wert bringen.
Wenn der Vorspannungsstrom der Quelle 162 bewirkt, dass die Negativdiode bei negativer Steilheit ihrer Strom-Spannungskurve arbeitet, wird die Schaltung schwingen und die Entwicklung von Schwingungen in jedem Zeitpunkte bewirken, in dem die Vorspannung durch die negative Steilheit hindurchschwingt. Für sehr starke Vorspannungswechselströme wird dies zweimalig zur Schwingungsentwicklung je Schwingung des Vorspannungsstromes führen.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben, dient der Widerstand 50'dazu, die Diode 48'von einer spannungsgesteuerten Einrichtung in eine stromgesteuerte Einrichtung zu verwandeln ; er verursacht ferner, dass die Spannungsquelle mit einem positiven Widerstand endet und dadurch Störschwingungen im Vorspannungskreis unterdrückt werden und schliesslich hat er die Wirkung, unerwünschte Schwingungsarten zu dämpfen, zu deren Entstehen die Übertragungsleitung immerhin Anlass geben könnte.
Wie im vorhergehenden dargelegt wurde, kann eine Mehrzahl von Dioden, welche aktive Schaltelemente verschiedener Schaltungen, wie Oszillatorkreise, Verstärkerkreise, Detektorkreise usw. vorstellen, zwecks gemeinsamer Vorspannung in Serie erfindungsgemäss geschaltet werden, um eine wirtschaftlichere Ausnützung der Batterie zu erreichen. Eine solche Schaltung ist in Fig. 12 dargestellt, die ein Paar von Oszillatoren zeigt, von denen jeder für sich, mit Ausnahme der Vorspannschaltungen, so beschaffen ist, wie dies in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben wurde.
Jede der in Fig. 12 gezeigten Oszillatorschaltungen
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Wie in Verbindung mit Fig. 6 bereits erwähnt, sind die Widerstände 50" und 50'" längs der Übertragungsleitungen mit Spannungspunkten des Potentials Null verbunden, damit sie nur eine geringe Auswirkung auf den Wechselstrombetrieb der Schaltung zeigen.
Der für die Dioden 48 und 48'nötige Vorspannungsstrom wird durch eine Stromquelle 170 geliefert, die aus einer Batterie 172 und einem Regelwiderstand 174 besteht. Die beiden Einheiten sind in Serie mit der Stromquelle 170 geschaltet und der Widerstand 174 wird so eingestellt, dass er den nötigen Vorspannstrom liefert, der bewirkt, dass die Dioden in den gewünschten Punkten ihrer negativen Widerstandscharakteristik arbeiten. Falls gewünscht, könnte man auch in verschiedenen Stufen befindliche Negativdioden in Serie vorspannen. Beispielsweise kann man Negativdioden, welche die wirksamen Teile von Verstärkern, Schwingungserzeugern, Mischerschaltungen u. dgl. sind, durchwegs in ein und dieselbe Gleichstromserien- schaltung legen.
Da die Dioden in der Serienschaltung durchwegs stromgeregelte Einrichtungen sind, kommt man zu einer wirkungsvollen Ausnützung der von einer Batterie gelieferten Energie.
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