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Schaltung mit einer Schaltdiode mit vier hintereinanderliegenden Zonen
Die Erfindung betrifft eine Schaltung mit einer Schaltdiode mit vier hintereinanderliegenden Zonen, die abwechselnd p-und n-Störstellen enthalten, wobei nur einer der beiden äusseren pn-Übergänge mit einem Widerstand überbrückt ist.
Es ist bekannt, derartige Dioden wegen ihrer negativen Stromspannungscharakteristik als Schaltdioden zu verwenden. Zunächst soll kurz auf die Wirkungsweise derartiger bekannte ; Schaltelemente eingegangen werden. Dazu soll in Fig. 1 nur die Diode mit den vier Zonen I, U, III und IV und den entsprechenden pn-Übergängen 1, 2 und 3 ohne den Nebenschluss über den Widerstand R betrachtet werden. Die Polung der Gleichstromquelle 3, die den Stromkreis über einen Vorwiderstand 4 schliesst, ist so gewählt, dass der mittlere Pll- Ubergang 2 in Sperrichtung liegt. Die Schaltdiode sperrt dann für kleine Spannungen und die gesamte äussere Spannung liegt am mittleren pn-Übergang. Dieses Verhalten wird durch den Kurvenast A der in Fig. 2 dargestellten Stromspannungscharakteristik wiedergegeben.
Es werden nun von den beiden Aussenzonen I bzw. IV Minoritätsträger in die jeweils benachbarte Mittelzone II bzw. m injiziert.
Diese erreichen den mittleren pn - Übergang 2 und bewirken dort eine Erhöhung des Sperrstroms. Der Sperrstrom wächst mit steigender Spannung und damit auch die Injektion der Minoritätsträger, die dann ihrerseits wieder eine Erhöhung des Sperrstroms zur Folge hat. Bei Erreichen der Durchbruchspannung des pn-Übergangs 2 wird das Element instabil. In der Stromspannungscharakteristik der Fig. 2 ist dieser Punkt
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schwemmt, so dass die Spannung an der Anordnung zusammenbricht. Dieses Verhalten wird durch den KurvenastB inFig. 2 wiedergegeben. Beim Umpolen der äusseren Spannung liegen die pn-Übergänge 1 und 3 in Sperrichtung und die Anordnung sperrt so lange, bis der Zenerdurchbruch dieser beiden äusseren Übergänge erreicht ist.
Dieses Verhalten entspricht dem Bereich, der durch den Kurvenast C'dargestellt ist.
Es ist bereits eine Anordnung zur Verwendung als Schalter in Stromkreisen bekannt, bei der die beiden äusseren pn-Übergänge durch je einen Widerstand überbrückt sind (siehe die USA-Patentschrift Nr. 2, 655, 610) ; bei einer weiteren Ausführungsform gemäss dieser Patentschrift können diese Widerstände auch regelbar sein. Zum Umschalten vom Sperr- in den Flusszustand wird bei dieser Einrichtung eine Spannung angelegt, die grösser als die Durchbruchsspannung ist.
Aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 655,608 ist es weiters bekanntgeworden, eine Schaltdiode, bestehend aus drei hintereinanderliegenden p-bzw. n-Zonen in Serie mit einem Widerstand an Spannung zu legen.
Dabei ist parallel zu diesem Widerstand ein Spitzenkontakt an der mit dem Widerstand verbundenen Zone vorgesehen, der durch einen Schichtkontakt ersetzt werden kann, so dass in diesem Falle ebenfalls eine Schaltdiode mit vier hintereinanderliegenden Zonen vorliegt, die abwechselnd p-und n-Störstellen enthalten, wobei nur einer der äusseren pn-Übergänge mit einem Widerstand überbrückt ist.
Die vorliegende Erfindung ist demgegenüber dadurch ausgezeichnet, dass der Widerstand in an sich bekannter Weise regelbar ist und der nicht überbrückte äussere pu-übergang eine sehr kleine Sperrspannung hat, so dass die Schaltdiode in der sonst sperrenden Richtung eine Flusscharakteristik aufweist.
Diese Flusscharakteristik in der sonst sperrenden Richtung, wie sie eine Schaltung mit einer Schaltdiode gemäss der Erfindung aufweist, hat vor allem den Vorteil, dass ein Umschalten vom Sperrzustand in den Flusszustand schon bei wesentlich geringeren Spannungen als der Durchbruchsspannung erfolgen kann
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und'damit die aufzuwendende Schaltleistung erheblich verringert wird.
In Fig. 2 ist die Kennlinie 6 einer Anordnung gemäss der Erfindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, bei der eine der Aussenzonen mit dem Winderstand R überbrückt ist und der nicht überbrückte Übergang eine sehr kleine Sperrspannung aufweist, gestrichelt gezeichnet dargestellt. Durch den Widerstand R wird die Durchbruchsspannung erhöht. Diese erhöhte Durchbruchsspannung ist mit UD, bezeichnet. Der Wert
UD, ist durch die Grösse des Widerstandes R bestimmt. UD, ist aber immer grösser als die Durchbruchs- spannung UD derSchaltdiode ohne Widerstand. Beim Umpolen der Spannung zeigt die erfindungsgemässe
Anordnung eine ausgeprägte Flusscharakteristik.
Dabei ist vorausgesetzt, dass der pn-Übergang 3 oder all- gemein der nicht überbrückte pn-Übergang eine sehr kleine Sperrspannung hat. Diese Flusscharakteristik im sonst sperrenden Bereich hat den Vorteil, dass man die Diode vom Sperrzustand in den Flusszustand schalten kann, ohne eine Spannung von der Grösse der Durchbruchsspannung aufbringen zu müssen. Will man vom Sperrzustand A in den leitenden Zustand B gelangen, so polt man kurz in Flussrichtung, die durch den Zustand C gegeben ist. Die Gebiete II und III sowie der pn-Übergang 2 werden mit Minoritäts- trägern überschwemmt und die Spannung UD'wird abgebaut, so dass man ohne grossen Spannungsaufwand vom Zustand C in den Zustand B gelangen kann.
Durch Änderung der Grösse des Widerstandes R kann auch der Verlauf des Kurvenastes C und damit die
Schaltzeit der Anordnung beeinflusst werden.
Es ist auch möglich und wird erfindungsgemäss weiter vorgeschlagen, an Stelle des Widerstandes R einen von der Spannungsrichtung abhängigen Widerstand, insbesondere einen Richtleiter, zu verwenden, der den Strom durch den Nebenschluss unterbindet, wenn der pn-Übergang l in Flussrichtung liegt. Man erhält dann die maximale Minoritätsträgerinjektion in die Zone II. Man kann mit dieser Anordnung eine niedrige Durchbruchspannung UD mit einer guten Flusskennlinie kombinieren.
Weiter ist es auch möglich, durch Parallelschaltung eines Kondensators zum Widerstand Rdie Schalt- diode zur Schwingungserzeugung zu benutzen.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn der Wert des Widerstandes R in der Grössenord- nung des Flusswiderstandes des überbrückten pn-Übergangs liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung mit einer Schaltdiode mit vier hintereinanderliegenden Zonen, die abwechselnd p-und n-störstellen enthalten, wobei nur einer der beiden äusseren pn-Übergänge mit einem Widerstand über- brückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (R) in an sich bekannter Weise regelbar ist und der nicht überbrückte andere äussere pn-Übergang eine sehr kleine Sperrspannung hat, so dass die Schalt- diode in der sonst sperrenden Richtung eine Flusscharakteristik aufweist.