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Vorrichtung mit einer Tunneldiode
Bei Hochfrequenzschaltungsanordnungen ist häufig die Aufgabe gestellt, zu verhüten, dass der Spei - sekreis das Verhalten des Hochfreuqenzkreises beeinflusst. Dies ist insbesondere bei Schaltungen mit Tun- neldioden der Fall. Zwar kann man, wie es z. B. bei Schaltungsanordnungen mit Elektronenröhren üblich ist, Glättungskondensatoren und Drosselspule verwenden, aber dann sind besondere Massnahmen erfor- derlich, um dafür zu sorgen, dass die Kapazität des Glättungskondensators oder die Selbstinduktion der
Drosselspule bzw. der Zuleitungen der Gleichspannungsquelle keine parasitären Schwingungen herbei- führt. Es kann nachgewiesen werden, dass der Wert des Glättungskondensators für Durchschnittswerte der für eine Tunneldiode spezifischen Grössen einige Tausend, z.
B. 2000 pF sein muss, um niederfrequente parasitäre Schwingungen zu beseitigen. Obgleich 2000 pF an sich keine übermässig grosse Kapazität sind-ein keramischer Kondensator von dieser Grössenordnung ist verhältnismässig leichtherstellbar-liegt die Schwierigkeit sowohl in der Selbstinduktion der Zuleitungen als auch in den Abmessungen der kera- mischen Kondensatoren. Man kann berechnen, dass bei Frequenzen von 1000 MHz und höher die Reihenselbstinduktion des Hochfrequenzkreises, die, von der Innenselbstinduktion der Tunneldiode abgesehen, mindestens aus der Selbstinduktion der Zuleitungen des (keramischen) Glättungskondensators besteht, einen Wert von etwa 0, 5 nH nicht überschreiten darf.
Die Selbstinduktion der käuflich erhältlichen keramischen Kondensatoren liegt jedoch in der Nähe von 5 nH, so dass diese Kondensatoren hier nicht verwendet werden können. Mit einem Glimmerkondensator, der aus einer Glimmerplatte mit einer Dicke von 5/l und einer Fläche von 2 cm2 besteht, auf die Silberelektroden aufgedampft sind, ergibt sich eine Kapazität von 2000 pF, die für einen Oszillator oder Verstärker mit einer Tunneldiode im Frequenzbereich von 1000 MHz brauchbar ist. Dabei muss jedoch die Bauart des Oszillators (oder Verstärkers) an diesen an sich selbstinduktionsarmen Kondensator mit verhältnismässig grossen Abmessungen angepasst werden.
Eine weitere Anforderung, der Schaltungen mit Tunneldioden genügen müssen, ist die, dass für eine stabile Gleichspannungseinstellung der Tunneldiode der Gesamtwiderstand des an den Diodenklemmen angeschlossenen Aussenkreises kleiner als der Absolutwert des (negativen) differentiellen Widerstandes im steilsten Teil der statischen Strom-Spannungs-Kennlinie der Tunneldiode sein muss.
Gemäss der Erfindung können beideAnforderungen - selbstinduktionsarme Glättungskondensatoren und ein niedriger Wert des Widerstandes im Aussenkreis der Tunneldiode-dadurch erfüllt werden, dass diese Tunneldiode zur Gleichspannungsversorgung an eine aus einem Halbleiterkörper mit einem p-n-Übergang bestehende zusätzliche Diode angeschlossen ist, welche zusätzliche Diode derart mit einer Spannungquelle verbunden ist, dass sie in Durchlassrichtung gepolt ist und dass der Arbeitspunkt dieser zusätzlichen Diode, deren innere Kapazität als Entkopplungskapazität für die Tunneldiode dient, derart gewählt ist, dass der Widerstand des Ersatzschaltbildes dieser Diode, das aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität besteht, einen Wert aufweist,
der niedriger ist als der Absolutwert des differentiellen negativen Widerstandes der Tunneldiode.
Vorteilhaft können die Tunneldiode und die zusätzliche Diode, die in an sich bekannter Weise aus je zwei Halbleiterkörpern bestehen, einen der Halbleiterkörper gemeinsam haben und der Abstand der beiden andern Halbleiterkörper kann klein gegen die Betriebswellenlänge sein.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Halbleiterkörper aus pGermanium, die Tunneldiode aus einer auf das p-Germanium auflegierten Kugel aus Zinnarsenid (SnAs) und dem Halbleiterkörper und die zusätzliche Diode aus einer auf das p-Germanium auflegierten Kugel aus Wismutarsenid (BiAs) und dem Halbleiterkörper.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 stellt das Prinzip schaltbild, Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des Schaltbildes nach Fig. 1 und Fig. 3 eine bauliche Lösung der Erfindung dar.
Die Tunneldiode 1 der Fig. 1 ist im Bereich, in dem sie als Oszillator oder als Verstärker wirksam ist, als aus einer Reihenschaltung einer Parallelschaltung eines negativen Widerstandes 2 und eines Kondensators 3 mit einem Streuwiderstand 4 und einer Innenselbstinduktion 5 (Fig. 2) aufgebaut zu betrachten. Die Impedanzen 2-5 haben z. B. die Werte : 2 =-10 Ohm, 3 = 10 pF, 4 = 1 Ohm, 5 = 0,15 nH. Ein
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6z. B. einen Wert von etwa 5 Ohm, so dass die Stabilitätsbedingung (die Summe der Widerstände 9 und 4 muss kleiner als der Absolutwert des Widerstandes 2 sein) erfüllt wird. Die Kapazität 10 hat z. B. einen Wert von etwa 5000 pF.
Die Reihenschaltung einer Spannungsquelle 11 und eines Widerstandes 12, der - nicht selbstinduktionsarm zu sein braucht, liegt parallel zum zusätzlichen ?-n-Übergang 8 und, hinsicht lich ihrer statischen Einstellung, auch zur Tunneldiode 1. Die Spannungsquelle 11 ist so gepolt, dass die
Tunneldiode 1 in der Vorwärtsrichtung betrieben wird. Zugleich wird durch geeignete Wahl der Elektrodenmaterialien der Tunneldiode 1 und des zusätzlichen p-n-Überganges 8 der letztere in der Leitungsrichtung betrieben, wobei der Widerstand 9 einen Wert von etwa 5 Ohm und die Kapazität 10 einen Wert von etwa 5000 pF annimmt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist gemäss der Erfindung auf eine Scheibe 25 aus p-Germanium mit einem Durchmesser von etwa 1, 5 mm und einer Dicke von etwa : 0, 2 mm die Tunneldiode 1 dadurch vorgesehen, dass eine Zinnarsenidkugel bei verhältnismässig niedriger Temperatur (z. B. 2500 C) auf die Scheibe 25 auflegiert wird, nachdem der zusätzliche p-n-Übergang 8 dadurch angebracht worden ist, dass eine Wismutarsenidkugel bei verhältnismässig hoher Temperatur (z. B. 6000 C) auf die Scheibe 25 auflegiert ist. Der Abstand zwischen den Kugeln ist sehr gering und beträgt wenige Zehntel mm. Die Scheibe 25 ist auf einer-Unterplatte 20 befestigt. Eine Platte 22 hat elektrischen Kontakt mit dem p-n-Übergang 8 und die Oberplatte 21, über einen dünnen Leiter 26 mit einer Länge von z. B. 0,5 mm, mit der Tunneldiode 1.
Die Platten 20,21 und 22, die aus leitendem Material bestehen, werden mit Hilfe keramischer Distanzringe 23 und 24 in einer bestimmten Lage in bezug aufeinander gehalten. Die ke-ramischen Ringe 23 und 24 werden zu diesem Zweck z. B. mittels Kunstharz mit den Platten 20,21 und 22 verklebt. Die von der Reihenschaltung der Spannungsquelle 11 und des Widerstandes 12 herrührende Gleichspannung wird so zwischen den Platten 20 und 22 angelegt, dass die Platte 20 positiv in bezug auf die Platte 22 ist, so dass der p-n-Übergang 8 leitend ist. Die Platten 22 und 21 sind über den Hochfrequenzkreis 6 galvanisch verbunden, so dass die statische Einstellung der Tunneldiode 1 (über den Leiter 26) erfolgen kann.
Der Hochfrequenzkreis 6 ist in Form einer Koaxialleitung mit Innenleiter 28 und Aussenleiter 29 ausgebildet, die durch einen verschiebbaren Kolben 30 abgeschlossen ist. Die über eine Schleife 31 ausgekoppelte Hochfrequenzenergie wird der Belastung 7 zugeführt. Gegebenenfalls kann die Schleife 31 so ausgebildet werden, dass sie zusammen mit der Belastung 7 parallel zur Achse der Koaxialleitung verschiebbar ist, was die erwünschte Hochfrequenzeinstellung erleichtern kann.
Der Hochfrequenzkreis 6 kann nicht nur als eine Koaxialleitung, sondern auch als eine sogenannte Streifenleitung ausgebildet werden.
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