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Schaltungsanordnung mit einer Tunneldiode
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arsenid bei 0, 1 Ohm. Nur dann, wenn diese Bedingung erfüllt ist, verläuft die Widerstandsgerade I steiler als die gestrichelt gezeichnete Gerade II, deren Verlauf durch den negativen Widerstand der Tunneldiode bestimmt ist. Um die Lage des Arbeitspunktes A auf dem negativen Ast der Kennlinie geeignet einstellen zu können, muss in den meisten Fällen einVotwiderslandR in Reihe zur Gleichspannungsquelle geschal- tet werden.
Die Bedingung für einen stabilen Arbeitspunkt im negativen Widerstandsbereich lautet dann :
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Erfindungsgemäss wird daher eine Schaltungsanordnung mit einer im abfallenden Teil ihrer Strom- spannungscharakteristik betriebenen Tunneldiode, bei der in Reihe zur Gleichspannungsquelle für die
Tunneldiode ein Vorwiderstand geschaltet ist, vorgeschlagen, mit dem Kennzeichen, dass als Gleich- spannungsquelle ein Generator dient, der elektrische Energie durch Umwandlung von Wärme oder Strah- lungsenergie erzeugt und dessen Innenwiderstand so gering ist, dass die Summe aus Innenwiderstand und Vorwiderstand kleiner als der Absolutwert des Widerstandes der Tunneldiode im negativen Bereich ihrer Stromspannungscharakteristik ist (Thermogenerator bzw. Photozelle).
Aus "Electronics" 1959, S. 60 - 63, ist es bekannt, den für das Arbeiten mit einer Tunneldiode zu hohen Innenwiderstand der verwendeten Spannungsquelle durch eine Spannungsteilerschaltung herabzusetzen. Der notwendige geringe Widerstand der Stromversorgung wird bei dieser Schaltung also dadurch erzielt, dass ein relativ hoher Querstrom, also ein schlechter Wirkungsgrad in Kauf genommen wird.
Der gemäss der Erfindung vorgeschlagene Weg erlaubt es, demgegenüber von vornherein diese Spannungsquelle so auszugestalten, dass der Innenwiderstand auch bei den notwendigen kleinen Spannungswerten ausreichend gering ist, um die für das Arbeiten im negativen Bereich der Tunneldiode notwendige Bedingung zu erfüllen. Auf diese Weise wird eine gute Anpassung, also ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Der gegenüber der bekannten Schaltung geringe Querstrom ist vor allem bei Schaltungen für grö- ssere Leistungen sehr günstig. 0
Weiter kann bei der gemäss der Erfindung vorgeschlagenen Schaltungsanordnung die Stromversor- gung induktivitätsarm aufgebaut werden.
Während bei der bekannten Schaltung die notwendigen Vorwiderstände eine unerwünschte Induktivität darstellen und ausserdem eine für die Anwendungsgebiete der Tunneldiode ungünstige Vergrösserung der Schaltung bewirken.
Die gemäss der Erfindung vorgeschlagenen Spannungsquellen, wie z. B. Thermogeneratoren oder Solarelemente weisen den gewünschten geringen Innenwiderstand auf und sind ausserdem wegen ihrer kleinen geometrischen Abmessungen besonders gut für Schaltungsanordnungen mit Tunneldiode geeignet. Die Tunneldiode zeichnet sich durch ihre Temperaturunempfindlichkeit und durch ihre grosse mechanische Stabilität aus. Diese Eigenschaften zeigen auch die durch die Erfindung vorgeschlagenen Gleichspannungs - quellen. Dies ist bei vielen Anwendungsgebieten der Tunneldiode, wie z. B. in Regelanlagen, die grossen mechanischen Beanspruchungen und einer hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt sind, oder bei der Anwendung in Messsonden für Wetterbeobachtungen bzw. in Steuereinrichtungen für Raketen, von wesentlicher Bedeutung.
Ein Thermogenerator formt Wärmeenergie aus beliebigen Wärmequellen in elektrische Energie um.
Dabei ist im vorliegenden Fall unter Thermogenerator eine Hintereinanderschaltung mehrerer Thermoele-
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gen Temperaturgefälles kann die elektrische Energie aus üblichen Stromquellen, wie z. B. Akkumulato- ren, Trockenbatterien und Netzanschlussgeräten, entnommen werden. Der zu hohe Innenwiderstand dieser Stromquellen ist dann ohne Bedeutung, der Thermogenerator wirkt somit als Widerstandstransformator.
Der Innenwiderstand eines Thermogenerators, der durch Hintereinanderschaltung der gebräuchlichen Thermoelementkombinationen, z. B. Constantan-Eisen, Constantan-Nickel oder Constantan-Kupfer, gebildet ist, liegt in der gewünschten Grössenordnung von rund 0,01 bis 10 Ohm. Der Innenwiderstand dieser Thermogeneratoren ist dabei im wesentlichen durch die Grösse der aneinandergrenzenden Flächen der Thermoschenkel an der Lötstelle bestimmt und kann durch Wahl dieser Flächenabmessungen eingestellt werden. Je grösser die Berührungsflächen sind, desto geringer ist der Innenwiderstand des Thermogenerators.
In Solarelementen, wie z. B. in Kupferoxydul und Selenphotoelementen, wird bei Bestrahlung mit Licht durch den inneren Photoeffekt und durch die Sperrwirkung einer Grenzfläche eine Photo-EMK erzeugt, die, gegebenenfalls durch Hintereinanderschalten mehrerer Photoelemente, in der gewünschten Grössenordnung liegt und deren Innenwiderstand klein ist, so dass auch diese Elemente als Gleichspan-
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nungsquellen für Tunneldioden geeignet sind.
Die Anschlussklemmen für die Gleichspannung werden z. B. bei einem Kupferoxydul-Photoelement durch die mit der Kupferoxydulschicht versehene Kupferplatte und durch die auf der Kupferoxydulschicht aufgebrachte lichtdurchlässige Schicht, die z. B. aus kathodisch zerstäubtem Silber (Hinterwandzelle) besteht oder vorteilhafter aus einer zweiten auf der andern Seite der Kupferoxydulschicht aufgebrachten Kup- ferschicht (Vorderwandzelle) gebildet. Bei Bestrahlung mit Licht treten die in der Kupferoxydulschicht lichtelektrisch ausgelösten Elektronen durch die Grenzfläche zwischen Kupferoxydul und Kupfer in letzteres über. Die für die Bestrahlung notwendige Lichtquelle kann wieder aus den bereits obengenannten üblichen Stromquellen mit beliebig hohem Innenwiderstand, gespeist werden.
Gegebenenfalls genügt auch das Tageslicht, um eine genügend hohe Photo-EMK zu erzeugen.
So hat z. B. das Siliziumphotoelement bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie
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21000 Lux zwischen 0, 3 und 0, 4 V (Leerlaufspannung). Die Photo-EMK entsteht bei diesen Elementen durch die Bestrahlung eines im Silizium oder Germanium gebildeten pn-Überganges, die die lichtelektrische Erzeugung von Ladungsträgerpaaren zur Folge hat.
In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel ein abgestimmter Verstärker mit einer Tunneldiode 1 dargestellt.
Die zwischen den Klemmen 2 und 3 anliegende Gleichspannung Uo wird von einem aus Eisen-ConstantanThermoelementen gebildeten Thermogenerator erzeugt, dessen Ersatzschaltbild durch die EMK 4 und den mit 5 bezeichneten Innenwiderstand Ri gegeben ist. Mit dem mit 6 bezeichneten veränderlichen Vorwiderstand Ro kann die Lage der Widerstandsgeraden, also die Lage des Arbeitspunktes im negativen Teil der Stromspannungscharakteristik der Diode eingestellt werden. Diese Gleichspannungsquelle hat einen durch den Widerstand 6, die Spule 11 und die Tunneldiode l fliessenden Gleichstrom zur Folge. Zwischen den Klemmen 7 und 8 wird das zu verstärkende Signal eingespeist (Verstärkereingang).
Die Anzapfung 10 an der Spule 11 dient dabei zur Anpassung des Verstärkerausganges an den Verbraucherwiderstand 9, falls dieser einen vorgegebenen Wert, z. B. 60 Ohm bei Hochfrequenzleitung hat.
Die am Verstärkereingang eingespeiste Signalspannung überlagert sich der an der Tunneldiode anliegenden Gleichspannung und hat eine Änderung des durch die Tunneldiode und damit auch durch die Spule 11 fliessenden Stromes zur Folge.
Durch den sich ändernden Strom wird in derSpulel1 eine Spannung induziert, die einen zusätzlichen Strom im Lastwiderstand 9 hervorruft. der wegen des negativen Widerstandes der Tunneldiode mit dem vom Verstärkereingang her fliessenden Strom phasengleich ist. Damit wird der durch den Verbraucher flie- ssende Strom erhöht, d. h. der Spannungsabfall an diesem Widerstand vergrössert und damit eine Leistungverstärkung erzielt. Durch den aus dem Kondensator 12 und der Spule 11 gebildeten Schwingkreis ist die Frequenz, bei der die Schaltung verstärkt, bestimmt.
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