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Schaltungsanordnung mit einer Tunneldiode
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einer Tunneldiode, die sich in einem
Arbeitspunkt mit hohem bzw. in einem Arbeitspunkt mit niedrigem Diodenwiderstand befinden kann, wel- cher Tunneldiode die Reihenschaltung einer normalen Gleichrichterdiode mit der gleichen Durchlassrich- tung wie die Tunneldiode und einer Selbstinduktion parallel liegt.
Bekannte Schaltungsanordnungen dieser Art erfordern ausser der Verwendung einer Tunneldiode einen
Transistor und eine verhältnismässig grosse Zahl passiver Netzwerkelemente.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung weist eine verhältnismässig geringe Zahl von Elementen auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitspunkt der Tunneldiode mit hohem Diodenwiderstand die normale Gleichrichterdiode auf einen differentiellen Widerstand eingestellt ist, der klein ist im Vergleich mit dem differentiellen Widerstand der Tunneldiode, derart, dass ein der Schaltung zugeführter Impuls einen so grossen Strom durch die Reihenschaltung fliessen lässt, dass nach Ablauf dieses Impulses über die Selbstinduktion ein Spannungsimpuls erzeugt wird, welcher die Tunneldiode in den Arbeitspunkt mit niedrigem Diodenwiderstand zurückführt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei geeigneter Wahl der Grösse der Impulse die normale Diode nur jeden zweiten Impuls einer Impulsreihe hindurchlässt. Die Vorderflanke eines von der normalen Diode hindurchgelassenen Stromimpulses, die eine Steilheit endlicher Grösse hat, baut über der Selbstinduktion eine mit der Zeit zunehmende Spannung auf, die infolge des Vorhandenseins des der Selbstinduktion zugeordneten Kreises, der aus den beiden Dioden und dem Belastungswiderstand besteht, während der Impulsdauer rasch auf Null absinkt.
Die Hinterflanke des erwähnten Stromimpulses, der von der normalen Diode durchgelassen wird, erzeugt jetzt über der Selbstinduktion einen Spannungsimpuls mit einer Polarität, die derjenigen der Spannung, die von der Vorderflanke über der Selbstinduktion aufgebaut wird, entgegengesetzt ist, und bewirkt, dass die Schaltungsanordnung in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispieles einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Fig. 2 zeigt StromSpannungskennlinien zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispieles. Fig. 3 zeigt den Verlauf der Spannung über der Selbstinduktion und den Verlauf der der Tunneldiode zugeführten Stromimpulse bzw. der über der Tunneldiode erzeugten Spannungsimpulse in Abhängigkeit von der Zeit.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Tunneldiode 1 mit Hilfe der durch einen grossen Kondensator 7 überbrückten Spannungsquelle 2 und des Belastungswiderstandes 3 im Punkt A, der einer der stabilen Punkte A und B (s. Fig. 2) der Strom-Spannungskennlinie der Tunneldiode ist, eingestellt. Wird der Klemme 4 jetzt ein positiver Stromimpuls zugeführt, so bringt er bei passend gewählter Grösse die Tunneldiode 1 in den stabilen Zustand B. Der den erfindungsgemäss parallel zur Tunneldiode 1 geschalteten Reihenkreis einer normalen Gleichrichterdiode 5 und einer Selbstinduktion 6 durchfliessende Strom ist dabei vernachlässigbar, denn bei der sehr niedrigen Spannung, bei der die Tunneldiode 1 sich im stabilen Zustand A befindet, hat die Diode 5 einen Widerstand, der in bezug auf denjenigen der Tunneldiode 1 sehr gross ist.
Wird der Klemme 4 ein zweiter positiver Stromimpuls zugeführt, so fliesst Strom durch die Diode 5,
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weil der differentielle Widerstand dieser Diode bei der dem stabilen Zustand B entsprechenden Spannung gerade klein und der differentielle Widerstand der Tunneldiode 1 dagegen gerade gross ist. (Um diesen
Zustand zu erreichen, ist es bisweilen erwünscht, eine Spannungsquelle mit kleiner Spannung in Reihe mit der Diode 5 aufzunehmen.) Die Vorderflanke dieses zweiten positiven Stromimpulses erzeugt dabei eine beispielsweise etwa exponentiell zunehmende positive Spannung VL über der Selbstinduktion 6. Wäh- rend der Impulsdauer fällt die Spannung über der Selbstinduktion 6 infolge des Vorhandenseins des aus dem Widerstand 3, der Tunneldiode 1 und der Diode 5 bestehenden Kreises ab.
Bei Beginn der Hinter- flanke des Impulses ist die Spannung über der Selbstinduktion ganz oder teilweise verschwunden, so dass die Hinterflanke des Impulses einen negativen Spannungsimpuls über der Selbstinduktion 6 erzeugt : Die- ser negative Spannungsimpuls bewirkt, dass die Tunneldiode 1 vom stabilen Zustand B in den stabilen Zu- stand A, d. h. in den Anfangszustand übergeht.
Es sind somit zwei aufeinanderfolgende positive Stromimpulse erforderlich, um am Ausgang einen
Spannungsimpuls zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt die Strom-Spannungskennlinien 10 bzw. 20 der Tunneldiode 1 bzw. der Diode 5. Die Be- lastungslinie 40 schneidet die Kennlinie 10 in den stabilen Punkten A und B. Die Parallelschaltung der
Dioden hat infolge des geringen Stromes, der bei der dem Punkt B entsprechenden Spannung die Diode 5 durchfliesst, zur Folge, dass der die Tunneldiode 1 durchfliessende Strom sich auf einen Wert einstellt, der dem Punkt B"entspricht, der auf der Kurve 10 senkrecht unter dem Schnittpunkt B'der Belastungslinie
40 und der Kurve 30 liegt, welche letztere den die Diode 5 und die Tunneldiode 1 durchfliessenden Ge- samtstrom in Abhängigkeit von der Spannung darstellt.
In Fig. 3 sind untereinander in Abhängigkeit von der Zeit die der Eingangsklemme zugeführten
Stromimpulse il, die von den Stromimpulsen il erzeugten Spannungsimpulse VL über der Selbstinduktion
6 und die an der Ausgangsklemme 8 auftretenden Spannungsimpulse V aufgetragen. Der Teil PQ (P'Q') der mittleren Kennlinie stellt die etwa exponentiell zunehmende positive Spannung VL über der Selbst- induktion 6 beim zweiten jedes der Klemme 4 zugeführten Paares von Stromimpulsen dar ; der Teil QR (Q'R') stellt den Verlauf von VL dar, welcher infolge des aus der Tunneldiode, der normalen Diode und dem Belastungswiderstand bestehenden Kreises entsteht ; der Teil ST (S'T') stellt den Verlauf von VL während der Hinterflanke der Stromimpulse il dar.
Die Vorderflanke jedes ersten von zwei Impulsen il bringt (vgl. auch Fig. 2) die Tunneldiode in den
Punkt D der Strom-Spannungskurve. Die Spule 6, über welcher am Ende der Vorderflanke des Impulses eine Spannung erzeugt wird, entlädt sich während des Impulsteiles, in dem der Impulsstrom gleich i ist (vgl. 1. Kurve in Fig. 3). Die Tunneldiode gelangt dann in den Punkt E der Strom-Spannungskurve. Die
Hinterflanke des Impulses bringt die Tunneldiode über Punkt B" in den stabilen Punkt B der Kurve.
Die Vorderflanke jedes zweiten von zwei Impulsen il bringt, weil jetzt die normale Diode 5 während der ganzen Impulsreihe einen Widerstand aufweist, der klein ist im Vergleich mit dem Widerstand der
Tunneldiode, jene vom Punkt B in den Punkt F. Die Spule 6, über welcher während der Impulsvorder- flanke eine Spannung erzeugt wird, entlädt sich am Ende der Vorderflanke des Impulses, so dass die Tun- neldiode in den Punkt G gelangt. Die Hinterflanke des Impulses bringt die Tunneldiode über Punkt K in den stabilen Punkt A der Kurve.
Bei einer praktischen Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäss dem Schaltbild der Fig. 1 war
1 eine Germanium-Tunneldiode, deren Tal- bzw. Spitzenspannung etwa 300 mV bzw. 70 mV und deren
Tal- bzw. Spitzenstrom etwa 1 mA bzw. 10 mA war ; der Belastungswiderstand 3 betrug 47 Ohm ; der
Kondensator 7 war 1 JLF ; die Spannungsquelle 2 hatte einen Wert von 400 mV ; die Diode 5 war vom
Typ OA9 ; die Selbstinduktion 6 betrug etwa 20 jnH.
Der Eingangsklemme 4 wurden dreieckige Stromimpulse mit einer Grösse von etwa 2 mA und einer
Wiederholungsfrequenz von 200 kHz zugeführt. Der Ausgangsklemme 8 wurden Spannungsimpulse mit einer Wiederholungsfrequenz von 100 kHz und einer Grösse von etwa 250 mV entnommen.
Die an der Eingangsklemme 4 angeschlossene Stromimpulsquelle kann durch eine in Reihe mit dem Belastungswiderstand 3 geschaltete Spannungsimpulsquelle ersetzt werden.
Der Eingangsklemme können selbstverständlich auch negative Stromimpulse zugeführt werden. Sowohl die Polarität der Dioden 1 und 5 als auch die Polarität der Spannungsquelle 2 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 müssen in diesem Falle umgekehrt werden.
Selbstverständlich kann die Diode 5 auch die Emitter-Basisstrecke eines Transistors sein, dessen Emitter mit der Selbstinduktion 6 verbunden ist. Man kann dann nicht nur der Tunneldiode 1 Impulse entnehmen, sondern auch einer Belastung im Kollektorkreis des Transistors.