DE1024648B

DE1024648B - Saegezahngenerator

Info

Publication number: DE1024648B
Application number: DEG13914A
Authority: DE
Inventors: Vernon Paul Mathis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1953-03-09
Filing date: 1954-03-09
Publication date: 1958-02-20
Also published as: GB814817A; GB823244A; GB836602A; DE1021022B; NL102329C; BE527089A; GB786875A; US2879482A

Description

DEUTSCHES

Es sind bereits Sägezahngeneratoren bekannt, bei welchen ein Kondensator aus einer Gleichspannungsquelle über einen ohmschen Widerstand langsam aufgeladen wird und sich über einen Dreielektrodenhalbleiter schnell wieder entlädt.

Bei dem erfindungsgemäßen Sägezahngenerator soll demgegenüber die langsame Aufladung des Kondensators ebenfalls über den Dreielektrodenhalbleiter geschehen, und zwar mittels des sogenannten Rückwärtsstromes, der die Inversionsschicht des Dreielektrodenhalbleiters durchsetzt.

Der erfindungsgemäße Sägezahngenerator ist demgemäß gekennzeichnet durch einen N-Halbleiterkörper mit zwei Basiselektroden, durch eine zwischen diesen Elektroden liegende Gleichspannung, durch einen P-Halbleiterkörper, der mit dem N-Halbleiterkörper an einer zwischen den Basiselektroden gelegenen Stelle eine Inversionsschicht bildet, durch eine zusätzliche Elektrode, die über den P-Halbleiterkörper an die Inversionsschicht angeschlossen ist, durch eine Vorspannung der zusätzlichen Elektrode zur Bildung eines negativen Widerstandes zwischen einer der Basiselektroden und der zusätzlichen Elektrode und durch die Einschaltung des Kondensators in den Zweig der zusätzlichen Elektrode, so daß der Kondensator durch den Rückwärtsstrom der Inversionsschicht aufgeladen und über den negativen Widerstand entladen wird.

Es ist bereits eine Diode mit doppelter Basiselektrode vorgeschlagen worden, welche aus einem Kristall eines N-Halbleiters, wie Germanium, Silizium od. dgl., besteht und bei welcher zwei Elektroden an den beiden Stabenden vorhanden sind, welche die Basiselektroden bilden. An einer Oberflächenstelle zwischen den beiden Basiselektroden wird mittels irgendeines geeigneten Verfahrens eine Inversionsschicht erzeugt, die bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Indiumkügelchen oder aus einem Kügelchen eines gleichwertigen Stoffes bestehen kann, der mit dem Halbleiter verschmolzen ist.

Wenn die Inversionsschicht dieses Halbleiters mit zwei Basiselektroden an eine Vorspannungsquelle angeschlossen wird und sich in einem zwischen den beiden Basiselektroden übergehenden elektrischen Gleichfeld befindet, dann arbeitet die Inversionsschicht in der Vorwärtsrichtung, d. h. über einen Teil der Inversionsschichtfläche als Emittor und über einen anderen Teil der Inversionsschichtfläche in der Rückwärtsrichtung, d.h. als Kollektor.

Diese Wirkungsweise der Inversionsschicht kommt vermöge der Vorspannung des ersten Teiles in der Vorwärtsrichtung zustande, also in der Richtung hoher Leitfähigkeit, und durch die gleichzeitige Vorspannung des Restes der Schicht in der Rückwärtsrichtung, d. h. in der Richtung geringer Leitfähigkeit. Die Stromspannungskennlinie einer derartig vorgespannten Diode mit zwei Basis-Sägezahngenerator

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. März 1953

Vemon Paul Mathis, Syracuse, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

elektroden enthält einen Kurvenast, längs dessen der Strom mit zunehmender Spannung abnimmt, d. h. einen Ast mit negativem Widerstand.

Gemäß der Erfindung wird dadurch, daß die Inversionsschicht einer solchen Diode über eine geeignete elektrische Speichervorrichtung, z. B. einen Kondensator, vorgespannt wird, ein schwingungsfähiger Sägezahngenerator geschaffen, dessen Schwingungen einen sehr gut linear verlaufenden Kurvenast enthalten, auf den ein nur wenige Hundertstel der Hinlaufdauer beanspruchender Rücklauf folgt.

Es wird dabei der Kondensator mittels des Rückwärtsstromes unter Benutzung des Kennlinienastes mit positivem Widerstand aufgeladen, worauf der Kondensator sich dann, wenn der Halbleiter einen negativen Widerstand besitzt, wieder entlädt.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 den erzeugten Sägezahn.
In Fig. 1 ist ein stabförmiger Kristallkörper aus einem geeigneten Halbleiter, wie Germanium oder Silizium, mit 11 bezeichnet. Der Kristallstab kann etwa 5 mm Länge und nur eine verhältnismäßig kleine Querschnittsfläche besitzen. Am oberen und unteren Stabende sind zwei leitende Folien 14 und 16 beispielsweise durch Löten befestigt und auf diesen Folien die Anschlußpunkte 13 und 15 angebracht. Zur Herstellung des axialen elektrischen Gleichfeldes sind die Punkte 13 und 15 mit dem positiven und dem negativen Pol einer Batterie 17 oder anderen Gleichspannungsquelle verbunden.

709 880/355

Wenn der Querschnitt des Kristalls 11 genügend gleichmäßig und der spezifische Widerstand im Kristall überall genügend gleich groß ist, so ist der Spannungsgradient annähernd linear. Etwa in der Mitte zwischen den Punkten 13 und 15 ist ein Kügelchen 19 aus P-Material, beispielsweise aus Indium oder einem anderen geeigneten Stoff, angeschmolzen oder anderweitig befestigt, so daß eine großflächige P-N-Schicht 21 entsteht. Das Verfahren zur Herstellung einer solchen P-N-Schicht an sich gehört nicht zur Erfindung.

Mit der Schicht 21 steht eine in das Kügelchen 19 eingeschmolzene Sondenelektrode 23 in leitender Verbindung, da die Schicht 21 die Grenze des durch das Eindiffundieren des Indiums in das Germanium oder Silizium in einen P-Halbleiter umgewandelten Halbleitermaterials bildet und diese P-Zone wieder mit dem Indiumkügelchen in leitender Verbindung steht.

Die Sonde 23 ist gleichzeitig über einen geeigneten Speicher, z. B. einen Kondensator 26, an den negativen Pol der Batterie 17 angeschlossen, der geerdet ist. Die Ausgangsspannung des Oszillators kann an den Klemmen 25 abgenommen werden.

Wenn man annimmt, daß der Kondensatorzweig beispielsweise mittels des Schalters 28 zunächst geöffnet sein möge, so wird die Spannung der Batterie 17 an den Kristall gelegt. Der Spannungsgradient ist bei konstantem Kristallquerschnitt und konstantem spezifischem Widerstand des Kristalls praktisch linear. Bei den dargestellten geometrischen Verhältnissen herrscht in der halben Höhe des Kristallstabes eine Spannung von -f- —, wenn E die

Spannung der Batterie 17 ist.

Wenn der Kondensatorzweig geschlossen wird, so wird der Kondensator 26 von dem Rückwärtsstrom der Diode aufgeladen, da nämlich das N-Germanium des Kristalls 11 dann positiv gegenüber dem P-Kügelchen 19 ist. Die Spannung am Kondensator 26 steigt linear mit der Zeit an, wie durch den Ast 27 in Fig. 2 angedeutet, die den zeitlichen Spannungsverlauf darstellt. Die Linearität des Spannungsanstieges ist sehr gut, da, wie oben bereits bemerkt, der Rückwärtsstrom der Diode praktisch spannungsunabhängig ist.

Die tatsächliche Potentialverteilung längs der Schicht 21

verläuft von einem Werte I— V\ am Punkte 29 bis zu

einem Wert von \-r- + V) am Punkte 31, d. h. daß der

gesamte Spannungshub längs der Inversionsschicht 2 V beträgt.
Wenn der Kondensator 26 auf eine solche Spannung

aufgeladen ist, daß V₀ = (— V\ + A ist, worin V₀ die

Ladung des Kondensators 26 bedeutet und Δ einen kleinen Spannungszuwachs darstellt, so wird die Kante 29 der Kontaktfläche 21 positiv gegenüber dem Kristall 11, und zwar um einen Betragt. In diesem Augenblick arbeitet derjenige Teil der Inversionsschicht 21, der in der Nähe der Kante 29 liegt, als Emittor und injiziert Elektronenlöcher in den Kristall 11, welche zur Folge haben, daß der Widerstand zwischen der Inversionsschicht 21 und dem Kontakt 15 auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert sinkt. Infolgedessen tritt nun ein entsprechend größerer Teil der Speisespannung £ an der oberen Kristallhälfte auf.

Der Kondensator 26 entlädt sich also über den niedrigen Widerstand der unteren Kristallhälfte, wie durch den Kurvenast 35 in Fig. 2 dargestellt. Nach dieser Entladung findet die Löcherinjektion ihr Ende, der Kristall wird wieder positiv, und der Potentialgradient im Kristall nimmt wieder seinen anfänglichen Wert an. Die Aufladung und die Entladung des Kondensators wiederholen sich dann, so daß der Sägezahn nach Fig. 2 entsteht.

Bei einer Versuchsanordnung wuiden Sägezahnspannungen von etwa 4,5 Volt (von Spitze zu Spitze gemessen) mit einer Batterie von 22,5 Volt erreicht. Die Sägezahnfrequenz bestimmt sich aus der Zeitkonstante des Aufladekreises, nämlich aus dem Rückwärtswiderstand der Inversionsschicht 21 und der Kapazität des Kondensators. Innerhalb von etwa 0.03 bis 20000 Hz wurde eine sehr gute Linearität beobachtet.

Claims

Patentansprüche:

1. Sägezahngenerator, bei welchem ein langsam aufgeladener Kondensator über einen Dreielektrodenhalbleiter schnell wieder entladen wird, gekennzeichnet durch einen N-Halbleiterkörper mit zwei Basiselektroden, eine zwischen diesen Elektroden liegende Gleichspannung, einen P-Halbleiterkörper, der mit dem N-Halbleiterkörper an einer zwischen den Basisr elektroden gelegenen Stelle eine Inversionsschicht bildet, eine zusätzliche Elektrode, die über den P-Halbleiterkörper an die Inversionsschicht angeschlossen ist, durch eine Vorspannung der zusätzlichen Elektrode zur Bildung eines negativen Widerstandes zwischen einer der Basiselektroden und der zusätzlichen Elektrode und durch die Einschaltung des Kondensators in den Zweig der zusätzlichen Elektrode, so daß der Kondensator durch den Rückwärtsstrom der Inversionsschicht aufgeladen und über den negativen Widerstand entladen wird.

2. Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine längliche Form des N-Halbleiterkörpers.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 862 474, 887 558.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen