DE1041534B

DE1041534B - Arrangement for building an electrical threshold value circuit

Info

Publication number: DE1041534B
Application number: DEW13941A
Authority: DE
Inventors: Raymond John Kircher
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1953-06-30
Filing date: 1954-05-11
Publication date: 1958-10-23

Description

Anordnung zum Aufbau einer elektrischen Schwellwertschaltung Die Erfindung will einseitig wirkende elektrische Schwellwertschaltungen verfügbar machen, bei denen Halbleiterelemente mit p-n-Verbindungen Verwendung finden sollen, welche in Sperrichtung Kennlinien aufweisen, die sowohl ein Gebiet mit hohem Widerstand (niedriger Leitfähigkeit) als auch ein gut definiertes Gebiet mit im wesentlichen konstanter Spannung (mit einer verhältnismäßig großen Leitfähigkeit) haben.Arrangement for building an electrical threshold value circuit The invention wants to make unilaterally acting electrical threshold value circuits available, at which semiconductor elements with p-n connections are to be used, which in Reverse direction characteristics have both an area with high resistance (lower Conductivity) as well as a well-defined area with essentially constant Voltage (with a relatively high conductivity).

Solche Halbleiterelemente bestehen bekanntlich aus einem zusammenhängenden Körper aus Halbleitermaterial mit zwei Gebieten von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, die durch eine schmale Zone des Übergangs vom Material eines Leitfähigkeitstyps zum Material mit dem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp getrennt sind.Such semiconductor elements are known to consist of a contiguous Bodies of semiconductor material with two areas of opposite conductivity type, that by a narrow zone of transition from material of one conductivity type are separated from the material with the opposite conductivity type.

Zweipol-Halbleitereinrichtungen dieser Art haben asymmetrische Leitungseigenschaften, d. h. Gleichrichtereigenschaften. Durch die Verbindung von einem Leitfähigkeitstyp zum anderen besteht für eine gegebene Potentialdifferenz eine gute Leitung bzw. eine Leitung in Flußrichtung und für die entgegengesetzte Potentialdifferenz eine schlechte Leitung bzw. eine Leitung in Sperrichtung.Two-pole semiconductor devices of this type have asymmetrical conduction properties, d. H. Rectifier properties. By combining one conductivity type on the other hand, for a given potential difference, there is a good line or one line in the direction of flow and one for the opposite potential difference bad line or a line in reverse direction.

Für solche Einrichtungen haben Germanium und neuerdings Silizium besondere Bedeutung erlangt. Im Falle des Germaniums sind die für die Zwecke der Erfindung wesentlichen Eigenschaften der Einrichtungen nicht mit dem negativen Widerstand zu verwechseln, den Germaniumdioden mit Spitzenkontakten zeigen, wenn sie genügend weit ins Sperrgebiet gebracht werden. Dieser negative Widerstand entsteht durch Temperatureffekte. Man nimmt an, daß dies bei der erfindungsgemäß auszunutzenden Kennlinie mit konstanter Spannung in Sperrichtung nicht der Fall ist.For such facilities, germanium and, more recently, silicon have special ones Gained importance. In the case of germanium, these are for the purposes of the invention essential properties of the facilities not with the negative resistance to confuse the germanium diodes with tip contacts show if they are sufficient be brought far into the restricted area. This negative resistance is created by Temperature effects. It is believed that this is to be used in the case of the invention Characteristic curve with constant voltage in reverse direction is not the case.

p-n-Verbindungen weisen bei der Leitungskennlinie in Sperrichtung ein Gebiet mit im wesentlichen konstanter Spannung unterhalb des Durchbrennens und in einem großen Strombereich auf. Wichtige Merkmale dieser Eigenschaft bestehen darin, daß bei der Leitungskennlinie in Sperrichtung der Zusammenbruch von einem sehr hohen Widerstand zu einem niedrigen Wechselstromwiderstand bei nahezu konstanter Spannung sehr scharf ausgeprägt ist und daß die kritische Sperrspannung, bei der die Kennlinie zusammenbricht, sehr stabil sowohl bezüglich der Lebensdauer als auch gegenüber Temperaturänderungen ist. Diese kritische Spannung am »Knick« der Kennlinie kann vorausbestimmt und durch geeignete Maßnahmen bei jeder gewünschten Spannung in einem Bereich von wenigen Volt bis etwa 1000 Volt erhalten werden. Eine dazu geeignete Maßnahme besteht in der Regulierung des Konzentrationsgradienten in der Übergangszone, z. B. durch Regulierung entweder der Breite der Übergangszone oder der eigenen Leitfähigkeit des verwendeten Halbleitermaterials, was insbesondere durch Änderung der Menge der dem Material zugefügten Beimengung geschehen kann. Es können ohne weiteres Einheiten mit niedrigen kritischen Spannungen in Sperrichtung gebaut werden.In the line characteristic, p-n connections point in the reverse direction an area of substantially constant voltage below the burnout and in a large current range. There are important characteristics of this property in the fact that the line characteristic in the reverse direction of the collapse of one very high resistance to a low alternating current resistance at almost constant Voltage is very sharp and that the critical reverse voltage at which the characteristic collapses, very stable both in terms of service life and against temperature changes. This critical voltage at the "kink" of the characteristic can be predetermined and by appropriate measures at any desired voltage can be obtained in a range from a few volts to about 1000 volts. One too appropriate measure consists in regulating the concentration gradient in the Transition zone, e.g. B. by regulating either the width of the transition zone or the own conductivity of the semiconductor material used, what in particular can be done by changing the amount of admixture added to the material. Units with low critical voltages in the reverse direction can easily be used be built.

Diese Erkenntnisse und Feststellungen werden zum Aufbau der erfindungsgemäßen elektrischen Schwellwertschaltung ausgenutzt, deren Besonderheit darin besteht, daß das an jeder Leitfähigkeitszone mit einer Klemme ausgestattete Halbleiterelement in Flußrichtung niedrigen Widerstand, in Sperrichtung unterhalb eines kritischen Spannungswertes hohen Widerstand und für in Sperrichtung angelegte, den kritischen Wert übersteigende Spannungen ein Gebiet mit konstanter Spannung aufweist, daß die asymmetrisch leitende Diode in Flußrichtung ebenfalls niedrigen Widerstand hat und so angeordnet ist, daß ihre Flußrichtung derjenigen des Halbleiterelements entgegengesetzt verläuft, und daß die Spannungsquelle so beschaffen ist, daß sie das Anlegen von unterhalb und oberhalb des kritischen Wertes liegenden Sperrrichtungsspannungen an das Halbleiterelement ermöglicht.These findings and findings are used to build the invention electrical threshold value circuit is used, the specialty of which is that that the semiconductor element equipped with a terminal at each conductivity zone low resistance in the flow direction, below a critical resistance in the reverse direction Voltage value high resistance and for applied in reverse direction, the critical one Stresses exceeding a value has a constant stress area that the asymmetrically conductive diode also has low resistance in the forward direction and is arranged so that its flow direction is opposite to that of the semiconductor element runs, and that the voltage source is such that it allows the application of reverse direction voltages lying below and above the critical value allows to the semiconductor element.

Durch diese Kombination wird der Strom in einer Richtung, wenigstens in einem vorbestimmten Bereich der angelegten Spannung, im wesentlichen gesperrt, während ein Stromfluß in der entgegengesetzten Richtung nur bei angelegten Spannungen stattfindet, die größer sind als der Schwellwert, der durch die kritische Sperrspannung der p-n-Verbindungseinrichtung bestimmt ist. Dieser Stromfluß tritt bei einer negativen Spannung auf, die größer als der Schwellwert ist, so daß man ein Ergebnis erhält, das bei bekannten Einrichtungen nur bei positiven Spannungen erreichbar war. Durch geeignete Polung kann man jedoch im Sinne der Erfindung gleiche Ergebnisse auch für positive Spannungen erhalten.This combination makes the flow in one direction, at least in a predetermined range of the applied voltage, essentially blocked, while a current flows in the opposite one Direction only at applied voltages takes place, which are greater than the threshold value, which by the critical reverse voltage of the p-n junction device is determined. This Current flow occurs at a negative voltage that is greater than the threshold value is, so that one obtains a result that is only positive in known devices Tension was achievable. By means of suitable polarity, however, it is possible within the meaning of the invention same results are obtained for positive voltages.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird es sich zwecks Erweiterung ihrer Einsatzmöglichkeiten empfehlen, als Spannungsquelle eine Gleichspannungsquelle zu verwenden und dieselbe an das Halbleitereletnent und die Diode über einen Polaritätsumkehrschalter anzulegen.In the arrangement according to the invention, it will be used for the purpose of expansion Recommend using a DC voltage source as the voltage source to use and the same to the semiconductor element and the diode via a polarity reversal switch to put on.

Im übrigen kann die Anordnung durch einen Belastungskreis ergänzt sein, der in Reihe mit oder parallel zu dem Halbleiterelement und der Diode geschaltet ist.In addition, the arrangement can be supplemented by a load circuit be connected in series with or in parallel with the semiconductor element and the diode is.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine allgemeine Halbleitereinrichtung mit p-n-Verbindung der oben beschriebenen Art, die zur Darstellung ihrer Leitungskennlinie in einen Kreis geschaltet ist, Fig. 1 A eine spezielle Einrichtung dieser Art, Fig.2 Leitungskennlinien von mehreren p-n-Verbindungseinrichtungen, die man durch den Kreis der Fig. 1 erhalten kann, Fig.3 und 4 schematisch zwei Kreise, bei denen das Prinzip der vorliegenden Erfindung verkörpert wird.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. In of the drawings, Fig. 1 shows a general p-n junction semiconductor device of the type described above, which are used to display their line characteristics in a Circuit is connected, Fig. 1A a special device of this type, Fig.2 line characteristics of multiple p-n junction devices obtained by the circle of FIG can, Fig.3 and 4 schematically two circles in which the principle of the present Invention is embodied.

Fig.3A ein Spannung-Strom-Diagramm, das den Kreis der Fig. 3 erläutert.3A shows a voltage-current diagram which explains the circuit of FIG.

Die Halbleitereinrichtung 11 in Fig. 1 hat eine p-n-Verbindung, die durch einen Gesamtkörper aus Halbleitermaterial gebildet wird, der Körperteile aus Material mit p- bzw. n-Typ-Leitfähigkeit enthält. An der Zwischenfläche der p- und n-Typ-Körperteile besteht eine dünne Zone, in der ein fortschreitender Wechsel oder Übergang vom Grad und Typ der Leitfähigkeitseigenschaft eines Körperteils zum Grad und Typ der Leitfähigkeitseigenschaft des anderen Körperteils vorhanden ist. Die Elektroden 12 und 13 stellen elektrische Ohmsche Anschlüsse an die p- und n-Typ-Körperteile her.The semiconductor device 11 in Fig. 1 has a p-n junction which is formed by an entire body made of semiconductor material, the body parts Contains material with p- or n-type conductivity. At the interface of the p- and n-type body parts consists of a thin zone in which a progressive change or Transition from the degree and type of conductivity property of a body part to the degree and the type of conductivity property of the other body part is present. the Electrodes 12 and 13 make electrical ohmic connections to the p- and n-type body parts here.

Das in Fig. 1 verwendete Symbol zur Darstellung einer p-n-Verbindungseinrichtung soll den technischen Aufbau nicht genau darstellen, sondern ist lediglich eine allgemeine Darstellung, welche die Gattungsmerkmale solcher Einrichtungen zeigen soll. Eine solche Einrichtung kann durch Herausziehen aus einer Schmelze und Behandeln von Halbleitermaterial gewonnen werden.The symbol used in Fig. 1 to represent a p-n junction device is not intended to represent the technical structure exactly, but is only a general one Representation which should show the generic features of such facilities. One such a device can be obtained by pulling it out of a melt and treating it Semiconductor material can be obtained.

Fig. 1 A zeigt die Darstellung einer zweiten p-n-Verbindungseinrichtung im Querschnitt, die mit Hilfe des Legierungsprinzips hergestellt ist, die jedoch ebenfalls die gewünschten Kennlinien der Leitung in Sperrichtung aufweist. Diese zweite Einrichtung besteht aus einem homogenen Kristall 14 aus n-Typ-Silizium, an den eine Aluminiumelektrode 15 durch Erwärmung des Kristalls und durch Inberührungbringen mit dem Aluminium anlegiert ist. Diese Art Einrichtung ist eingehender in dem obenerwähnten Aufsatz von Pearson-Sawyer beschrieben. Man nimmt an, daß eine p-n-Verbindung mit der allgemeinen in der Figur dargestellten Gestalt durch Ablagerung während der Abkühlung entsteht und sich an der Innenfläche zwischen dem ungeschmolzenen Silizium und der erstarrten, zuerst entstehenden festen Lösung befindet. Eine zweite metallische Elektrode 16, die aus Gold bestehen kann, kann so angeordnet sein, daß sie einen Ohmschen Kontakt mit der gegenüberliegenden Fläche des Kristalls 14 herstellt. Das in Fig. 1 verwendete Symbol wird in den übrigen Figuren benutzt, um allgemein eine Einrichtung mit den noch zu beschreibenden Kennlinien darzustellen.1A shows the illustration of a second p-n connection device in cross section, which is made with the help of the alloy principle, which however also has the desired characteristics of the line in the reverse direction. These second device consists of a homogeneous crystal 14 of n-type silicon, an an aluminum electrode 15 by heating the crystal and bringing it into contact with which aluminum is alloyed. This type of arrangement is more detailed in the above Article described by Pearson-Sawyer. It is assumed that a p-n junction with of the general shape shown in the figure by deposition during the Cooling occurs and is on the inner surface between the unmelted silicon and the solidified solid solution that forms first. A second metallic one Electrode 16, which can be made of gold, can be arranged to have a Ohmic contact with the opposite face of the crystal 14 produces. That The symbol used in Fig. 1 is used in the remaining figures to generally denote a To represent the facility with the characteristic curves to be described.

Mit Hilfe des doppelpoligen Zweiwegschalters 19 in Fig. 1 können von der Batterie 20 Spannungen beider Polaritäten an die p-n-Verbindungseinrichtung 11 angelegt werden. Mit Hilfe des veränderlichen Widerstands 21 kann die Größe dieser Spannungen verändert werden. Der Widerstand 22 begrenzt den Strom durch die Einrichtung 11 auf einen gefahrlosen Wert.With the help of the double-pole two-way switch 19 in Fig. 1 can of of the battery 20 voltages of both polarities to the p-n junction device 11 can be created. With the help of the variable resistor 21, the size of this Tensions are changed. Resistor 22 limits the current through the device 11 to a safe value.

Fig. 2 zeigt zwei typische Kennlinien dieser Einrichtungen, die man durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung erhalten kann. Sowohl Ströme als auch Spannungen sind in logarithmischem Maßstab aufgetragen, um das Sättigungsgebiet in der Leitungskennlinie in Sperrichtung klarer zu zeigen. In diesem Gebiet, das zwischen 0 Volt und den Knicken der Kurven liegt, handelt es sich um Kennlinien von sehr hohen Widerständen. Wenn ein linearer Maßstab für den Strom verwendet würde, wäre dieses Gebiet zu einer senkrechten Linie zusammengeschrumpft und durch die Spannungsordinate verdeckt. Bei den kritischen Sperrspannungen h, bzw. Il.' schlagen die Kennlinien scharf von einem hohen Widerstand zu einer Kennlinie mit niedrigem Wechselstromwiderstand und im wesentlichen konstanter Spannung um, die sich über einen beträchtlichen Strombereich erstreckt und mehrere Dekaden der Stromänderung umfaßt. Wenn auch das Umschlagen bei den Spannungen V, und V,' bei dem verwendeten Maßstab durchaus scharf erscheint, so sei doch abermals darauf hingewiesen, daß die Schärfe des Umschlagens bei Verwendung eines linearen Strommaßstabs sogar noch auffallender sein würde.Fig. 2 shows two typical characteristics of these devices, which one can be obtained by the circuit shown in FIG. Both currents and Tensions are plotted on a logarithmic scale around the saturation area to show more clearly in the line characteristic in the reverse direction. In this area that lies between 0 volts and the kinks in the curves, these are characteristic curves of very high resistances. If a linear scale were used for the current, this area would have shrunk to a vertical line and through the Stress ordinate hidden. At the critical blocking voltages h or Il. ' beat the characteristic curves sharply from a high resistance to a characteristic curve with a low one Alternating current resistance and essentially constant voltage around, which is about extends a considerable current range and several decades of current change includes. Even if the changeover at the voltages V, and V, 'in the one used Scale appears quite sharp, it should be pointed out again that the sharpness of the flip when using a linear current scale even more would be more noticeable.

Bei der vorliegenden Erfindung wird von der soeben beschriebenen Kennlinie in Sperrichtung Gebrauch gemacht. Wie oben erwähnt, kann durch geeignete Ausführung der p-n-Verbindungseinrichtung und insbesondere durch geeignete Regulierung des Konzentrationskoeffizienten in der Übergangszone eine Einheit für jeden gewünschten Wert von h, in einem großen Bereich gebaut werden. Es sei bemerkt, daß die Leitungskennlinien in Flußrichtung diejenigen üblicher p-n-Verbindungsdioden sind und sich voneinander nur in geringem Grad unterscheiden.In the present invention, the characteristic curve just described is used made use of in reverse direction. As mentioned above, by appropriate execution the p-n junction device and in particular by suitable regulation of the Concentration coefficient in the transition zone one unit for each desired Worth of h to be built in a large area. It should be noted that the line characteristics in the direction of flow are those of the usual p-n junction diodes and are apart from one another differ only to a small extent.

In Fig. 3 ist eine Halbleitereinrichtung 31 mit p-n-Verbindung in Reihe mit einer Spannungsquelle 32 und mit einem asymmetrisch leitenden Impedanzelement 33 geschaltet, das aus einer üblichen Vakuum-oder Kristalldiode bestehen kann. Das letztere Element ist in Gegensinn-Reihenschaltung für Ströme in Flußrichtung zur p-n-Verbindungseinrichtung geschaltet, wobei die Leitung in Flußrichtung in der p-n-Verbindungseinrichtung durch die Verbindung vom p-Typ-Gebiet zum n-Typ-Gebiet eintritt, wenn das n negativer ist als das p. Wenn man annimmt, daß die kritische Sperrspannung der p-n-Verbindungseinrichtung V, ist, erzeugt die Spannungsquelle 32 Spannungen, die wenigstens zeitweilig größer als l', sind. In Reihe mit der p-n-Verbindungseinrichtung 31 und dem asymmetrisch leitenden Impedanzelement 33 sind ein Belastungskreis 35 und ein Strombegrenzungswiderstand 36 geschaltet. Für alle positiven Spannungen, d. h. Spannungen, die das p-Gebiet positiv gegenüber dem n-Gebiet machen, wird die p-n-Verbindungseinrichtung in einem Zustand leitend, der als Leitung in Flußrichtung bzw. als gute Leitung bezeichnet wird, jedoch wird die Diode 33 im Zustand der Leitung in Sperrichtung bzw. schlechter Leitung betrieben, wodurch der Strom von der Quelle 32 zur Belastung 35 im wesentlichen gesperrt wird. Für alle negativen Spannungen von p nach n, die geringer als Tue, sind, wird die p-n-Verbindungseinrichtung 31 ein sehr hoher Widerstand und sperrt ebenfalls den Strom zur Belastung. Wenn jedoch die Spannung an der p-n-Verbindungseinrichtung 31 -Tl, in negativer Richtung übersteigt, wird die p-n-Verbindungseinrichtung in ihr Gebiet mit niedrigem Widerstand und konstanter Spannung gebracht, und der hauptsächlich durch den Widerstand 36 begrenzte Strom fließt durch die Belastung, da die Diode 33 nunmehr in Flußrichtung arbeitet. Eine zweite, ebenso gepolte p-n-Verbindungseinrichtung mit im wesentlichen derselben kritischen Spannung in Sperrichtung kann in Reihe mit der ersten Einrichtung geschaltet werden. In diesem Falle ist die effektive kritische Spannung im wesentlichen die Summe der beiden kritischen Werte.In Fig. 3, a p-n junction semiconductor device 31 is shown in Series with a voltage source 32 and with an asymmetrically conductive impedance element 33 connected, which can consist of a conventional vacuum or crystal diode. That the latter element is in opposite sense series connection for currents in the direction of flow to p-n connection device switched, the line in the flow direction in the p-n connection means by connecting from the p-type area to the n-type area occurs when the n is more negative than the p. If one assumes that the critical Reverse voltage of the p-n junction device V, is generated by the voltage source 32 voltages which are at least temporarily greater than 1 '. In series with the p-n connector 31 and the asymmetrically conductive impedance element 33 are a load circuit 35 and a current limiting resistor 36 is connected. For all positive tensions, d. H. Stresses that make the p-region positive with respect to the n-region become the p-n junction device in a conductive state, which is the conduction in the flow direction is referred to as good conduction, however, the diode 33 becomes in the conduction state operated in reverse or bad conduction, reducing the current from the source 32 to the load 35 is essentially blocked. For all negative tensions from p to n that are less than Tue, the p-n junction device 31 becomes a very high resistance and also blocks the current to the load. But when the voltage at the p-n connection device 31 -Tl, exceeds in the negative direction, the p-n junction device becomes its low resistance and constant region Brought voltage, and the current limited mainly by the resistor 36 flows through the load, since the diode 33 is now working in the forward direction. One second, equally polarized p-n junction device with essentially the same critical reverse voltage can be connected in series with the first device will. In this case the effective critical stress is essentially that Sum of the two critical values.

Die Reihenkombination der p-n-Verbindungseinrichtung 31 und der Diode 33 sperrt daher den Strom in einer Richtung und gibt ihn in der anderen Richtung nur bei angelegten Spannungen frei, die einen Schwellwert übersteigen. Die Kennlinie dieser Kombination ist durch die ausgezogenen Teile der Kurve in Fig. 3 A dargestellt. Hierdurch wird ein scharfer Übergang der Impedanz und damit der Leitung durch Elemente erzielt, die praktisch passive Einrichtungen bei einer von Null verschiedenen Spannung und ohne Verwendung einer Gleichstromvorspannung sind. Weiter ist die Schwelle, bei welcher der Übergang im Sperrspannungsgebiet eintritt, bei dem betrachteten Falle eine negative Spannung. Wenn die asymmetrische Einrichtung 33 ebenfalls eine p-n-Verbindungseinrichtung mit einem Gebiet konstanter Spannung in der Kennlinie in Sperrichtung wäre, müßte die zweite Einrichtung so gewählt werden, daß sie eine kritische Sperrspannung hat, die größer als die maximale anzulegende positive Spannung ist, wenn alle Ströme in Flußrichtung der ersten p-n-Verbindungseinrichtung gesperrt werden sollen. Wenn jedoch ein Strom bei positiven Spannungen, die größer als ein Schwellwert V, sind, wie auch bei negativen Spannungen, die größer als -Tl,' sind, durch die Einrichtung fließen soll, muß die Diode 33 durch eine p-n-Verbindungseinrichtung ähnlich der Einrichtung 31 jedoch mit einer kritischen Sperrspannung von -Tl,' ersetzt werden. Diese letzte Einrichtung muß ebenfalls in Gegensinnreihenschaltung für Ströme in Flußrichtung zur ersten p-n-Verbindungseinrichtung geschaltet werden. Bei einer solchen Einrichtung wird die Kombinationskennlinie die durch die gestrichelte Linie abgeänderte Kurve in Fig. 3 A. Da der Belastungskreis 35 in Reihe mit der p-n-Verbindungseinrichtung 31 und der Diode 33 liegt, wirken die p-n-Verbindungseinrichtung und die Diode als Reihenschalter, der einen in mehr oder weniger linearer Weise von der Eingangsspannung abhängigen Strom durch den Belastungskreis freigibt, wenn der Schalter geschlossen ist, d. h. wenn die kritische Sperrspannung der p-n-Verbindungseinrichtung überschritten wird. Wenn die Belastung 35' und der Strombegrenzungswiderstand 36' parallel zu den asymmetrisch leitenden Elementen 31' und 33' geschaltet werden, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, erhält man andere Kennlinien. Dieser Belastungskreis nimmt Strom auf, der in linearem Zusammenhang mit der Eingangsspannung der Quelle steht, und zwar für alle positiven Spannungen, welche die Diode 33' in den Zustand mit hohem Widerstand bringen, und für negative Spannungen unterhalb der kritischen Sperrspannung der p-n-Verbindungseinrichtung 31. welche die letztere Einrichtung in denselben Zustand bringen. Für negative Spannungen, die größer als dieser kritische Wert sind, begrenzt die p-n-Verbindungseinrichtung 31' die an die Belastung und den Reihenwiderstand gelegte Spannung auf einen Wert, der etwa gleich ihrer kritischen Sperrspannung ist, da die Diode 33' unter dieser Bedingung ein sehr niedriger Widerstand ist. Die verwendete besondere Schaltung hängt von der Impedanz der Belastung wie auch von der gewünschten Leitungskennlinie ab.The series combination of the pn connection device 31 and the diode 33 therefore blocks the current in one direction and only releases it in the other direction when voltages are applied which exceed a threshold value. The characteristic of this combination is shown by the solid parts of the curve in FIG. 3A. This results in a sharp transition in impedance and thus in line through elements which are practically passive devices at a non-zero voltage and without the use of a direct current bias. Furthermore, the threshold at which the transition occurs in the reverse voltage region is a negative voltage in the case under consideration. If the asymmetrical device 33 were also a pn connection device with an area of constant voltage in the characteristic in the reverse direction, the second device would have to be selected so that it has a critical reverse voltage which is greater than the maximum positive voltage to be applied when all currents are to be blocked in the flow direction of the first pn connection device. If, however, a current is to flow through the device at positive voltages which are greater than a threshold value V, as well as at negative voltages which are greater than -Tl, ', the diode 33 must be connected through a pn connection device similar to the device 31 can, however, be replaced with a critical reverse voltage of -Tl, '. This last device must also be connected in reverse series for currents in the flow direction to the first pn connection device. In such a device, the combination characteristic becomes the curve modified by the dashed line in FIG. 3A. Since the load circuit 35 is in series with the pn connector 31 and the diode 33, the pn connector and the diode act as a series switch, releases a more or less linearly dependent on the input voltage current through the load circuit when the switch is closed, ie when the critical reverse voltage of the pn connection device is exceeded. If the load 35 'and the current limiting resistor 36' are connected in parallel to the asymmetrically conductive elements 31 'and 33', as shown in FIG. 4, other characteristics are obtained. This load circuit draws current that is linearly related to the input voltage of the source for all positive voltages which bring the diode 33 'into the high resistance state and for negative voltages below the critical reverse voltage of the pn connection device 31 . which bring the latter device into the same state. For negative voltages that are greater than this critical value, the pn connection device 31 'limits the voltage applied to the load and the series resistor to a value which is approximately equal to its critical reverse voltage, since the diode 33' under this condition a very is low resistance. The particular circuit used depends on the impedance of the load as well as the desired line characteristic.

Claims

PATr`TANSPrcICas-1. Arrangement for the construction of an electrical threshold value circuit from a voltage source, a semiconductor element with p-n junction and one with the latter in series diode, characterized in that the at each conductivity zone Semiconductor element equipped with a terminal in the direction of flow low resistance, in the reverse direction below a critical voltage value high resistance and for voltages applied in reverse direction that exceed the critical value Area with constant voltage has that the diode in the forward direction as well has low resistance and is arranged so that their direction of flow is that of those of the semiconductor element runs opposite, and that the voltage source so is such that it is applying from below and above the critical value allows lying reverse voltage to the semiconductor element.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage source is a direct voltage source and to the semiconductor element and the diode via a polarity reversal switch is created.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a Load circuit in series with or in parallel with the semiconductor element and the diode is switched. Publications Considered: Journal: Proceeding of the I. R. E., Nov. 1952, p. 1348; U.S. Patent No. 2,629,834.