DE1073555B

DE1073555B - Nichtlineare Transistoi Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE1073555B
Application number: DENDAT1073555D
Authority: DE
Inventors: Garetta Paris Olivier
Original assignee: Compagnie Generale de Telegra phie sans FiI, Paris
Priority date: 1957-11-14
Publication date: 1960-01-21
Also published as: US3013161A; GB851325A; FR1187159A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine nichtlineare Transistor-Schaltungsanordnung, die insbesondere als Mischstufe bei hohen Frequenzen mit einem Rauschpegel, der niedriger als bei den üblichen Mischstufen ist, arbeiten kann.

Die erfindungsgemäße nichtlineare Transistor-Schaltungsianordnung besteht im wesentlichen aus einem Flächentransistor mit niedriger Durchstoßspannrung, die zwischen etwa 15 und 0,5 Volt liegt, wobei die Basis in der Luft hängt, und dieser Transistor als to Diode zwischen dem Emitter und dem Kollektor bei Betriebstemperaturen unter — 50° C arbeitet, beispielsweise bei der Temperatur der flüssigen Luft oder sogar des flüssigen Heliums.

Es ist bekannt, daß die Durchstoßspannung eines Transistors durch die Potentialdifferenz definiert wird, die zwischen dem Emitter und dem Kollektor angelegt wird, während die Basis des Transistors in der Luft hängt, und bei welcher die den Kollektor umgebende Schottky-Schwelle in Berührung mit dem ao Emitter kommt. Wenn man (Fig. 1) den durch den Transistor fließenden Strom/ in Abhängigkeit von der zwischen dem Emitter und dem Kollektor in der oben angegebenen Weise angelegten Spannung V darstellt, so erkennt man, daß der Strom / plötzlich ansteigt, wenn V den Wert V₁, übersteigt. Dieser Wert entspricht genau der Durchstoßspannung des Transistors.

Im allgemeinen weisen die Transistoren eine hohe Durchstoßspannung auf, und man betreibt sie bei Spannungen, die sehr viel niedriger als diese Durchstoßspannung sind.

Dagegen verwendet man erfindungsgemäß Transistoren mit sehr niedriger Durchstoß spannung, die dadurch erhalten werden, daß man eine sehr dünne Basiszone, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Mikron erzeugt. Die Durchstoßspannung liegt dann beispielsweise zwischen etwa 15 und 0,5 Volt, wobei die niedrigeren Werte bei der Erfindung aus später erläuterten Gründen bevorzugt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die Kennlinie V(I) eines Transistors unter den oben angegebenen Bedingungen, wobei die Durch-Stoßspannung V„ erkennbar ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Mischstufe, in welcher ein Transistor mit niedriger Durchstoßspannung verwendet wird, und

Fig. 3 die äquivalente Schaltung für die in Fig. 2 gezeigte Transistor-Gleichrichterschaltung bei hohen Frequenzen.

In Fig. 1 ist der Teil der Kennlinie V(I), welcher den über der Durchstoßspannung liegenden Spannun-Nichtlineare
Transistor-Schaltungsanordnung

Anmelder:

Compagnie Generale

de Telegraphie sans FiI,

Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 14. November 1957

Olivier Garetta, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

gen entspricht, unabhängig von der Temperatur durch eine einzige Kurve dargestellt. Dagegen erhält man unterhalb der Werte V_p eine (in vollen Linien dargestellte) Kurve für sehr niedrige Temperaturen und eine davon verschiedene (gestrichelt dargestellte) Kurve für normale Temperatur.

Der gestrichelt dargestellte Kurvenabschnitt entspricht einem nicht vernachlässigbaren inversen Strom, beispielsweise von 10 oder mehr Mikroampere bei normaler Temperatur, während der inverse Strom bei sehr niedriger Temperatur praktisch Null ist (kleiner als 1O^-12A). Bei sehr niedriger Temperatur weist daher derjenige Abschnitt der Kennlinie, welcher den unter der Durchstoßspannung liegenden Spannungen entspricht, eine sehr starke Krümmung auf und besitzt dementsprechend sehr interessante nichtlineare Eigenschaften.

Die Erfindung besteht nun gerade darin, diese nichtlinearen Eigenschaften auszunutzen, indem man das oben beschriebene Halbleiterelement als Detektor oder als Mischstufe in der Umgebung der Spannung V_v betreibt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Mischstufe wird das von der Quelle 1 gelieferte Hochfrequenzsignal und das von dem Überlagerungsoszillator 2 gelieferte Signal dem Emitter 3 eines Germaniumflächentransistors mit niedriger Durchstoßspannung zugeführt, dessen Basis 4 in der Luft hängt.

909 710082

Der Kollektor 5 dieses Transistors ist an einen Schwingkreis angeschlossen, der aus der Selbstinduktivität 6 und dem Kondensator? besteht. Die Ausgangsklemmen 8, 9 der Schaltung sind an einen nicht dargestellten Zwischenfrequenzverstärker atigeschlossen.

Der Transistor Z₁ 4, 5 ist in einem Kühlgefäß 10, beispielsweise bei der Temperatur von flüssigem Helium, untergebracht.

Die Schaltung arbeitet in der Nähe der Durchstoßspannung: Zu diesem Zweck muß eine geeignete Vorspannung eingeführt werden, und zwar entweder durch eine Hilfsbatterie oder, bei dem Fall von Fig. 2, einfacher durch entsprechende Wahl der Größe der Spannung des Überlagerungsoszillators. Es ist wünsehenswert, daß V_v niedrig ist, damit einerseits der Vorspannungsstrom gering ist und weil andererseits die Krümmung der Kennlinie (und damit die Gleichrichterwirkung) um so stärker ist, je niedriger V_p ist.

Fig. 3 zeigt die klassische äquivalente Schaltung eines Kristallgleichrichters unter Vernachlässigung des Kristallgehäuses und der Impedanz der Zuleitungen und der Spitze. Darin bedeutet 11 den nichtlinearen Gleichrichterwiderstand, 12 die Kapazität der Gleichrichtergrenzschicht, 13 den Serienwiderstand und 14 die Induktivität einer dem Kristall zugeordneten Resonanzanordnung.

Es ist allgemein bekannt, daß in einer Kristallmischstufe ein Teil des Stroms, der bei hohen Frequenzen nicht vernachlässigbar ist, durch die Kapazität 12 hindurchgeht, anstatt durch den Gleichrdchterwiderstand 11 zu fließen. Es ist nicht möglich, die Wirkung der Kapazität 12 durch Abstimmen des Schwingkreises, in welchem der Widerstand 13 und die Induktivität 14 liegen, vollständig zu beseitigen, da der Widerstand 13 nicht ausreichend gering ist. Der Wirkungsgrad der Schaltung ist daher bei hohen Frequenzen verringert.

Die äquivalente Schaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist praktisch die gleiche, jedoch hat hierbei der Widerstand 13 einen sehr niedrigen Wert, und dementsprechend kann durch Abstimmen des Schwingkreises die Wirkung der Kapazität 13 beseitigt und damit der Wirkungsgrad der Schaltung bei hohen Frequenzen beträchtlich verbessert werden.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Mischstufe liegt darin, daß bei den erfindungsgemäßen Betriebsbedingungen, d.h. bei sehr niedrigen Temperaturen, das Grundrauschen sehr viel niedriger als dasjenige einer bei normaler Temperatur, arbeitenden Kristallmischstufe ist. Es ist bekannt, daß das Ausgangsrauschen einer Mischstufe, das vom Eingang der Zwischenfrequenzstufe aufgenommen wird, gleich dem Wärmerauschen ist, das von einem Widerstand erzeugt ist, der einer fiktiven Temperatur ausgesetzt ist, die der tatsächlichen Umgebungstemperatur proportional ist (wobei der Proportionalitätskoeffizient, der größer als Eins ist, der »Temperaturkoeffizient« der Mischstufe genannt wird).

Bei der erfindungsgemäßen Mischstufe ist das Rauschen sehr niedrig, da die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist. Dagegen ist bei einer klassischen Kristallmischstufe der Betrieb bei sehr niedriger Temperatur unmöglich, da dort eine beträchtliche Erhöhung des Serienwiderstandes auftreten würde. Der Verlust bei der Umsetzung wird dann beträchtlich groß und macht deshalb die Verwendung des Kristalls bei hohen Frequenzen unmöglich.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel und auf die angegebenen Zahlenwerte begrenzt. Man kann auch an Stelle des erwähnten Germaniumtransistors einen Siliziumtransistor verwenden, wobei die Betriebstemperaturen dann etwas weniger niedrig sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Nichtlineare Transistor-Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor mit niedriger Durchstoß spannung, die zwischen etwa 15 und 0,5 V liegt, verwendet ist, daß die Basis des Transistors schaltungsmäßig in der Luft hängt, daß Einrichtungen zur Zuführung von Signalen zwischen Emitter und Kollektor vorgesehen sind und daß der Transistor während des Betriebs auf eine Temperatur unter — 50° C gekühlt ist.

2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Mischstufe verwendet wird, wobei ein Eingangskreis an den Emitter und ein einen Schwingkreis enthaltender Ausgangskreis an den Kollektor angeschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 607 027.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen