DE1139880B - Circuit arrangement for forwarding a signal in only one direction - Google Patents

Circuit arrangement for forwarding a signal in only one direction

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DE1139880B
DE1139880B DER30010A DER0030010A DE1139880B DE 1139880 B DE1139880 B DE 1139880B DE R30010 A DER30010 A DE R30010A DE R0030010 A DER0030010 A DE R0030010A DE 1139880 B DE1139880 B DE 1139880B
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tunnel diode
tunnel
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DER30010A
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German (de)
Inventor
Arthur Wu-Nien Lo
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RCA Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/58—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being tunnel diodes

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

R 30010 Vnia/21a*R 30010 Vnia / 21a *

ANMELDETAG: 30. MÄRZ 1961REGISTRATION DATE: MARCH 30, 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 22. NOVEMBER 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
ANDOUTPUTE
EDITORIAL: NOVEMBER 22, 1962

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verbindung einer Anzahl von Dioden negativen Widerstandes in Kaskadenschaltung in der Weise, daß die Dioden ein Signal in nur einer Richtung weitergeben.The invention relates to a circuit arrangement for connecting a number of diodes negative resistance in cascade connection in such a way that the diodes send a signal in only one direction pass on.

Es sind sogenannte aktive Schaltungen mit drei Polen, wie beispielsweise Transistoren, Röhren od. dgl., die alle eine nur einseitig gerichtete Leitfähigkeit besitzen, bekannt. Ein der Steuerelektrode einer solchen Schaltung zugeleitetes Signal, die im Falle eines Transistors die Basiselektrode sein kann, erscheint in verstärkter Form an der Ausgangsklemme, die im Falle eines Transistors die Kollektorelektrode ist. Die Ausgangselektrode ist gegenüber der Eingangselektrode genügend isoliert, so daß praktisch keine Rückwirkung auf die Eingangselektrode stattfindet.They are so-called active circuits with three poles, such as transistors, tubes or the like, all of which have a conductivity directed only in one direction, are known. One of the control electrode signal fed to such a circuit, which in the case of a transistor can be the base electrode, appears in amplified form at the output terminal, which in the case of a transistor is the collector electrode is. The output electrode is sufficiently insulated from the input electrode so that it is practical there is no reaction on the input electrode.

Dioden negativen Widerstandes, die manchmal auch als »Tunneldioden« bezeichnet werden, haben in letzter Zeit erhebliches Interesse gewonnen. Eine derartige Diode hat eine Anzahl von sehr wesentlichen Vorteilen, beispielsweise einen geringeren Eigenverbrauch, eine bemerkenswerte Fähigkeit, hohe Frequenzen zu verarbeiten, eine geringe Größe, zwei stabile Betriebszustände und bei hohen Fabrikationszahlen geringere Herstellungskosten. Eine solche Diode besitzt aber auch insofern einen wichtigen Nachteil, als die Eingangselektrode der Diode gleichzeitig ihre Ausgangselektrode ist und eine an diesen gemeinsamen Elektroden auftretende Spannung sowohl nach vorwärts wie nach rückwärts wirken kann. Wenn beispielsweise in einer Eingangsstufe eine Tunneldiode aus ihrem Betriebszustand niedriger Spannung in ihren Betriebszustand hoher Spannung übergeht und die Eingangsstufe sodann wieder eine niedrigere Spannung annimmt als die gemeinsame Eingangs-Ausgangs-Klemme der Diode, so wird das Ausgangssignal der Diode nach rückwärts, d. h. nach der Eingangsstufe hin, weitergegeben.Negative resistance diodes, sometimes also referred to as "tunnel diodes", have has gained considerable interest recently. Such a diode has a number of very important ones Advantages, such as lower self-consumption, a remarkable ability to high To process frequencies, a small size, two stable operating states and with high production numbers lower production costs. Such However, the diode also has an important disadvantage in that the input electrode of the diode is at the same time their output electrode is and a voltage appearing across these common electrodes forwards as well as backwards. For example, if there is a Tunnel diode from its low voltage operating state to its high voltage operating state passes and the input stage then again assumes a lower voltage than the common one Input-output terminal of the diode, the output signal of the diode is reversed, i.e. H. after the entrance level, passed on.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine einfache Tunneldiodenschaltung anzugeben, in welcher das Eingangssignal nur in einer Richtung weitergegeben wird.The purpose of the invention is to provide a simple tunnel diode circuit in which the input signal is only passed on in one direction.

Die erfindungsgemäße Schaltung enthält zwei in Kaskade geschaltete Tunneldioden. Die erste Tunneldiode im Signalweg hat einen geringeren Spitzenstrom als die zweite Tunneldiode. Die Schaltungsparameter werden so gewählt, daß beim Übergang der ersten Diode aus ihrem Zustand niedriger Spannung in ihren Zustand hoher Spannung die zweite Diode ebenfalls in ihren Zustand hoher Spannung übergeht. Wenn jedoch beide Tunneldioden anfänglich in ihrem SchaltungsanordnungThe circuit according to the invention contains two tunnel diodes connected in cascade. The first tunnel diode in the signal path has a lower peak current than the second tunnel diode. The circuit parameters are chosen so that upon transition of the first diode from its low voltage state in its high voltage state, the second diode also transitions to its high voltage state. However, if both tunnel diodes are initially in their circuit arrangement

zur Weiterleitung eines Signalsfor forwarding a signal

in nur einer Richtungin one direction only

Anmelder:Applicant:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)Radio Corporation of America,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6Representative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,
Munich 23, Dunantstr. 6th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. Mai 1960 (Nr. 30 628)Claimed priority:
V. St. v. America May 20, 1960 (No. 30,628)

Arthur Wu-Nien Lo, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenArthur Wu-Nien Lo, Poughkeepsie, N.Y. (V. St. A.), has been named as the inventor

Zustand niedriger Spannung sind und ein zusätzlicher Strom der zweiten Diode aus der ihr zugeordneten Schaltung zugeführt wird, so geht die zweite Tunneldiode nicht in ihren Zustand hoher Spannung über, und die erste Tunneldiode wird ebenfalls nicht in ihren Zustand hoher Spannung übergeführt. Daher wird kein Signal seitens der zweiten Tunneldiode nach rückwärts auf die erste Tunneldiode übertragen.State of low voltage and an additional current of the second diode from its associated Circuit is fed, the second tunnel diode does not go into its high voltage state, and the first tunnel diode is also not brought into its high voltage state. Therefore no signal is transmitted backwards from the second tunnel diode to the first tunnel diode.

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer Schaltung gemäß der Erfindung, undFig. 1 is a schematic diagram of a circuit according to the invention, and

Fig. 2 zeigt die Kennlinie des Stromes in Abhängigkeit von der Spannung für jede der beiden Tunneldioden in Fig. 1.Fig. 2 shows the characteristic curve of the current as a function of the voltage for each of the two tunnel diodes in Fig. 1.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält zwei Eingangsklemmen 10, welche über einen Widerstand 12 an eine erste Tunneldiode 14 angeschlossen sind. Die erste Tunneldiode ist über einen Widerstand 16 an eine zweite Tunneldiode 18 angeschlossen. Zwei Ausgangsklemmen 20 sind über einen Widerstand 22 mit der zweiten Tunneldiode verbunden. Eine Durchlaßspannung 24 ist über Widerstände 26 und 28 an die beiden Dioden angeschlossen. Diese Widerstände sind im Vergleich zu den Widerständen der Tunneldioden so hoch, daß die Spannungsquelle 24 mit ihren Widerständen 26 und 28 zusammen eine Quelle konstanten Stromes darstellen.The circuit of FIG. 1 contains two input terminals 10, which via a resistor 12 to a first tunnel diode 14 are connected. The first tunnel diode is through a resistor 16 to a second tunnel diode 18 connected. Two output terminals 20 are connected via a resistor 22 connected to the second tunnel diode. A forward voltage 24 is across resistors 26 and 28 to the connected to both diodes. These resistances are compared to the resistances of the tunnel diodes so high that the voltage source 24 with its resistors 26 and 28 together a source constant Represent current.

209 70S/262209 70S / 262

3 43 4

Die Kennlinie des Stromes in Abhängigkeit von der in ihren Zustand niedriger Spannung nach jeder logi-The characteristic curve of the current as a function of the low voltage in its state after each logi-

Spannung für die erste Tunneldiode 14 ist in Fig. 2 sehen Operation vorhanden sein. Die Rückstellein-Voltage for the first tunnel diode 14 can be seen in Fig. 2 see operation. The reset

durch die ausgezogene Linie 30 veranschaulicht und richtung kann aus einer Schaltung zur Zuführungillustrated by the solid line 30 and direction can be derived from a circuit for supply

die entsprechende Kennlinie für die Tunneldiode 18 eines negativen Spannungsimpulses an jede Diode be-the corresponding characteristic curve for the tunnel diode 18 of a negative voltage pulse to each diode

zum Teil durch eine punktierte Linie 32 und zum Teil 5 stehen.partly by a dotted line 32 and partly 5.

durch die ausgezogene Linie 30. Gemäß Fig. 2 ist die An Stelle der Spannung E+ kann auch eine Im-by the solid line 30. According to FIG. 2, instead of the voltage E + , an im-

Stromspitze 34 der zweiten Tunneldiode erheblich pulsspannungsqueHe verwendet werden, welche wäh-Current peak 34 of the second tunnel diode can be used considerably pulse voltage-quaHe, which

höher als die Stromspitze 36 der ersten Tunneldiode. rend des Signalübertragungsintervalls eine positivehigher than the current peak 36 of the first tunnel diode. rend of the signal transmission interval a positive

Es sei angenommen, daß die beiden Tunneldioden Spannung liefert und nach jeder SignalübertragungIt is assumed that the two tunnel diodes supply voltage and after each signal transmission

14 und 18 sich anfänglich in ihrem Zustand niedriger io wieder Erdpotential liefert.14 and 18 initially supplies earth potential again in their state of lower io.

Spannung befinden. Die Belastungslinie für die erste Der Ausgangswiderstand 22 ist in Fig. 1 als ein ein-Tunneldiode ist mit 38 bezeichnet und der Arbeits- ziges Schaltelement dargestellt. Ein solcher einziger punkt der ersten Tunneldiode mit 39. Wenn ein Ausgangswiderstand tritt zwar bei manchen Schal-Stromimpuls mit einer größeren Amplitude als A1 den tungen auf, jedoch sind bei anderen Schaltungen, bei Eingangsklemmen 10 zugeführt wird, geht die Tun- 15 welchen das Ausgangssignal der Tunneldiode 18 mehneldiodel4 aus ihrem Zustand niedriger Spannung reren zusätzlichen Schaltungen zugeführt werden in ihren Zustand hoher Spannung über. Der neue muß, mehrere parallel geschaltete Ausgangswider-Arbeitspunkt liegt bei 46. Bei diesem Übergang stände vorhanden, von denen jeder zu einer anderen springt die Spannung an der Diode von ihrem nied- Tunneldiode führt. Im letzteren Falle werden die rigen Wert, beispielsweise von 40 Millivolt, auf einen 20 Schaltungsparameter so gewählt, daß der ganze durch erheblich höheren Wert, beispielsweise auf 400 MiUi- die Widerstände zu der Tunneldiode 18 zurückfUevolt. Diese erhöhte Spannung an der Tunneldiode 14 ßende Strom nicht ausreichend ist, um diese aus ruft einen Strom Z1 durch den Widerstand 16 hervor, ihrem niedrigen Betriebszustand in ihren hohen Beder zusammen mit dem Ruhestrom durch die Tunnel- triebszustand umzuschalten. Jeder der Widerstände diode 18 diese Diode 18 aus ihrem Zustand niedriger 25 22 in einer derartigen Schaltung kann etwa 1000 Ohm Spannung in ihren Zustand hoher Spannung über- betragen, und die anderen Schaltelemente können führt. Der Strom ist also zur Überschreitung des entsprechend der unten folgenden Aufstellung gewählt Spitzenstromes 34 der Tunneldiode 18 ausreichend. werden.Voltage. The load line for the first of the output resistance 22 is denoted in FIG. 1 as a one tunnel diode 38 and the working tens of it illustrated switching element. Such a single point of the first tunnel diode with 39. If an output resistance occurs with some switching current impulses with an amplitude greater than A 1 , however, with other circuits where input terminals 10 are supplied, the tune 15 which does Output of the tunnel diode 18 mehneldiodel4 from its low voltage state reren additional circuits are supplied via in their high voltage state. The new must, several parallel-connected output resistance working point is 46. This transition would exist, each of which jumps to another, the voltage on the diode leads from its low-tunnel diode. In the latter case, the values, for example 40 millivolts, are selected for a circuit parameter in such a way that the whole through a considerably higher value, for example 400 millivolts, returns the resistances to the tunnel diode 18. This increased voltage at the tunnel diode 14 ßenden current is not sufficient to cause it from a current Z 1 through the resistor 16 to switch from its low operating state to its high operating state together with the quiescent current through the tunneling operating state. Each of the resistors diode 18 this diode 18 from its lower state 25 22 in such a circuit can be about 1000 ohms voltage in its high voltage state, and the other switching elements can lead. The current is therefore sufficient to exceed the peak current 34 of the tunnel diode 18 selected in accordance with the list below. will.

Wenn der Eingangsimpuls fortfällt, arbeitet die Tun- An den Eingangsklemmen 10 ist keine spezielleIf the input pulse disappears, the tun- At the input terminals 10 is not a special one

neldiode 18 im Punkt 48. Ein zur Überführung der 30 Schaltung dargestellt. Man kann beispielsweiseneldiode 18 at point 48. A shown for transferring the 30 circuit. One can for example

ersten Tunneldiode 14 aus ihrem niedrigen Betriebs- zwischen diese Eingangsklemmen eine Tunneldiodefirst tunnel diode 14 from its low operating mode between these input terminals a tunnel diode

zustand in ihren hohen Betriebszustand zugeführter mit derselben Durchlaßrichtung wie die Tunneldiodestate in its high operating state supplied with the same forward direction as the tunnel diode

Impuls schaltet also auch die zweite Tunneldiode 18 14 und mit demselben Spitzenstrom anschließen. AnImpulse also switches the second tunnel diode 18 14 and connects with the same peak current. At

in ihren hohen Betriebszustand um. Dieser Eingangs- die Eingangsseite dieser vorgeschalteten Tunneldiodein their high operating state. This input - the input side of this upstream tunnel diode

strom wird also in der richtigen Richtung weiter- 35 können über geeignete Kopplungswiderstände meh-Current is therefore carried on in the right direction - more than 35 can be achieved using suitable coupling resistors.

gegeben, d.h. von den Eingangsklemmen 10 an die rere andere Tunneldioden, beispielsweise zwei bisgiven, ie from the input terminals 10 to the re re other tunnel diodes, for example two to

Ausgangsklemmen 20. fünf Tunneldioden, angeschlossen werden. Bei einerOutput terminals 20. five tunnel diodes can be connected. At a

Es sei nunmehr wieder angenommen, daß die Tun- derartigen Schaltung fließt der Eingangsstrom an den neldiodenl4 und 18 sich beide in ihrem niedrigen Klemmen 10, wenn die vorgeschaltete Tunneldiode Betriebszustand befinden mögen. Es sei ferner an- 40 sicü Jn ihrem hohen Betriebszustand befindet, nicht genommen, daß ein an die Ausgangsklemmen 20 an- nur durch den Widerstand 12, sondern auch rückgeschlossener Verbraucherkreis seine Spannung von wärts über die Eingangswiderstände an die der voreinem niedrigen in einen hohen Wert ändern möge. geschalteten Tunneldiode vorhergehenden Stufen. Dieser Verbraucherkreis kann beispielsweise eine Dies bedeutet, daß nur ein Teil des an den Einlogische Schaltung mit Tunneldioden sein, und eine 45 gangsklemmen 10 zur Verfügung stehenden Stromes oder mehrere der Tunneldioden der logischen Schal- den Widerstand 12 durchfließt. Jedoch kann, wie man tang mögen von ihrem Zustand niedriger Spannung aus Fig. 2 sieht, die Tunneldiode 14 eine solche in ihren Zustand hoher Spannung umgeschaltet Ruhevorspannung besitzen, daß ihr Arbeitspunkt im worden sein. Wenn die Spannung an den Klemmen Punkt 39 nahe an ihrem Spitzenstrom 36 liegt, so daß 20 auf einen größeren Wert als denjenigen an der 50 nur ein kleiner Strom erforderlich ist, um die Tun-Tunneldiode 18 übergeht, fließt ein Strom z2 über den neldiode 14 in ihren hohen Betriebszustand zu über-Widerstand 22 in die Tunneldiode hinein. Die Größe führen. Die Diode 14 wirkt somit ähnlich wie eine des Widerstandes 22 und andere Schaltungsparameter vorgeschaltete Verstärker- und Trennstufe insofern, sind so gewählt, daß der Strom i2 einen Übergang von als der kleine an den Klemmen 10 zur Verfügung dem Arbeitspunkt 44 auf einen neuen Arbeitspunkt, 55 stehende Strom zu einem verhältnismäßig großen beispielsweise 50, der Tunneldiode 18 bewirkt. Man Strom (Arbeitspunkt 46 in Fig. 2) wird, der die Diode sieht, daß die Spannung an der Tunneldiode 18 in 18 umschalten kann.It is now assumed again that the circuit of this type flows the input current to the diode 14 and 18 are both in their low terminals 10 when the upstream tunnel diode may be in the operating state. It is further Toggle 40 s i Cii J n their high operating state is not taken, that a to the output terminals 20 Toggle only through the resistor 12, but also back a closed load circuit its voltage from Windwärts via the input resistors to the voreinem low in may change a high value. switched tunnel diode preceding stages. This consumer circuit can, for example, mean that only part of the current available to the single-logic circuit with tunnel diodes and one or more of the tunnel diodes of the logic circuit resistor 12 flows through. However, as can be seen from its low voltage state in FIG. 2, the tunnel diode 14 may have such a closed-circuit bias voltage switched to its high voltage state that its operating point has become. When the voltage at the terminals point 39 is close to its peak current 36, so that 20 to a value greater than that at 50 only a small current is required to pass through the tun tunnel diode 18, a current z 2 flows through the neldiode 14 in its high operating state to over-resistance 22 into the tunnel diode. Leading the greatness. The diode 14 thus acts similarly to an amplifier and isolating stage connected upstream of the resistor 22 and other circuit parameters, insofar as it is selected so that the current i 2 has a transition from the operating point 44 to a new operating point as the small one available at the terminals 10, 55 standing current to a relatively large 50, for example, which causes tunnel diode 18. One becomes current (operating point 46 in FIG. 2), which sees the diode that the voltage at the tunnel diode 18 can switch over in 18.

diesem neuen Arbeitspunkt 50 sehr nahe an dem Eine erfindungsgemäße Schaltung kann beispiels-Arbeitspunkt der Tunneldiode 14 in ihrem niedrigen weise folgendermaßen bemessen werden.
Betriebszustand ist. Es fließt also durch den Wider- 60 Stätzenstrom für Tunnelstand 16 in der Rückwärtsrichtung ein zu kleiner diode 14 " 2 MilliampereThis new operating point 50 is very close to the A circuit according to the invention can, for example, the operating point of the tunnel diode 14 be dimensioned in its low way as follows.
Operating condition is. A too small diode 14 ″ 2 milliamperes therefore flows through the counter current for tunnel stand 16 in the reverse direction

Strom, um die Tunneldiode 14 in ihren Zustand F Current to the tunnel diode 14 in its state F

hoher Spannung umzuschalten. Somit wird also von Spitzenstrom für Tunneider Diode 18 kein Signal nach rückwärts auf die diode 18 4 Milliampereto switch to high voltage. So there is peak power for Tunneider Diode 18 no signal backwards on diode 18 4 milliamps

Diode 14 übertragen. 65 Widerstand 12 1000 OhmTransmit diode 14. 6 5 resistor 12 1000 ohms

In der Schaltang nach Fig. 1 ist keine Rückstell-In the circuit according to Fig. 1, there is no reset

möglichkeit dargestellt, jedoch soll vorzugsweise eine Widerstand 16 25U Ohmpossibility shown, but preferably a resistor 16 25U ohms

solche Rückstellmöglichkeit für beide Tunneldioden Widerstand 22 1000 OhmSuch a reset option for both tunnel diodes resistance 22 1000 ohms

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Schaltungsanordnung zur Weiterleitung eines Signals in nur einer Richtung mit einer ersten und einer zweiten Tunneldiode und mit einer die eine Elektrode der einen Tunneldiode mit einer gleichartigen Elektrode der zweiten Tunneldiode verbindenden Leitung, dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden anderen Elektroden der beiden Tunneldioden über einen für Gleichstrom durchlässigen Stromweg gekoppelt werden und daß die erste Tunneldiode einen geringeren Spitzenstrom hat als die zweite Tunneldiode.1. Circuit arrangement for forwarding a signal in only one direction with a first and a second tunnel diode and with a line connecting one electrode of a tunnel diode with a similar electrode of the second tunnel diode, characterized in that the other two electrodes of the two tunnel diodes are connected a current path permeable to direct current are coupled and that the first tunnel diode has a lower peak current than the second tunnel diode. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für Gleichstrom durchlässige Stromweg zwischen der Anode der ersten Tunneldiode und der Anode der zweiten Tunneldiode liegt.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the for direct current permeable current path between the anode of the first tunnel diode and the anode of the second Tunnel diode. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für Gleichstrom durchlässige Stromweg ein für Gleichstrom durchlässiger Scheinwiderstand ist.3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the for Direct current permeable current path is an impedance permeable to direct current. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 209 708/262 11.© 209 708/262 11.
DER30010A 1960-05-20 1961-03-30 Circuit arrangement for forwarding a signal in only one direction Pending DE1139880B (en)

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