DE1142011B

DE1142011B - Monostabile Kippschaltung zur Erzeugung von Impulsen bestimmter Dauer mit zwei Esaki-Dioden

Info

Publication number: DE1142011B
Application number: DER31384A
Authority: DE
Inventors: Melvin Murray Kaufman; Eldon Charles Cornish
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1960-11-02
Filing date: 1961-11-02
Publication date: 1963-01-03
Also published as: US3168652A; GB997018A; NL270912A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft monostabile Kippschaltungen zur Erzeugung von Impulsen bestimmter Dauer mit zwei Esaki- oder Tunneldioden. Die Kippschaltungen gemäß der Erfindung eignen sich beispielsweise für elektronische Rechen- und Datenverarbeitungsanlagen sehr hoher Arbeitsgeschwindigkeit.

Esaki- oder Tunneldioden besitzen eine Strom-Spannungs-Kennlinie, die einen bei niedrigen Spannungen liegenden Bereich positiven Widerstandes, einen an diesen anschließenden Bereich negativen Widerstandes und einen bei höheren Spannungen liegenden zweiten Bereich positiven Widerstandes umfaßt. Durch geeignete Wahl von Vorspannung und Arbeitsimpedanz kann erreicht werden, daß die Tunneldiode nur einen stabilen Arbeitspunkt in einem der beiden Bereiche positiven Widerstandes hat, man kann diese Parameter aber auch so bemessen, daß die Tunneldiode in jedem der beiden Kennlinienbereiche positiven Widerstandes einen stabilen Arbeitspunkt besitzen.

Es sind außerdem monostabile Schaltungen mit Esaki-Dioden bekannt, die eine Induktivität enthalten. Die Esaki-Diode ist dabei so vorgespannt, daß sie durch einen Eingangsimpuls vom einen Zustand in den anderen geschaltet werden kann, sie kehrt dann nach einer bestimmten Zeit wieder in ihren Ruhezustand zurück. Das Ausgangssignal ist ein Impuls, dessen Breite im wesentlichen durch den Induktivitätswert bestimmt wird. Der Ausgangsimpuls dieser Kippschaltung hat wegen der Kennlinienform der Esaki-Diode ein abfallendes Dach. Es gibt jedoch eine Reihe von Anwendungsgebieten, wie digitale Rechenanlagen, bei denen Ausgangsimpulse mit flachem Dach erwünscht sind, beispielsweise wenn die Koinzidenz von zwei Impulsen festgestellt werden muß und es nicht sicher ist, daß die Vorderflanken der beiden Impulse zeitlich genau zusammenfallen.

Durch die Erfindung soll daher eine monostabile Kippschaltung angegeben werden, die Impulse bestimmter Dauer mit flachem Dach liefert.

Eine monostabile Kippschaltung zur Erzeugung von Impulsen bestimmter Dauer mit zwei Esaki-Dioden, deren Kennlinien einen bei niedrigen Spannungen liegenden Bereich positiven Widerstandes, einen an diesen anschließenden Bereich negativen Widerstandes und schließlich einen bei höheren Spannungen liegenden Bereich positiven Widerstandes umfaßt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Esaki-Diode, deren Arbeitsimpedanz und Vorspannung so bemessen sind, daß nur ein stabiler Arbeitspunkt in einem der Monostabile Kippschaltung

zur Erzeugung von Impulsen bestimmter

Dauer mit zwei Esaki-Dioden

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. November und 23. November 1960 (Nr. 66 802 und Nr. 71 350)

ao Melvin Murray Kaufman, Levittown, N. J.,
und Eldon Charles Cornish, Pennsauken, N. J.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

beiden Kennlinienbereiche positiven Widerstandes existiert, über ein Schaltungselement mit nichtlinearer Impedanzcharakteristik mit einer zweiten Esaki-Diode, deren Arbeitsimpedanz und Vorspannung so bemessen sind, daß in jedem der beiden Kennlinienbereiche positiven Widerstandes ein stabiler Arbeitspunkt existiert, so gekoppelt ist, daß das Schaltungs- element einem Stromfluß zwischen den beiden Esaki-Dioden eine hohe Impedanz entgegensetzt, wenn beide Esaki-Dioden im gleichen Kennlinienbereich, jedoch eine niedrige Impedanz, wenn die Esaki-Dioden in verschiedenen Kennlinienbereichen arbeiten, daß ferner einer der beiden Esaki-Dioden ein Auslöseimpuls zuführbar ist, der den Arbeitspunkt dieser Diode in den anderen Kennlinienbereich positiven Widerstandes umschaltet, und daß mit der Esaki-Diode, die zwei stabile Arbeitspunkte hat, eine Ausgangsklemme gekoppelt ist.

Als Schaltungselement mit nichtlinearer Impedanzcharakteristik wird vorzugsweise eine sogenannte Rückwärtsdiode verwendet. Dieses Schaltungselement wird auch häufig als »inverse Diode« oder »Tunnelgleichrichter« bezeichnet; im folgenden soll der letztgenannte Ausdruck verwendet werden. Die Arbeitsweise eines Tunnelgleichrichters beruht ebenso wie

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die einer Esaki-Diode auf dem Tunneleffekt. Eine Rückwärtsdiode hat eine hohe Leitfähigkeit bei sehr niedrigen Spannungen in einem Gebiet, das der Sperrichtung einer normalen Diode entspricht. Unterhalb des Knies der Durchlaß-Kennlinie ist der Widerstand einer Rückwärtsdiode relativ hoch. Eine Rückwärtsdiode könnte also als Esaki-Diode mit dem Höcker-Tal-Verhältnis Null bezeichnet werden.

Die Erfindung soll nun an Hand von Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen bedeutet

Fig. 1 ein Schaltbild einer zweistufigen monostabilen Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm mit der Strom-Spannungs-Kennlinie der Tunneldiode TD₁ in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Strom-Spannungs-Kennlinie des Tunnelgleichrichters TR in der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig. 4 ein Diagramm der Strom-Spannungs-Kennlinie der Tunneldiode TD₂ der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig. 5 ein Schaltbild einer Kombination einer bistabilen Impulsstufe und einer monostabilen Rückstellschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm der Strom-Spannungs-Kennlinien der zwei Tunneldioden und des Tunnelgleichrichters in der Schaltungsanordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Kennlinie eines in der üblichen Weise verwendeten Tunnelgleichrichters und

Fig. 8 ein Diagramm des Spannungsverlaufes des Ausgangsimpulses der Schaltung nach Fig. 5.

Die in Fig. 1 dargestellte monostabile Schaltungsanordnung enthält eine erste, monostabile Stufe mit einer Tunneldiode TD₁ und eine zweite, bistabile Stufe mit einer Tunneldiode TD₂. Die erste monostabile Stufe enthält eine Induktivität oder Spule L, die mit der Tunneldiode TD₁ in Reihe geschaltet ist, die Reihenschaltung liegt zwischen dem +S₁-PoI und dem mit Masse verbundenen Pol einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle. Ein einer Eingangsquelle 10 zugeführter positiver Eingangsimpuls 8 wird über einen Eingangswiderstand R_in dem Verbindungspunkt 12 zwischen der Spule L und der Tunneldiode TD₁ zugeführt.

Die zweite, bistabile Stufe der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung enthält einen Widerstand R, der mit der Tunneldiode TD₂ zwischen die +B₂- und — 2?₃-Klemmen einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle geschaltet ist. Die beiden Stufen sind miteinander durch ein nichtlineares Impedanzelement, wie einen Tunnelgleichrichter TR, gekoppelt, der den Schaltungspunkt 12 mit einem Schaltungspunkt 14 zwischen dem Widerstand R und der Tunneldiode TD₂ verbindet. Ein positiver Ausgangsimpuls 16 kann an einer Ausgangsklemme 14 abgenommen werden.

Fig. 2 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie 20 der Tunneldiode TD₁. Die Vorspannung +B₁ ist so gewählt, daß eine Gleichstrom-Lastlinie 22 die Diodenkennlinie 20 im Punkt A schneidet, der im Niederspannungsbereich mit positivem Widerstand liegt. Wenn der Tunneldiode TD₁ der positive Eingangsimpuls 8 zugeführt wird, verschiebt sich der Arbeitspunkt der Diode vom Punkte über das Maximum der Kurve, wo der Kennlinienbereich negativen Widerstandes beginnt. Der Arbeitspunkt springt dann sehr rasch entsprechend der gestrichelten Linie 24 zu einem Arbeitspunkt B im Hochspannungs-Kennlinienbereich positiven Widerstandes. Anschließend wandert der Arbeitspunkt vom Punkt B längs der Kennlinie zum Punkt C, wo er wieder in den Kennlinienbereich negativen Widerstandes gelangt. Die Zeit, die der Arbeitspunkt benötigt, um vom Punkt B zum Punkt C zu kufen, ist in der Hauptsache durch die sich ändernde Zeitkonstante der Induktivität L und den sich ändernden Widerstand der Diode TD₁

ίο bestimmt. Wenn der Arbeitspunkt den Punkt C auf der Kennlinie erreicht und in den Bereich negativen Widerstandes eintritt, springt er sehr schnell längs der gestrichelten Linie 26 zum Punkt D. Anschließend wandert er dann mit einer durch die veränderliche Zeitkonstante der Schaltungsanordnung bestimmten Geschwindigkeit längs der Kennlinie zum Ausgangspunkt A zurück.

Der Spannungsverlauf an der Tunneldiode TD₁ ist in Fig. 1 eingezeichnet, wobei die an der Kurve stehenden Buchstaben A, B, C und D den entsprechenden Arbeitspunkten auf der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie entsprechen. Man sieht, daß die Verschiebung des Arbeitspunktes in Fig. 2 von B nach C der Impulsdauer an der Diode TD₁ entspricht. Man sieht außerdem aus Fig. 2, daß die an der Diode liegende Spannung absinkt, während der Arbeitspunkt von B nach C wandert, und daß dieser Spannungsabfall das abfallende Dach des an der Tunneldiode TD₁ entstehenden Impulses ergibt.

Fig. 3 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie des Tunnelgleichrichters TR. Man sieht, daß die Kennlinie eines Tunnelgleichrichters der einer Tunneldiode ähnelt, mit der Ausnahme, daß Höckerstrom und Talstrom praktisch übereinstimmen und annähernd Null sind. Die Kennlinie ist also derart, daß der Tunnelgleichrichter praktisch nicht leitet, wenn die Spannung in dem mit 30 bezeichneten Bereich liegt. Für positivere oder negativere Spannungen, als sie von dem Bereich 30 eingeschlossen werden, stellt der Tunnelgleichrichter TR eine niedrige Impedanz dar und führt einen hohen Strom.

Fig. 4 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie 34 der Tunneldiode TD₂ in der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung. Die Kurve 34 ist nach links verschoben, wodurch der Einfluß der negativen Vorspannung -B₃ zum Ausdruck gebracht wird. Die Vorspannungen und der Widerstands sind so gewählt, daß sich eine Lastlinie 36 ergibt, die den Niederspannungsbereich positiven Widerstandes der Diodenkennlinie am Punkte, D und den Hochspannungsbereich positiven Widerstandes am Punkt B, C schneidet.

Die Vorspannungen +B₁, +B₂ und -B₃ für die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung sind im Hinblick auf die Kennlinien der Tunneldioden TD₁ und TD₂ und des Tunnelgleichrichters TR so gewählt, daß unter normalen Anfangsbedingungen die Spannung am Tunnelgleichrichter TR einen Wert besitzt, der beispielsweise dem Punkt 40 in Fig. 3 entspricht und innerhalb des Bereiches 30 liegt. Wenn eine dem Punkt 40 entsprechende Spannung am Tunnelgleichrichter TR liegt, stellt dieser für einen ihn durchfließenden Strom eine sehr hohe Impedanz dar, so daß er praktisch nicht leitet.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Der Arbeitspunkt der Tunneldiode TD₁ befindet sich normalerweise im Niederspannungszustand entsprechend dem Punkt A

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im Kennlinienbereich niedriger Spannung und positiven Widerstandes. Die Tunneldiode TD₂ arbeitet ebenfalls im Niederspannungszustand entsprechend dem Punkt A, D (Fig. 4) im Kennlinienbereich niedriger Spannung und positiven Widerstandes. Durch die Werte der Vorspannungen +JS₁, +B₂ und — B₃ ist die Spannung am Schaltungspunkt 12 positiver als die Spannung am Schaltungspunkt 14. Der Tunnelgleichrichter TR wird dadurch in Flußrichtung durch

diode TD₁ sehr rasch ab mit der Folge, daß die Spannung am Schaltungspunkt 12 wesentlich niedriger wird als die Spannung am Schaltungspunkt 14. Am Tunnelgleichrichter TR tritt dann ein großer Spannungsabfall in der negativen oder Rückwärtsrichtung auf, und der Arbeitspunkt des Tunnelgleichrichters wandert etwa zum Punkt 46 auf der in Fig. 3 dargestellten Kennlinie, wo der Tunnelgleichrichter dem Stromnuß in Rückwärtsrichtung nur eine sehr kleine

eine Spannung vorgespannt, die etwa der Spannnung io Impedanz entgegensetzt. Dadurch kann ein hoher 40 in Fig. 3 entspricht. Wird eine Spannung dieser Strom von der Tunneldiode TD₂ zur Tunneldiode Größe an den Tunnelgleichrichter gelegt, so stellt TD₁ fließen mit dem Ergebnis, däß die Tunneldiode dieser für einen Stromfluß eine sehr hohe Impedanz TD₂ rasch vom Arbeitspunkt B, C im Hochspandar, und im Tunnelgleichrichter fließt nur ein sehr nurigsbereich zum Arbeitspunkt A, D im Niederkleiner Strom. Im Anfangszustand sind die beiden 15 Spannungsbereich springt.

Tunneldiodenstufen also praktisch voneinander ge- Es ist ersichtlich, daß die Tunneldiode TD₉ nicht

trennt. in den Niederspannungszustand zurückschaltet, bevor

Wird der Tunneldiode TD₁ ein Eingangs-Auslöse- nicht der Arbeitspunkt der Tunneldiode TD₁ den impulse zugeführt, so verschiebt sich der Arbeits- Kennlinienbereich negativen Widerstandes erreicht punkt von A (Fig. 2) über das Maximum der Dioden- 20 hat und sehr rasch in den Niederspannungszustand kennlinie, gelangt in den Kennlinienbereich negativen springt. Der Tunnelgleichrichter TR dient also dazu, Widerstandes und springt rasch entlang der ge- die beiden Stufen voneinander zu trennen, wenn sie strichelten Linie 24 zum Arbeitspunkt B im Hoch- sich beide im gleichen Spannungszustand befinden, Spannungsbereich. Wenn der Arbeitspunkt in den und der Tunnelgleichrichter koppelt die beiden Kennlinienbereich negativen Widerstandes eintritt 25 Stufen nur dann miteinander, wenn der Arbeitspunkt und zum Punkt B springt, wird die Spannung am
Schaltungspunkt 12 plötzlich stärker positiv, als sie
vorher war. Die Erhöhung der positiven Spannung
am Tunnelgleichrichter TR führt dazu, daß dieser
nun dem Stromfluß nur noch eine sehr kleine Impe- 3°
danz entgegensetzt. Dieser Zustand entspricht dem
Arbeitspunkt 44 auf der in Fig. 3 dargestellten Kennlinie des Tunnelgleichrichters. Die Tunneldiode Γ£>,
liefert dann Strom durch den Tunnelgleichrichter TR

an die Tunneldiode TD₂ und bewirkt, daß der 35 und Masse oder ein Bezugspotential vorgespannt ist. Arbeitspunkt der Tunneldiode TD₂ schnell von A, D
zum Arbeitspunkt B, C im Hochspannungsbereich
springt. Wenn der Arbeitspunkt der Tunneldiode TD₂
den Hochspannungsbereich erreicht, befindet sich der
Arbeitspunkt der Tunneldiode TD₁ schon im Hoch- 40
spannungszustand, und dementsprechend verbleibt
nur noch eine verhältnismäßig kleine Potentialdifferenz zwischen den Schaltungspunkten 12 und 14.
Unter diesen Umständen hat die Spannung am
Tunnelgleichrichter TR wieder einen etwa der Span- 45 Bezugspotential vorgespannt ist. Die monostabil vornung 40 im Bereich der Fig. 3 entsprechenden Wert, gespannte Tunneldiode D₂ kann einen normalen oder und dementsprechend fließt praktisch kein Strom Anfangszustand einnehmen, von dem sie in einen anmehr zwischen den Tunneldiodenstufen. Dieser Zu- deren Spannungszustand geschaltet werden kann, von stand ist sehr erwünscht, da zu diesem Zeitpunkt die dem sie automatisch nach einer durch die Reaktanz-Tunneldiode TD., ihren vollen Strom an einen nicht 50 und Widerstandselemente bestimmten Zeitkonstante

der ersten Stufe mit der Tunnediode TD₁ den Kennlinienbereich negativen Widerstandes erreicht hat und dabei ist, sehr rasch vom einen Zustand in den anderen zu springen.

Die in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung enthält eine erste Diode D₁ mit einem Kennlinienbereich negativen Widerstandes, wie eine Esaki- oder Tunneldiode, die durch einen Widerstand R₁ und eine Gleichspannungsquelle mit den Klemmen + V

Die Vorspannungsanordnung für die Diode D₁ ist so bemessen, daß die Diode bistabil arbeiten kann, d. h. daß die Diode stabil in zwei verschiedenen Spannungszuständen arbeiten kann.

Die Schaltung nach Fig. 5 enthält außerdem eine zweite Diode D₂ mit einem Kennlinienbereich negativen Widerstandes, die für ein monostabiles Arbeiten mittels einer Spule L₁ und einer Gleichspannungsquelle mit den Klemmen — V und Masse oder einem

dargestellten Verbraucher liefern soll, der an die Ausgangsklemme 14 angeschlossen ist. Es wird also nichts vom Ausgangsstrom der Tunneldiode TD₉ zurück zur vorgeschalteten Tunneldiode TD₁ abgezweigt.

In der Zeitspanne zwischen den Punkten B und C, während der an der Ausgangsklemme 14 ein Ausgangsimpuls verfügbar ist, fällt die Spannung an der Tunneldiode TD₁ und damit am Schaltungspunkt 12

in den Ausgangszustand zurückkehrt. Die Dioden D₁, D₂ können Germanium-Tunneldioden sein.

Ein Kopplungsgleichrichter, der ein nichtlineares Impedanzelement darstellt, beispielsweise eine übliche Diode oder ein Tunnelgleichrichter TR₁, ist zwischen den Schaltungspunkt 56 zwischen dem Widerstand R₁ und der Diode D₁ und den Schaltungspunkt 58 zwischen der Induktivität L₁ und der Tunneldiode D₂ geschaltet. Der zur Kopplung dienende Gleichrichter

in dem Maße, in dem der Arbeitspunkt der" Tunnel- 6o kann zwar eine normale Diode sein, vorzugsweise diode vom Punkt B auf der Kennlinie in Fig. 2 zum wird jedoch ein Tunnelgleichrichter TR₁ verwendet, Punkt C nach unten wandert. Während dieses Inter- da dessen Strom-Spannungs-Kennlinie günstiger ist. valls sinkt auch die positive Spannung am Tunnel- Der Gleichrichter TR₁ kann ein Germanium- oder gleichrichter TR vom Spannungswert 40 in Fig. 3 auf Galliumarsenid-Tunnelgleichrichter sein. Ein einer Null entsprechend dem Koordinatenursprung des 65 Eingangsklemme 62 zugeführter Auslöseimpuls 60 Diagramms ab. Wenn der Arbeitspunkt der Tunnel- wird über einen Eingangswiderstand 64 dem Schaldiode TD₁ in den Kennlinienbereich negativen Wider- tungspunkt 56 der bistabil vorgespannten Tunnelstandes eintritt, fällt die Spannung an der Tunnel- diode D₁ zugeführt. Ein Ausgangsimpuls 66 steht an

einer Ausgangsklemme 68 zur Verfügung, die mit dem Schaltungspunkt 56 der bistabil vorgespannten Tunneldiode D₁ verbunden ist.

Fig. 6 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinien der Dioden D₁ und D₂ der in Fig. 5 dargestellten Schaltungsanordnung. Die Kurve D₁ in Fig. 6 stellt die Kennlinie der Tunneldiode Z)₁ dar, sie umfaßt einen

daß er einen konventionellen Stromfluß in der Rückwärtsrichtung erlaubt, d.h. vom Schaltungspunkt56 zum Schaltungspunkt 58. Die Rückwärtskennlinie eines Tunnelgleichrichters ist brauchbar, und er wird 5 gelegentlich auch als Rückwärtsdiode bezeichnet. Wenn in der Schaltung nach Fig. 5 an der Stelle des Tunnelgleichrichters TR₁ eine übliche Diode verwendet wird, soll sie so gepolt werden, daß die Pfeilspitze in der umgekehrten Richtung zeigt, was der

Niederspannungsbereich 70 positiven Widerstandes
und einen Hochspannungsbereich 72 ebenfalls positiven Widerstandes, zwischen diesen beiden Bereichen io Flußrichtung eines konventionellen Stromes vom positiven Widerstandes liegt ein Bereich 74 negativen Schaltungspunkt 56 zum Punkt 58 entspricht. Widerstandes. Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 5 soll

Die in Fig. 6 mit D₂ bezeichnete Kurve ist die nun an Hand der Fig. 6 und 8 erläutert werden. Im Kennlinie der Tunneldiode D₂, sie verläuft in der Anfangszustand arbeitet die Diode D₁ im Arbeitsnegativen Richtung der Spannungsachse, da die 15 punkt A', die Diode D₂ im Arbeitspunkt A", und der Tunneldiode D₂ durch eine negative Gleichspannung Tunnelgleichrichter TA₁ leitet praktisch nicht. Wenn — V vorgespannt ist. Die Kennlinie der Diode D₂ ein Eingangsimpuls 60 der Eingangsklemme 62 und besitzt ebenfalls einen Niederspannungsbereich 70' durch den Eingangswiderstand 64 der Klemme 56 der und einen Hochspannungsbereich 72' positiven Wider- Diode D₁ zugeführt wird, verschiebt sich der Arbeitsstandes, zwischen denen ein Bereich 74' negativen 20 punkte' der DiodeD₁ nach oben über das Maxi-Widerstandes liegt. mum 80 der Kennlinie und springt rasch auf einem

Der Arbeitspunkt der Tunneldiode D₁ wird durch nicht näher definierten Weg, der schematisch durch die Ruhevorspannung stabil auf den Punkt A' im die gestrichelte Linie 82 dargestellt ist, zum Hoch-Niederspannungsbereich positiven Widerstandes der spannungsarbeitspunkt B'. Die sich daraus ergebende Kennlinie eingestellt. Die Diode D₁ besitzt einen 25 Spannungsänderung an der Diode D₁ wird in der in zweiten stabilen Arbeitspunkt B' im Hochspannungs- Fig. 8 dargestellten Ausgangsspannungskurve durch bereich positiven Widerstandes. Diese beiden Arbeits- den Übergang von A"' nach B'" wiedergegeben, punkte sind durch die Schnittpunkte der Kennlinie Während die Diode D₁ rasch von A' nach B' und einer nicht dargestellten, verschiebbaren Last- schaltet, erreicht die Spannung am Tunnelgleichlinie gegeben, die im wesentlichen durch den Tunnel- 30 lichter TR₁ einen solchen Wert, daß der Tunnelgleichrichter TR₁ und die nicht dargestellte, an die gleichrichter frei leitet. Vom Schaltungspunkt 56 Ausgangsklemme 68 angeschlossene Last bestimmt ist. fließt dann Strom durch den Gleichrichter TA₁ und

Der Arbeitspunkt der Tunneldiode D₂ liegt im Tal die Tunneldiode D₂ nach Masse. Dieser Strom ver- oder der Mulde der Kennlinie. Der Ruhearbeits- ringert den vorher in der umgekehrten Richtung punkt A" im Tal der Kennlinie D₂ (Fig. 6) ist durch 35 durch die Diode D₂ fließenden Strom und bewirkt, den Schnittpunkt der Kennlinie mit der monostabilen daß der Arbeitspunkt A" der Tunneldiode D₂ rasch Lastlinie 78 bestimmt. Die Lastlinie 78 hat eine ge- längs eines durch die gestrichelte Linie 84 schematisch ringfügige Neigung, die dem Gleichstromwiderstand dargestellten Weges zum Arbeitspunkt B" im Niederder Spule L₁ entspricht. Der Arbeitspunkt 4" ist im spannungs-Kennlinienbereich positiven Widerstandes Hochspannungsbereich 72' positiven Widerstandes 40 springt. Die Diode D₁ arbeitet dann im Arbeitsstabil. Wenn der Arbeitspunkt vom stabilen Arbeits- punkt B' und die Diode D₂ im Arbeitspunkt B", und punkt A" weggeschaltet wird, kehrt er automatisch die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Arbeitsnach einem Arbeitszyklus zum Arbeitspunkt A" zu- punkten entspricht der Größe V₂ in Fig. 6. Diese rück. Spannungsdifferenz liegt am Tunnelgleichrichter TR _x Im Ruhe- oder Anfangszustand arbeitet die 45 und ist niedrig genug, um zu gewährleisten, daß der Diode D₁ im Arbeitspunkt A' und die Diode D₂ im Tunnelgleichrichter wieder eine hohe Impedanz für Arbeitspunkt A" der Fig. 6. Die Spannungsdifferenz
zwischen den beiden Arbeitspunkten der Dioden ist

V₁. Die Strom-Spannungs-Kennlinie TR₂ in Fig. 6

einen ihn durchfließenden Strom annimmt, wie aus
der verschobenen Tunnelgleichrichterkennlinie TR_S
ersichtlich ist.

Der Arbeitspunkt jB" der Diode D₂ ist instabil. Er
beginnt sofort längs der Kennlinie zum Punkt C" an
deren Maximum nach oben zu wandern, von wo er
rasch längs eines durch die gestrichelte Linie 86
schematisch angedeuteten Weges zum Arbeitspunkt

des Tunnelgleichrichters TR₁ ist auf derselben Span- 5° nungsachse, jedoch auf einer verschobenen Stromachse aufgezeichnet und ist bezüglich der Diodenkennlinie so angeordnet, daß ersichtlich ist, daß der Tunnelgleichrichter TR₁ dem Stromfluß eine hohe

Impedanz entgegensetzt und praktisch nichtleitend 55 D" springt. Von dort läuft der Arbeitspunkt

ist, wenn die Spannung V₁ am Tunnelgleichrichter längs der Kennlinie nach unten, bis er den Ausgangs-

TR₁ liegt. An Hand der Kurve TR₂ sieht man auch, punkt A" erreicht. Wenn der Arbeitspunkt der Diode

daß der Tunnelgleichrichter TR₁ eine niedrige Im- D₂ vom Arbeitspunkt C" zum Arbeitspunkt D"

pedanz darstellt und leitet, wenn die an seinen springt, übersteigt die Spannungsdifferenz zwischen

Klemmen liegende Spannung den Wert V₁ wesentlich 60 dem Arbeitspunkt der Diode D₂ und dem Arbeits-

übersteigt. punkt C der Diode D₁ die Spannung F₂, und der

Fig. 7 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie 73 Tunnelgleichrichter TR₁ wird wieder voll in derselben

eines durch das Schaltzeichen 75 dargestellten Tunnel- Richtung wie vorher leitend. Hierdurch wird ein Teil

gleichrichters. Die Pfeilspitze des Schaltzeichens 75 des vorher durch die Diode D₁ fließenden Stromes

weist in die konventionelle Flußrichtung. Ein Strom 65 durch den Gleichrichter TR₁ abgezweigt. Die Verrin-

fließt in der Sperr- oder Rückwärtsrichtung, wenn die gerung des Stromflusses durch die Diode D₁ bewirkt,

Rückwärtsspannung den Wert 77 übersteigt. Der daß der Arbeitspunkt schnell vom Arbeitspunkt C"

Tunnelgleichrichter TR₁ in Fig. 5 wird so verwendet, längs der gestrichelten Linie 88 zum Arbeitspunkt D'

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ίο

springt. Wenn die Diode D₁ den Arbeitspunkt D' erreicht hat, ist die Spannungsdifferenz zwischen den Arbeitspunkten D' und D" wieder genügend klein, so daß der Tunnelgleichrichter TR₁ wieder eine hohe Impedanz annimmt. Die Arbeitspunkte D' und D" der beiden Dioden können dadurch wieder zu ihren Ausgangspunkten A' bzw. A" zurückkehren.

Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß das Dach des Ausgangsimpulses zwischen den Punkten B"' und C" praktisch eben ist. Der Grund hierfür geht klar aus den in Fig. 6 dargestellten Kennlinien hervor, die zeigen, daß die Arbeitspunkte B' und C auf annähernd der gleichen Spannung liegen. In der Zeitspanne der Arbeitspunktverschiebung zwischen B' und C ist die bistabile Tunneldiode D₁ von der Tunneldiode D₂ durch den Tunnelgleichrichter TR₁ getrennt. Dadurch hat der Ausgangsimpuls, trotzdem seine Dauer durch die monostabile Tunneldiode D₂ gesteuert wird, ein ebenes Dach, da der Ausgang von der bistabilen Tunneldiode D₂ während dieses Zeit-Intervalls getrennt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Monostabile Kippschaltung zur Erzeugung von Impulsen bestimmter Dauer mit zwei Esaki-Dioden, deren Kennlinie einen bei niedrigen Spannungen liegenden Bereich positiven Widerstandes, einen an diesen anschließenden Bereich negativen Widerstandes und schließlich einen bei höheren Spannungen liegenden Bereich positiven Widerstandes umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Esaki-Diode (TD₁, D₂), deren Arbeitsimpedanz und Vorspannung so bemessen sind, daß nur ein stabiler Arbeitspunkt in einem der beiden Kennlinienbereiche positiven Wider-Standes existiert, über ein Schaltungselement (TR, TR₁) mit nichtlinearer Impedanzcharakteristik mit einer zweiten Esaki-Diode, deren Arbeitsimpedanz und Vorspannung so bemessen sind, daß in jedem der beiden Kennlinienbereiche positiven Widerstandes ein stabiler Arbeitspunkt existiert, so gekopeplt ist, daß das Schaltungselement einem Stromfluß zwischen den beiden Esaki-Dioden eine hohe Impedanz entgegensetzt, wenn beide Esaki-Dioden im gleichen Kennlinienbereich, jedoch eine niedrige Impedanz, wenn die Esaki-Dioden in verschiedenen Kennlinienbereichen arbeiten, daß ferner einer der beiden Esaki-Dioden ein Auslöseimpuls (8, 60) zuführbar ist, der den Arbeitspunkt dieser Diode in den anderen Kennlinienbereich positiven Widerstandes umschaltet, und daß mit der Esaki-Diode, die zwei stabile Arbeitspunkte hat, eine Ausgangsklemme (14 in Fig. 1; 68 in Fig. 5) gekoppelt ist.

2. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement mit nichtlinearer Impedanz eine Rückwärtsdiode ist.

3. Kippschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement mit nichtlinearer Impedanz nur dann eine niedrige Impedanz darstellt, wenn der Arbeitspunkt einer der Dioden vom einen Kennlinienbereich positiven Widerstandes in den anderen Kennlinienbereich positiven Widerstandes springt.

4. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement mit nichtlinearer Impedanz mit zwei Klemmen an den beiden Esaki-Dioden verbunden ist, an denen sich die Spannung in derselben Richtung ändert, wenn die beiden Esaki-Dioden vom Ruhezustand in den Arbeitszustand schalten.

5. Kippschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseimpuls (8) der Esaki-Diode (TD₁) zuführbar ist, die nur einen stabilen Arbeitspunkt hat (Fig. 1).

6. Kippschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseimpuls (60) der Esaki-Diode (D₁) zuführbar ist, die zwei stabile Arbeitspunkte hat.

7. Kippschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Esaki-Diode, die nur einen stabilen Arbeitspunkt hat, mit einer Induktivität in Reihe geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen