DE1197939B - Vorrichtung zum Trennen von Gleichstrom und Wechselstrom - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H02m

Deutsche Kl.: 21 a4-35/13

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S88122IXd/21a4
31. Oktober 1963
5. August 1965

In nachrichtentechnischen Schaltungen ist häufig ein Filter erforderlich, das einen relativ hohen Gleichstrom durchläßt, hingegen Wechselstrom im Bereich der Sprachfrequenzen blockiert. Zu diesem Zweck sind Röhrenschaltungen, z. B. mit Pentoden, bekanntgeworden, die jedoch einen beträchtlichen technischen Aufwand erfordern. Statt dessen kann man auch eine Schaltung mit einer Kombination zweier komplementärer Flächentransistoren und Glättungskondensatoren verwenden.

Der technische Aufwand einer solchen Schaltung ist verhältnismäßig hoch. Insbesondere werden unbedingt zwei Transistoren benötigt. Der verhältnismäßig komplizierte Aufbau einer solchen Schaltung verlangt entsprechende Anpassung der Elemente und weitere aufwendige Maßnahmen. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Trennen von Gleichstrom und Wechselstrom mit einem den Wechselstrom blockierenden Filter, welches mindestens ein verstärkendes Halbleiterbauelement enthält, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß als blockierendes Filter ein Unipolartransistor verwendet ist.

In der Figur ist die prinzipielle Schaltweise dargestellt. Die Spannungsquelle V, welche die Überlagerung einer Gleich- mit einer Wechselspannung liefert, ist in der Figur durch die Hintereinanderschaltung einer Gleich- und einer Wechselspannungsquelle dargestellt. Als Verbraucher ist ein Widerstand RA vorgesehen, der gegen den Wechselstrom geschützt sein soll. Das blockierende Element — der Unipolartransistor U — ist mit einem veränderbaren, eine Gegenkopplung bewirkenden Widerstand RK in Reihe geschaltet.

Bekanntlich besteht ein Unipolartransistor aus einem Halbleiterkristall, insbesondere einem Einkristall, von einem Leitungstyp, der an seinen Enden mit zwei sperrfrei kontaktierenden Elektroden S und D einen elektrischen Stromfiuß im Halbleiterkörper zur Folge hat, der in der Hauptsache von Majoritätsladungsträgern getragen wird. Es ist dabei üblich, die Elektrode, von der sich im Gleichstrombetrieb die Majoritätsladungsträger entfernen, als »Source«, die andere sperrfreie Elektrode, auf die sich im Gleichstrombetrieb die Majoritätsladungsträger zu bewegen, als »Drain« zu bezeichnen (daher die Bezugszeichen S und D). Eine dritte Elektrode, welche an der Halbleiteroberfläche zwischen den Elektroden S und D mit pn-Übergang angebracht ist, wird als »Gate« bezeichnet und ist demzufolge in der Figur mit G angegeben. Die Elektrode G dient Vorrichtung zum Trennen von Gleichstrom und Wechselstrom

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Dr. Walter Heywang,
Dipl.-Phys. Dr. Günter Winstel,
Dipl.-Phys. Dr. Manfred Zerbst, München

zur Steuerung und ist grundsätzlich in Sperrichtung, und zwar auf ein außerhalb der Potentiale der Basiselektroden S, D liegendes Sperrpotential vorgespannt. Durch Überlagerung mit Signalspannungen wird dieses Potential der Elektrode G unterschiedlich und dementsprechend auch die Stärke und Intensität der sich von dieser Elektrode in den Halbleiter erstreckenden Sperrschicht.

Die Elektrode G ist dabei so angebracht, daß die Sperrschicht den Querschnitt des zwischen den beiden Elektroden S und D des Unipolartransistors fließenden elektrischen Stromes beeinflußt, der durch die Vorspannung der Steuerelektrode G gesteuert wird.

Bei einer Vorrichtung, entsprechend der Lehre der Erfindung, wie sie in der Figur dargestellt ist, ist der Gegenkopplungswiderstand RK zwischen die in bezug auf den von der Spannungsquelle V gelieferten Gleichstrom als ^-Elektrode wirkende sperrfreie Elektrode des Unipolartransistors und der Spannungsquelle V zu legen. Der längs des veränderlichen Widerstandes RK sich in Betrieb bildende Spannungsabfall wird an die Steuerelektrode G gelegt, so daß diese stets in Sperrichtung vorgespannt ist.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Durch den Widerstand RK wird der gewünschte Gleichstrom eingestellt. Außerdem bewirkt der Widerstand RK bei einer Zunahme des Wechselstroms eine entsprechende gegensteuernde Wechselspannung an der Elektrode G, so daß der an sich große Wechselstromwiderstand des Unipolartransistors durch diese Gegenwirkung zusätzlich erhöht wird. Dies gilt insbesondere für den Sprachfrequenzbereich bis etwa 3OkHz. Für sehr hohe Frequenzen empfiehlt sich

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jedoch die Verwendung des Unipolartransistors wegen seiner relativ hohen Kapazität weniger.

Der Vorteil einer die Lehre der Erfindung erfüllenden Vorrichtung, der sich insbesondere beim Betrieb bei Anwesenheit von Wechselströmen im Sprachfrequenzbereich bemerkbar macht, ist die Vermeidung einer hohen Heizleistung und Betriebsenergie sowie eine hohe Betriebssicherheit und lange Lebensdauer. Die Gleichstromdurchlässigkeit der Anordnung kann über die veränderliche Gegenkopplung regelbar eingestellt werden, während die Wechselstromundurchlässigkeit wesentlich durch die bauliche Struktur des Unipolartransistors bestimmt wird.

Hierfür sind die wesentlichen elektrischen Parameter der differentielle Innenwiderstand

α =

dUps dl

dl

sowie die Steuerbarkeit

ß =

Bedeutet RK die Größe des Gegenkopplungswiderstandes, so folgt durch den Wechselstromwiderstand der erfindungsgemäßen Anordnung

R = a. · (1 + β · RK).

Es ist also α, β zweckmäßig möglichst groß einzustellen, um eine gute Blockierung zu erzielen. Die hierzu erforderlichen Mittel sind dem Hersteller von Unipolartransistoren wohlbekannt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Trennen von Gleichstrom und Wechselstrom mit einem den Wechselstrom blockierenden Filter, welches mindestens ein verstärkendes Halbleiterbauelement enthält, dadurch gekennzeichnet, daß als blockierendes Filter ein Unipolartransistor verwendet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unipolartransistor (U) in Reihe mit einer eine Überlagerung von Wechselstrom mit Gleichstrom liefernden Spannungsquelle

(V) und einem Verbraucher (RA) sowie einem Gegenkopplungselement (RK) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gegenkopplungswiderstand (RK), der zwischen der Spannungsquelle (V) und

dem mit seinen beiden sperrfreien Elektroden (S und D) in den Stromkreis gelegten Unipolartransistor (U) an der Seite der (in bezug auf die Gleichstromkomponente) als S-Elektrode geschalteten sperrfreien Elektrode angeordnet ist und dessen Spannungsabfall zwischen S-Elektrode und Steuerelektrode (G) des Unipolartransistors geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 892 164.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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