DE1441057A1

DE1441057A1 - Schaltung mit einer Tunneldiode

Info

Publication number: DE1441057A1
Application number: DE19621441057
Authority: DE
Inventors: Kessel Theodorus Jozef Van
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1961-08-31
Filing date: 1962-08-28
Publication date: 1969-01-02
Also published as: US3218573A; GB1006907A; BE621889A; NL268847A

Description

Anmelder: N. V. PHILIPS' 6LOEtUMPENFABRIEKQr

Akte: EI/P-10679 "Schaltung mit einer Tunneldiode". 1441057 Anmeldung vom« 27. Aug. 1962

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen, Verstärken oder Mischen elektrischer Schwingungen mit Hilfe einer auf einen Punkt des negativen Teiles der 3trom-3pannungskurve eingestellten Tunneldiode.

Es ist bekannt, dass unter anderem wegen der Fora der statischen Strom-Spannungskurve, welche teilweise eine negative Steigung aufweist, eine Tunneldiode sich ganz besonders zum Erzeugen oder Verstärken elektrischer Schwingungen, insbesondere Kochfrequenzschwingung- ä en eignet. Es ist auch bekannt, dass die Speisung einer Tunneldiode Schwierigkeiten bereitet, denn der Wirkpunkt einer Tunneldiode liegt bei einer Spannung in der Nähe von z.3. 0,1 Volt. Dieae sehr niedrige Spannung verursacht beträchtliche Enex'gieVerluste im Reihenwiderstand, der zv/isohen der Tunneldiode und der Speisequelle, z.B. einen Akkumulator mit einer Klemmenspannung von etwa 1,5 Volt, eingeschaltet werden muss. Der Spannungsfall an diesen Widerstand ißt nämlich mit einem Strom durch diesen Wideretand, der viel glaser ist als der Strom durch die Tunneldiode verbunden. Zur Erzielung einer stabilen Einstellung der Tunneldiode muss nämlich parallel zur Diode ein Widerstand mit einem kleineren Wert als der Absolutwert des differentiellen Widerstandes im steilsten Teil der Strom-Spannungskurve der Diode geschaltet werden. Letzterer Widerstand ist b&trächtlich kleiner als der statische Widerstand der Diode im Wirkpunkt, was also in noch stärkerem Kasse für den parallel geschalteten Widerstand gilt, durch den daher ein wesentlich grösserer otrora fliesat als durch die Tunneldiode. Aueserdem sind häufig grosse Glfittungskondensatoren notwendig, um Sto'rschwingungen zu vermeiden.

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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile bzw, Schwierigkeiten zu überwinden und weist das Kennzeichen auf, dass die Tunneldiode mit der Emitterelektrode eines Transistors mit gleicher Durchlassrichtung wie die der Tunneldiode verbunden und in Roihe mit dem Emitter-Kollektorweg dieses Transistors an eine Speisequelle angeschlossen ist, wobei die Basiselektrode des Transistors auf eine für die Tunneldiode erforderliche niedrige Vorspannung eingestellt ist, und der Transistor gleichzeitig als Verstärker oder Generator elektrischer Schwingungen geschaltet ist, die einer mit der Kollektorelektrode verbundenen Impedanz zugeführt werden.

Der Krfindung unterliegt die Erkenntnis, dass die Strom-Spannungskurve (insbesondere die Umitterstroin-Basisspannunga-Kennlinie) eines Transistors bei einem bestimmten Strom einen steileren Verlauf aufweisen kann als die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Tunneldiode im Bereich der negativen Steigung. Infolge der Transistoreigenschaften verhält sich ein mit der Basiselektrode verbundener Widerstand für eine mit der Emitterelektrode verbundene Tunneldiode wie ein Widerstand, der um einen Paktor α¹ verkleinert ist (α¹ stellt den Kollektor-Basisstromverstärkungsgrad des Transistors dar). Dies hat zur Folge, dass erstens die Tunneldiode leicht auf einen stabilen Wirkpunkt eingestellt werden kann, zweitens durch die Parallelschaltung eines höheren Widerstandes mit der Reihenschaltung der Tunneldiode und des Transistors erreicht wird, dass nur wenig Energie aus der Speisequelle verloren geht, und drittens dieser Widerstand dennoch niedrig genug gewählt werden kann, um der Strom-Spannungskurve des Transistors die gewünschte Steilheit zu varleichen, so dass diese Kurve nur einen Schnittpunkt mit der Strojn-Spannung3kurve der Tunneldiode «iiweiat. Würde dagegen zwischen der Emitterelektrode des Transistors und der Tunneldiode ein Widerstand eingeschaltet, so ergibt

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stabile Einstellung dar Tunneldiode; die Steigung der Transistor-Kennlinie wird dann so weit herabgesetzt, dass die Kennlinie drei Schnittpunkte mit der Tunneldiode-Kennlinie aufweist.

Das xüneohalten eines Transistors zwischen der Speiaequelle und der Tunneldiode bietet überdies die Möglichkeit, den Transistor zum Beispiel als Verstärker elektrischer Schwingungen wirken zu lassen, indem in der Kollektorleitung eine für diese Schwingungen hohe Impedanz angebracht wird.

Die ürfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

In Pig. 1 ist eine Schaltung nach der Erfindung dargestellt, bei der die Tunneldiode als Oszillator wirkt; in Fig. 2 sind die Strom-Spannungskurven der Reihenschaltung der Tunneldiode und des Transistors dargestellt; die Fig. 3 und 4 zeigen Abarten der Schaltung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Tunneldiode 1 mit der Jmitterelektrode des Transistors 2 verbunden. Die Tunneldiode 1 hat die gleiche Durchlassrichtung wie die des Transititors 2. Die Basiselektrode des Transistors 2 ist mit dem Widerstand 6 verbunden, der mit dem Widerstand 5 ein Potentiometer 5» 6 bildet, das seinerseits an eine Spannungaquelle I4 angeschlossen ist. Dadurch, dasa der Widerstand 5 als veränderlicher Widerstand ausgebildet wird, kann die Spannung V Bn der Reihenschaltung der Tunneldiode 1 und des Basis-Emitterweges des Transistors 2 auf einen geeigneten niedrigen Wert eingestellt werden. Die Spule 4 bildet mit dem veränderlichen Kondensator 3 praktisch einen auf die gewünschte Frequenz abgestimmten Hochfrequenzparallelkreis für die Tunneldiode 1, da der Kondensator 12 so gross gewählt wird, dass er für die hohen Frequenzen einen Kurzschluss bedeutet und der hochfrequente Basie-Snitterwiderstand des Transistors 2 niedrig ist.

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Der Transistor 2 erfüllt die Punktion eines Energiever-

stärkere für die von der Tunneldiode erzeugten und zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode des Transistors 2 vorhandenen Hochfrequenzschwingungen, die am Widerstand 7 in Kollektorkreis des Transistors 2 verstärkt auftreten und der Impedanz 13 zugeführt werden. Es ergibt sich zweckmäs3ig, die Tunneldiode 1 unmittelbar mit einem Ferritring 10 zu kuppeln, wie es bereits vorgeschlagen wurde, um S tor schwingungen im cm-Wellenbereich und dm-Vfellenbereich zu verhüten.

In Fig. 2 sind die Strom-Spannungekurven 20 lind 30 der Tunneldiode 1 und des Transistors 2 dargestellt. Die Spannung V an der Reihenschaltung der Tunneldiode 1 und des Basis-Braitterweges dee Transistors 2 wird wie bereits früher bemerkt, mittels des veränderlichen Widerstandes 5 eingestellt. In der Figur sind die Spannung an der Tunneldiode 1 mit Vj. und die Spannung am Basis-Emitterweg des Transistors 2 mit V , bezeichnet.

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In einem Ausführungsbeispiel war 1 eine Ge-Tunneldiode, ein Transistor des Typs 0C171; 3 und 4 waren, ebenso wie 13» auf eine Frequenz von ΘΟ IAHz abgestimmt; 5 und 6 hatten einen Wert von 25 kOhm bzw. 1 kOhmj die Spannungsquelle I4 war 10 Volt? der Tunneldiodenetrom (Emitterstrom des Transistor«¹) betrug etwa .1 mA, und V₃₃ betrug etwa ■ 0,1 Volt und V_eb etwa 0,3 Volt.

Man kann die Tunneldiode 1 auch als Verstärker schalten, indem sie durch einen hinreichend kleinen Widerstand 18 überbrückt wird, so dass die Schwingbedingung nicht mehr erfüllt wird. Das .zu verstärkende Signal wird dann zwischen den Klemmen I5 und 16 zugeführt und das verstärkte Signal wird wieder vom Transistor 2 verstärkt und der Impedanz 13 zugeführt» In der Praxis stellt der Widerstand

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den inneren Widerstand der Kochfrequenzsignalquelle dar.

Die Schaltung kann auch in einfachefWoise in eine Liiochschaltung geändert werden. In i'ⁿig. 3 ist eine ilischschaltung dargestellt. Sie weicht von Pig. 1 darin ab, dass zwischen dei* Basiselektrodo des Transistors 2 und dem Verbindungspunkt der Widerstände 5 und 6 ein Kreis 30 liegt. Dem Kreis JC wird ein Signal mit der Frequenz f aus der 3ignalquolle 31 zugeführt. Der Eingangskreis 3* des Transistors 2 ist auf die Frequenz f. und die Impedanz 13 ist auf die Differenz- oder die 3unnnenfrequenz von f und f. abgestimmt, ils ist auch möglich, die Impedanz 13 entweder auf f, oder sowohl auf f als auch auf f.. abzustimmen. Die Qualität des Parallelkreises 13» 7 und auch der Abstand zwischen den Frequenzen f und f. muss dann so hoch bzw. so gross aein, das3 Komponenten mit den Summen und/oder Differenzfrequenzen im Ausgangssignal nicht auftreten. In letzterem Falle (13 sowohl auf f als auch auf f. abgestimmt) entsteht der bekannte Reflexverstärker.

In Fig. 4 ist eine weitere Llischschaltung dargestellt, bei der die Transistoren 2" und 2¹' unter Verwendung der V/iderstände 6¹, 6^W sowie der Kapazitäten'12', 12" in Kaskade geschaltet sind, um eine bessere Entkopplung zwischen dem Ortsoszillator 31 und dem Ausgangskreis 13 zu erzielen*

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Claims

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PATBHTAHS PRUCEi ..

Schaltung zum Erzeugen, Verstärken oder Mischen elektrischer Schwingungen mit Hilfe einer auf einen Punkt des negativen Teiles der Strom-Spannungskurve eingestellten Tunneldiode, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunneldiode mit der Snitterelektrode eines Transistors mit gleicher Durchlasarichtung wie die der Tunneldiode verbunden und in Reihe mit dem Emitter-Kollektürweg dieses Transistors an eine Speisequelle angeschlossen ist, wobei die Basiselektrode des Transistors auf eine für die Tunneldiode erforderliche niedrige Vorspannung ■. eingestellt iot, und der Transistor gleichzeitig als Verstärker oder Generator elektrischer Schwingungen geschaltet ist, die einer mit der KollektorelektrodQ verbundenen Impedanz zugeführt worden.

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