DE1466514B2

DE1466514B2 - Volumeneffekt-Oszillator

Info

Publication number: DE1466514B2
Application number: DE19651466514
Authority: DE
Inventors: Berthold Dipl.-Ing. Dr. phil.; Pollmann Horst Dipl.-Ing.; 7901 Ehrenstein Bosch
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1965-06-12
Filing date: 1965-06-12
Publication date: 1970-12-10
Also published as: DE1466543B2; DE1466514A1; DE1466543A1; AT259010B; US3796969A; GB1108372A; DE1466543C3

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einem Volumen- groß gewählt wird, daß sie mindestens den kritischen

effekt-Oszillator, bei dem ein einkristalliner Halb- Wert aufweist. .

leiterkörper vom n-Leitungstyp, vorzugsweise ein Es gibt mehrere Arten, dies zu verwirklichen. Eine Ill-V-Verbindungshalbleiter, durch Anlegen einer besteht darin, daß man dem Halbleiterkörper eine Gleichspannung mit einem bestimmten kritischen 5 Gleichvorspannung U, die der erwähnten kritischen Wert an den ohmisch kontaktierten Halbleiterkörper Spannung U_K entspricht und gleichzeitig eine Steuer-Mikrowellenschwingungen entstehen läßt. Wechselspannung u_s überlagert. In der Fig. 3a ist

Vor kurzem ist eine neue Methode zur Erzeugung dieser Spannungsverlauf über der Zeit aufgetragen, elektromagnetischer Schwingungen bekanntgeworden, Für die Wechselspannung soll die Bedingung bezügdie auf einem sogenannten Halbleitervolumeneffekt ίο Hch ihrer Periodendauer T_s lauten:
beruht, wie dies beispielsweise in der Literaturstelle τ'-^τ^^ηςτ *
Solid-State Commun., 1 (1963), S. 88 bis 91, »Micro- J_s>i_pr>U,5i_s,
wave Oszillation of Current in Ill-V-Semiconduc- wobei mit T_pr die Periodendauer der Halbleitertors«, beschrieben wurde. iChwingung bezeichnet ist. Der Arbeitspunkt liegt

Wenn an einem Halbleiterkörper aus einem n-lei- 15 damit an der mit A bezeichneten Stelle der Fig. 2.

tenden III-V-Halbleiter geeigneter Abmessungen Zum Zeitpunkt t — 0 wird im Halbleiterkörper eine

(Dicke z. B. 10 bis 200 μπα) über ohmsche Kontakte Potentialwelle ausgelöst, die ihrerseits einen plötz-

ein elektrisches Feld größer als ein bestimmter kriti- liehen Abfall im Strom auf den Wert I_min zur Folge

scher Wert gelegt wird, können im fließenden Strom hat, wie dies in der darunter gezeichneten Fig. 3b

Instabilitäten auftreten, die die Form von Mikro- 2° ersichtlich ist. Aus dem über der Zeit aufgetragenen

Wellenschwingungen haben. Für das Auftreten dieses Verlauf des Stromes der Fig. 3b erkennt man, daß

Effektes ist kein pn-übergang und kein externes während die Welle den Halbleiterkörper durchläuft,

Magnetfeld erforderlich. der Strom wieder ansteigt. Bei der Ankunft der Welle

Die Periodendauer der erregten Schwingungen steht an der Anode nach Ablauf der Zeitspanne T_pr kann

in einem direkten Verhältnis zur Laufzeit der 25 jedoch, im Gegensatz zum Fall des frei schwingenden

Ladungsträger durch den Kristall. Bisher erzeugte Halbleiteroszillators, bei dem lediglich eine geeignete

Dauerstrichleistungen liegen in der Größenordnung Gleichspannung anliegt, keine neue Potentialwelle an

von einigen zehn Milliwatt. der Kathode ausgelöst werden, da die zu diesem Zeit-

Es konnte experimentell nachgewiesen werden, punkt anliegende Spannung kleiner als der kritische

daß nach Erreichen des kritischen Spannungswertes 30 Wert U_K ist. Erst nach Durchlaufen einer vollen

sich an der Kathode des Halbleiterkörpers eine Zone Periode der Wechselspannung u_s, also nach der

überhöhten elektrischen Feldes aufbaut, die beginnt, Zeit T_s, wird die kritische Spannung U_K wieder er-

in Richtung zur Anode zu wandern. In der F i g. 1 ist reicht, und der Strom fällt von neuem ab. Die auf-

dieser Vorgang für den Fall konstanter Spannungs- tretende Schwingung hat jetzt die Frequenz /_s der an-

einspeisung dargestellt. Zum Zeitpunkt i₀ ist das kri- 35 gelegten Steuerschwingung.

tische Potential Φ_κ erreicht. Kurze Zeit später, zum Wird der Arbeitspunkt entsprechend dem Bild der

Zeitpunkt t = t_v hat sich die Hochfeldzone ausgebil- F i g. 2 bei der Stelle A gewählt, wobei jedoch die Be-

det und wandert zur Anode. Dabei sinkt das Poten- ziehung

tial kathodenseitig von der Wellenfront auf einen J_pr < 0,5 T_s

kleineren Wert, als dies bei Anliegen der kritischen 40

Spannung der Fall war. Es kann demnach keine eingehalten wird, so erhält man den in der Fig. 4b

neue Welle an der Kathode ausgelöst werden, dargestellten Verlauf des Stromes aufgetragen über

solange noch eine vorher ausgelöste Welle durch der Zeit. Der zugehörige Verlauf der Gesamtspan-

den Halbleiterkörper läuft. Erst nach Ankunft nung ist in der Fig. 4a dargestellt. Man erkennt auf

der ersten Welle an der Anode kann sich der 45 Grund des Stromverlauf es in der F i g. 4 b, daß hier-

Vorgang periodisch wiederholen und in dem im bei eine Schwingung der Frequenz /_s auftritt. Somit

Außenkreis fließenden Strom in der beschrie- erhält man auch bei dieser Dimensionierung eine

benen Art als Mikrowellenschwingung bemerkbar Synchronisierung des Volumeneffekt-Oszillators,

machen. Vorzugsweise wird man die Synchronisierspannung

In der F i g. 2 ist die Stromspannungscharakteristik 50 direkt an den Halbleiterkörper anlegen,
eines derartigen Halbleiterkörpers dargestellt. Mit zu- Eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur Ausnehmender Spannung, ausgehend vom Wert 0 Volt, führung der Erfindung ist in der F i g. 5 dargestellt, tritt zunächst ein linearer Spannungsverlauf aufi Kurz Der Halbleiterkörper Pr erhält seine Gleichspannung vor Erreichen der kritischen Spannung U_K wird die von der Spannungsquelle U über einen vorgeschalte-Kennlinie durch Änderung der Beweglichkeit der 55 ten Spannungsregler P und die erforderliche Synchro-Ladungsträger bei den vorliegenden Feldstärken nisierwechselspannung von dem Wechselspannungsnichtlinear. Bei der Spannung U_K (zugehöriger Ar- generator G über einen dreiarmigen Zirkulator Z. Am beitspunkt A) setzen die Stromschwingungen ein, dritten Arm des Zirkulators ist der Verbraucher R_L anwobei sich der Strom periodisch zwischen den Extrem- geschlossen. Zur Regelung der von dem Wechselwerten I_max und I_min ändert. 60 spannungsgenerator G abgegebenen Schwingung ist

Ziel vorliegender Erfindung ist es, den eingangs zwischen Generator und Zirkulator ein regelbares

beschriebenen Volumeneffekt-Oszillator so auszubil- Dämpfungsglied D eingefügt.

den, daß man die entstehende Oszillatorschwingung In einer Weiterführung der Erfindung kann der

synchronisieren kann. Halbleiterkörper auch direkt an einem Resonator

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß 65 angeordnet werden.

zur Synchronisierung der Oszillatorschwingung eine Auf Grund des sehr einfachen Aufbaues ist ein der-

oszillierende Eingangsspannung angelegt wird und artiger Oszillator besonders geeignet zur Verwendung

daß die Gleichvorspannung des Halbleiterkörpers so in parametrischen Verstärkern als Pumposzillator.

Claims

Patentansprüche:

1. Volumeneffekt-Oszillator, bei dem ein einkristalliner Halbleiterkörper vom n-Leitungstyp, vorzugsweise ein Ill-V-Verbindungshalbleiter, durch Anlegen einer Gleichspannung, die einen kritischen Wert aufweist, an den ohmisch kontaktierten Halbleiterkörper zu Mikrowellenschwingungen anregbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisierung der Oszillatorschwingung (f_pr) eine oszillierende Eingangsschwingung (/_s) angelegt wird und daß die Gleichvorspannung (U) des Halbleiterkörpers (Pr) so groß gewählt ist, daß sie mindestens den kritischen Wert (U^) aufweist.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Schwingung (/_s) direkt an den Halbleiterkörper (Pr) angelegt wird.

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Beziehung gilt:

fs<1_Pr<2fs bzw. f_pr>2f_s.

4. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Anwendung findet als Pumposzillator für einen parametrischen Verstärker.

5. Schaltung für einen Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem dreiarmigen Zirkulator (Z) besteht, der an einem Arm mit dem Verbraucher (Rl), an einem weiteren Arm mit einem HF-Generator (G) verbunden ist, und daß am dritten Zirkulatorarm der Halbleiterkörper (Pr) mit der zugehörigen Gleichspannungsquelle (U) angeschlossen ist (F i g. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen