DE1537159C

DE1537159C - Pulse generator consisting of two active semiconductor components

Info

Publication number: DE1537159C
Authority: DE
Inventors: John Battiscombe Mt Kisco NY Gunn (V St A )
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Publication date: 1971-08-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulserzeuger, bestehend aus zwei aktiven Halbleiterbauelementen, wovon jeweils eines als Arbeitswiderstand für das jeweils andere angesteuerte aktive Halbleiterbauelement dient.The invention relates to a pulse generator consisting of two active semiconductor components, of which one in each case as a working resistance for the other activated semiconductor component serves.

Bekannte Schaltungen dieser Art, deren aktive Halbleiterbauelemente entweder aus Dioden oder Transistoren bestehen, besitzen den Nachteil, daß ein gewisser Aufwand an passiven Bauelementen für eine betriebssichere Arbeitsweise erforderlich ist und daß die erzielbare Betriebsfrequenz durch die Charakteristiken der verwendeten Halbleiterbauelemente obengenannter Art nach oben begrenzt ist. Hinzu kommt bei Verwendung von Halbleiterbauelementen mit fallendem Charakteristikteil wie Spitzentransistoren noch der Nachteil, daß deren Charakteristiken nicht einheitlich in vorher bestimmbaren Grenzen festlegbar sind, so daß besondere Justierungsmaßnahmen bei deren Einbau getroffen werden müssen; bei Tunneldioden hingegen besteht keine Entkopplung zwischen.Steuersignalen und Betriebsspannung.Known circuits of this type, whose active semiconductor components either consist of diodes or There are transistors, have the disadvantage that a certain amount of passive components for a reliable operation is required and that the achievable operating frequency by the characteristics of the semiconductor components used of the type mentioned above is limited upwards. Come in addition when using semiconductor components with a falling characteristic part such as tip transistors nor the disadvantage that their characteristics cannot be determined uniformly within previously determinable limits so that special adjustment measures must be taken when installing them; at Tunnel diodes, on the other hand, are not decoupled between control signals and operating voltage.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Vermeidung oben angeführter Nachteile, Schaltungsanordnungen der oben bezeichneten Art anzugeben, die bei denkbar geringem Aufwand zur Erzeugung von Schaltimpulsen definiert kurzer Dauer geeignet sind.The object of the invention is to provide circuit arrangements of the type indicated above, while avoiding the disadvantages listed above, which is suitable for generating switching pulses with a defined short duration with very little effort are.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß als aktive Halbleiterbauelemente Gunn-Effekt-Bauelemente verwendet werden, die außer den Elektroden zur Zuführung der Betriebsspannung jeweils eine dritte Elektrode zur Einspeisung von Steuerimpulsen besitzen, und daß sich die Gunn-Effekt-Bauelemente in gegenseitig sperrender Kopplung befinden.This object is achieved according to the invention in that Gunn effect components are used as active semiconductor components are used, in addition to the electrodes for supplying the operating voltage have a third electrode for feeding in control pulses, and that the Gunn effect components are in mutually blocking coupling.

Halbleiterbauelemente dieser Art lassen unter dem Einfluß des Gunn-Effektes beim Anlegen einer Spannung oberhalb eines kritischen Wertes Schwingungen entstehen, deren Frequenz durch geometrische Abmessungen des verwendeten Halbleiters festlegbar ist.Semiconductor components of this type leave under the influence of the Gunn effect when creating a Voltage above a critical value vibrations arise, the frequency of which is due to geometric Dimensions of the semiconductor used can be determined.

Bekanntlich dienen hierzu als Halbleiter Gallium-Arsenid oder Indium-Phosphid, das η-leitend dotiert ist. Überschreitet eine am Halbleiterkristall wirksame elektrische Feldstärke einen bestimmten Schwellenwert, dann wird in diesem Halbleiterkristall, und zwar im Bereich der Kathode, eine Hochfeld-Domäne ausgelöst, die sich in Richtung auf die Anode zu ausbreitet und in deren Bereich gelöscht wird. Gleichzeitig mit dem Löschen der ersten Hochfeld-Domäne wird eine weitere Hochfeld-Domäne im Kathodenbereich ausgelöst. Das Auslösen und Löschen dieser Hochfeld-Domänen hat in einer an dieses Gunn-Effekt-Bauelement; weiterhin kurz Gunn-Element genannt, angeschlossenen Last entsprechende Stromschwankungen zur Folge. Dadurch, daß die Frequenz dieser Stromschwankungen nur von der Länge des Ausbreitungsweges der genannten Hochfeld-Domänen abhängig ist, lassen sich mit solchen Gunn-Elementen Schwingungen mit einer außerordentlich hohen Frequenz erzielen.As is known, gallium arsenide or indium phosphide, which dopes η-conductively, serve as semiconductors is. If an electric field strength effective on the semiconductor crystal exceeds a certain threshold value, then in this semiconductor crystal, in the area of the cathode, a high field domain is created triggered, which spreads in the direction of the anode and is extinguished in its area. Simultaneously with the deletion of the first high-field domain, a further high-field domain is created in the cathode area triggered. The triggering and deletion of these high-field domains has one effect on this Gunn effect component; also called Gunn element for short, connected load corresponding current fluctuations result. Because the frequency of these current fluctuations only depends on the length of the Propagation path of the above-mentioned high field domains is dependent, can be with such Gunn elements Achieve vibrations with an extraordinarily high frequency.

Vorliegende Erfindung.bezieht sich nun nicht auf das oben beschriebene Gunn-Element als solches, sondern auf dessen verbesserte Anwendungsmöglichkeit. Diese steht in Verbindung mit einer vorgeschlagenen Ausführungsform eines Gunn-EIementes (»Wireless World«, September 1965, S. 425), welches zusätzlich eine dritte Elektrode zur Steuerung der Feldverteilung im Innern des Halbleiterkörpers aufweist. Bei einem derart gestalteten Gunn-Element kann durch geringe Signale an der Steuerelektrode Einfluß auf die sich von der Kathode ablösenden Hochfeld-Domänen genommen werden. Dabei ergibt sich eine vollständige Entkopplung zwischen Steuersignalen und Betriebsspannung. Außerdem ist der • Aufwand an passiven Bauelementen auf ein Minimum beschränkt. Für die erfindungsgemäße VerwendungThe present invention now does not relate to the Gunn element described above as such, but rather on its improved application possibilities. This is related to a proposed one Embodiment of a Gunn element ("Wireless World", September 1965, p. 425), which additionally has a third electrode for controlling the field distribution in the interior of the semiconductor body. With a Gunn element designed in this way, small signals at the control electrode Influence on the high field domains detached from the cathode can be made. It results there is a complete decoupling between control signals and operating voltage. Besides, the • The use of passive components is kept to a minimum. For use according to the invention

ίο der Gunn-Elemente ist es- uribeachtlich, in welcher Weise die dritte Elektrode jeweils am Gunn-Element angebracht ist; z. B. ringförmig,. quadratisch oder rechteckig bzw. in einer Nut oder auf einer Aufwölbung. -ίο of the Gunn elements it is important in which Way, the third electrode is attached to the Gunn element; z. B. annular ,. square or rectangular or in a groove or on a bulge. -

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind bei Parallelspeisung der Gunn-Elemente die Steuerimpulse galvanisch einkoppelbar, während die Betriebsspannung über fest miteinander gekoppelte Induktionsspulen den jeweiligen Elektroden beider Gunn-Elemente zuführbar ist. Wird so beim Ausbreiten einer Hochfeld-Domäne in einem Gunn-Element infolge der festen Kopplung der beiden Induk- ζ~ tionsspulen eine entsprechende Spannung auf. das andere Gunn-Element übertragen, dann wird dort das Entstehen einer Hochfeld-Domäne verhindert. Weiterhin kann während der Ausbreitung der Hochfeld-Domäne die insgesamt wirksame Spannung unterhalb des genannten Schwellenwertes abfallen, wenn hierbei nur nicht der Löschpegel unterschritten wird, ohne daß die Hochfeld-Domäne abklingt.In an advantageous development of the invention, when the Gunn elements are fed in parallel, the control pulses can be coupled in galvanically, while the operating voltage can be fed to the respective electrodes of both Gunn elements via induction coils that are firmly coupled to one another. If such a high-field domain in a Gunn element ζ during spreading due to the tight coupling of the two induction coil ~ tion a corresponding voltage. the other Gunn element is transmitted, then the creation of a high field domain is prevented there. Furthermore, during the propagation of the high-field domain, the overall effective voltage can drop below the threshold value mentioned, if only the erase level is not undershot without the high-field domain decaying.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Impulserzeugung, die in dieser Weise betrieben wird, wirkt als monostabile Schaltung, da mit Hilfe relativ kurzer Auslöseimpulse Undefinierter Dauer am Steuereingang Ausgangsimpulse definierter Dauer ,erzeugt werden, die in ihrer Impulszeit allein durch die Laufzeit der Hochfeld.-Domänen. im Halbleiter festgelegt sind. Da diese für den verwendeten Halbleiter immer konstant ist, läßt sich die Impulsdauer der Ausgangsimpulse durch die Länge des Ausbreitungsweges der Hochfeld-Domänen, also durch die Geometrie des Halbleiters beeinflussen.The circuit arrangement according to the invention for generating pulses, which is operated in this way, acts as a monostable circuit, since with the aid of relatively short trigger pulses of undefined duration at the control input Output pulses of a defined duration are generated whose pulse time is solely due to the transit time of the high-field domains. are set in the semiconductor. Since this always applies to the semiconductor used is constant, the pulse duration of the output pulses can be determined by the length of the propagation path of the Influence high field domains, i.e. through the geometry of the semiconductor.

Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken ergibt sich in einfacher Weise ein Gegentaktoszillator, wenn parallel zu den obenerwähnten Induktionsspulen ein Kondensator geschaltet wird.According to a further idea of the invention, a push-pull oscillator is obtained in a simple manner if a capacitor is connected in parallel to the induction coils mentioned above.

Das erfindungsgemäße Schaltglied läßt sich in vorteilhafter Weise auch bei Serienspeisung beider Gunn-Elemente betreiben, indem dann die dritte Elektrode der nicht an Erdpotential liegenden Gunn-Elemente über eine Reaktanz mit ihrem Steuerimpulseingang gekoppelt ist. Auch hier wiederum wird das , Auslösen einer Hochfeld-Domäne in einem der beiden Gunn-Elemente verhindert, wenn eine Ausbreitung einer Hochfeld-Domäne in dem jeweils anderen Gunn-Element stattfindet.The switching element according to the invention can also be used in an advantageous manner when both are fed in series Gunn elements operate by then adding the third electrode of the Gunn elements that are not at ground potential is coupled to its control pulse input via a reactance. Again, that is the case , Triggering a high field domain in one of the two Gunn elements prevents it from spreading a high field domain takes place in the other Gunn element.

Der mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielbare Frequenzbereich ist außerordentlich hoch, und außerdem ergibt sich eine große Stabilität und Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, so daß Schaltimpulse definiert kurzer Dauer entstehen. Der hierzu erforderliche Aufwand ist tatsächlich gering. Die Erfindung ist zwar an Hand eines Ausführungsbeispiels mit nur zwei Gunn-Elementen beschrieben, es dürfte aber ohne weiteres verständlich sein, daß auch mehrere Gunn-Elemente in der erfindungsgemäßen Art gekoppelt werden können, wobei dann jeweils nur in einem Gunn-Element eineThe frequency range that can be achieved with the circuit arrangement according to the invention is extraordinary high, and there is also great stability and operational reliability of the circuit arrangement according to the invention, so that switching impulses are defined for a short time. The effort required for this is actually low. The invention is based on an exemplary embodiment with only two Gunn elements described, but it should be readily understandable that several Gunn elements in of the type according to the invention can be coupled, in which case only one in each Gunn element

Hochf eld-Domänenausbreitung stattfinden kann, ohne daß von der Erfindung abgewichen wird.High field domain propagation can take place without departing from the invention.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigtFurther advantages of the invention emerge from the following description, which is based on Embodiments the invention explained in more detail, and from the claims. It shows

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung nach dem Prinzip der Erfindung, bei der zwei Gunn-Elemente induktiv gekoppelt sind,F i g. 1 shows a circuit arrangement based on the principle of the invention, in which two Gunn elements are inductive are coupled,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise eines Gunn-Elements,Fig. 2 is a timing diagram to explain the Operating mode of a Gunn element,

Fig. 3 ein Strom-Spannungs-Diagramm zur Erläuterung einer monostabilen Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 1,3 shows a current-voltage diagram for explanation a monostable mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 1,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen bei einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,Fig. 4 is a timing diagram showing the relationships between input and output signals in a circuit arrangement according to the invention,

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,F i g. 5 shows a further exemplary embodiment for a circuit arrangement according to the invention,

F i g. 6 ein Gegentaktoszillator unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips.F i g. 6 shows a push-pull oscillator using the principle according to the invention.

Die Betriebs- und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung wird an Hand der Schaltung nach F i g. 1 unter Zuhilfenahme der graphischen Darstellungen nach F i g. 2, 3 und 4 beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine monostabile und astabile Betriebsweise. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 enthält zwei Gunn-Elemente 12 und 14, die unter Ausnutzung des Gunn-Effektes betrieben werden. Diese Gunn-Elemente bestehen aus dem Halbleiterkristall 16 bzw. 18, der eine ausreichende Dichte von Leitungselektronen besitzt, um Hochfeld-Domänenerzeugung und -ausbreitung unter Einfluß eines angelegten elektrischen Feldes oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes zu gestatten. Die am Halbleiterkristall 16 angebrachte Elektrode 20 dient zum Anlegen eines positiven Potentials, das über- eine Induktionsspule 26 von der Klemme 24 zugeführt wird, während die Elektrode 22 am entgegengesetzten Ende des Halbleiterkristalls 16 über eine Leitung 33 an Erde liegt. Die Elektrode 34 des Halbleiterkristalls 18 ist ebenfalls über eine Induktionsspule 36 mit der Klemme 24 zur Zuführung des positiven Potentials verbunden, während die am entgegengesetzten Ende des Halbleitefkristalls 18 angebrachte Elektrode 32 über Leitung 38 an Erde liegt. Die beiden Induktionsspulen 26 und 36 sind dabei fest miteinander gekoppelt. Die Windungsanzahl der Induktionsspulen richtet sich nach Länge und Querschnitt der Gunn-Elemente 12 und 14.- An den Halbleiterkristall 16 ist eine dritte Elektrode 40 und an den Halbleiterkristall 18 eine dritte Elektrode 42 angebracht, die mit den Steuerklemmen 44 bzw. 46 verbunden sind.The mode of operation and effect of an exemplary embodiment according to the invention will be illustrated with reference to the circuit according to FIG. 1 with the aid of the graphic representations according to FIG. 2, 3 and 4. This is a monostable and astable mode of operation. The circuit arrangement according to FIG. 1 contains two Gunn elements 12 and 14, which utilize the Gunn effect operate. These Gunn elements consist of the semiconductor crystal 16 or 18, which has a sufficient Density of conduction electrons possesses in order to underlie high-field domain generation and propagation To allow influence of an applied electric field above a certain threshold value. the The electrode 20 attached to the semiconductor crystal 16 is used to apply a positive potential, the via an induction coil 26 is supplied from the terminal 24, while the electrode 22 on the opposite The end of the semiconductor crystal 16 is connected to earth via a line 33. The electrode 34 of the semiconductor crystal 18 is also via an induction coil 36 to the terminal 24 for supplying the positive Potential connected, while the attached at the opposite end of the semiconductor crystal 18 Electrode 32 is connected to earth via line 38. The two induction coils 26 and 36 are fixed coupled with each other. The number of turns of the induction coils depends on the length and cross-section of the Gunn elements 12 and 14. A third electrode 40 and on is attached to the semiconductor crystal 16 A third electrode 42 is attached to the semiconductor crystal 18 and is connected to the control terminals 44 and 46, respectively are.

Wird· über den Halbleiterkristall 16 oder 18 ein Spannungsimpuls angelegt, dann ergeben sich je nach dem Wert des angelegten Potentials verschiedene Betriebszustände. Übersteigt so z. B. der Spannungsimpuls 48 (Fig. 2) in Abwesenheit irgendeiner anderen Steuerbedingung den Schwellenwert-Pegel A, dann wird an der Elektrode 22 eine Hochfeld-Domäne erzeugt, die sich zur Elektrode 20 hin ausbreitet und dort gelöscht wird, wobei sich dieser Vorgang während der Dauer entsprechender Betriebsbedingungen wiederholt. Fällt der Pegel des Impulses 48 während der Ausbreitung einer Hochfeld-Domäne im Halbleiterkristall 16 unterhalb des Schwellenwert-Pegels A ab, wird jedoch oberhalb des Lösch-Pegels B gehalten, dann setzt die bereits erzeugte Hochfeld-Domäne ihre Ausbreitung fort, bis sie an der Elektrode 20 gelöscht wird. Unter dieser Bedingung wird dann im Bereich der Elektrode 22 keine weitere Hochfeld-Domäne mehr erzeugt. Wird der Impuls 48 einer bereits an. den Halbleiterkristall 16 angelegten Vorspannung 50 überlagert, dann muß die Summe aus Impulsamplitude 52 und VorspannungIf a voltage pulse is applied across the semiconductor crystal 16 or 18, different operating states result depending on the value of the applied potential. Exceeds z. B. the voltage pulse 48 (Fig. 2) in the absence of any other control condition the threshold level A, then a high field domain is generated at the electrode 22, which spreads to the electrode 20 and is erased there, this process during repeated for the duration of the corresponding operating conditions. If the level of the pulse 48 falls below the threshold value level A during the propagation of a high field domain in the semiconductor crystal 16, but is kept above the erasure level B , then the high field domain that has already been generated continues its propagation until it reaches the Electrode 20 is deleted. Under this condition, no further high-field domains are generated in the area of the electrode 22. If the pulse 48 is already on. The bias voltage 50 applied to the semiconductor crystal 16 is superimposed, then the sum of the pulse amplitude 52 and the bias voltage

ίο 50 den Schwellenwert-Pegel A übersteigen, um die Erzeugung einer Hochfeld-Domäne auszulösen.ίο 50 exceed the threshold level A to trigger the generation of a high field domain.

Die Gunn-Elemente 12 und 14 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 besitzen jeweils eine Strom-Spannungs-Charakteristik, die die Betriebsbedingungen festlegt. So stellt das Kurvenpaar I in der graphischen Darstellung nach Fig. 3 mit den beiden Zweigen I α und I b die Charakteristik des Gunn-Elements 12 dar, während das Kurvenpaar II mit den Zweigen II α und Ub die Charakteristik des Gunn-Elements 14 wiedergibt.The Gunn elements 12 and 14 in the circuit arrangement according to FIG. 1 each have a current-voltage characteristic which defines the operating conditions. The pair of curves I in the graph according to FIG. 3 with the two branches I α and I b represent the characteristics of the Gunn element 12, while the curve pair II with the branches II α and Ub reproduces the characteristics of the Gunn element 14 .

Arbeitspunkte für das Gunn-Element 14 in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 liegen auf den Schnittpunkten des Kurvenpaares I mit dem Kurvenpaar II. Ist die an Klemme 24 und damit die an die Gunn-Elemente 12 und 14 angelegte Betriebsspannung in ihrem Wert größer als der Lösch-Pegel B, aber geringer als der Schwellenwert-Pegel A (Fig. 2), dann wird z. B. das Ausführungsbeispiel gemäß der Schaltung nach F i g. 1 in monostabiler Arbeitsweise betrieben, bei der die Schnittpunkte E und F in derOperating points for the Gunn element 14 in the circuit arrangement according to FIG. 1 lie at the intersections of the curve pair I with the curve pair II Erase level B, but less than the threshold level A (FIG. 2), then e.g. B. the embodiment according to the circuit of FIG. 1 operated in a monostable mode of operation, in which the intersections E and F in the

. graphischen Darstellung nach F i g. 3 jeweils bei Ausbreitung von Hochfeld-Domänen stabile Ärbeitspunkte darstellen. Der Schnittpunkt G stellt demgegenüber beim Auftreten von Hochfeld-Domänen. graphic representation according to FIG. 3 represent stable work points when high-field domains spread. In contrast, the point of intersection G represents the occurrence of high-field domains

einen instabilen Arbeitspunkt dar, während der Schnittpunkt H immer als stabiler Arbeitspunkt anzusehen ist; d. h., das eine Hochfeld-Domäne führende Gunn-Element bestimmt den jeweiligen Arbeitspunkt. Dies gilt ebenso, wenn eine astabile Betriebsweise dadurch herbeigeführt wird, daß die Betriebsspannung an Klemme 24 höher' gewählt ist als der Schwellenwert-Pegel A. represents an unstable working point, while the point of intersection H is always to be regarded as a stable working point; that is, the Gunn element leading a high field domain determines the respective working point. This also applies if an astable mode of operation is brought about by selecting the operating voltage at terminal 24 to be higher than threshold level A.

Für beide Betriebsarten läßt sich dann gemeinsam ausführen:The following can then be carried out for both operating modes:

Wenn die z. B. an den Halbleiterkristall 16 (F i g. 1) angelegte Spannung den Schwellenwert-Pegel A übersteigt, dann wird eine Hochfeld-Domäne an der zugeordneten Elektrode 22 erzeugt, die sich anschließend in Richtung auf Elektrode 20; ausbreitet.If the z. B. to the semiconductor crystal 16 (Fig. 1) applied voltage exceeds the threshold level A , then a high field domain is generated at the associated electrode 22, which then extends in the direction of electrode 20; spreads.

Unter dieser Bedingung befindet sich der Arbeitspurikt auf dem Zweig Ib der graphischen Darstellung nach F i g. 3, indem nämlich nun ein Widerstand, sozusagen gebildet aus statischem Halbleiterwiderstand, in Serie mit dynamischem, durch die Ausbreitung der Hochfeld-Domäne bedingtem Widerstand wirksam ist Sobald die Hochfeld-Domärie die Elektrode 20 erreicht hat, verlagert sich wiederum der Arbeitspurikt auf den Zweig Ta.
Für den astabilen Betrieb wird aber damit infolge der Wirkung der Selbstinduktionsspulen 26, 36 eine den Wert V_max übersteigende Augenblicksspannung auf den anderen Halbleiterkristall 18 übertragen, der so nun seinerseits zur Hochfeld-Domänen-Ausbreitung angeregt wird, wohingegen am ersten HaIbleiterkristall 16 eine Spannung unterhalb des Wertes V_min wirksam ist.Under this condition, the working trace is on branch Ib of the graphic representation according to FIG. 3, in that a resistor, formed, so to speak, from a static semiconductor resistor, in series with a dynamic resistance caused by the propagation of the high-field domain, is effective.As soon as the high-field domain has reached the electrode 20, the working trace is again shifted to the branch Ta .
For astable operation, however, as a result of the action of the self-induction coils 26, 36, an instantaneous voltage exceeding the value V _max is transferred to the other semiconductor crystal 18, which in turn is stimulated to propagate high-field domains, whereas a voltage below that on the first semiconductor crystal 16 of the value V _{min is} effective.

Mit Hilfe des Impulsdiagramms nach F i g. 4, wo die Eingangsimpulse P₁ und P₂ sowie die Ausgangs-With the help of the timing diagram according to FIG. 4, where the input _{pulses P 1} and P ₂ as well as the output

impulse S₁ und S., dargestellt sind, läßt sich die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 noch einfacher zeigen. Wie oben dargelegt, entsteht bei einer an die Klemme 24 angelegten Spannung, deren Wert mindestens gleich dem Lösch-Pegel B, aber geringer als der Schwellenwert-Pegel Λ ist, also in monostabiler Betriebsweise, weder im Gunn-Element 12 noch im Gunn-Element 14 eine Hochfeld-Domäne, so daß statische Bedingungen vorliegen. Beim Anlegen von Eingangsimpulsen P₁ und P₂ an Steuerklemme 44 bzw. 46 wird jedoch die Spannung an dem entsprechenden Halbleiterkristall 16 oder 18 über den Schwellenwert-Pegel^ angehoben, so daß hierin eine Hochfeld-Domäne entsteht und sich ausbreitet. Wird so ein Eingangsimpuls P₁ an die Steuerklemme 44 des Gunn-Elements 12 angelegt, dann entsteht im Bereich der Elektrode 22 eine Hochfeld-Domäne, die sich in Richtung auf die Elektrode 20 zu ausbreitet. Während des für die Ausbreitung der Hochfeld-Domäne benötigten Zeitintervalls im Halbleiterkristall 16 wird beim Anlegen eines Eingangsimpulses P₂ an die Steuerklemme 46 des Gunn-Elements 14 hierin keine Hochfeld-Domänenauslösung bzw. -ausbreitung hervorgerufen, weil die am Gunn-Element 14 wirksame Spannung unterhalb des Lösch-Pegels B liegt. Das Anlegen eines Eingangsimpulses P₁ an die Steuerklemme 44 hat das Auftreten eines Ausgangsimpulses S₁ an der mit Elektrode 20 verbundenen Ausgangsklemme 21 zur Folge. Die Dauer dieses Ausgangssignals S₁ wird durch die Ausbreitungszeit der Hochfeld-Domäne zwischen Entstehungsort im Bereich der Elektrode 22 und Löschungsort im Bereich der Elektrode 20 festgelegt. Auf Grund der festen induktiven Kopplung zwischen der Induktionsspule 26 und der Induktionsspule 36 entsteht ein gleiches Ausgangssignal S₂, aber umgekehrten Vorzeichens an einer Ausgangsklemme 37, die mit der Elektrode 34 des Gunn-Elements 14 verbunden ist. Da also so das Ausgangssignal S₂ während des Zeitintervalls der Ausbreitung der Hochfeld-Domäne im Gunn-Element 12 ein negatives Vorzeichen besitzt, muß zwangläufig die am Gunn-Element 14 wirksame Spannung unterhalb des Lösch-Pegels B liegen. Das bedeutet aber, daß ein Anlegen eines Eingangsimpulses P₂ an die Steuerklemme 46 des Gunn-Elements 14 während des Zeitintervalls der Ausbreitung einer Hochfeld-Domäne im Gunn-Element 12 keine Auslösung einer Hochfeld-Domäne im Gunn-Element 14 zur Folge haben kann. Wenn nun umgekehrt ein Eingangsimpuls P₂ an die Steuerklemme 46 des Gunn-Elements 14 angelegt wird, und zwar, wenn keine Hochfeld-Domänenausbreitung im Gunn-Element 12 stattfindet, dann ergeben sich die oben beschriebenen Betriebszustände jetzt am Gunn-Element 14, indem nämlich ein positives Signal auf die Ausgangsklemme 37 und ein negatives Signal auf die Ausgangsklemme 21 übertragen wird.pulses S ₁ and S. are shown, the operation of the circuit arrangement according to FIG. 1 can be shown even more simply. As explained above, when a voltage is applied to terminal 24, the value of which is at least equal to the erase level B but less than the threshold level Λ, i.e. in monostable mode, neither in the Gunn element 12 nor in the Gunn element 14 a high field domain so that static conditions exist. When input _{pulses P 1} and P _{2 are applied} to control terminals 44 and 46, however, the voltage on the corresponding semiconductor crystal 16 or 18 is raised above the threshold level, so that a high-field domain arises and spreads. If such an input pulse P _{1 is applied} to the control terminal 44 of the Gunn element 12, a high-field domain is created in the area of the electrode 22, which extends in the direction of the electrode 20. During the time interval required for the propagation of the high-field domain in the semiconductor crystal 16, when an input pulse P _{2 is applied} to the control terminal 46 of the Gunn element 14, no high-field domain triggering or propagation is caused because the voltage acting on the Gunn element 14 is below the erase level B. The application of an input _{pulse P 1} to the control terminal 44 results in the occurrence of an output pulse S ₁ at the output terminal 21 connected to the electrode 20. The duration of this output signal S ₁ is determined by the propagation time of the high field domain between the point of origin in the area of the electrode 22 and the point of erasure in the area of the electrode 20. Due to the fixed inductive coupling between the induction coil 26 and the induction coil 36, the same output signal S ₂ , but with the opposite sign, arises at an output terminal 37, which is connected to the electrode 34 of the Gunn element 14. Since the output signal S ₂ thus has a negative sign during the time interval of the propagation of the high field domain in the Gunn element 12, the voltage effective at the Gunn element 14 must inevitably be below the extinction level B. However, this means that applying an input pulse P ₂ to the control terminal 46 of the Gunn element 14 during the time interval of the propagation of a high field domain in the Gunn element 12 cannot trigger a high field domain in the Gunn element 14. If, conversely, an input pulse P _{2 is} now applied to the control terminal 46 of the Gunn element 14, namely when there is no high-field domain propagation in the Gunn element 12, then the operating states described above now result at the Gunn element 14, namely a positive signal is transmitted to output terminal 37 and a negative signal to output terminal 21.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 5, wo das Gunn-Element 12 mit dem Gunn-Element 14 hintereinandergeschaltet ist. An Stelle einer induktiven Kopplung zwischen dem Gunn-Element 12 und dem Gunn-Element 14 des Ausfü'hrungsbeispiels nach Fig. 1 ist im Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 eine direkte Kopplung zwischen den beiden Gunn-Elementen vorgesehen. Zur Entkopplung eines an das Gunn-Element 14 angelegten Steuerimpulses dient ein Steuerimpulstransformator 56. Der Steuerimpulstransformator 56 besitzt eine Eingangswicklung 58, einen Kern 60 und eine Ausgangswicklung 62. Steuerimpulse zum Anlegen an die dritte Elektrode 42 des Gunn-Elements werden über Eingangsklemme 64 der Transformatorwicklung 58 zugeführt. Die Wirkungsweise und Betriebsweise der Anordnung nach Fig. 5 ist analog der, wie sie oben für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 beschrieben worden ist.Another embodiment of the invention is shown in Fig. 5, where the Gunn element 12 with the Gunn element 14 is connected in series. Instead of an inductive coupling between the The Gunn element 12 and the Gunn element 14 of the exemplary embodiment according to FIG. 1 are in the exemplary embodiment according to FIG. 5 a direct coupling between the two Gunn elements is provided. To the A control pulse transformer is used to decouple a control pulse applied to the Gunn element 14 56. The control pulse transformer 56 has an input winding 58, a core 60 and an output winding 62. Control pulses for application to the third electrode 42 of the Gunn element are fed to the transformer winding 58 via input terminal 64. The mode of action and the mode of operation of the arrangement according to FIG. 5 is analogous to that described above for the exemplary embodiment according to FIG. 1 has been described.

Durch Hinzunahme weiterer Bauelemente läßt sich die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 in vorteilhafter Weise für die verschiedensten Zwecke abwandeln. So wird z. B., wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 6 gezeigt, durch Hinzufügen eines Kondensators 54 parallel zu den Selbstinduktionsspulen 26 und 36 ein Resonanzkreis bereit gestellt, der den Betrieb als Gegentaktoszillator gestattet. Hierzu ist erforderlich, daß die Betriebsspannung an der Klemme den Schwellenwert-Pegel A übersteigt. An der Ausgangsklemme 37 entsteht eine Sinusschwingung 55.By adding further components, the circuit arrangement according to FIG. Modify 1 in an advantageous manner for a wide variety of purposes. So z. For example, as shown in the circuit arrangement according to FIG. 6, by adding a capacitor 54 in parallel to the self-induction coils 26 and 36, a resonance circuit is provided which allows operation as a push-pull oscillator. For this it is necessary that the operating voltage at the terminal exceeds the threshold value level A. A sinusoidal oscillation 55 occurs at output terminal 37.

Claims

Patent claims:

1. Pulse generator, consisting of two active semiconductor components, one of which as a Working resistance for the respective other activated active semiconductor component is used, thereby characterized in that Gunn effect components are used as active semiconductor components (12, 14) are used, apart from the electrodes (20, 22, 32, 34) for supplying the operating voltage each have a third electrode (40, 42) for feeding control pulses, and that the Gunn effect components (12, 14) are in mutually blocking coupling.

2. Pulse generator according to claim 1, characterized in that when the Gunn effect components (12, 14) are fed in parallel, the control pulses 48 can be galvanically coupled in, while the operating voltage is on the one hand via firmly coupled induction coils (26, 36) and on the other hand in itself can be fed in a known manner via a common operating voltage line (33, 38) to the respective electrodes (20, 32, 34) of both Gunn effect components (12, 14) .

3. Pulse generator according to claim 2, characterized in that parallel to the induction coils (26,36) a capacitor (54) is connected.

4. Pulse generator according to claim 1, characterized in that both are fed in series Gunn effect components (12, 14) the third electrode (42) of the non-earth potential Gunn effect component (14) via a reactance (56) with its control pulse input (64) is coupled.

1 sheet of drawings