DE1591231C - Semiconductor diode and use of the semiconductor diode - Google Patents

Semiconductor diode and use of the semiconductor diode

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DE1591231C DE19671591231 DE1591231A DE1591231C DE 1591231 C DE1591231 C DE 1591231C DE 19671591231 DE19671591231 DE 19671591231 DE 1591231 A DE1591231 A DE 1591231A DE 1591231 C DE1591231 C DE 1591231C
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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterdiode, die so ausgebildet ist, daß bei Betrieb der Diode im Sperrbereich durch parasitäre Elemente hervorgerufene Störsignale unterdrückt werden. Ferner werden Verwendungsmöglichkeiten solcher Halbleiterdioden angegeben. The invention relates to a semiconductor diode which is designed so that when the diode is operated in the blocking range interference signals caused by parasitic elements can be suppressed. Further uses are such semiconductor diodes indicated.

Die erfindungsgemäße Halbleiterdiode kann beispielsweise in Schaltungen Verwendung finden, die als Unterdrücker oder Amplitudenhochpaß bezeichnet werden, d.h. Schaltungen, in denen von einen bestimmten Schwellwert überschreitenden Spannungen nur der über dem Schwell wert liegende Spannungsanteil dem Ausgang der Schaltung zugeführt werden soll. Solche Schaltungen dienen unter anderem zur Verkürzung der Impulsdauer von nicht rechteckigen Impulsen; nur die Impulsspitze, deren Zeitbasis kürzer ist als das zugeführte Signal, wird übertragen. Durch nachfolgende Verstärkung kann auf diese Weise eine Erhöhung der Impulsflankensteilheit erreicht werden. In bekannten Schaltungen dieser Art werden konzentrierte, 'Zuleitungsdrähte aufweisende Dioden eingesetzt. Bei hochfrequenten Signalen werden jedoch durch die sogenannten parasitären Elemente, d. h. die Leitungsinduktivitäten, die Streukapazitäten und die bei Halbleiterdioden vorhandenen Sperrschichtkäpazitäten Störsignale erzeugt, die im Sperrbereich der Diode am Ausgang der Schaltung erscheinen.The semiconductor diode according to the invention can be used, for example, in circuits which are referred to as suppressors or amplitude high-pass filters, i.e. circuits in which one certain threshold voltages exceeding only the voltage portion lying above the threshold value are fed to the output of the circuit target. Such circuits are used, among other things, to shorten the pulse duration of non-rectangular ones Impulses; only the pulse peak, the time base of which is shorter than the signal supplied, is transmitted. Through subsequent amplification, an increase in the pulse edge steepness can be achieved in this way. In known circuits of this type, concentrated diodes having lead wires are used. In the case of high-frequency signals, however, the so-called parasitic elements, i.e. H. the line inductances, the stray capacitances and the junction capacitances present in semiconductor diodes Generates interference signals that appear in the blocking range of the diode at the output of the circuit.

Es läßt sich zwar eine weitgehende Verringerung der Kapazitäten erreichen, wodurch die Erzeugung eines nur etwa 5 ps (1 ps = 10 ~u s) langen Impulses möglich wäre. Eine entsprechende Herabsetzung der Leitungsinduktivität konnte jedoch mit konzentrierten Elementen bisher nicht erreicht werden. Es wurde auch versucht, die Serienresonanz der hintereinandergeschalteten Induktivitäten und Kapazitäten auszunutzen. Brauchbare Ergebnisse werden jedoch nur bis zu einer Impulsdauer von etwa 200 ps erreicht und auch dieses nur für einen durch die Resonanz bedingten relativ engen Frequenzbereich.It is true that the capacitances can be reduced to a large extent, which would make it possible to generate a pulse that is only about 5 ps (1 ps = 10 ~ u s) long. However, a corresponding reduction in the line inductance has not yet been achieved with concentrated elements. Attempts have also been made to utilize the series resonance of the inductances and capacitances connected in series. However, usable results are only achieved up to a pulse duration of about 200 ps and even this only for a relatively narrow frequency range caused by the resonance.

Weiter kann die Halbleiterdiode in Begrenzerschaltungen vorteilhaft angewendet werden, bei denen nur die einen Schwellwert, der durch die Diodenvorspannung bestimmt wird, nicht überschreitenden Spannungen am Schaltungsausgang erscheinen.Furthermore, the semiconductor diode can be used advantageously in limiter circuits in which only the voltages which do not exceed a threshold value which is determined by the diode bias voltage appear at the circuit output.

Ziel der Erfindung ist es, eine Halbleiterdiode anzugeben, bei der die durch die parasitären Elemente bei hohen Frequenzen auftretenden Störsignale unterdrückt werden, wodurch ein zufriedenstellendes Arbeiten einer solchen Diode, z. B. in Schaltungen zur Impulsverkürzung oder zur Erhöhung der Impulsflankensteilheit, in Unterdrücker- und Begrenzerschaltungen, auch im Picosesekunderrbereich ermöglicht wird.The aim of the invention is to provide a semiconductor diode in which the parasitic elements Interference signals occurring at high frequencies can be suppressed, thereby ensuring satisfactory work such a diode, e.g. B. in circuits for pulse shortening or to increase the pulse edge steepness, in suppressor and limiter circuits, also in the picosecond range will.

Diese Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Halbleiterdiode, deren mit dem Halbleiterkörper verbundene Elektroden mit wenigstens einem metallischen Rückleiter Eingangs- und Ausgangswellenleitungen bilden, die derartig ausgebildet sind, daß sie im Sperrbereich der Diode als Richtkoppler wirken, wodurch das Auftreten von Störsignalen am Ausgangsende der Ausgangswellenleitung verhindert wird.This object is achieved according to the invention by a semiconductor diode whose with the Semiconductor body connected electrodes with at least one metallic return conductor input and Form output waveguides which are designed such that they are in the blocking range of the diode as Directional couplers act, causing spurious signals to occur at the output end of the output waveguide is prevented.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigtEmbodiments of the invention are described below with reference to the drawings. It indicates

F i g. 1 eine schematische Darstellung zweier gleichmäßig gekoppelter Leitungen,F i g. 1 a schematic representation of two evenly coupled lines,

Fig. 2a eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Diode,2a shows a schematic view of an inventive Diode,

Fig. 2 b eine für die Berechnung der Abmessungen dienende schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Diode,FIG. 2 b shows a schematic illustration of an inventive illustration used for calculating the dimensions Diode,

Fig. 3a eine vorbekannte Dioden-Unterdrückerschaltung, 3a shows a previously known diode suppressor circuit,

Fig. 3b eine Darstellung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 3a an Hand der Diodenkennlinie, FIG. 3b shows the mode of operation of the circuit according to FIG. 3a on the basis of the diode characteristic,

F i g. 4 eine Unterdrückerschaltung, in der eine erfindungsgemäße Diode Verwendung findet.F i g. 4 shows a suppressor circuit in which a diode according to the invention is used.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Halbleiterdiode wird zunächst an Hand der Fig. 1 eine kurze Erläuterung des Richtkopplungseffektes gegeben, der bei geeigneter Dimensionierung zweier benachbarter gekoppelter Wellenleitungen auftritt.For a better understanding of the operation of the semiconductor diode according to the invention, first given a brief explanation of the directional coupling effect with the aid of FIG Dimensioning of two adjacent coupled waveguides occurs.

F i g. 1 zeigt zwei jeweils aus einem Hinleiter I und einem Rückleiter II bestehende Wellenleitungen 1 und 2, die über die Länge L miteinander gekoppelt sind. Die beiden Rückleiter können wie angedeutet geerdet und auch identisch sein. Innerhalb des Kopplungsbereiches L besteht an jedem Punkt eine kapazitive Kopplung über die Kopplungskapazität C11 sowie eine induktive Kopplung über die Kopplungsinduktivität LK. Dies ist im Abschnitt A für einen Kopplungspunkt schematisch dargestellt.F i g. 1 shows two waveguides 1 and 2, each consisting of a forward conductor I and a return conductor II, which are coupled to one another over the length L. The two return conductors can be earthed as indicated and also be identical. Within the coupling area L, there is a capacitive coupling via the coupling capacitance C 11 and an inductive coupling via the coupling inductance L K at each point. This is shown schematically in section A for a coupling point.

Bei geeigneter Wahl der Leitungsparameter kann die sogenannte Richtkopplung erzielt werden, die bewirkt, daß ein dem Eingang Ex der als Eingangsleitung benutzten Leitung 1 zugeführtes Signal Vx in der Ausgangsleitung 2 nur an deren Leitungsende E2 erscheint, das Ausgangssignal am Leitungsende A2 jedoch gleich Null ist. Die für die Richtkopplung zu erfüllenden Bedingungen werden im folgenden abgeleitet, wobei vereinfachend vorausgesetzt wird, daß die gekoppelten Leitungen verlustfrei und an ihren Enden reflexionsfrei mit ihrem Wellenwiderstand Z1 bzw. Z2 abgeschlossen sind und daß die Kopplung schwach ist, d. h.With a suitable choice of the line parameters, the so-called directional coupling can be achieved, which has the effect that a signal V x fed to the input E x of the line 1 used as input line appears in the output line 2 only at its line end E 2 , but the output signal at the line end A 2 equals zero. The conditions to be met for the directional coupling are derived below, whereby it is assumed, for the sake of simplicity, that the coupled lines are terminated without loss and reflection-free with their characteristic impedance Z 1 or Z 2 and that the coupling is weak, ie

Z1, Z2 Z 1 , Z 2

Z1, Z2 Z 1 , Z 2

■5■ 5

Die von der Eingangsspannung am Punkt K1 erzeugte Spannung Vx erzeugt über die Kapazität CK in der Leitung 2 zwei vom Punkt K2 in beiden Richtungen abfließende Ströme i'k und i'k, deren Größe sich aus folgender Gleichung bestimmen läßt:The voltage V x generated by the input voltage at point K 1 generates, via the capacitance C K in line 2, two currents i ' k and i' k flowing from point K 2 in both directions , the magnitude of which can be determined from the following equation:

l'*l = I'* I « τ' l '* l = I' * I « τ '

- Vx.- V x .

(U(U

Diese Näherungsformel gilt exakt unter der Annähme, daßThis approximation formula applies exactly under the assumption that that

J<"CK J <"C K

Zx, z2 Z x , z 2

3535

Ferner induziert der in der Leitung 1 fließende Strom /, über die Kopplungsinduktivität LK in der Leitung 2 eine Spannung vh die in dieser Leitung ihrerseits einen Strom /,· erzeugt, der dem Strom i[' entgegengesetzt gerichtet ist. Für die induzierte Spannung gilt:Furthermore, the current /, flowing in the line 1 induces a voltage v h via the coupling inductance L K in the line 2, which in turn generates a current /, · in this line, which is directed in the opposite direction to the current i ['. The following applies to the induced voltage:

ν-, = j«>LK- ix . (2) ν-, = j «> L K - i x . (2)

Daraus ergibt
Annahme, daß
From this it follows
Assumption that

sich für den Strom i, unter derfor the current i, under which

j<oLK » Z1, Z2 j <oL K » Z 1 , Z 2

Für den Wellenwiderstand Z einer Leitung gilt aberHowever, the following applies to the wave impedance Z of a line

/T/ T

allgemein Z —y-?· und somit läßt sich Gleichung (4) auch in dieser Form schreiben:generally Z -y-? · and thus equation (4) can also be written in this form:

2 Z, 2 Z,

(3)(3)

Für die Richtkopplung, bei der definitionsgemäß das Ausgangssignal am Leitungsende A2 zu Null werden soll, muß folgende Bedingung erfüllt sein:For directional coupling, in which, by definition, the output signal at the end of the line A 2 should be zero, the following condition must be met:

Mi =Mi =

Z1-Z2- ZK ,Z 1 -Z 2 - Z K ,

Da Z1 = -^-, ergibt sich hieraus durch Gleichsetzung von (1) und (3) die Richtkopplungsbedingung:Since Z 1 = - ^ - , equating (1) and (3) results in the directional coupling condition:

'j<"CK 'j <"C K

Zx Z2 =Z x Z 2 =

(4)(4)

wobei ZK der Wellenwiderstand der aus den beiden Leitern I der gekoppelten Leitungen gebildeten Leitung ist.where Z K is the wave impedance of the line formed from the two conductors I of the coupled lines.

Eine andere Analyse der Kopplungseffekte zweier gekoppelter Leitungen wird in dem Artikel »Transmission-Line Directional Couplers for very Broad-Band Operation« angegeben, der von R. Levy in den Proc. IEE, Bd. 112, Nr. 3, März 1965, veröffentlicht wurde. Hierbei wird von der Tatsache ausgegangen, daß auf den gekoppelten Leitungen zwei Wellentypen auftreten können: Die Gleichtaktwelle, die durch den Leitungsenden Ex und E2 zugeführte gleichphasige Signale entsteht, und die Gegentaktwelle, die durch diesen Leitungsenden zugeführte Signale entgegengesetzter Phase (Phasendifferenz 180°) hervorgerufen wird. Die Untersuchung der gekoppelten Leitungen vereinfacht sich unter dieser Voraussetzung dahingehend, da sich die Analyse der gekoppelten Leitungen für jeden der beiden Wellentypen auf die relativ einfache Gleichung einer einzelnen Leitung zurückführen läßt, während der das Verhalten der gekoppelten Leitungen bezüglich beider Wellentypen beschreibende Ansatz durch überlagerung der beiden resultierenden Gleichungen gewonnen werden kann.Another analysis of the coupling effects of two coupled lines is given in the article "Transmission-Line Directional Couplers for Very Broad-Band Operation" published by R. Levy in Proc. IEE, Vol. 112, No. 3, March 1965. This is based on the fact that two types of waves can occur on the coupled lines: the common mode wave, the in- phase signals fed through the line ends E x and E 2 , and the push-pull wave, the signals of opposite phase fed through these line ends (phase difference 180 ° ) is caused. The investigation of the coupled lines is simplified under this prerequisite, since the analysis of the coupled lines for each of the two wave types can be traced back to the relatively simple equation of a single line, while the approach describing the behavior of the coupled lines with regard to both wave types by superimposing the two resulting equations can be obtained.

Aus dieser Betrachtungsweise ergeben sich bei Einhaltung von Richtkopplungsbedingungen und bei Anlegung der Spannung Vx an den Eingang E1 für die an den Leitungsausgängen durch die Kopplung auftretenden Spannungen nachstehende Gleichungen:From this point of view, if directional coupling conditions are observed and the voltage V x is applied to input E 1, the following equations result for the voltages occurring at the line outputs due to the coupling:

Ku = Vx Ku = V x

= 0,= 0,

Jk1sin θ Jk 1 sin θ

2 cos θ +Jk2sin (-) 2 2 cos θ + Jk 2 sin (-) 2

2 cos (-) + Jk2sin (-) 2 cos (-) + Jk 2 sin (-)

wobei ^1 und k2 von den Leitungsparametern bestimmte Werte sind, während C-) die elektrische Länge der gekoppelten Leitungen ist, die folgender Gleichung gehorcht:where ^ 1 and k 2 are values determined by the line parameters, while C-) is the electrical length of the coupled lines, obeying the following equation:

θ =θ =

mitWith

λ = Wellenlänge,
L = Länge der gekoppelten Leitungen.
λ = wavelength,
L = length of the coupled lines.

Aus der Gleichung (9) ist ersichtlich, daß das Signal am Ausgang A2 theoretisch für alle Frequenzen gleich Null ist, der Richtkopplungseffekt somit frequenzunabhängig wäre. Abweichungen hiervon treten in erster Linie durch die bei den vorstehenden Betrachtungen vernachlässigten Verluste auf sowie, bei praktischen Ausführungen, durch die Schwierigkeit, die Leitungen für alle Wellen und Frequenzen reflexionsfrei anzupassen. Zudem wird vorausgesetzt, daß keine Wellen höherer Ordnung auftreten.From equation (9) it can be seen that the signal at the output A 2 is theoretically zero for all frequencies, the directional coupling effect would thus be frequency-independent. Deviations from this occur primarily due to the losses neglected in the above considerations and, in the case of practical versions, due to the difficulty of adapting the lines for all waves and frequencies without reflection. In addition, it is assumed that no higher order waves occur.

Gleichungen (7) und (8) zeigen, daß an den Leitungsenden E2 und Ax Spannungen auftreten, die eine Pha-Equations (7) and (8) show that voltages occur at the line ends E 2 and A x which have a phase

IOIO

sendifferenz von 90° aufweisen und die von der Wellenlänge und somit von der Frequenz abhängig sind. Das Signal VEl erreicht beispielsweise sein Maximum etwa für s'mfJ = 1, d.h., wenn die Länge der gekoppelten Leitungen ein ungerades Vielfaches des Viertels der Wellenlänge λ ist; Ft-2 wird hingegen zu Null, wenn die Leitungslänge ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist.have a transmission difference of 90 ° and which are dependent on the wavelength and thus on the frequency. The signal V El reaches its maximum for example for s'mfJ = 1, that is, when the length of the coupled lines is an odd multiple of a quarter of the wavelength λ ; F t - 2 , on the other hand, becomes zero when the line length is an integral multiple of half the wavelength.

F i g. 2A zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterdiode. Diese Diode besteht im Prinzip aus einer bekannten Metall-Halbleiterdiode, bei der eine mit einer der Oberflächen des Halbleiters 23 verbundene Metallelektrode 22 mit dem Halbleiter eine Schottky-Barriere bildet, während die gegenüberliegende Oberfläche des Halbleiters einen ohmschen Kontakt mit einer zweiten Metallelektrode 24 darstellt. Der Halbleiter ist vom n-Leitfähigkeitstyp, die Elektrode 22 wirkt als Anode, die Elektrode 24 als Kathode. Im Gegensatz zu konventionellen Halbleiterdioden weist die in Fig. 2A gezeigte Diode eine beträchtliche Ausdehnung L orthogonal zur Stromflußrichtung auf; sie besteht somit aus einer praktisch unendlich großen Zahl von parallel wirkenden Diodenelementen. Diese Diodenanordnung ist auf einer metallischen Grundplatte 20 angeordnet, wobei die Elektroden bezüglich der Grundplatte, von der sie durch eine Isolierschicht 21 getrennt sind, beim Ausführungsbeispiel übereinanderliegen; sie könnten jedoch auch nebeneinander angeordnet sein. Ausführungsformen, bei denen die eigentliche Diodenanordnung zwischen zwei metallischen Leitern oder Grundplatten liegt, sind ebenfalls möglich.F i g. 2A shows a schematic representation of a preferred embodiment of the invention Semiconductor diode. This diode consists in principle of a well-known metal semiconductor diode, in which a with one of the surfaces of the semiconductor 23 connected metal electrode 22 with the semiconductor a Schottky barrier forms, while the opposite surface of the semiconductor is an ohmic one Represents contact with a second metal electrode 24. The semiconductor is of the n-conductivity type, the electrode 22 acts as the anode, the electrode 24 as the cathode. In contrast to conventional semiconductor diodes the diode shown in Fig. 2A has a considerable extent L orthogonal to Current flow direction on; it therefore consists of a practically infinite number of parallel acting Diode elements. This diode arrangement is arranged on a metallic base plate 20, the electrodes with respect to the base plate, from which they are separated by an insulating layer 21, at Embodiment superimposed; however, they could also be arranged next to one another. Embodiments, in which the actual diode arrangement between two metallic conductors or Base plates are also possible.

Bei dem beschriebenen Aufbau bilden die Elektroden mit der Grundplatte zwei Wellenleitungen: Die Eingangsleitung wird durch die Anodenelektrode 22 und die Grundplatte 20, die Ausgangsleitung durch die Kathodenelektrode 24 und die Grundplatte 20 gebildet. Diese beiden Wellenleitungen sind derart ausgebildet und miteinander gekoppelt, daß sie als Richtkoppler wirken, solange die sie verbindende Halbleiterdiode im Sperrbereich betrieben wird. Die Bedingungen für ein solches Verhalten wurden in der an Hand der F i g. 1 gegebenen Erklärung des Richtkopplungseffektes angeführt. Wesentlich ist hierbei, daß die parsitären Elemente in die gekoppelten Leitungen einbezogen sind, bei der Berechnung der Leitungsparameter als mit berücksichtigt werden müssen.In the setup described, the electrodes form two waveguides with the base plate: The input lead is through the anode electrode 22 and the base plate 20, the output lead through the cathode electrode 24 and the base plate 20 are formed. These two waveguides are such designed and coupled to one another that they act as directional couplers as long as the connecting them Semiconductor diode is operated in the blocking range. The conditions for such behavior were specified in the on the basis of FIG. 1 given explanation of the directional coupling effect. It is essential here, that the parsitary elements are included in the coupled lines when calculating the Line parameters than have to be taken into account.

Bei Einhaltung der Richtkopplungsbedingungen, die sich in Gleichung (5) ausdrücken, wird mit einer solchen Anordnung erreicht, daß, solange die Diode im Sperrbereich arbeitet, von der Eingangsleitung über die parasitären Elemente der Diode in die Ausgangsleitung gekoppelte Störsignale nur zu einem Leitungsende der Ausgangsleitung gerichtet werden, während am anderen Ende dieser Leitung kein Signal auftritt.If the directional coupling conditions are observed, which are expressed in equation (5), a such an arrangement is achieved that as long as the diode operates in the reverse range, from the input line Interference signals coupled into the output line via the parasitic elements of the diode only to one Line end of the output line can be directed, while at the other end of this line no signal occurs.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung des in Fig. 2A gezeigten Ausführungsbeispiels.A detailed description of the embodiment shown in FIG. 2A follows.

Die Diodenanordnung besteht aus einer Mehrzahl von auf einer metallischen Grundplatte 20, die im Ausführungsbeispiel aus Aluminium besteht, aufgebrachten Schichten. Direkt auf der Grundplatte liegt eine dünne SiO2-Isolierschicht 21, die die Metallschicht 22, sie besteht aus Gold, von der Grundplatte trennt. Auf dieser Metallschicht ist eine dünne Halbleiterschicht 23 aus «-leitendem Silizium aufgebracht, die ihrerseits von der Metallschicht 24, die wiederum aus Aluminium besteht, bedeckt ist. Alle Schichten können nach bekannten Aufdampfverfahren unter Verwendung von Masken und durch Ausführung von Ätzvorgängen hergestellt werden. Die erwähnten Materialien stellen lediglich bevorzugte Beispiele dar, die jedoch durch andere, geeignete ersetzt werden können; so könnte als Halbleitermaterial z.B. auch Gallium-Arsenid, Germanium oder Indium-Antimonid dienen. Wesentliche Voraussetzung ist, daß sich am übergang Metall (22)—Halbleiter (23) eine Schottky-Barriere bildet, während das Halbleitermaterial mit der Metallschicht 24 einen ohmschen Kontakt ergeben muß, so daß eine Metall-Halbleiterdiode mit der Anodenelektrode 22 und der Kathodenelektrode 24 entsteht.The diode arrangement consists of a plurality of layers applied to a metallic base plate 20, which in the exemplary embodiment consists of aluminum. Directly on the base plate is a thin SiO 2 insulating layer 21 which separates the metal layer 22, which is made of gold, from the base plate. A thin semiconductor layer 23 made of -conducting silicon is applied to this metal layer, which in turn is covered by the metal layer 24, which in turn consists of aluminum. All layers can be produced by known vapor deposition processes using masks and by carrying out etching processes. The materials mentioned represent only preferred examples, which, however, can be replaced by other suitable ones; for example, gallium arsenide, germanium or indium antimonide could also serve as semiconductor material. An essential prerequisite is that a Schottky barrier is formed at the transition between metal (22) and semiconductor (23), while the semiconductor material must make an ohmic contact with the metal layer 24, so that a metal semiconductor diode with the anode electrode 22 and the cathode electrode 24 arises.

Die Anordnung weist orthogonal zur Stromflußrichtung eine Ausdehnung L auf. Der Wert L ist an sich unkritisch, er beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1 mm. Betrachtungen über die anderen Abmessungen, besonders die Schichtdicken, werden weiter unten gegeben. The arrangement has an extension L orthogonal to the direction of current flow. The value L is not critical per se; in the exemplary embodiment it is approximately 1 mm. Considerations about the other dimensions, especially the layer thicknesses, are given below.

Wie bereits erwähnt, bilden die Diodenelektroden 22 und 24 mit der Grundplatte zwei über die Länge L miteinander gekoppelte Wellenleitungen. Die Eingangsleitung, sie entspricht dem in Fig. 1 als Leitung 1 bezeichneten Leiterpaar, setzt sich aus der Anodenelektrode 22 und der Grundplatte 20, das in F i g. 1 als Leitung 2 bezeichnete Leiterpaar aus der Kathodenelektrode 24 und der Grundplatte 20 zusammen. As already mentioned, the diode electrodes 22 and 24 form two with the base plate over the length L. waveguides coupled to one another. The input line, it corresponds to that in Fig. 1 as a line 1, is composed of the anode electrode 22 and the base plate 20, which is shown in FIG F i g. 1 as line 2 designated pair of conductors from the cathode electrode 24 and the base plate 20 together.

Bei der Berechnung der Wellenwiderstände Z1 und Z2 dieser Wellenleitungen und bei der Ermittlung der zur Erreichung der Richtkopplung erforderlichen Parameter und Dimensionen dieser Leitungen geht, wie bereits erwähnt, auch der Wellenwiderstand Ζλ der durch die beiden Elektroden 22 und 24 gebildete Wellenleitung ein, die im weiteren als Kopplungsleitung bezeichnet wird. Die Richtkopplungsbedingung lautet:When calculating the characteristic impedances Z 1 and Z 2 of these waveguides and when determining the parameters and dimensions of these lines required to achieve the directional coupling, the characteristic impedance Ζ λ of the waveguide formed by the two electrodes 22 and 24 is also included, as already mentioned, which is referred to below as the coupling line. The directional coupling condition is:

Z1 · Z2ZK . Z 1 · Z 2 - Z K.

Es folgt eine Aufstellung einiger für die Bestimmung der Wellenwiderstände allgemein gültiger Gleichungen, die der weiteren Berechnung zugrunde gelegt werden; sie gelten für Wellenleitungen, die aus einem Leiter der Breite b und der Dicke d und aus einem flächenhaften Rückleiter, also beispielsweise der Grundplatte, gebildet werden.The following is a list of some of the equations that are generally valid for determining the wave resistance and are used as the basis for the further calculation; they apply to waveguides that are formed from a conductor of width b and thickness d and from a planar return conductor, for example the base plate.

Z0 =Z 0 =

" U = Zo \ ~ - " U = Z o \ ~

Z=U-Z = U-

= F0 = F 0

b' = b + d.b '= b + d.

JlJl

b^ hb ^ H

(10)(10)

(H)
(12)
(H)
(12)

(13)(13)

(14)
(15)
(14)
(15)

ζ, =ζ, =

(16)(16)

L1 = Kopplungsinduktivität zwischen den Leitern 20 und 22,L 1 = coupling inductance between conductors 20 and 22,

C1 = Kopplungskapazität zwischen den Leitern 20 und 22.C 1 = coupling capacitance between conductors 20 and 22.

Der Wellenwiderstand der Kopplungsleitung:The wave impedance of the coupling line:

Lk L k

cK + cD c K + c D

(17)(17)

C'k = (C D + CK),C'k = (C D + C K ),

L11 = Kopplungsinduktivität zwischen den Leitern 22 und 24, L 11 = coupling inductance between conductors 22 and 24,

CK = Kopplungskapazität zwischen den Leitern 22 und 24, C K = coupling capacitance between conductors 22 and 24,

C0 = Sperrschichtkapazität der zwischen den Leitern 22 und 24 angeordneten Diode.C 0 = junction capacitance of the diode arranged between conductors 22 and 24.

Der Wellenwiderstand der Ausgangsleitung 2:The wave impedance of output line 2:

(18)(18)

Z2 =
mit
Z 2 =
With

LK) (Q + Q) L K ) (Q + Q)

C1 QC 1 Q

L2 = Kopplungsinduktivität zwischen den Leitern 20 und 24,L 2 = coupling inductance between conductors 20 and 24,

C2 = Kopplungskapazität zwischen den Leitern 20 und 24.C 2 = coupling capacitance between conductors 20 and 24.

In der letzten Gleichung (18) wird der Wellenwiderstand der Ausgangsleitung durch die Parameter der Eingangs- und der Kopplungsleitung ausgedrückt. Dies ist möglich, da für die gewählte Anordnung die Kopplungsinduktivität L2 der Ausgangsleitung der Serienanordnung der Kopplungsinduktivitäten L1 und LK der Eingangs- und der Kopplungsleitung gleichzusetzen ist. Entsprechendes gilt für die Kopplungskapazität, d. h., C2 entspricht der Serienschaltung von Cj und CK. In the last equation (18), the characteristic impedance of the output line is expressed by the parameters of the input line and the coupling line. This is possible because, for the selected arrangement, the coupling inductance L 2 of the output line is to be equated with the series arrangement of the coupling inductances L 1 and L K of the input and the coupling line. The same applies to the coupling capacitance, ie, C 2 corresponds to the series connection of Cj and C K.

4040

Die Gleichungen (11), (13), (14) gelten näherungsweise für b' » h.
Es bedeutet
Equations (11), (13), (14) apply approximately to b ' » h.
It means

Z0 = Wellenwiderstand im Vakuum, μ0 = Permeabilität des Vakuums, /(,. = Relative Permeabilität, f0 = Dielektrizitätskonstante des Vakuums, e.r = Relative Dielektrizitätskonstante, h = Abstand des Leiters vom Rückleiter, b' = Effektive Breite des Leiters, wobei die Kopplung von den Seitenflächen des Leiters zum Rückleiter berücksichtigt wird, L = Kopplungsinduktivität zwischen LeiterZ 0 = wave resistance in the vacuum, μ 0 = permeability of the vacuum, / (,. = Relative permeability, f 0 = dielectric constant of the vacuum, e. R = relative dielectric constant, h = distance of the conductor from the return conductor, b '= effective width of the Conductor, taking into account the coupling from the side surfaces of the conductor to the return conductor, L = coupling inductance between conductors

und Rückleiter,and return conductor,

C = Kopplungskapazität zwischen Leiter und Rückleiter.C = coupling capacitance between conductor and return conductor.

Für die Wellenwiderstände der drei in Betracht zu ziehenden miteinander gekoppelten Leitungen des in Fig. 2A gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Gleichungen nachstehend aufgeführt.For the wave resistances of the three interconnected lines of the In the embodiment shown in Fig. 2A, the equations are given below.

Der Wellenwiderstand der Eingangsleitung 1:The characteristic impedance of input line 1:

Unter Anwendung der in Fig. 2B angegebenen Bezeichnungen folgt durch Einsetzen von (16), (17), (18) in die Gleichung (5):Using the notations given in Fig. 2B, by inserting (16), (17), (18) into equation (5):

■I/o,■ I / o,

(C1 + Q)(C 1 + Q) C1 ■ C'K C 1 ■ C ' K

C'K C'K

und weiter:and further:

fcK'HöO'S)-If- <">fcK'HöO'S) -If- <">

Unter Berücksichtigung der Gleichungen (10), (12), (13) und (14) ergibt sich hieraus:Taking equations (10), (12), (13) and (14) into account, this results in:

1+-1 + -

λ + λ\λ + λ \

hK h K

(20)(20)

mit hD = Effektive Dicke der Diodensperrschicht (etwa 0,3 μ).with h D = effective thickness of the diode barrier layer (approx. 0.3 μ).

Weitere, hier nicht im einzelnen ausgeführte Rechnungen zeigen, daß diese Gleichung, die die Richtkopplungsbedingung beinhaltet, für die folgenden Dimensionen und Materialkonstenten mit genügender Genauigkeit erfüllt ist:Further calculations, not detailed here, show that this equation, the directional coupling condition includes, for the following dimensions and material constants is met with sufficient accuracy:

/J1 =/ J 1 =

90 μ90 µ

4(SiO2)4 (SiO 2 )

K =K =

2μ 2μ2μ 2μ

10(Si)10 (Si)

K =K =

0,3 μ0.3 µ

Es1 zeigt sich, daß die geforderten Abmessungen mit bekannten Herstellungsverfahren durchaus erreichbar sind. 1 shows that the required dimensions can be achieved with known manufacturing processes.

Für die Wellenwiderstände ergeben sich durch Einsetzen der ermittelten Werte in die Gleichungen (16), (17) und (18):By inserting the determined values into the equations, the characteristic impedances are obtained (16), (17) and (18):

Z1 = 8Ω,
Z, = 26 Ω,
Z'K = 14 Ω.
Z 1 = 8Ω,
Z, = 26 Ω,
Z ' K = 14 Ω.

Zum besseren Verständnis der bei Verwendung der erfindungsgemäßen Halbleiterdiode beispielsweise in einer Unterdrückerschaltung erzielbaren Vorteile wird an Hand der Fig. 3A und 3B eine vorbekannte Unterdrückerschaltung beschrieben, die aus konventionellen konzentrierten Bauelementen besteht.For a better understanding of when using the semiconductor diode according to the invention, for example in A suppression circuit achievable advantages is a previously known with reference to FIGS. 3A and 3B Described suppressor circuit, which consists of conventional concentrated components.

Fig. 3A zeigt die Schaltung, die im wesentlichen aus einer Impulsspannungsquelle vp, einer Vorspannungsbatterie VB, der Halbleiterdiode D sowie dem Lastwiderstand R1 besteht. Für die Diode sind die parasitären Elemente gestrichelt angegeben: Die Kapazität C repräsentiert die Streukapazität und die Sperrschichtkapazität der Diode, während die Induktivität L die Zuleitungsinduktivitäten darstellt. Die Batterie ist derart gepolt, daß eine Vorspannung V11 in Sperrrichtung an der Diode D liegt.Fig. 3A shows the circuit, which essentially consists of a pulse voltage source v p , a bias battery V B , the semiconductor diode D and the load resistor R 1 . The parasitic elements for the diode are indicated by dashed lines: The capacitance C represents the stray capacitance and the junction capacitance of the diode, while the inductance L represents the lead inductances. The battery is polarized such that a bias voltage V 11 is applied to the diode D in the reverse direction.

In F i g. 3 B wird die Arbeitsweise der in Fig. 3 A gezeigten Schaltung an Hand der Strom-Spannungs-In Fig. 3 B is the operation of the in Fig. 3 A shown circuit based on the current-voltage

209 532/350209 532/350

Kennlinie 31 der Diode dargestellt, wobei die Kennlinie der Einfachheit halber als aus geradlinigen Teilstücken zusammengesetzt angenommen wird. Die erst bei hohen Frequenzen kritischen parasitären Elemente finden bei der Betrachtung zunächst keine Berücksichtigung. Die Impulsspannung vp = /(O mit dem Maximalwert Vp (Kurve 32) ist der Batterievorspannung VB entgegengesetzt gerichtet und wird dieser überlagert. Solange der Spannungswert vp unterhalb der Vorspannung liegt, d. h. vp < VB, bleibt die Diode gesperrt; der durch den Last widerstand R1 fließende Strom ist gleich Null. Nur während der Zeitspanne T2, die krürzer ist als die Zeitbasis T1 des gesamten Impulses, wird die Diode leitend, und am Widerstand R1 kann ein gegenüber dem von der Impulsquelle gelieferten Impuls verkürztes, in der Amplitude jedoch verringertes Spannungssigna! 33 abgenommen werden. In einer nachfolgenden, in Fig. 3A nicht gezeigten Verstärkerschaltung kann die Amplitude wieder erhöht werden, so daß der schließlich erhaltene Impuls nicht nur kürzer ist, sondern auch eine größere Flankensteilheit aufweist.Characteristic curve 31 of the diode is shown, the characteristic curve being assumed to be composed of straight sections for the sake of simplicity. The parasitic elements, which are critical only at high frequencies, are initially not taken into account when considering. The pulse voltage v p = / (O with the maximum value V p (curve 32) is directed in the opposite direction to the battery bias voltage V B and is superimposed on it. As long as the voltage value v p is below the bias voltage, ie v p <V B , the diode remains blocked ; The current flowing through the load resistor R 1 is equal to 0. Only during the time period T 2 , which is shorter than the time base T 1 of the entire pulse, the diode becomes conductive, and a resistor R 1 can be compared to that of the pulse source supplied pulse shortened, but reduced in amplitude voltage signal 33. In a subsequent amplifier circuit, not shown in Fig. 3A, the amplitude can be increased again so that the finally obtained pulse is not only shorter but also has a greater edge steepness .

Wie bereits erwähnt, gilt diese Betrachtung nur für relativ niedrige Frequenzen, bei denen die parasitären Elemente keine wesentlichen Störsignale hervorrufen. Ferner sei erwähnt, daß der in F i g. 3 B gezeigte exakt dreieckförmige Impuls 33 nicht zu verwirklichen ist, da die Diodenkennlinien von der idealisierten geradlinigen Kennlinie der Fig. 3B abweichen. Letztere Vernachlässigung ist für eine generelle Betrachtung jedoch zulässig.As already mentioned, this consideration only applies to relatively low frequencies, where the parasitic Elements do not cause significant interfering signals. It should also be mentioned that the in F i g. 3 B shown exactly triangular pulse 33 cannot be realized because the diode characteristics differ from the idealized rectilinear Deviate from the characteristic curve of FIG. 3B. The latter neglect is for a general consideration however permissible.

Bei hohen Frequenzen bewirken die parasitären Elemente eine erhebliche Änderung der Ausgangsimpulsform. Vor allem während der Zeitspannen, in denen die Impulsspannung des Generators noch unter dem Wert der Batterievorspannung liegt, d. h. vp < VB, werden dem gewünschten Ausgangsimpuls vorangehende bzw. nachfolgende Störsignale erzeugt, wodurch eine einwandfreie Impulsdauerverkürzung von T1 auf T2 nicht mehr gegeben ist. Die Einflüsse der einzelnen parasitären Elemente sowie deren Zusammenwirken sollen hier nicht näher erläutert werden. Als Beispiel sei nur der offensichtliche Einfluß der der Diode parallelgeschalteten Kapazität C angeführt, über die auch im Sperrbereich der Diode ein Signal an den Lastwiderstand R1 übertragen wird.At high frequencies, the parasitic elements cause a significant change in the output pulse shape. Especially during the time periods in which the pulse voltage of the generator is still below the value of the battery bias, i.e. v p <V B , interference signals preceding or following the desired output pulse are generated, which means that a perfect pulse duration reduction from T 1 to T 2 is no longer possible given is. The influences of the individual parasitic elements and their interaction should not be explained in more detail here. As an example, only the obvious influence of the capacitor C connected in parallel to the diode is given, via which a signal is transmitted to the load resistor R 1 even in the blocking range of the diode.

Die bei konventionellen Unterdrückerschaltungen, besonders bei hohen Frequenzen auftretenden Störsignale werden bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Halbleiterdiode, wie sie an Hand der F i g. 2A beschrieben wurde, unterdrückt. Dies wird durch die Richtkopplungswirkung der Diode erreicht, die wirksam ist, solange die Diode im Sperrbereich betrieben wird, d. h. in den Zeitintervallen, zu denen die Störsignale am kristischsten sind.The interference signals that occur with conventional suppressor circuits, especially at high frequencies are used when using a semiconductor diode according to the invention, as shown in FIG. 2A is suppressed. This is achieved through the directional coupling effect of the diode, which is effective is as long as the diode is operated in the blocking range, d. H. in the time intervals at which the interfering signals are most critical.

In F i g. 4 ist eine Unterdrückerschaltung gezeigt, in der eine Diode nach Fig. 2A verwendet wird; sie ist durch das mit 41 bezeichnete elektrische Ersatzbild dargestellt, in dem die Leiterpaare der Wellenleitungen durch die stark ausgezogenen Linien und die praktisch· unendlich große Anzahl parallel wirkender Diodenelemente durch die konventionellen Diodensymbole wiedergegeben sind.In Fig. Fig. 4 shows a suppressor circuit employing a diode of Fig. 2A; it is represented by the electrical equivalent image denoted by 41, in which the conductor pairs of the Waveguides through the strong lines and the practically infinite number in parallel acting diode elements are represented by the conventional diode symbols.

Die Schaltung weist einen Eingangskreis und einen Ausgangskreis auf. Der Eingangskreis besteht im wesentlichen aus der Wellenleitung 1 der Diode 41, an die in der gezeigten Weise eine Vorspannungsbatterie V11, eine Impulsquelle V1, sowie die Widerstände R1 und Rs angeschlossen sind. Der Ausgangskreis wird durch die Wellenleitung 2 der Diode gebildet, die mit den Widerständen R2 und R1 verbunden ist. Diese Widerstände bilden ebenso wie die bereits erwähnten Widerstände R1 und R^ für die betreffenden Wellenleitungen einen reflexionsfreien Abschluß. Das Ausgangssignal kann an den Anschlüssen 42 abgenommen werden. Die Eingangs- und Ausgangskreise sind, solange die Diode im Sperrbereich arbeitet, lediglich durch die Kopplung der beiden Wellenleitungen verbunden, während die Kreise im Durchlaßbereich über die Diode direkt miteinander in Verbindung stehen. Die Betriebsweise der Schaltung wird im folgenden sowohl für den Betrieb im Sperrbereich als auch für den im Durchlaßbereich beschrieben.The circuit has an input circuit and an output circuit. The input circuit consists essentially of the waveguide 1 of the diode 41, to which a bias battery V 11 , a pulse source V 1 and the resistors R 1 and R s are connected in the manner shown. The output circuit is formed by the waveguide 2 of the diode which is connected to the resistors R 2 and R 1. Like the aforementioned resistors R 1 and R ^, these resistors form a reflection-free termination for the waveguides in question. The output signal can be picked up at the connections 42. As long as the diode is operating in the blocking range, the input and output circuits are only connected by coupling the two waveguides, while the circuits in the transmission range are directly connected to one another via the diode. The mode of operation of the circuit is described below both for operation in the stop band and for that in the pass band.

Wenn die Impulsspannungsquelle dem Leitungsende E1 einen Impuls hoher, jedoch nicht unendlich großer Flankensteilheit zuführt, bleibt die Diode für eine kurze Zeitspanne zunächst im Sperrbereich, und es werden, bedingt durch die parasitären Elemente und durch die zwischen den Wellenleitungen 1 und 2 bestehende Kopplung, Störsignalc in die Leitung 2 übertragen. Da die Diodenanordnung jedoch als Richtkoppler für diese Signale ausgebildet ist, wobei die parasitären Elemente Teil der gekoppelten Leitungen sind, erscheinen die Störsignale nur am Widerstand R2, nicht aber am Ausgangswiderstand R1. Die Leitungsinduktivitäten konventioneller konzentrierter Dioden treten bei der angegebenen Schaltungsanordnung nicht auf, wenn man voraussetzt, daß die Halbleiterdiode über Wellenleitungen reflexionsfrei mit den übrigen Schaltelementen verbunden ist.
Sobald die Impulsspannung die Sperrvorspannung überschreitet, arbeitet die Diode im Duchlaßbereich; die parasitären Elemente sind kurzgeschlossen, und, bedingt durch die jetzt niederohmige Verbindung über die Diode, erreicht die die Vorspannung überschreitende Impulsspitze den Ausgangswiderstand R1.
When the pulse voltage source feeds a pulse with a high, but not infinitely large, edge steepness to the end of the line E 1 , the diode initially remains in the blocking range for a short period of time and, due to the parasitic elements and the coupling between the waveguides 1 and 2, Störsignalc transmitted in the line 2. However, since the diode arrangement is designed as a directional coupler for these signals, with the parasitic elements being part of the coupled lines, the interference signals appear only at resistor R 2 , but not at output resistor R 1 . The line inductances of conventional concentrated diodes do not occur in the specified circuit arrangement if it is assumed that the semiconductor diode is connected to the other switching elements via waveguides without reflection.
As soon as the pulse voltage exceeds the reverse bias, the diode works in the conduction range; the parasitic elements are short-circuited and, due to the now low-resistance connection via the diode, the pulse peak exceeding the bias voltage reaches the output resistance R 1 .

Da das Eingangssignal nicht nur dem Lastwiderstand RL, sondern auch den Widerständen R1 und R2 zugeführt wird, ist die Amplitude des Ausgangssignals geringer als die Eingangsamplitude; sie hängt im wesentlichen vom Verhältnis der genannten Widerstände sowie vom Innenwiderstand R^ der Impulsquelle ab. Im Durchlaßbereich der Diode wird der Richtkopplungseffekt somit nicht wirksam, er setzt wieder ein, sobald die Impulsspannung unter den Vorspannungswert absinkt.Since the input signal is fed not only to the load resistor R L , but also to the resistors R 1 and R 2 , the amplitude of the output signal is less than the input amplitude; it essentially depends on the ratio of the resistances mentioned and on the internal resistance R ^ of the pulse source. The directional coupling effect is therefore not effective in the pass band of the diode; it starts again as soon as the pulse voltage falls below the bias value.

Nach dieser Betrachtung und gemäß Gleichung (9), in die die Frequenz nicht direkt eingeht, wäre der Richtkopplungseffekt für den Ausgang A2 der Diode frequenzunabhängig. Wie bereits betont, ist dies jedoch, bedingt durch auf den Leitungen auftretende Verluste sowie durch Unterschiede der Phasengeschwindigkeiten der Gleich- und Gegentaktwellen, die ihrerseits für diese Wellentypen zu ungleichen elektrischen Längen der gekoppelten Leitungen führen, erwartungsgemäß nicht der Fall. Praktisch läßt sich aber auch im Gigahertzbereich, d. h. für Impulse von nur wenigenAccording to this consideration and according to equation (9), in which the frequency is not directly included, the directional coupling effect for the output A 2 of the diode would be independent of frequency. As already emphasized, however, due to losses occurring on the lines and differences in the phase velocities of the common and push-pull waves, which in turn lead to unequal electrical lengths of the coupled lines for these wave types, this is not the case. In practice, however, it can also be in the gigahertz range, ie for pulses from only a few

' Picosekunden Dauer, eine große Bandbreite erreichen. Für einen Frequenzbereich von etwa einer Oktave bleiben die Störsignale sehr gering.'Picosecond duration, achieve a wide range. For a frequency range of around an octave the interference signals remain very low.

Die Ausgangsspannung V112 und in geringerem Aus-The output voltage V 112 and to a lesser extent

maß auch die Spannung K,2 hängt, wie bereits nach Betrachtung der Gleichungen (7) und (8) zu erwarten war, von der Länge der gekoppelten Leitungen bzw. von der Frequenz ab. Dieses ist jedoch bei der Verwcn-measured the voltage K, 2 depends, as was already to be expected after considering equations (7) and (8), on the length of the coupled lines or on the frequency. However, this is

dung der Halbleiterdiode in der beschriebenen Unterdrückerschaltung ohne praktische Bedeutung.formation of the semiconductor diode in the suppressor circuit described of no practical importance.

Die in F i g. 4 angegebene Schaltung kann ohne wesentliche Änderungen auch als Begrenzerschaltung verwendet werden, indem man den Ausgang A1 kurzschließt und den mit dem Leitungsende Ax verbundenen Widerstand R1 als Ausgangswiderstand verwendet, von dem das von der Schaltung gelieferte Ausgangssignal abgegriffen und nachgeschalteten, nicht gezeigten Schaltungen zugeführt werden kann.The in F i g. 4 can also be used as a limiter circuit without significant changes by short-circuiting the output A 1 and using the resistor R 1 connected to the line end A x as the output resistor, from which the output signal supplied by the circuit is tapped and followed by circuits (not shown) can be fed.

Die Funktion einer Begrenzerschaltung besteht darin, von einem der Schaltung zugeführten Eingangssignal vp = v(t) nur den Spannungsanteil, der einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet, dem Schaltungsausgang zuzuführen. Dies wird in konventionellen Anordnungen mit einer entsprechend vorgespannten Diode bewirkt, über die die den Schwellwert überschreitenden Spannungen kurzgeschlossen bzw. abgeleitet werden. Bei sehr kurzen Impulsen machen sich die parasitären Elemente der bisher zur Anwendung gelangenden konzentrierten Dioden wieder störend bemerkbar.The function of a limiter circuit is to feed only the voltage component of an input signal v p = v (t) fed to the circuit that does not exceed a predetermined threshold value to the circuit output. In conventional arrangements, this is achieved with a suitably biased diode, via which the voltages exceeding the threshold value are short-circuited or diverted. In the case of very short impulses, the parasitic elements of the concentrated diodes previously used become noticeable again in a disturbing manner.

Für unter dem Schwellwert liegende Spannungen soll das Eingangssignal unverfälscht am Ausgang erscheinen; dieses wird bei hohen Frequenzen jedoch durch die Diodenkapazität, die einen Nebenschluß zum Ausgangswiderstand darstellt, verhindert. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Diode sind die störenden parasitären Elemente in das Wellenleitungssystem einbezogen, und am Ausgang erscheint das ungestörte, lediglich in der Amplitude veränderte Signal. Die Ausgangsspannung K4, ist durch die Gleichung(8) gegeben:For voltages below the threshold value, the input signal should appear unadulterated at the output; At high frequencies, however, this is prevented by the diode capacitance, which is a shunt to the output resistance. When using a diode according to the invention, the interfering parasitic elements are included in the waveguide system, and the undisturbed signal, which is only changed in amplitude, appears at the output. The output voltage K 4 is given by equation (8):

2-COS02-COS0

Für den Fall, daß die Wellenwiderstände der Leitungen für die Gleich- und Gegentaktwellen bei allenIn the event that the wave resistance of the lines for the common and push-pull waves at all

Frequenzen gleich sind, ist K4, = y, und zwar unabhängig von der Frequenz.Frequencies are the same, K 4 , = y, regardless of the frequency.

Für den Schwellwert überschreitende Spannungswerte bildet die Diode einen Kurzschluß, so daß die Ausgangsspannung der Begrenzerschaltung unabhängig von der Eingangsspannung auf den Schwellwert begrenzt wird.For voltage values exceeding the threshold value, the diode forms a short circuit, so that the Output voltage of the limiter circuit independent of the input voltage to the threshold value is limited.

Die erfindungsgemäße Halbleiterdiode wurde an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß die hierbei gewählte Anordnung, ihre Abmessungen und Materialien lediglich ein bevorzugtes Beispiel darstellen. Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf eine wie für das Ausführungsbeispiel gewählte Metall-Halbleiterdiode mit einer Schottky-Barriere beschränkt; es könnten unter anderem auch Dioden mit einer p-n-Sperrschicht Anwendung finden. Ebenso ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Diode nicht auf die beschriebenen Unterdrücker- und Begrenzerschaltungen beschränkt.The semiconductor diode according to the invention has been described using an exemplary embodiment. It it should be noted that the arrangement selected here, its dimensions and materials only represent a preferred example. For example, the invention is not limited to one as for the embodiment selected metal semiconductor diode confined with a Schottky barrier; it could, among other things Diodes with a p-n junction are also used. The use of the inventive Diode is not limited to the suppressor and limiter circuits described.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

I 59 1 231 Patentansprüche :I 59 1 231 claims: 1. Halbleiterdiode, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Halbleiterkörper verbundenen Elektroden der Diode mit wenigstens einem metallischen Rückleiter Eingangs- und Ausgangswellenleitungen bilden, die derart ausgebildet sind, daß sie im Sperrbereich der Diode als Richtkoppler wirken, wodurch das Auftreten von Störsignalen am Ausgangsende der Ausgangswellenleitung verhindert wird.1. Semiconductor diode, characterized in that that the electrodes of the diode connected to the semiconductor body with at least a metallic return conductor to form input and output waveguides which are designed in this way are that they act as a directional coupler in the blocking region of the diode, whereby the occurrence of Interference signals at the output end of the output waveguide is prevented. 2. Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden (22) aus einem Metall besteht, das in der Grenzschicht des mit der Elektrode verbundenen Halbleiterkörpers (23) eine Schottky-Barriere entstehen läßt.2. Semiconductor diode according to claim 1, characterized in that one of the electrodes (22) consists of consists of a metal which is present in the boundary layer of the semiconductor body connected to the electrode (23) creates a Schottky barrier. 3. Halbleiterdiode mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper und die Elektroden in einer Richtung orthogonal zur Stromflußrichtung eine Ausdehnung aufweisen, die für hohe Signalfrequenzen im Bereich der Wellenlänge dieser Frequenzen liegt.3. Semiconductor diode according to at least claim 1, characterized in that the semiconductor body and the electrodes have an extension in a direction orthogonal to the direction of current flow, which for high signal frequencies is in the range of the wavelength of these frequencies. 4. Halbleiterdiode mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Grundplatte als Rückleiter für die Eingangs- und Ausgangs.wellenleitungen vorgesehen ist.4. Semiconductor diode at least according to claim 1, characterized in that a metallic Base plate is provided as a return conductor for the input and output waveguides. 5. Halbleiterdiode nach Anspruch 4,-dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden bezüglich der Grundplatte übereinander angeordnet sind.5. Semiconductor diode according to claim 4, thereby characterized in that the electrodes are arranged one above the other with respect to the base plate. 6. Verwendung der Halbleiterdioden nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode Teil solcher Schaltungen ist, in denen von einen bestimmten Schwellwert überschreitenden Spannungen nur der über dem Schwellwert oder nur der unter dem Schwellwert liegende Spannungsanteil dem Ausgang der Schaltung zugeführt wird.6. Use of the semiconductor diodes according to Claims 1 to 5, characterized in that the diode is part of such circuits in which by exceeding a certain threshold value Voltages only the one above the threshold value or only the one below the threshold value Voltage component is fed to the output of the circuit.
DE19671591231 1966-12-22 1967-12-12 Semiconductor diode and use of the semiconductor diode Expired DE1591231C (en)

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