DE1791235C - Umwandlung einer amplituden in eine frequenzmodulierte Schwingung mittels eines Volumeneffekt Oszilla tors Ausscheidung aus 1466514 - Google Patents

Description

Vb<-Uk< ^{20 einen kIeineren Wert}· ^{aIs dies bei AnIie}g^en der ^kl>

2i ·>> f -> f tischen Spannung der Fall war. Es ';ann demnach

^h '"' ^ ^h ' keine neue Welle an der Kathode ausgelöst werden.

wobei f_pr die Laufzeit'requenz ist, und daß die solange noch eine vorher ausgelöste Welle durch (!en

Amplitude der HF-Schwingung so gewählt ist, Halbleiterkörper läuft. Erst nach Ankunft der emen

daß die Spitzenwerte der Gesamtspannung immer 25 Welle an der Anode kann sich der Vorgang [u-ri-

größer sind als der die Auslösung von Mikro- odisch mit der Frequenz f„_r (Laufzeitfrequenz) \\κ-

wellenschwingungen bewirkende kritische Wert derholen und in dem im Außenkreis fließend·..·η

(U_K) der Vorspannung (U_B). Strom in der beschriebenen Art als Mikroweikn-

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch ge- schwingung bemerkbar machen.

kennzeichnet, daß die HF-SeWingung (/_s) direkt 30 In der Fig. 2 ist die Stromspannungscharaku

an den Halbleiterkörper (Pr) angelegt wird. ristik eines derartigen Halbleiterkörpers darm.··

3. Oszillatorschaltung nach Hnem der vorher- stellt. Mit zunehmender Spannung, ausgehend \< >m gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Wert 0 Volt, tritt zunächst ein linearer Stromsparidaß sie aus einem dreiarmigen Zirkulator (Z) be- nungsverlauf auf. Kurz vor Erreichen der kritischen steht, der an einem Arm mit dem Verbraucher 35 Spannung U_K wird die Kennlinie durch Änderung (Ri), an einem weiteren Arm mit einem HF- der Beweglichkeit der Ladungsträger bei den vor Generator (G) verbunden ist, und daß an den liegenden Feldstärken nichtiinear. Bei der Spannung dritten Zirkulatorarm der Halbleiterkörper (Pr) U_K (zugehöriger Arbeitspunkt A) setzen die Strommit der zugehörigen Gleichspannungsquelle (U) schwingungen ein, wobei sich der Strom periodisch angeschlossen ist. 40 zwischen den Extremwerten I_max und I_min ändert

4. Oszillatorschaltung nach Anspruch I, da- Ziel der Erfindung ist es, einen Volumeneffekt durch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper Oszillator aufzuzeigen, der eine Umwandlung einer in einem Resonator angeordnet ist. AM-Schwingung in eine FM-Schwingung erlaubt.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Um-45 Wandlung wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschla-

gen, daß zur Umwandlung einer Amplitudenmodulation in eine Frequenzmodulation der Halbleiterkörper so in den Wirkungsbereich einer Hoch-

Die Erfindung befaßt sich mit der Umwandlung frequenzschwingung mit der Frequenz /_s gebracht einer amplituden- in eine frequenzmodulierte 50 wird, daß sich diese der Gleichvorspannung U_B überSchwingung mittels eines Volumeneftekt-Oszillators, lagert und daß folgende Bedingungen gelten: bei dem ein Körper aus einem Hl-V-Verbindungs-

halbleiier vorgegebener Dimensionierung bei Über- V_B<ilJ_K,

schreiten einer angelegten kritischen Feldstärke zu 2/_s > /„, > /_s,

Mikrowellenschwingungen angeregt wird. 55

Vor kurzem ist eine neue Methode zur Erzeugung wobei f_pr die Laufzeitfrequenz ist, und daß die Amelektromagnetischer Schwingungen bekanntgewor- plitude der HF-Schwingung so gewählt ist, daß die den, die auf einem sogenannten Halbleitervolumen- Spitzenwerte der Gesamtspannung immer größer effekt (Gunn-Effekt) beruht, wie dies beispielsweise sind als der die Auslösung von Mikrowellenschwinin der Literaturstelle Solid-State Commun., 1 (1963), 60 gungen bewirkende kritische Wert der Vorspannung. S. 88 bis 91, »Microwave Oscillations of Current in In der Fig. 3a ist ein derartiger Spannungsverlauf

111-V-Semiconductors« beschrieben wurde. dargestellt. Die Wechselspannpng u_s vorgegebener

Wenn an einen Halbleiterkörper aus einem n-lei- Amplitude wird einer Gleichspannung Ug übertenden III-V-Halbleiter geeigneter Abmessungen lagert. Die Amplitude der erwähnten Wechselspan-(Dicke z. B. K) bis 200 μηι) über ohmsche Kontakte 65 nung wird nun ihrerseits durch eine Modulationsein elektrisches Feld größer als ein bestimmter kri- spannung beeinflußt, so daß man die dargestellte und tischer Wert gelegt wird, können im fließenden Strom in ihrer Amplitude schwankende Wechselspannung Instabilitäten auftreten, die die Form von Mikro- m_ju erhält. Der Arbeitspunkt wird so gewählt, daß

für die Gleichspannung die Beziehung U < U_K gilt und außerdem die Bedingung

eingehalten wird. Bei Überlagerung der amplitudenmodulierten Schwingung sollen außerdem die Spitzenwerte der Gesamtspannung stets oberhalb der kritischen Spannung U_K liegen. Dadurch wird immer dann an der Kathode eine Hochfe'.dzone ausgelöst, wenn die kritische Spannung überschritten wird. Der Einsatzpunkt der Probenschwingung wird nun aber entsprechend der Größe der HF-Amplitude, also entsprechend der Amplitudenmodulation, verschoben. Es ergibt sich somit eine Schwingung, deren Frequenz entsprechend dem Betrag der Amplitude der überlagerten HF-Schwingung gesteuert ist. Dies ist gleichbedeutend mit einer Umwandlung der ampütudenmodulierten in eine frequenzmodulierte Schwingung. In der Fig. 3b ist der dem tn der Fiβ 3b gezeigten Spannungsverlauf entsprechende Verlauf des Stromes über der Zeit dargestellt.

Eine mögliche schaltungstechnische Anordnung zur Steuerung der Schwingung ist in der Fig. 4 dar gestellt Der Halbleiterkörper Pr erhält seme Gleichvorspannung von der Spannungsquelle U über einen vorgeschalteten Spannungsregler P und die erforderliche Steuerwechselspannung von dem Wechselspannungsgenerator G über einen dreiarmigen Zirkulator Z an dessen drittem Arm der Verbraucher R₁ angeschlossen ist. Zur Regelung der von dem Wechselspannungsgenerator G abgegebenen Schwingung ist zwischen Generator und Zirkulator ein regelbares Dämpfungsglied eingefügt.

Ferner ist es möglich, den Halbleiterkörper direkt in einem resonanzfähigen G' 'ilde anzuordnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Wellenschwingungen haben. Für das Auftreten des Patentansprüche: Effektes ist kein pn-übergang und kein externes Magnetfeld erforderlich.

1. Umwandlung einer amplituden- in eine Die Periodendauer der erregten Schwingungen frequenzmodulierte Schwingung mittels eines 5 steht in einem direkten Verhältnis zur Laufzeit der VoIumeneffekt-OszJIIator, bei dem ein einkristal- Ladungsträger durch den Kristall. Bisher erzeugte liner Halbleiterkörper vom N-Leitungstyp, vor- Dauerstrichleistungen liegen in der Größenordnung zugsweise ein III-V-Verbindungshalbleiter durch von einigen zehn Milliwatt.

Anlagen einer einen kritischen Wert überschrei- Es konnte experimentell nachgewiesen werden,

tenden Gleichvorspannung an den ohmisch kon- io daß beim Erreichen des kritischen Spannungswertes

taktierten Halbleiterkörper zu Mikrowellen- sich an der Kathode des Halbleiterkörpers eine Zone

schwingungen anregbar ist, dadurch ge- überhöhten elektrischen Feldes aufbaut, die beginnt,

kennzeichnet, daß zur Umwandlung einer in Richtung zur Anode zu wandern. In der Fig. 1

Amplitudenmodulation in eine Frequenzmodu- ist dieser Vorgang für den Fall konstanter Span-

lation der Halbleiterkörper (Pr) so in den Wir- 15 nungsspeisung dargestellt. Zum Zeitpunkt /_p ist das

kungsbereich einer Hochfrequenzschwingung (f_s) kritische Potential Φ_κ erreicht. Kurze Zeit später

gebracht wird, daß sich diese der Gleichvorspan- (zum Zeitpunkt f = t_t) hat sich die Hochfeldzone

nung(i/_ß) '"«berlagert und daß folgende Bedin- ausgebildet und wandert zur Anode. Dabei sinkt das

gungen geltest: Potential kathodenseitig von der Wellenfront au'