DE1801649C3 - Inverter mit einer Tunneldiode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Inverter mit einer Tunneldiode für logische Schaltungen, bei dem die Tunneldiode, deren Arbeitspunkt im Ruhezustand im niederohmigen Bereich in der Nähe der Bergspannung festgelegt ist, mit ihrem ersten Anschluß (Anode) mit Bezugspotential in Verbindung steht und mit ihrem zweiten Anschluß (Kathode) über die Reihenschaltung eines Widerstandes und eine ihren Arbeitspunkt festlegende GleichspannungsqueUe an Bezugspotential angeschaltet ist, und bei dem dieser zweite Anschluß ferner mit einer TaktqueUe, einer eine impulsförmige Eingangsspannung liefernden Signalquelle und einem Verbraucher verbunden ist.

Inverterschaltungen dieser Art sind beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 3 221179 bekannt. Der Verbraucher ist dabei über einen ersten Kondensator an dnn zweiten Anschluß der Tunneldiode angeschaltet, und außerdem ist ihm ein weiterer Kondensator parallel geschaltet. Der auf diese Weise geschaffene Spannungsteiler verhindert, daß der Span-. nungssprung an der Tunneldiode in Abhängigkeit ; eines Eingangssignal» oder der Taktspannung voll im Verbraucher wirksam werden kann. Außerdem bewirkt die Parallelschaltung des Verbrauchers mit dem Kondensator eine Differentiation des Span* nungssprungs, die dann unerwünscht ist, wenn die Schaltfolge der Tunneldiode sehr hoch, im Bereich von QHx ist, weil dann die Dauer des am Verbraucher wirksam werdenden Spännungsimpulses nicht ausreiche um für den Verbraucher wirksam werden äiu können, Durch die Llteraturstelle Woo F. Chow »Principles of Tunnel Diode Circuits«, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1964, S. 188, ist auch bereits eine TunneldtodeB-InverterscbaJtung bekennt, bei der der Ausgang für den Verbraucher parallel einem Wider·

δ stand angeordnet ist, der im Verbindungsweg zwischen dem zweiten Anschluß der Tunneldiode und Bezugspotential angeordnet ist Auch bei dieser Anordnung tritt eine Spannungsteilung auf, die es verhindert, daß der am Übergang der Tunneldiode von

to ihrem einen stabilen Zustand niedrigen Widerstandes in ihren anderen stabilen Zustand hohen Widerstandes auftretende Spannungssprung am Verbraucher voll wirksam werden uana. Es sind auch, wie beispielsweise die deutsche Aus-

ts legescbrift 1142011 zeigt, mit Tunneldioden aufgebaute logische Schaltungen bekannt, bei denen von zwei Tunneldioden Gebrauch gemacht wird. Der bei einem Kippvorga.ig ausgangssehig wLksume Spannungssprung wird hier zwar am Verbraucher voll

*o wirksam, doch ist hier die maximale Schaltgeschwindigkeit durch die wesentlich größeren Zeitkonstanten dieser Schaltung erheblich geringer als sie mit einer Schaltung, die nur eine Tunneldiode enthält, erreichbar ist.

as Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Inverter, der für extrem hohe Schaltgeschwindigkeiten geeignet ist und hierzu lediglich von einer Tunneldiode Gebrauch macht, eine weitere Lösung anzugeben, bei der die Sprungspannung der Tunnel-

diode ausgangsseitig in voller Höhe zur Verfügung steht

Ausgehend von einem Inverter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für hohe Arbeitsgeschwin-

digkeiten in der Größenordnung GHz der erste Anschluß der Tunneldiode über eine weitere GleichspannungsqueUe an Bezugspotential liegt, daß ferner die TaktqueUe über einen Enütopplungswiderstand und die Signalquelle über die Reihenschaltung eines

Kondensators und eines Widerstandes an den zweiten Anschluß der Tunneldiode angeschaltet sind, daß außerdem die Zeitkonstante dieser Reihenschaltung klein gegen die Periode des Taktes der TaktqueUe ist, und daß der ausgangsseitige Verbraucher parallel

zur Reihenschaltung aus der Tunneldiode und der weiteren Gleichspannungsquelle angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß auch bei einer Inverterschaltung mit einer Tunneldiode deren Sprungspannung ausgangs-

seitig voll wirksam werden kann, wenn im Eingangskreis ein Differenzierglied angeordnet wird und die Schaltung so bemessen wird, daß die differenzierte Rückflanke des eingangsseitigen impulsförmigen Signals den Schaltvorgang bei der Tunneldiode auslöst.

Auf diese Weise wird also eine Optimierung der dem Verbraucher zuzuführenden Signalenergie erreicht und damit dessen einwandfreies Ansprechen auch bei den mit dieser Schaltung angestrebten hohen Schalt· geschwlndigkeiten gesichert. '

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels soll die Erfindung im folgen*

den noch naher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

F i g, 1 eine Inverterschaltung nach der Erfindung,

Fig.2 und 3 die Funktionsweise der Schaltung nach Fi g. 1 naher erläuternde Diagramme.

In der Schaltung nach Flg. 1 sind der Einfachheit halber die einzelnen Spannungsquelien durch die sie

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an ihren Anschlüssen abgebenden Spannungen be- von oben nach Fig.3 dargestellt ist, so bat seine zeichnet Die Tunneldiode TD ist auf seiten ihrer Differenzierung im Differenzier&lied bei der Vorder· Kathode ober die der Potentialverschiebung dienende flanke einen positiven und bei der Röckflanke einen GleichspannungsqueUe Vc mit Bezugspotential ver- negativen, an der Tunneldiode TD wirksamen Strombunden. Die impulsförmige Signalquelle ue am Bin· 5 impuls zur Folge. Im dritten Zeitdiagramra von gangE wird nut ihrer Impulsspannung an der Anode oben nach Fig.3 wird diese differenzierte Impuls-3er Tunneldiode TO Ober die Reihenschaltung aus form durch den zeitlichen Verlauf des Stromes ir dem Kondensator C und dem Widerstand R, die ge- durch den Widerstand ft deutlich. Die positive Immeinsam ein Differenzierglied bilden, wirksam. Die pulsspitze bat praktisch keinen Einfluß auf den Anode der Tunneldiode TD ist ferner über den io Schaltzustand der Tunneldiode TD, da er den Ar-Widerstand Rt an die Taktquelle ut und über den beitspunkt Fl (Fig. 2) in Richtung einer Abnahme Widerstand Rb ao die weitere Gleicbspannungsquelle des negativen Stromes j verschiebt Entsprechendes Ub, die den Arbeitspunkt der Tunneldiode festlegt, gilt von der Taktspannung tu. Die negative Irapulsangescbaltet Der Verbraucher in Gestalt des Wider- spitze erhöht dagegen die Spannung an der Tuonelstandes Rl am Ausgang/1 der Schaltung liegt der *g diode TD über die Bergspannimg hinaus, wenn, wie Reihenschaltung aus der Tunneldiode TO und der das ein Vergleich der Diagramme nach Fig.3 zeigt, Gleichspannungsquelle Uc parallel. Der Strom und die Taktspannung ut im Zeitpunkt des Auftretens der die Spaanung an der Tunneldiode TD sind mit i negativen Impulsspitze ein Minimum durchläuft Die und u, die Spannung am Ausgang A mit ua und der Tunneidtode TD springt sodann in den Arbeitspimkt Strom durch den Widerstand R mit ir angegeben. ao P 2, v/ss am Ausgang A einen negativen Spannungs-

Im Diagramm nach F i g. 2 i&t über der Span- sprung der Ausgangsspannunf ua zur. Folge hat, da nung u der Strom i durch die Tunneldiode aufgetra- die an der Tunneldiode abfallende Spannung u der gen. Die diesen Verlauf darstellende Kennlinie der Gleichspannung Uc entgegengerichtet ist. Die Aus-Tunneldiode ist mit KT bezeichnet. In das Kennli- gangsspannung ua ist im untersten Zeitdiagramm niendiagramm ist weiterhin die Kennlinie K Ro des 25 narh F i g. 3 aufgetragen. Im Verlauf des folgenden Ersatzwiderstandes aus den Widerständen Rt, Rl und Anstiegs der Taktspannung ut auf ihren positiven Rb eingetragen. Die Gleichspannungsquellen Uc und maximalen Wert wird der Arbeitspunkt P 2 (F i g. 2) Ub sind so bemessen, daß die Tunneldiode TD im in Richtung einer Abnahme des negativen Stromes/ Ruhezustand sich im Arbeitspunkt P1 im niederoh- so weit verschoben, daß die Tunneldiode wiederum migen Bereich der Kennlinie KT unmittelbar unter- 30 in ihren niederohmigen Arbeitspunkt P1 zurückhalb der Bergspannung befindet, und zwar trifft dies springt.

für den Fall zu, daß die Taktspannung ut gerade den Die Größe der Gleichspannung Uc ist vorzugs-

Wert Null hat weise so gewählt, daß die algebraische Summe von

Im obersten Diagramm nach F i g. 3 ist die Takt- dieser Gleichspannung und der Tunneldiodenspanspannung ut Ober der Zeit aufgetragen. Bei dem ge- 35 nung im niederohmigen Bereich den einer logischen wählten Ausführungsbeispiel hat sie einen sinusför- »1« entsprechenden gewünschten Spannungswert migen Verlauf und schwankt zwischen einem positi- hat. Der einer logischen »0« entsprechende Spanven Maximalwert und Null. Tritt am Eingang E des nungswert ergibt sich sodann aus der algebraischen Inverters nach F i g. 1 ein von der Signalquelle gelie- Summe von der Gleichspannung Uc und der Tuunelferter Impuls auf, wie er im zweiten Zeitdiagramm 4c diodenspannung im hochohmigen Bereich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Inverter rait einer Tunneldiode for logische bei dem die Tunneldiode, deren Ar-Ruhezustand im niederobrnigen in der NSbe der Bergspanntrog festgelegt Quern ersten Anschluß (Anode) nut Bein Verbindung steht und mit ihrem

   BÜißnschal-

   ; eines, ^föderstanSestimdi eine ihren Arbeitsfestlegende GleichspannungsqueUe an Be- * angeschaltet ist, und bei dem dieser te Anschloß ferner roh einer TaktqueUe, eine impulsfönnige Eingangsspannung Signalquelle und einem Verbraucher ist, dadurch gekennzeichnet, daß für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten in der Größenordnung GHz der erste Anschluß der Tunneldiode (TD) über eine weitere Gleichspannungsquelle (Uc) an Bezugspotential liegt, daß ferner die Taktquclle (ut) über einen Entkopplungswiderstand (.Rt) und die Signalquelle (Ue) über die Reihenschaltung eines Kondensators (C) und eines Widerstandes (R) an den zweiten Anschluß der Tunneldiode angeschaltet sind, daß außerdem die Zeitkonstante dieser Reihenschaltung (R, C) klein gegen die Periode des Taktes der Taktque'le ist, und daß der ausgangsseitige Verbraucher (Rl) parallel zur Reihenschaltung aus der Tunneldiode und d~r weiteren GleichspannungsqueUe angeordnet ist.