DE1945631C3 - Amplifier with an element with negative resistance characteristics - Google Patents
Amplifier with an element with negative resistance characteristicsInfo
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Description
Widerstandes mit dem Halbleiterelement ausgehenden, gegen den Außenleiter geführten, insbesondere in Druckschaltungstechnik ausgeführten schmalen Leiter besteht, der über eine Kapazität mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts verbunden ist und dessen Länge wesentlich kleü.er als die Betrisbswellenlänge des Verstärkers ist, nach Patent 1 791 120.Outgoing resistance with the semiconductor element, against the outer conductor, in particular made using pressure circuit technology, narrow There is a conductor that is connected to the outer conductor of the coaxial line section via a capacitance and its length is much smaller than the operating wavelength of the amplifier is, according to patent 1,791,120.
Bei derartigen Verstärkeranordnungen ist in der Zuleitung für die Vorspannungsversorgung für das Element mit negativem Widerstand ein Stabilisierungswiderstand vorgesehen, der außerhalb des Betriebsfrequenzbereiches den negativen Widerstand mindestens insoweii kompensiert, daß der Wert des negativen Widerstandes aufgehoben wird. Hierzu wird, wie bereits im Hauptpatent ausgeführt ist, parallel zur Vorspannungsquelle ein Serienresonanzkreis vorgesehen, der auf den Betriebsfrequenzuereich des Verstärkers abgestimmt ist. Ferner wird häufig, wie ebenfalls im Hauptpatent ausgeführt, eine Induktivität vorgesehen, die zusammen mit der Kapazität des negativen Widerstandes, insbesondere der Tunneldiode und den Streukapazitäten, einen auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Parallelresonanzkreis bildet. Wie bereits im Hauptpatent näher erläutert, werden die betreffenden Resonanzkreise aus Gründen der Breitbandigkeil und der Eindeutigkeit der Abstimmung vorteilhaft mit konzentrierten Elementen aufgebaut. Die erforderlichen Induktivitäten werden der Einfachheit halber zweckmäßig als dünne Leiter, insbesondere als gedruckte Leiterbahnen, ausgebildet. In amplifier arrangements of this type, the supply line for the bias voltage supply for the Element with negative resistance provided a stabilization resistor that is outside the operating frequency range compensates the negative resistance at least to the extent that the value of the negative resistance is canceled. As already stated in the main patent, this is done in parallel a series resonant circuit is provided for the bias source, which is based on the operating frequency range of the Amplifier is tuned. Furthermore, as also stated in the main patent, an inductance is often used provided, together with the capacitance of the negative resistance, especially the tunnel diode and the stray capacitances, a parallel resonance circuit tuned to the operating frequency forms. As already explained in more detail in the main patent, the resonance circles concerned are for reasons the broadband wedge and the uniqueness of the vote advantageously with concentrated elements built up. For the sake of simplicity, the required inductances are expediently thin Conductor, in particular as printed conductor tracks, formed.
Im Hauptpatent ist ferner noch eine voreilhafte Weiterbildung des obigen Gegenstandes dargestellt, die darin besteht, daß von dem dem Serienresonanzkreis abgewandten Anschluß des Halbleiterelements eine in der gleichen Art wie die Induktivität des Se rienresonanzkreises ausgebildete, konzentrierte Induktivität zum Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts geführt ist, die zur Ergänzung der Kapazität des Halbleiterlements zu einem im Betriebsfrequenzbereich des Verstärkers wirksamen Resonanzkreis ergänzt ist, und daß dieses Ende des Halbleiterelements durch den anschließenden Innenleiter des Koaxialleitungsabschnitts schließlich auf den Lastwiderstand des Verstärkers geführt ist.In the main patent, a hasty development of the above subject is also shown, which consists in that from the terminal of the semiconductor element facing away from the series resonant circuit a concentrated inductance formed in the same way as the inductance of the series resonance circuit is led to the outer conductor of the Koaxialleitungsabschnitts to supplement the capacitance of the semiconductor element to form a resonant circuit effective in the operating frequency range of the amplifier is, and that this end of the semiconductor element through the adjoining inner conductor of the coaxial line section is finally led to the load resistance of the amplifier.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Resonanzkreise in gewissen Grenzen abstimmbar auszuführen.The invention is based on the object of such resonance circuits being tunable within certain limits to execute.
Diese Aufgabe wird bei einem Verstärker der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Induktivität des Serienresonanzkreises und/oder die Induktivität, die zusammen mit der Kapazität des Halbleiterelementes mit negativer Widerstandscharakteristik einen ebenfalls auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Resonanzkreis bildende Induktivität, als dünner Leiter ausgebildet ist, der von einer verschiebbar im Außenleiter gelagerten, frontseitig mit dem dünnen Leiter nach Art einer Zange kontakigebend verbundenen Hülse umgeben ist.This object is achieved in an amplifier of the type mentioned in the opening paragraph according to the invention solved that the inductance of the series resonant circuit and / or the inductance, which together with the Capacity of the semiconductor element with negative resistance characteristics also affects the operating frequency tuned resonance circuit forming inductance, is designed as a thin conductor of one slidably mounted in the outer conductor, with the thin conductor on the front like a pair of pliers Kontakigebend connected sleeve is surrounded.
Die Abstimmbarkeit kann mit Vorteil auch dadurch verwirklicht werden, daß die Induktivitäten mittels einer veränderbaren Kapazität elektrisch mit dem Außenleiter des Koaxialleitungsabschnitts verbunden sind.The tunability can also be realized with advantage that the inductances by means of a variable capacitance electrically connected to the outer conductor of the coaxial line section are.
Die veränderbare Kapazität wird vorteilhaft derart ausgebildet, daß im Bereich des Anbringungsortes des dünnen Leiters ein kapazitiv wirkender, insbesondere als Schraube ausgebildeter Bolzen mit veränderbarer Eintauchtiefe durch den Außenleiter in den felderfüllten Raum der Leitung ragt.The variable capacitance is advantageously designed in such a way that in the area of the mounting location of the thin conductor a capacitive acting, in particular designed as a screw bolt with changeable Immersion depth protrudes through the outer conductor into the field-filled space of the line.
Die Kapazität kann mit Vorteil auch derart ausgebildet werden, daß der eine Belag der Kapazität aus einer eine halbe Kreisscheibe bildenden Erweiterung des als gedruckte Leiterbahn ausgebildeten dünnen Leiters besteht, daß die Isolierstoffträgerplatte der Leiterbahn nach außen fortgesetzt ist und dort eineThe capacitance can advantageously also be designed in this way be that the one covering of the capacity from a half a circular disk forming expansion of the thin conductor designed as a printed conductor path consists that the insulating material carrier plate of the Conductor is continued to the outside and there is a
ίο weitere Leitschicht trägt, die mit dem Außenleiter verbunden ist, und daß den so gebildeten, eine Festkapazität darstellenden Leitschichten unter Zwischenlage einer Isolierschicht eine aus zwei voneinander isolierten Halbkreisen bestehende veränderbareίο another conductive layer carries that with the outer conductor is connected, and that the conductive layers formed in this way, representing a fixed capacitance, are interposed an insulating layer a variable consisting of two semicircles isolated from one another
»5 Metallschicht gegenüberliegt.»5 opposite metal layer.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figures explained.
Der differentielle negative Widerstand, der insbesondere bei dem als Tunneldiode bekannten Bauelement auftritt, ist besonders gut zur Verstärkung auch im Mikrowellengebiet verwendbar. Derartige Tunneldioden stellen jedoch keinen reinen negativen Widerstand dar, sondern dem negativen Widerstand eras scheinen bei höheren Frequenzen meist kapazitive Komponenten, beispielsweise die Gehäusekapazität der Diode, parallel geschaltet. Wird mit solchen Elementen eine in einem gewissen Frequenzbereich verstärkende Schaltung erstellt, so wird zweckmäßig die parallel zur Diode erscheinende Blindkomponente durch eine hierzu duale Blindkomponente zu einem Resonanzkreis ergänzt, der auf die Mitte des Übertragungsfrequenzbereiches abgestimmt wird. Die Fig. 1 zeigt das Ersatzschaltbild für einen solchen negativen Widerstandsverstärker bei hohen Frequenzen und — Rn ist der negative Widerstand, C die kapazitive Blindkomponente, die der Tunneldiode parallel geschaltet erscheint, und L ist eine hierzu parallel zu schaltende Induktivität.The differential negative resistance, which occurs in particular in the component known as a tunnel diode, can also be used particularly well for amplification in the microwave region. However, tunnel diodes of this type do not represent a pure negative resistance, but rather the negative resistance eras mostly capacitive components, for example the housing capacitance of the diode, connected in parallel at higher frequencies. If such elements are used to create a circuit that amplifies a certain frequency range, the reactive component appearing parallel to the diode is expediently supplemented by a dual reactive component to form a resonant circuit that is tuned to the center of the transmission frequency range. 1 shows the equivalent circuit diagram for such a negative resistance amplifier at high frequencies and - Rn is the negative resistance, C is the capacitive reactive component that appears to be connected in parallel to the tunnel diode, and L is an inductance to be connected in parallel therewith.
Im Hauptpatent ist ausgeführt, daß es aus Gründen der Breitbandigkeit zweckmäßig ist, diese Induktivität als konzentriertes Bauelement auszuführen. Dies bereitet jedoch bei den extrem hohen Frequenzen, bei denen Tunneldiodenverstärker im allgemeinen angewendet werden (Frequenzgebiet über 1 GHz) Schwierigkeiten bei der Ausführung der zu fordernden kleinen Induktivität an sich. Besonders trifft dies auch in Hinsicht auf einen genauen Wert dieser Induktivität zu. Es ist also vorteilhaft, diese Induktivität veränderbar auszuführen. Hierzu werden im Sinne der Erfin dung folgende Wege vorgeschlagen.In the main patent it is stated that it is useful for reasons of broadband, this inductance designed as a concentrated component. However, this prepares for the extremely high frequencies tunnel diode amplifiers are generally used (frequency range above 1 GHz) difficulties in the execution of the required small inductance per se. This is especially true in terms of an exact value of this inductance. It is therefore advantageous to change this inductance to execute. For this purpose, the following ways are proposed in the context of the inven tion.
Die Induktivität kann mit Vorteil aus dünnem Draht ausgebildet werden, auf dem eine Hülse verschiebbar gleiten kann. Diese Hülse muß hierbei einenThe inductance can advantageously be formed from thin wire on which a sleeve is displaceable can slide. This sleeve must be a
wenigstens etwas größeren Außendurchmesser haben als der Draht, damit eine genügend große Induktivitätsänderung erreicht wird, denn ein stärkerer Außendurchmesser hat eine kleinere Induktivität zur Folge. Für die Gesamtlänge des dünnen Leiters istat least have a slightly larger outer diameter than the wire, so that a sufficiently large change in inductance is achieved, because a stronger one The outer diameter results in a smaller inductance. For the total length of the thin conductor is
lediglich wichtig, daß der dünne Leiter, mit der für die Resonanz erforderlichen Länge, im Betriebsfrequenzbereich noch keinen Leitungscharakter hat, wofür im allgemeinen gilt, daß seine Länge kleiner als 1Z4 der Betriebswellenlänge im elektrischen Sinn ist.It is only important that the thin conductor, with the length required for the resonance, does not yet have a conduction character in the operating frequency range, for which it generally applies that its length is less than 1 Z 4 of the operating wavelength in the electrical sense.
Die F i g. 2 zeigt den Einbau eines solchen Elementes in einem Koaxialleitungsabschnitt, wie er beispielsweise bei der Anordnung nach dem HauptpatentThe F i g. 2 shows the installation of such an element in a coaxial line section, such as that used for example in the arrangement according to the main patent
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verwendet wird. Dort liegt im Zuge des Innenleiters gesamten Anordnung wird im Betriebsfrequenzbeeines Koaxialleitungsabschnitts das Element mit reich durch den Serienresonamzkreis LSZ!CS7 überkapazitiver Widerstandscharakteristik zusammen mit brückt. L ist die bereits bei Fig. 1 erwähnte Zusatzineinem Dämpfungswiderstand. In der F i g. 2 ist das zu- duktivität, die zusammen mit der Tunneldiodenkapagehörige Bauelement mit negativer Widerstandscha- 5 zität bei der Betriebsfrequenz einen Parallelrcsonanzrakteristik, die Tunneldiode TD zur besseren Über- kreis bildet.is used. There, in the course of the inner conductor, the entire arrangement is bridged in the operating frequency leg of a coaxial line section with the element with rich overcapacitive resistance characteristics through the series resonance circuit L SZ ! C S7. L is the addition of a damping resistor already mentioned in connection with FIG. In FIG. 2 is the inductance which, together with the component belonging to the tunnel diode with a negative resistance characteristic at the operating frequency, forms a parallel resonance characteristic, the tunnel diode TD for a better overcirculation.
sieht nur angedeutet. Zwischen Innenleiter / des Besonders für diesen Fall ist eine Anordnung ge-looks only hinted at. In this case, an arrangement is required between the inner conductor / the
Koaxialleiters und dem Außenleiter A erstreckt sich maß Fig. 5 vorteilhaft. Der Serienresonanzkreis bcein dünner Draht Dr, der am Innenleiter der Koaxial- steht aus Lsz und Csz und ist dabei in Dickfilmtechnik leitung fest verlötet ist, während er mit dem Außenlei- io aus einer kupferkaschierten Epoxydharzfolic, durch ter über eine verschiebbar in diesem gelagerte Anwendung der für Druckschaltungen bekannten Hülse H über deren zangenförmigen Frontbereich Mittel, z. B. des Ätzverfahrens hergestellt. Der Steg kontaktierend verbunden ist. Der Draht stellt zusam- der Anordnung bildet die Induktivität Lsz, während men mit der Hülse die Induktivität L der Fig. 1 dar. die Platte eine Kapazität mit dem Außenleiter bildet. Die Hülse//kannbeispielsweise als Schraube ausge- ^5 wenn sie, auch auf der Leiterschicht isoliert, zwibildet werden, die zumindest auf den Außendurch- sehen zwei leitende Flächen des Außenleiter gepreßt messer des Drahtes axial aufgebohrt ist. Hat diese wird.Coaxial conductor and the outer conductor A extends measure Fig. 5 advantageous. The series resonance circuit bcein thin wire Dr, which stands on the inner conductor of the coaxial line consisting of L sz and C sz and is firmly soldered in thick-film technology, while it is connected to the outer conductor from a copper-clad epoxy resin film, through ter via a slidably mounted in this Application of the known for printed circuits sleeve H on the pincer-shaped front area means, z. B. the etching process. The web is connected in a contacting manner. The wire together forms the inductance L sz , while the sleeve together with the inductance L in FIG. 1. The plate forms a capacitance with the outer conductor. The sleeve can be designed as a screw, for example, if it is also insulated on the conductor layer and is bored out axially, at least on the outside of two conductive surfaces of the outer conductor, pressed with the wire. Has this will.
Schraube außerhalb des Außenleiters A einen Rän- Die Fig. 6 zeigt eine solche Anordnung im Längs-Screw outside the outer conductor A a margin Fig. 6 shows such an arrangement in the longitudinal
del-Schraubenkopf, so kann sie leicht von Hand betä- schnitt durch den Koaxialleitungsabschnitt am Antigt werden und so auf einfache Art eine Abstimmung »° bringungsort des Serienresonanzkreises. Die mit der in einem großen Frequenzbereich vorgenommen wer- Leitschicht versehene kupferkaschierte Folie ist mit den. Zusätzlich kann auf der diagonal gegenüberlie- Z/7 bezeichnet. Sie endet im Außenleiter A des Hohlgenden Seite in den Außenleiter eine kapazitiv wir- leitungsabschnitts und ist dort in der Art verbreitert kende Abstimmschraube S eingedreht sein, die zur wie in Fig. 5 angedeutet. Sie ist beidseits im Dielekzusätzlichen Abstimmung der Kapazität C in Fig. 1 25 trikum DK, das sich an diesen Stellen befindet, befedient. stigt. Zur Abstimmung der Kapazität Csz dient derdel screw head, so it can easily be cut by hand through the coaxial line section on the Antigt and so in a simple way a coordination »° location of the series resonance circuit. The copper-clad foil provided with the conductive layer being made in a large frequency range is with the. In addition, Z / 7 can be marked on the diagonally opposite. It ends in the outer conductor A of the hollow end in the outer conductor of a capacitive wire section and is screwed in there in the manner of the widened tuning screw S that is shown in FIG. 5. It is on both sides in the Dielek additional adjustment of the capacitance C in Fig. 1 2 5 trikum DK, which is located at these points, befedient. stigt. To match the capacitance C sz is used
Für die Kontaktierung der Hülse //mit dem Draht Stempel ST, der als Schraubbolzen ausgebildet ist, der Dr ist es zweckmäßig, die Hülse frontseitig zangenför- in eine senkrecht zur Achsrichtung des Koaxialleiters mig zu formen und zur Erreichung einer gewissen Fe- eingebrachte Bohrung eingeschraubt ist. Durch die derung zu fiedern. 30 Veränderung des Abstandes der Frontseite des Stern -For the contacting of the sleeve // with the wire punch ST, which is designed as a screw bolt, the Dr , it is advisable to shape the sleeve on the front side in a pincer-like shape perpendicular to the axial direction of the coaxial conductor and to screw it in to achieve a certain level of precision is. By the need to feather. 30 Change in the distance from the front of the star -
An Stelle eines dünnen Drahtes als Leiter kann mit pels von der scheibenförmigen Kupferkaschierung
Vorteil, wie auch bereits im Hauptpatent ausgeführt, wird die Kapazität Csz verändert,
eine kupferkaschierte Folie (Fig. 4) verwendet wer- Die Fig. 7 zeigt oben in der Draufsicht und untenInstead of a thin wire as a conductor, pels can benefit from the disc-shaped copper cladding, as already stated in the main patent, the capacitance C sz is changed,
a copper-clad foil (FIG. 4) can be used. FIG. 7 shows a plan view above and below
den. Bei dieser Druckschaltungsausführung für die im Querschnitt durch den Koaxialleiter eine weitere Induktivität L ist durch die Verwendung der Isolier- 35 günstige Ausführung für die kleine veränderbare stoffplatte /Feine genügende Stabilität auch dann ge- Kapazität, deren Gesamtgröße im allgemeinen 1 bis währleistet, wenn nur ein sehr schmaler Steg verwen- 2 pF nicht übersteigt. Dabei bildet den einen Teil der det wird. Die Hülse kann wieder ähnlich aufgebaut Kapazität das halbkreisförmige Ende HK der Kupfersein, wie bei der Fi g. 2. Sie kann auf irgendeine Weise kaschierung, die auf dem Innenleiter des Koaxialleiverschiebbar im Außenleiter A des Koaxialleitungs- ♦<> tungsabschnitts mündet, zusammen mit einer Fortabschnitts gelagert sein und ist dort mit diesem leitend führung der Kupferkaschierung, dargestellt durch die verbunden. Fläche FK. Diese Fläche ist leitend mit dem Außen-the. In this printed circuit design for the cross-section through the coaxial conductor a further inductance L , the use of the insulating design for the small variable fabric plate / fine ensures sufficient stability, the overall size of which generally ensures 1 to, if only one Use a very narrow bar - does not exceed 2 pF. This forms part of the det. The sleeve can again be constructed in a similar capacity to the semicircular end HK of the copper, as in FIG. 2. It can lamination in any way, which opens out on the inner conductor of the Koaxialleiverschiebbar in the outer conductor A of the Koaxialleitungs- ♦ <> line section, together with a continuation section and is there connected to this conductive guide of the copper lamination, shown by the. Area FK. This surface is conductive with the outside
Es muß jedoch bei den Kontaktierungen dieser An- leiter verbunden, zwischen den Flächen HK und FK Ordnungen nicht unbedingt ein galvanischer Kontakt ist jedoch über den Spalt SP und die Isolierstoffplatte vorliegen, sondern es könnten dort beispielsweise 45 /F nur kapazitiver Kontakt vorhanden. Zur Verändedurch Teflon-Zwischenschichten auch kapazitive rung dieser Kapazität ist, durch eine weitere Isolier-Kontakte vorliegen. Dies ist besonders dann wichtig, stoffplatte DK getrennt, ein verdrehbarer Stab 5Zl wenn die Induktivität nicht zur Resonanzabstimmung aus Isolierstoff vorgesehen, der frontseitig ebenfalls gemäß Fig. 1 verwendet wird, sondern wenn sie, bei- metallisiert ist. Die Metallisierung wird mit Vorteil spielsweise zur Abstimmung, einen Teil eines Serien- 50 durch zwei voneinander isolierte Halbkreisscheiben resonanzkreisen bildet, der den Stabilisierungswider- gebildet, wie in F i g. 8 in der Draufsicht auf die Frontstand für die Diode im Betriebsfrequenzbereich gegen fläche des Stabes SZl gezeigt ist. Durch Verdrehen die Vorspannungsquelle zu kurzschließt. Das Ersatz- des Stabes läßt sich die Kapazität zwischen der Fläche schaltbild zeigt für diesen Fall die Fig. 3, die der HK und dem Außenleiter verändern. Während die Fig. 1 des Hauptpatents entspricht. 55 Fläche FK mit dem Außenleiter galvanisch verbundenHowever, these conductors must be connected when making contacts , but there is not necessarily a galvanic contact between the surfaces HK and FK orders, however, via the gap SP and the insulating material plate, but only capacitive contact could be present there, for example 45 / F. In order to change, this capacitance is also capacitive by means of Teflon intermediate layers, by means of further insulating contacts. This is particularly important, fabric plate DK separated, a rotatable rod 5Zl when the inductance is not provided for resonance tuning made of insulating material, which is also used on the front side according to FIG. 1, but when it is metallized. The metallization is advantageously used, for example, for tuning, forming part of a series resonance circuit by two semicircular disks isolated from one another, which forms the stabilization resistance, as shown in FIG. 8 is shown in the plan view of the front stand for the diode in the operating frequency range against the surface of the rod SZl. The bias source is too short-circuited by twisting. The replacement of the rod can be the capacitance between the surface circuit diagram shows in this case, Fig. 3, which change the HK and the outer conductor. While Fig. 1 corresponds to the main patent. 55 Area FK galvanically connected to the outer conductor
Die Versorgungsspannung UB ist in Fig. 3 durch ist, gilt dies nicht für die Metallisierungsflächen an der die Kapazität C und den Belastungswiderstand R für Frontseite des Stabes 5Zl. Mit dieser Einrichtung lasniedrige Frequenzen überbrückt. Zur Stabilisierung sen sich besonders kleine Kapazitätsvariationen erziedes Verstärkers außerhalb des Betriebsfrequenzbe- Ien, was besonders für sehr hohe Frequenzen von einireiches dient der Widerstand Rsz. Der Widerstand der 60 gen GHz wichtig ist.The supply voltage U B is through in Fig. 3, this does not apply to the metallization areas on which the capacitance C and the load resistance R for the front of the rod 5Zl. This device bridges low frequencies. To stabilize, especially small variations in capacitance of the amplifier outside the operating frequency range, which is particularly useful for very high frequencies of some value, the resistance R sz . The resistance of 60 gen GHz is important.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (6)
Priority Applications (1)
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| DE19691945631 DE1945631C3 (en) | 1969-09-09 | 1969-09-09 | Amplifier with an element with negative resistance characteristics |
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| DE19691945631 DE1945631C3 (en) | 1969-09-09 | 1969-09-09 | Amplifier with an element with negative resistance characteristics |
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Family Applications (1)
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Also Published As
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHZ | Patent of addition ceased/non-payment of annual fee of parent patent |